Top Banner
New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based Long-Term Energy Storages to Renewable Energy Systems ANNA ANDRIJANOVITÐ PRESS THESIS ON POWER ENGINEERING, ELECTRICAL ENGINEERING, MINING ENGINEERING D59
147

New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

Feb 20, 2023

Download

Documents

Khang Minh
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

New Converter Topologies for Integration ofHydrogen Based Long-Term Energy Storages to

Renewable Energy Systems

ANNA ANDRIJANOVITÐ

P R E S S

THESIS ON POWER ENGINEERING,ELECTRICAL ENGINEERING, MINING ENGINEERING D59

Page 2: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

TALLINN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Power Engineering

Department of Electrical Engineering

Dissertation was accepted for the defence of the degree of Doctor of Philosophy in Engineering on 12.03.2013.

Supervisor: Dr. Dmitri Vinnikov, Department of Electrical Engineering,

Tallinn University of Technology Advisor: Dr. Oleksandr Husev, Chernihiv State Technological

University, Ukraine Opponents: Dr. Hannes Agabus, Marble Invest OÜ, Estonia

Dr. Sergii Ivanets, Dean of the Faculty of Electronic and Information Technology, Chernihiv State Technological University, Ukraine

Defence of the thesis: April 12, 2013

Declaration: Hereby I declare that this doctoral thesis, my original investigation and achievement, submitted for the doctoral degree at Tallinn University of Technology has not been submitted for any academic degree. Anna Andrijanovitš............................

Copyright: Anna Andrijanovitš, 2013 ISSN 1406-474X 978-9949-23-446-2 (publication) 978-9949-23-447-9 (PDF)

Page 3: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

ENERGEETIKA. ELEKTROTEHNIKA. M ENDUS D59Ä

Uued muundurite topoloogiad vesinikulpõhinevate energiasalvestite integreerimiseks

taastuvenergiasüsteemidesse

ANNA ANDRIJANOVITÐ

Page 4: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 5: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

5

Contents Acknowledgement ................................................................................................. 6 Abbreviations ........................................................................................................ 7 Symbols ................................................................................................................. 8 List of author's publications directly connected to the topic of the PhD thesis (copies shown in the Appendix) ........................................................ 10 Author’s own contribution .................................................................................. 11 1 INTRODUCTION .......................................................................................... 12 2 HYDROGEN BASED LONG-TERM ENERGY STORAGE:

STRUCTURE, OPERATION PRINCIPLE, LIMITATIONS ....................... 19

2.1 Hydrogen buffer as a long-term energy storage .................................. 19 2.2 General components and operating principle of a hydrogen buffer .... 20 2.3 State-of-the-art PEC topologies for electrical interfacing of a

hydrogen buffer with an EPDN .......................................................... 22 2.4 Economic issues of a hydrogen buffer ................................................ 23 2.5 Generalizations ................................................................................... 25

3 NEW PEC TOPOLOGIES FOR THE HYDROGEN BUFFER INTEGRATION TO AN EPDN .................................................................... 26

3.1 Interfacing of a hydrogen buffer by two-port converters .................... 26 3.2 Interfacing of hydrogen buffer by a multiport converter .................... 42 3.3 Generalizations ................................................................................... 48

4 FUTURE RESEARCH DIRECTIONS .......................................................... 51 References ........................................................................................................... 53 Abstract ............................................................................................................... 59 Kokkuvõte ........................................................................................................... 60 Elulookirjeldus .................................................................................................... 61 Curriculum vitae .................................................................................................. 63 Appendix ............................................................................................................. 65

Page 6: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

6

Acknowledgement The research presented in this PhD thesis was carried out at the Department

of Electrical Drives and Power Electronics (Department of Electrical Engineering from 01.01.2013) of Tallinn University of Technology. First of all, I would like to thank my supervisor Dr. Dmitri Vinnikov for his guidance, motivation, patience and persistence, which made this thesis possible.

Next, my gratitude is due to the advisor of my thesis Dr. Oleksandr Husev for his invaluable help, advice and constructive criticism of the thesis.

I am also grateful to Mikhail Egorov for his support and useful cooperation at the early stage of my PhD research.

My special deep thanks go to my colleagues Andrei Blinov and Janis Zakis for providing a pleasant working atmosphere and all-round help during my research. I am grateful to you for your support during critical moments and for the time we spent together. Also, I am grateful to Anton Rassylkin for his useful advice in the formatting of the thesis and providing valuable recommendations.

My sincere thanks are due to Mare-Anne Laane for her text revision and advice regarding to my English writing throughout my PhD study.

I would also like to thank other colleagues and associates for their support, advice and friendship. Thanks to you I was able to broaden my vision and look at many things in a different way.

Doctoral School of Energy and Geotechnology II and Department of Electrical Engineering are gratefully acknowledged for their financial support. Funding from the Archimedes Foundation is also much appreciated.

Finally, I would like to express my greatest thanks to my family for their support, patience and love throughout the years of my study.

Thank you all. It was not easy but turned out an exciting time. Anna Andrijanovitš

Page 7: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

7

Abbreviations 2L-HB two-level half-bridge 3L-NPCHB three-level neutral point clamped half-bridge AC alternating current CCM continuous conduction mode CD current doubler DC direct current DES distributed energy storage EEGI European Electricity Grid Initiative EL electrolyzer EMI electromagnetic interference EPDN electronic power distribution network EU European Union FB full-bridge FC fuel cell HB half-bridge LED light emitting diode LTES long-term energy storage PEC power electronic converter PSAFB phase-shifted active full-bridge PSM phase-shift modulation PV photovoltaic PWM pulse-width modulation qZS quasi-Z-source RB reverse blocking RMS root mean square SMES superconducting magnetic energy storage SOC state-of-charge STES short-term energy storage TUT Tallinn University of Technology VD voltage doubler VSI voltage-source inverter WT wind turbine ZCS zero current switching ZVS zero voltage switching

Page 8: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

8

Symbols Cf capacitance of the output filter D duty cycle Ds shoot-through duty cycle E constant related to the core material and dimensions of the inductor EoffT turn-off energy of the transistor EoffD turn-off energy of the diode EonD turn-on energy of the diode EonT turn-on energy of the transistor fsw switching frequency fqZS operation frequency of the qZS-network iB battery current iL current through the coil iTr,2 current of the transformer secondary winding ICav average collector current ICrms RMS collector current IDav diode average current IDrms diode RMS current k coupling coefficient kL relative current ripple of the filter inductor kU relative ripple of the output voltage L inductance of the coil Lf output filter inductance Lx inductance of one inductor in qZS-network N number of turns of the coil Np number of turns of the transformer primary winding Ns number of turns of the transformer secondary winding P rated power of the converter PB power provided by the battery PCD conduction losses of a diode PCT conduction losses of a transistor PDC-bus power of the supported system PFC power of the fuel cell Psw switching losses of the transistor module rB battery internal resistance rC collector-emitter on-state resistance rD diode on-state resistance ta active state time trev interval of energy return Tsw duration of the switching period UB battery voltage ūC4 instantaneous voltage of the battery UCEO collector-emitter saturation voltage UDC intermediate DC-link voltage of the qZS converter

Page 9: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

9

UDC-bus DC-bus voltage of the supported system UDO forward voltage drop of the diode UEL electrolyzer voltage UFC fuel cell voltage USOC state of charge of the battery UTr amplitude voltage across transformer winding ∆Iripple peak-to-peak current ripple ∆Uripple peak-to-peak voltage ripple φ flux through magnetic core

Page 10: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

10

List of author's publications directly connected to the topic of the PhD thesis (copies shown in the Appendix)

[PAPER-I] Andrijanovits, A.; Hoimoja, H.; Vinnikov, D. Comparative Review of Long-Term Energy Storage Technologies for Renewable Energy Systems. Electronics and Electrical Engineering, 2(118), pp. 21 – 26, 2012.

[PAPER-II] Andrijanovitš, A.; Egorov, M.; Lehtla, M.; Vinnikov, D. New Method for Stabilization of Wind Power Generation Using an Energy Storage Technology. Agronomy Research, 8(S1), pp. 12 – 24, 2010.

[PAPER-III] Andrijanovitsh, A.; Steiks, I.; Zakis, J.; Vinnikov, D. Analysis of State of the Art Converter Topologies for Interfacing of Hydrogen Buffer with Renewable Energy Systems. Scientific Journal of Riga Technical University. Power and Electrical Engineering, 29, pp. 87 – 94, 2011.

[PAPER-IV] Andrijanovits, A.; Beldjajev, V. Techno-Economic Analysis of Hydrogen Buffers for Distributed Energy Systems. Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), pp. 1401 – 1406, 2012.

[PAPER-V] Blinov, A.; Andrijanovits, A. New DC/DC Converter for Electrolyzer Interfacing with Stand-Alone Renewable Energy System. Electrical, Control and Communication Engineering, Vol. 1, Issue 1, pp. 24 – 29, 2013.

[PAPER-VI] Andrijanovitš, A.; Vinnikov, D.; Roasto, I.; Blinov, A. Three-Level Half-Bridge ZVS DC/DC Converter for Electrolyzer Integration with Renewable Energy Systems. 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC´11), Rome (Italy), IEEE, pp. 683 – 686, 2011.

[PAPER-VII] Vinnikov, D.; Husev, O.; Andrijanovitš, A.; Roasto, I. New High-Gain Step-up DC/DC Converter for a Fuel Cell Interfacing in Hydrogen Buffer. Технiчна електродинамiка, pp. 93 – 100, 2011.

[PAPER-VIII] Vinnikov, D.; Andrijanovitš, A.; Roasto, I.; Jalakas, T. Experimental Study of New Integrated DC/DC Converter for Hydrogen-Based Energy Storage. 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC´11), Rome (Italy), IEEE, pp. 542 – 545, 2011.

[PAPER-IX] Andrijanovits, A.; Blinov, A.; Vinnikov, D.; Martins, J. Magnetically Coupled Multiport Converter with Integrated Energy Storage. Przeglad Elektrotechniczny, Vol. 88(7b), pp. 171 – 176, 2012.

Page 11: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

11

Author’s own contribution The contribution by the author to the papers included in the thesis is as

follows:

[PAPER I] Anna Andrijanovitš is the main author of the paper. She is responsible for literature overview, data collection and analyses. She had a major role in writing. [PAPER II] Anna Andrijanovitš is the main author of the paper. She is responsible for literature overview, data collection and analyses. She had a major role in writing. She made the presentation of the paper at the International Scientific Conference “Biosystems Engineering 2010” (Tartu, Estonia). [PAPER III] Anna Andrijanovitš is the main author of the paper. She is responsible for literature overview, data collection and analyses. She had a major role in writing. She made the presentation of the paper at Riga Technical University 52rd International Scientific Conference (Riga, Latvia). [PAPER IV] Anna Andrijanovitš is the main author of the paper. She is responsible for literature overview, data collection, calculations and analyses. She had a major role in writing. [PAPER V] Anna Andrijanovitš co-authored the paper. She is responsible for literature overview, data collection and analyses. She made the presentation of the paper at Riga Technical University 53rd International Scientific Conference (Riga, Latvia). [PAPER VI] Anna Andrijanovitš is the main author of the paper. She is responsible for literature overview, data collection, modeling and analyses. She had a major role in writing. She made the presentation of the paper at the 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering EEEIC´2011 (Rome, Italy). [PAPER VII] Anna Andrijanovitš co-authored the paper. She is responsible for literature overview, data collection, modeling and analyzes. [PAPER VIII] Anna Andrijanovitš co-authored the paper. She is responsible for literature overview, data collection and analyses. She made the presentation of the paper at the 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering EEEIC´2011 (Rome, Italy). [PAPER IX] Anna Andrijanovitš is the main author of the paper. She is

responsible for literature overview, data collection, modeling and analyses. She had a major role in writing.

Page 12: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

12

1 INTRODUCTION

1.1.1 General background

As is widely known, a power electronic converter (PEC) can sufficiently improve system controllability, reliability, size and efficiency in a majority of applications – beginning from high megawatt electrical drives up to ultra-compact power supplies for the telecom and aerospace industry. Thanks to recent rapid advances in semiconductor and packaging technologies as well as to the development of new converter topologies, engineering scientists are introducing new applications based on power electronics, such as Electronic Power Distribution Networks (EPDNs) [1][2], also known as Smart Grids [3][4] or Active Distribution Networks [3]. EPDN is an aggregation of multiple primary and secondary energy sources, several levels of energy storage and back-up and numerous active loads, all interfaced through PECs. To achieve the highest flexibility and energy efficiency, the EPDN should have a multilevel control: the lower (unit) level responsible for the separate control of secondary energy sources, storage systems and loads, while the higher (system) level performs a combined regulation of the whole system. Regardless of functions, control system philosophy and structure, the power flow control on the physical level could be most efficiently performed by using PECs. This is especially topical in EPDNs with renewable (i.e. solar panels or wind turbines) or alternative (i.e. fuel cells) energy sources, where the PEC is the only way to control the power source.

Figure 1.1 General structure of the EPDN

Page 13: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

13

The conceptual solution of the future EPDN is presented in Figure 1.1. EPDN is shown to have two power supply buses: main DC and auxiliary AC. The DC bus is meant for interconnection and interaction of distributed generators (DGs), distributed energy storages (DES) and DC loads. To ensure maximal interoperability with currently widespread AC loads, the EPDN has an auxiliary AC bus, which could be fully eliminated with the introduction of a DC supply standard for consumer loads in the future (consumer electronics, LED lighting, motor drives, etc. could be more conveniently powered by DC [2]). One of the main advantages of the EPDN shown in Figure 1.1 is that the power flow of subsystems is controlled through a DC bus. Compared to traditional AC bus based solutions [5]-[8], its benefits are: fewer power conversion stages, higher efficiency and easier integration of renewable energy sources and storages.

1.1.2 Role of energy storages in an EPDN with renewable energy sources

Sustainability and efficient use of energy resources is an urgent issue today. The reasons are not only in the growth of demand and production, but also in the present level of resource exploitation, leading to exhaustion of energy resources and related environmental impacts. A sustainable use of energy requires applications and methods that could increase efficiency. This is especially important in an EPDN with renewable energy sources. The most widespread renewable energy sources used in EPDNs are the wind turbines (WTs) and photovoltaic (PV) plants.

An extensive penetration of renewable energy sources is a global growing trend. The European Union (EU) is working to reduce the effects of climate change and establish a common energy policy. As part of this policy, the unity of the Heads of State or Government of the European Union agreed in the directive 2009/28/EC, implemented by December 2010, on binding targets to increase the share of renewable energy. By 2020 renewable energy should account for 20% of the EU's final energy consumption. To meet this common target, each Member State needs to increase its production and use the renewable energy in electricity, heating, cooling and transport [9]. Main advantages of renewable energy are zero fuel costs and lower impact on the environment. However, one of the most significant challenges is the intermittent nature of many renewable energy resources. Figure 1.2 shows an example of unpredictable energy production by Estonian wind farms. Due to unforecastable wind and difficulty in precise forecasting, periods of excess energy, as well as lack of energy occur. It is often easier to lump the behaviour of these resources within the load and treat them as a load variation instead of using them as generators. To compensate unstable operation of renewable energy sources, an energy storage system needs to be introduced. Increasing the amount of storage (power and energy) associated with a renewable energy will gradually make the output more controllable and predictable.

Page 14: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

14

Figure 1.2 An example of unpredictable energy production by Estonian wind farms [10]

A variety of technologies are available for energy storage in the power systems. To identify the most feasible solutions, it is necessary to consider many parameters, such as cost, lifetime, reliability, size, storage capacity, and environmental impact. Energy storage technologies can be generally divided into three main groups: mechanical, electromagnetic and electrochemical storage [11]-[15].

Mechanical storage includes pumped hydro storage, compressed air energy storage and flywheels. Electromagnetic storage includes inductors or superconducting magnetic energy storage (SMES). Electrochemical storage includes all types of batteries, supercapacitors (ultracapacitors) as well as hydrogen based energy storage. Hydrogen is one of the promising alternatives that can be used as an energy carrier. Implementation of hydrogen based long-term energy storages (LTES), also known as hydrogen buffers, in EPDNs with renewable energy sources has attracted much attention [16]-[18]. Essential elements of a hydrogen buffer is an electrolyzer (EL), which converts electrical energy into hydrogen by splitting water into hydrogen and oxygen and a fuel cell (FC), which transforms the chemical energy in the hydrogen form back to electrical energy [19]. The energy flows in the hydrogen buffers are controlled by a PEC. PECs are needed to match the different voltage levels in the hydrogen buffer system and to control the power flow between the EPDN and the hydrogen buffer.

0102030405060708090

02.01.12 03.01.12 04.01.12 05.01.12 06.01.12 07.01.12 08.01.12 09.01.12

Ener

gy p

rodu

ctio

n [M

Wh]

DaysActual energy production Forecasted energy production

Excess energy

Energy lack

Page 15: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

15

1.1.3 Motivation of the Thesis

This PhD research reviews the existing PEC topologies for hydrogen buffer interfacing with an EPDN and proposes a variety of new approaches with main attention to energy efficiency, size-weight characteristics, modularity and integrity.

The energy efficiency is the most important parameter of the hydrogen buffer. The diagram in Figure 1.3 shows the generalized loss distribution between the main components of the hydrogen buffer [20]-[25]. As can be seen, the majority of losses occur during the electrochemical processes of hydrogen conversion into electrical energy by using the FC and energy conversion into hydrogen by using the EL. Losses in the PEC stage constitute about 12% of the total losses [PAPER-IV]. The PECs used in hydrogen buffers today have an average efficiency of 82-86%. Therefore, increasing the average efficiency of the PEC stage, the overall energy efficiency of the hydrogen buffer could also be improved.

Figure 1.3 Typical loss distribution in the hydrogen buffer

Besides efficiency, the size-weight optimization is also a priority aim for the hydrogen-based LTES. In several wind-hydrogen systems, the PEC stage of the hydrogen buffer could be installed inside the nacelle close to the main PEC of the WT to achieve a more compact integrated system. In that case, the WT tower could be used to store hydrogen, as shown in Figure 1.4 [26][27]. For a cost-effective system, the volume of the WT tower should be used as much as possible for hydrogen storage and accommodation of the EL and the FC. The power transmission cables are placed in a pipe, which is installed in the middle of the tower. This concept eliminates the need for the high-flex cable and the conduit required for the exterior power transmission design. Such integrated design could help to eliminate long interconnection wires and therefore reduce the power losses. However, the size and weight of the PEC will have direct influence on the size and weight of the nacelle. It is well known that the reduced nacelle weight and size significantly optimize transportation and installation of the WT. Therefore, the development of compact and lightweight PECs for the hydrogen buffer is another challenge, which can be solved by optimization of the components and reduction of power conversion stages in PECs.

54%

13%

21%

12%

FCHydrogen storageELPEC

Page 16: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

16

Figure 1.4 General principle of an integrated wind-hydrogen system

Finally, integrity is also an important issue. The stochastic nature of the renewable energy requires that the source of energy be able to respond to fast changing loads. Typically, the hydrogen based LTES has a slow transient response because of the natural electrochemical reactions. To solve this problem, an additional short-term energy storages (STES) (battery, supercapacitor) is required, which can respond to the increased load instantly in order to improve the power quality of the hydrogen buffer. A STES is commonly used due to its high round-trip efficiency and convenience for charging/discharging. In addition, it takes care of the effects caused by instantaneous load ripples/spikes and renewable energy peaks. However, STES is not appropriate for long-term energy storage because of its low energy density, self-discharge and leakage. The combination of STES with hydrogen-based LTES can significantly improve the performance of the EPDN with renewable energy sources [28]-[33].

1.1.4 The main hypotheses and objectives of the PhD research

Hydrogen based LTES is a promising technology. Thanks to its specific properties (zero fuel cost, lower environmental impact, high responsiveness, high energy density, flexibility in storage and release rates), it could have clear benefits in the stabilization of energy production by renewable energy sources in EPDNs. A hydrogen buffer needs to be introduced to maintain energy balance of the EPDN during the periods of unstable work of renewable energy resources and to keep the stable and predictable energy production. The implementation of the new improved PEC topologies could enhance technical and economic

Page 17: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

17

feasibility of the hydrogen based LTES in the EPDN with renewable energy sources.

The main goal of the thesis is to develop and experimentally validate new methods, topologies and solutions, which will substantially contribute to the further improvement of the hydrogen based LTES technology without increasing their complexity or reducing the reliability significantly.

Main objectives of the research: • analysis and classification of state-of-the-art and technology trends of

the hydrogen based LTES;

• analysis of the implementation challenges of the hydrogen based LTES in the EPDN with renewable energy sources;

• synthesis, analysis and experimental verification of new DC/DC converter topologies for the hydrogen based LTES with special attention to energy efficiency and integrity;

• analysis of implementation possibilities and benefits of the multiport DC/DC converters in the hydrogen based LTES.

In order to achieve the above objectives and to verify the hypotheses set forth here, comprehensive research and development tasks were solved. The research methods applied are based on the mathematical analysis, computer simulations and prototyping. To estimate performance, the power losses and operating frequency of the proposed solutions were compared. Computer simulations were performed in PSIM9, MATHCAD14, PSpice9.2 and MATLAB/Simulink simulation packages. In addition, for the experimental validation of new proposed topologies and methods, the small-scale experimental setups were assembled and tested in the Power Electronics Laboratory of TUT.

1.1.5 Contributions of the thesis

This thesis presents extended knowledge and new solutions for future development of the hydrogen based LTES technology. The originality of research is contained in theoretical and practical findings.

Theoretical originality includes the classification of technology trends of the hydrogen based LTES and comparison of their properties with those of traditional LTES. The implementation challenges of the hydrogen based LTES for the stabilization of energy production in the EPDN with renewable energy sources are highlighted. As a case study, the possibility of using hydrogen for compensating the instability of the energy production by Estonian wind farms is discussed. The techno-economic analysis of the hydrogen based LTES was performed in order to indicate the weaknesses of the technology and to help to increase the efficiency of the hydrogen production in the EPDN with renewable energy sources.

Page 18: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

18

Practical originality includes the variety of new energy efficient DC/DC converter topologies proposed by the author for the electrical interfacing of the electrochemical stage of the hydrogen based LTES with EPDN. All the proposed topologies have been experimentally verified and demonstrated an outstanding performance in row with high efficiency (90...93%). By help of elaborated design guidelines, these topologies could be also implemented in other application fields, such as telecom, rolling stock, aerospace, marine etc. where the efficiency, reliability and integrity play a major role. Moreover, the number of new modulation methods (improved modulation method for a half-bridge step-down DC/DC converter with a phase-shifted active full-bridge rectifier, output voltage programmed control for the qZS-based step-up DC/DC converters, etc.) were proposed and experimentally validated. As one of important results of this PhD research, the idea of magnetic integration of the developed two-port converters resulted in a new multiport converter technology for the interfacing of a hydrogen buffer with the DC-bus of an EPDN. Finally, the new method of a STES (battery) integration to the FC-side port of the proposed multiport converters was analysed and experimentally validated.

The current relevance of the thesis is related to faster development of sustainable power engineering. Given research was initiated and motivated by the European Electricity Grid Initiative (EEGI) Roadmap 2010-18 and Implementation Plan 2010-12, which is driving strategies for European-wide research in the field. Furthermore, the research corresponds to the main objectives of the Estonian Energy Technology Program (development and optimization of energy transmission and distribution networks, development of energy balancing and storage technologies for wind parks).

The research activities within the thesis were supported by targeted financing research project SF0140016s11 and two grants (G8538 and G8020).

1.1.6 Dissemination of results and publications

The results obtained during the PhD research were reported at 11 International conferences and workshops and published in 13 papers. Seven of them have appeared in the International peer-reviewed journals and five are available through the IEEExplore database. The most important papers directly connected to the topic of the dissertation are listed in the Appendix.

Page 19: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

19

2 HYDROGEN BASED LONG-TERM ENERGY STORAGE: STRUCTURE, OPERATION PRINCIPLE, LIMITATIONS

2.1 Hydrogen buffer as a long-term energy storage

Each energy storage technology has certain properties with regard to storage capacity, power, response time and cost. Grouping storage technologies with regard to storage capacity is relevant because it can be used to exclude those sizes not relevant in relation to renewable energy systems [33]-[38]. More detailed description of the energy storage technologies is given by the author in publication [PAPER-I].

Based on their storage capacity, energy storages can be categorized as STES and LTES, as shown in Figure 2.1. STES includes the supercapacitors, flywheels, inductors or SMES and batteries. LTES could be subdivided into pumped hydro storage, compressed air energy storage and hydrogen based energy storage. Different energy storage technologies have a wide range of energy release rates (discharge rates) that extend from seconds to many hours and days (Figure 2.2) [38]. Renewable energy sources cannot be easily regulated or dispatched. Peak levels generated by them may not coincide with the peak demand. In the case of instability of renewable energy production, LTES could be used. It allows alternative energy sources to be used as a base load or enables an increase of predictability to nearly 100 % for a certain period of time. The time horizon could be days or weeks, depending on the storage size and variations allowed.

Figure 2.1 General classification of energy storage technologies

Page 20: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

20

Figure 2.2 Typical energy storage capacities and discharge times

of different energy storage technologies [38]

General technical parameters of LTES in the wind power context are summarized in Table 2.1 [37][39]. The universality of hydrogen implies that it can replace other fuels for stationary generating units for power generation in various industries. Having all the advantages of fossil fuels, hydrogen is free of harmful emissions when used with dosed amount of oxygen, thus reducing the greenhouse effect. Combination of an energy storage system and a renewable energy source allows controllable power production.

Table 2.1 Comparison of LTES

Storage system Capacity, MW Efficiency, % Technology Pumped hydro 100…1000 70 – 80 Mechanical Compressed air 0.1…1000 75 – 85 Mechanical

Hydrogen 0.1 – 1 20 – 40 Electrochemical

2.2 General components and operating principle of a hydrogen buffer

In the publication [PAPER-II] a hydrogen-based LTES for the stabilization of wind power generation was presented and discussed. The general operating principle of a hydrogen-based LTES is shown in Figure 2.3. The system consists of three main stages: hydrogen production by the EL, hydrogen storage and electricity production by the FC. The operating voltages of the EL and the FC are matched with the voltage of the DC bus of an EPDN by help of a PEC.

Page 21: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

21

Figure 2.3 Energy exchange processes in the hydrogen buffer

In the excess energy periods, the EL converts the excess electrical energy from the renewable energy source into chemical energy by using water electrolysis. There are three basic types of the EL: alkaline, proton exchange membrane and high-temperature solid oxide. Today’s most widespread industrial ELs are alkaline and proton exchange membrane. These two EL types allow higher operating pressures, higher current density and low applied voltage to the cell. Moreover, proton exchange membrane EL is easier to operate and provides fast start-up. The total EL efficiency varies between 75% and 90% [40].

The second stage is the hydrogen storage. Typically, the produced hydrogen is accumulated in a tank. There are four basic methods for hydrogen storage [41]:

• compressed and stored in a pressure tank; • cooled to a liquid state and kept cold in an insulated tank; • activated carbon; • metal hydrides.

In order to select the optimal integration method of hydrogen based energy storage in the EPDN, the hydrogen storage capacity of each method was compared. Table 2.2 shows that the compressed gas method has a very low leakage rate compared to the other methods, high hydrogen capacity and dynamic energy efficiency. Activated carbon also has a high efficiency; however, a very low temperature is required during the process. Because the required energy storage time could be long, a low leakage rate is critical to preventing an additional dynamic energy loss.

Page 22: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

22

Table 2.2 Comparison of hydrogen storage methods

Hydrogen storage methods Energy intensity,

MJ/kg Efficiency

Leakage rate/day, %

Compressed gas 300 bar 0.915 0.92 0.000024 700 bar 0.905 0.91 0.000033

Liquid 28-45 0.63-0.77 1 Activated carbon 8-10 0.92-0.93 0.2

Hydrides

Low temperature

(<100˚C) 0.9-0.93 0.9-0.93 -

High temperature

(>300˚C) 0.79-0.83 0.79-0.83 -

The last stage is the electricity production stage. In order to stabilize energy production during the absence of the renewable energy, stored hydrogen could be re-used by help of a FC, which converts chemical energy into electrical energy by oxidizing hydrogen. The FC takes the hydrogen from the tanks to generate electricity, plus water and heat as by-products. Having considered all the FC types, we can conclude that an alkaline FC is a more perspective type that can be used for hydrogen based LTES because of high efficiency and low reaction losses of oxygen reduction. This type is technically most feasible also because of its operating flexibility regarding start-up and shut-down procedures as well as intermittent operation [42][43].

2.3 State-of-the-art PEC topologies for electrical interfacing of a hydrogen buffer with an EPDN

Typically, the EL and the FC are connected to the EPDN via individual (dedicated) PECs. The operating voltage of a DC-bus of an EPDN is higher than that of the main components of the hydrogen buffer. Therefore, the EL is connected to the DC-bus of the EPDN through the step-down DC/DC converter, while the FC should be interfaced by the step-up DC/DC converter. In principle, many basic power converter topologies can be used for the EL and the FC interconnections with the DC-bus of the EPDN. Because of comparatively high input and output voltage differences (in several cases the voltages could differ by more than 10 times), the DC/DC converters with a high-frequency voltage matching transformer are preferred. For safety reasons this transformer should also perform the function of galvanic isolation of the primary and the secondary side. In the analysis of the state-of-the-art converters for the hydrogen buffer application [PAPER-III] it was stated that the majority of presented topologies concentrate on the FC integration to the EPDN and only minor publications focus on the PEC for an EL.

Page 23: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

23

The EL and the FC perform opposite functions. Instead of generating electrical energy as the FC does, the EL consumes it. The EL is a low DC voltage sensitive load and it cannot be directly connected to the uncontrolled high DC voltages [44]. To connect the EL to the DC-bus of DES, it is required to buck the voltage of the DC-bus to the level of the EL [45]. As a result of the analysis of the references according to the DC/DC converter applications of the ELs [46]-[54], inverter side topologies can be classified into FB and HB. Moreover, in the inverter side the switching losses must be kept as low as possible. Thus, zero voltage switching (ZVS) and zero current switching (ZCS) topologies are preferred. In the case of a rectifier side, a low component count is preferred, as the current is relatively high. Thus, the current doubler rectifier with coupled inductors is the most convenient choice.

The FC is a power source with low unregulated DC output voltage. To connect the FC to the load, it is necessary to step-up and to stabilize the relatively low output voltage of the FC to a certain operating voltage level. As a result of the analysis of the references according to the DC/DC converter applications of the FCs [55]-[78], these converters can be classified as converters for small or medium power systems. In a power range about 1-3 kW, converters like half-bridge or push-pull are suitable topologies. For a power range higher than 3 kW, the single-phase full-bridge converter is an appropriate solution for the FC applications. The three-phase full-bridge DC/DC converter topology can be also used to improve the losses distribution in the converter and to increase the power density of the PEC. However, due to the increased number of components in the three-phase configuration, the reliability of the PEC could become an issue.

2.4 Economic issues of a hydrogen buffer

The global energy challenges of today are huge: about 78% of the global energy demand is satisfied through coal, oil and gas. At the same time, oil resources are expected to deplete between 2020 and 2030. Limited availability of fossil energy resources urge to make use of renewable sources for electric energy generation.

Table 2.3 shows the breakdown of the renewable energy technologies in the European Union Member States [79].

Table 2.3 Total renewable energy capacity for all European Union Member States

2005 2010 2015 2020 Hydropower, GW 119.4 122.4 130.0 139.7 Geothermal, GW 0.7 0.8 1.0 1.6

Solar, GW 2.2 26.1 58.0 91.4 Wave, GW 0.2 0.2 0.4 2.3 Wind, GW 40.4 84.9 143.2 213.6

Biomass, GW 15.7 22.6 32.4 43.6

Page 24: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

24

Regarding the mix of renewable energy technologies for the year 2020, the

most important contribution is expected from the wind power. Renewables play an increasing part in the energy equation in the EU. Overall, the prices of support mechanisms are decreasing, especially for the “established” technologies, such as solar, wind and biomass. The average prices per renewable technologies shown in Figure 2.4 are based on the sum of the different available tariffs [80].

Figure 2.4 Energy costs for different renewable energy resources

Due to the increasing use of renewable energy sources, the issue of the stabilization of the renewable energy generation is gaining in importance. Interest in hydrogen as a long-term energy storage is continuously growing. The hydrogen based long-term energy storage system costs vary widely, mostly as a function of a system size. System utilization (i.e. capacity factor) has the most significant impact on hydrogen price. The hydrogen buffer produces electricity for stationary uses and has the potential for low-cost hydrogen due to increased equipment utilization. The financial data of the hydrogen buffer components are compared in Figure 2.5. Since the prices are confidential, a price value of the EL was chosen from the prices reported in [81], assuming a large-scale economy and medium-sized units. The PEC price is typically included in the EL price. The financial parameters of the hydrogen compression and storage system were taken from [82]. In this chapter, a moderate price value of the FC, including the PEC price, is assumed to be based on [81][83].

050

100150200250

Hydropower Geothermal Solar Wave Wind Biomass

Pri

ce[€

/MW

h]

Page 25: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

25

Figure 2.5 Capital cost distribution for the hydrogen buffer

2.5 Generalizations

Hydrogen is already widely produced and used, but it is now being considered for use as an energy carrier for stationary power. Challenges to an expanded use of hydrogen for stationary power production include improvements in scientific processes and technologies for producing hydrogen with low to zero emissions of greenhouse gases and costs that can ultimately be competitive in the energy marketplace. Non-polluting hydrogen, energy-dense and the most abundant element in nature, is a renewable and environmentally clean energy source. But whether it can be produced and used inexpensively is the crux of a large and growing effort in research. Today, the production of hydrogen is expensive and energy intensive. Hydrogen production is a large and growing industry. The development of efficient and affordable PEC technologies can improve the cost and energy efficiency of the hydrogen based LTES, but not significantly. Centralized hydrogen production will become more economical and feasible when the hydrogen fueling market has grown large enough.

0%20%40%60%80%100% FC+PECHydrogen storageCompressorEL+PEC

Page 26: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

26

3 NEW PEC TOPOLOGIES FOR THE HYDROGEN BUFFER INTEGRATION TO AN EPDN

As mentioned above, synchronization between the main components of the hydrogen based LTES and the EPDN occurs at the power electronic stage. This is achieved by using the PEC. The development of the PEC can improve the conversion efficiency that reduces the cost and improves the energy source utilization. This PhD research was mostly dedicated to the synthesis and experimental validation of new DC/DC converter topologies for the hydrogen buffer interfacing with the DC-bus of an EPDN. The new proposed topologies could be classified as follows:

• Two-port (individual) DC/DC converters o Step-down DC/DC converters for EL interfacing with the DC-bus of

an EPDN Two-level half-bridge step-down DC/DC converter with a

phase-shifted active full-bridge rectifier Three-level half-bridge step-down DC/DC converter with a

current doubler rectifier o Step-up DC/DC converters for FC interfacing with the DC-bus of an

EPDN qZS-based full-bridge step-up DC/DC converter with a voltage

doubler rectifier • Multiport (integrated) DC/DC converters

In the case study, the EPDN with 560 V DC-bus voltage was selected (which is a typical rectified voltage of a 3x400 V AC transmission line). The general operating voltages of the EL and FC considered here are specified in Table 3.1.

Table 3.1 General operating parameters of the hydrogen buffer considered for the case study

Parameter Symbol Value DC-bus voltage of the EPDN (input/output voltage of the hydrogen buffer), V

UDC-bus 560±20%

Rated voltage of the EL, V UEL 70 Minimal voltage of the FC, V UFC,min 32 Maximal voltage of the FC, V UFC,max 60 Rated power of the hydrogen buffer, kW P 2

3.1 Interfacing of a hydrogen buffer by two-port converters

As stated above, the most traditional way of the connection of the hydrogen buffer to the DC-bus of an EPDN is the two-port (individual) DC/DC converters. As shown by Table 3.1, the voltage must be stepped-down by 8 times and stepped-up by more 30 times during the DC-bus of an EPDN interfacing with the EL and the FC, correspondingly.

Page 27: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

27

3.1.1 Two-level half-bridge step-down DC/DC converter with a phase-shifted active full-bridge rectifier

The improved galvanically isolated step-down DC/DC converter for the EL integration with the EPDN was presented and analysed in [PAPER-V]. The converter has a two-level half-bridge (2L-HB) inverter on its primary side, a high-frequency step-down transformer and a phase-shifted active full-bridge (PSAFB) rectifier based on reverse blocking (RB) switches (MOSFETs with series diodes were used in this case study) on the secondary side (Figure 3.1).

Figure 3.1 Proposed 2L-HB step-down DC/DC converter with a PSAFB rectifier

Operation principle

In the converters with a synchronous rectifier, the output voltage is generally controlled by the varying delay time between the turn-on of the switches in the rectifier and the turn-on of the switches in the inverter. The disadvantage of such traditional modulation algorithms is the presence of the intervals of energy return from the load to the power supply. If the energy return is not possible, there will be an increase of the input voltage of the inverter and a deviation of the midpoint potential of the capacitor input voltage divider. Moreover, energy circulation corresponds to the generation of the reactive power, resulting in the reduction of the converter efficiency due to increased conduction losses.

To overcome this disadvantages, the modulation algorithm of the rectifier switches was modified, as shown in Figure 3.2. The proposed algorithm provides phase-shifted control whereas practically no energy is returned into the power supply. This is achieved by introducing two additional switching states of the rectifier switches. The control of the output voltage can be achieved by varying the current freewheeling duration (time interval t3-t6). The energy return interval (time interval t2-t3) could be constant and should be kept as short as possible in order to maintain high power factor and reduce conduction losses.

The phase-shifted synchronous rectifier concept is a well-known method to reduce the ringing, increase the efficiency and achieve the ZVS of converter switches. The other advantages are the possibility of using non-dissipative capacitive snubbers in the inverter and constant frequency operation, allowing for simple control of the converter.

Page 28: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

28

Figure 3.2 General operation principle of the proposed 2L-HB step-down DC/DC

converter with a PSAFB rectifier

Key equations

Some guidelines are provided how to select the parameters for the experimental converter with the PSAFB rectifier. In order to simplify the calculations, it is assumed that the opponents are lossless, the input capacitors and the transformer magnetizing inductance are large enough and therefore the input voltage ripple and the magnetizing current are negligible.

The output voltage can be expressed by the following equation:

p

s

sw

revabusDCEL N

N

T

ttUU ⋅−⋅= − )( , (3.1)

where UDC-bus is the DC-bus voltage of the EPDN (input voltage of the converter) and Ns/Np is the transformer turns ratio.

Page 29: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

29

To estimate the parameters of the output filter inductor, it is assumed that the current of the inductor is continuous:

−⋅⋅⋅

⋅⋅=

Δ⋅−= − 1

)(2

1)( 2

revaswL

ELa

ripple

aELsTrf ttfkP

Ut

I

tUUL , (3.2)

where UTr-s is the amplitude voltage across transformer secondary, ΔIripple is the inductor ripple current, kL is the relative inductor ripple current, P is the rated power of the converter and fsw is the switching frequency.

The capacitance of the output filter capacitor can be approximated as:

2

ELU

La

ripple

aripplef

Uk

Pkt

U

tIC

⋅⋅⋅=

Δ⋅Δ

= , (3.3)

where ΔUripple is the output ripple voltage and kU is the relative voltage ripple. Experimental verification

To experimentally validate the theoretical background a 2 kW prototype was assembled (Figure 3.3). Six independent pulse width modulation (PWM) channels were used. Two channels with small dead time were used to drive IGBTs in the inverter and four channels were used to control the rectifier. As mentioned, rectifier switches should have RB capability. In the prototype, MOSFETs with series connected diodes were used. In practical applications these switches could be replaced by RB IGBTs or fast thyristors for reduced power dissipation during the on-state.

Figure 3.3 Experimental prototype of the 2L-HB step-down DC/DC converter

with a PSAFB rectifier

Page 30: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

30

The experimental waveforms are presented in Figure 3.4. The test results completely correspond to the theoretically predicted waveforms. The proposed converter provides ZVS in the inverter side and ZCS in the rectifier side.

(a) (b)

Figure 3.4 Experimental voltage and current waveforms of the TT transistor module (a); S1 transistor (b) (Uin=560 V; fsw=10 kHz)

The reduction in the IGBT turn-off power loss has been achieved by help of capacitive snubbers. The total turn-off losses with a snubber were significantly reduced (by 30-35%) as compared to turn-off without a snubber.

Figure 3.5 Experimental turn-off waveforms of the TT transistor module with a snubber

Estimation of efficiency A basis for the design of the PEC is the determination of the expected power

dissipation in the semiconductors. The estimation of the semiconductor losses is based on the calculation of the average and RMS currents and the datasheet information. The losses in the semiconductors are divided into conduction and switching losses. Conduction losses of a transistor:

-20-10

01020

0 50 100 150 200

Curr

ent

(A)

Title

-2000200400600800

0 50 100 150 200

Vol

tage

(V)

Time (µs)

-10010203040

0 50 100 150 200

Curr

ent (

A)

Title

-800

80160240

0 50 100 150 200V

olta

ge(V

)

Time (µs)

-1000100200300400500600

-202468

1012

0 1 2 3 4 5

UC

E(V

)

I C(A

)

Time (µs)

VoltageCurrent

Page 31: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

31

2CrmsCCavCEOCT IrIUP ⋅+⋅= , (3.4)

where UCEO is the collector-emitter saturation voltage, ICav is the average collector current, rC is the collector-emitter on-state resistance and ICrms is the RMS current of the transistor.

Conduction losses of the diode:

2DrmsDDavDOCD IrIUP ⋅+⋅= , (3.5)

where UDO is the forward voltage drop of the diode, IDav is the average current of the diode, rD is the diode on-state resistance and IDrms is RMS current of the diode.

Switching losses are defined by EonT – turn-on energy of the transistor; EonD – turn-on energy of the diode; EoffT – turn-off energy of the transistor; EoffD – turn-off energy of the diode. Typically, the turn-on energy of the diode is neglectable. As a result, the total switching losses of the transistor module (transistor with freewheeling diode) can be estimated by

( ) swoffDoffTonTsw fEEEP ⋅++= , (3.6)

where fsw is the switching frequency. In order to simplify the calculations, the magnetic and wire conduction losses

were neglected. As a result, the estimated converter efficiency as a function of the input voltage and output power is presented in Figure 3.6. In its nominal operating point (input voltage 560 V DC at the rated power), the converter demonstrated an efficiency near 92% (Figure 3.6a). The decreased current gives a reduction in the semiconductor losses, thus, for the same power the increase of the input voltage will lead to the efficiency rise. At 50% load the nominal input voltage will result in the efficiency drop of 1% (Figure 3.6b).

(a) (b)

Figure 3.6 Efficiency of the proposed 2L-HB step-down DC/DC converter with a PSAFB rectifier as a function of the input voltage (a) and the output power (b)

480 512 544 576 608 64089

90

91

92

93

94

Input voltage [V]

Eff

icie

ncy

[%]

1000 1200 1400 1600 1800 200089

90

91

92

93

94

Power [W]

Eff

icie

ncy

[%]

Page 32: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

32

3.1.2 Three-level half-bridge step-down DC/DC converter with a current doubler rectifier

As an alternative to the two-level topologies, the multilevel topologies with lower voltage devices that have increased switching performance could be implemented. The three-level neutral point clamped half-bridge (3L-NPCHB) step-down DC/DC converter with a current doubler (CD) rectifier proposed in article [PAPER-VI] is shown in Figure 3.7.

In contrast to the 2L-HB step-down DC/DC converter with a PSAFB rectifier, the 3L-NPCHB inverter utilized in the primary part features inherent ZVS, thus increasing the efficiency of the PEC. The CD rectifier used in the secondary part of the proposed converter was derived from the full-bridge rectifier (FB) by the replacement of bottom diodes in both legs by inductors (L1 and L2) with equal inductances. In contrast to the FB rectifier, the CD topology inhibits several advantages: the total volume of the two filter inductors might be equal or even smaller than the inductor of the FB due to their lower operating frequency and lower current ratings. Additionally, the CD rectifier offers a potential benefit of better-distributed power dissipation, which might be advantageous in a PEC with improved power density.

Figure 3.7 Proposed 3L-NPCHB step-down DC/DC converter with a CD rectifier

Operation principle The operation of a 3L-NPCHB inverter can be generally divided into four

operating modes: two conduction and two freewheeling modes. An explanatory timing diagram of the inverter switches, the resulting primary winding voltage of the isolation transformer and main waveforms of the DC rectifier are presented in Figure 3.8. Since the 3L-NPCHB inverter has four transistors, four independent PWM channels are also required, which increase the complexity of the control program and load the controller. A new concept that uses hardware based signal multiplication circuit was proposed in the current research project. By use of this method, only two independent PWM channels are needed. The control is made very easy: outer transistors T1 and T4 are controlled directly from the PWM generators of a microcontroller, while inner switches T3 and T2 are driven by the inversions of the corresponding control PWM signals.

Page 33: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

33

The PWM algorithm permits all transistors to be operated under ZVS without additional components merely utilizing parasitic elements of the circuit, such as junction and freewheeling diode capacitances across each IGBT, and leakage inductance of the isolation transformer. Moreover, the CD rectifier introduced offers loss reduction in the secondary side of the converter in contrast to the traditional FB rectifier due to the twice reduced operation current of the rectifier diodes and the secondary winding of the transformer.

Figure 3.8 General operational principle of the proposed 3L-NPCHB

step-down DC/DC converter with a CD rectifier

Key equations The proposed converter is very simple in design and operation. The terminal

voltage of the EL could be simply regulated by the duty cycle variation of the transistors T1…T4. Neglecting losses in components, the output voltage could be estimated as:

p

sbusDCEL N

ND

UU ⋅⋅= −

2, (3.7)

where UDC-bus is the DC-bus voltage of the EPDN (input voltage of the converter), D is the duty cycle of the inverter switches and Ns/Np is the transformer turns ratio.

Page 34: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

34

The values of inductances of the CD rectifier can be estimated by

swripple

EL

fI

DULL

⋅Δ−⋅== )1(

21, (3.8)

where ΔIripple is the inductor ripple current and fsw is the switching frequency. With electrolytic capacitors, capacitance could be evaluated as:

ripple

ripple

U

IC

ΔΔ⋅⋅

=−6

3

1080, (3.9)

where ΔUripple is the output ripple voltage. Experimental verification

To validate the proposed topology, the experimental setup with the power rating of 2 kW was assembled. The experimental converter was comprehensively tested in different operation conditions and has shown excellent performance despite its simple structure and control principle.

The proposed PWM method [PAPER-VI] provides the 3L-NPCHB inverter with the ZVS of all transistors without any additional components (Figure 3.9). The sufficient condition for ZVS is that the isolation transformer should have relatively high leakage inductance of windings and the dead time implemented should be smaller than the time needed to utilize the leakage energy. Also, Figure 3.9 shows that all the transistors have a hard turn-off, which results in remarkable turn-off losses. However, reducing the leakage inductance of the isolation transformer together with the 20-40% decrease of the duty cycle will result in ZVS/ZCS of the inner transistors T2 and T3.

(a) (b)

Figure 3.9 ZVS operation of outer transistors T1 and T4 (a) and inner transistors T2 and T3 (b) in the 3L-NPCHB inverter with the proposed modulation method

(duty cycle D=0.4)

In order to match the 25% peak-to-peak output current ripple requirement and achieve a 20% better power density of the rectifier stage, two single inductors of the CD rectifier were replaced by a specially designed coupled inductor. The measured current waveforms of both windings of the coupled inductor and the resulting output current of the converter are shown

UCE (100V/div)

IC (5A/div)

ZVS

Power losses Turn-off losses

UCE (100V/div)

IC (5A/div)

ZVS

Power losses Turn-off losses

Page 35: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

35

in Figure 3.10. Thanks to the high coupling coefficient used in the current design (k>0.94), the operating currents of windings have significantly reduced ripple, which finally features at around 1.14 and 1.3 times decreased RMS current values in both windings of the inductor as well as in the secondary winding of the isolation transformer, respectively. As a consequence, the winding losses of the isolation transformer and the coupled inductor were proportionally reduced. Moreover, thanks to the ripple cancellation effect of the CD rectifier, the output current of the converter (sum of the two winding currents) has a twice reduced ripple as compared to that of each winding of the coupled inductor.

Figure 3.10 Measured current waveforms of coupled inductor windings

(IL1 and IL2) and the resulting output current (IEL) of the CD rectifier with a coupled inductor

The estimated converter efficiency as a function of the input voltage and output power is presented in Figure 3.11. As in the HB converter with controlled RB switches at the secondary side case, for the same power, the increase of the input voltage will improve the efficiency of the converter because of the reduced semiconductor losses (Figure 3.11a). The Figure 3.11b shows that with the increasing power, the semiconductor losses grow linearly. It allows keeping the almost constant efficiency within the whole operating power range.

(a) (b)

Figure 3.11 Efficiency of the proposed 3L-NPCHB step-down DC/DC converter with a CD rectifier as a function of the input voltage (a) and the output power (b)

480 512 544 576 608 64089

90

91

92

93

94

Input voltage [V]

Eff

icie

ncy

[%]

1000 1200 1400 1600 1800 200089

90

91

92

93

94

Power [W]

Eff

icie

ncy

[%]

IL1 (10A/div)

IL2 (10A/div)

IEL (10A/div)

kL (44.4%)

kEL (22.3%)

Page 36: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

36

3.1.3 qZS-based full-bridge step-up DC/DC converter with a voltage doubler rectifier

During this research a brand new type of galvanically isolated high step-up DC/DC converter was introduced: the qZS-based full-bridge (qZS-FB) step-up DC/DC converter with a voltage doubler (VD) rectifier (Figure 3.12) [PAPER-VII]. The new converter for FC interfacing in a hydrogen buffer provides such advantages as increased reliability, an isolation transformer with a reduced turns ratio and reduced impact on the FC due to continuous input current.

Figure 3.12 Proposed qZS-FB step-up DC/DC converter with a VD rectifier

The most important part of the proposed converter is a voltage-fed qZS inverter. The qZS inverter is a combination of a traditional full-bridge inverter with a special quasi-impedance (qZS) network, which consists of two capacitors C1 and C2, two inductors L1 and L2 and a diode D1. If necessary, the qZS inverter can boost the input voltage by introducing a special shoot-through switching state, which is the simultaneous conduction (cross conduction) of both switches of the same inverter’s phase leg. This switching state is forbidden for the traditional voltage-source inverters (VSI) because it causes the short circuit of the DC-link capacitors. In the qZS inverter, the shoot-through states are used to boost the magnetic energy stored in the DC-side inductors L1 and L2 without short circuiting the DC capacitors C1 and C2. This increase in magnetic energy, in turn, provides the boost of the voltage seen on the inverter output during traditional operating states.

The VD rectifier used in the secondary part of the proposed converter was derived from the full-bridge rectifier (FB) by the replacement of diodes in one leg by the capacitors (C3 and C4) with equal capacitance. The resulting advantages of the VD rectifier over the traditional FB scheme are the doubling effect of the secondary winding voltage of the isolation transformer and reduced power dissipation due to the smaller number of rectifying diodes and full elimination of the smoothing inductor. Moreover, thanks to VDR the dynamic performance and stability of the PEC could be increased.

Page 37: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

37

Operation principle The central idea implemented in the proposed converter is to keep the

intermediate DC-bus voltage (UDC) constant despite variations in the FC voltage UFC. By keeping the UDC constant, the PWM inverter could be operated with a fixed duty cycle, thus ensuring constant volt-second and flux swing of the isolation transformer [90]. In accordance with the UFC, the operating modes of the proposed DC/DC converter could be broadly categorized as non-shoot-through and shoot-through operating modes.

If the UFC is equal or higher than the desired UDC level, the converter starts to operate in the non-shoot-through mode. In this mode the qZS inverter operates as a traditional voltage source full-bridge inverter performing only the buck function of the input voltage. If the UFC drops below the predefined UDC level, the converter begins to operate in the shoot-through mode. The varying output voltage of the FC is first preregulated to a desired UDC level by adjusting the shoot-through duty cycle. Afterwards the isolation transformer is being supplied from the inverter with a voltage of constant amplitude.

The proposed phase shift modulation (PSM) principle of the qZS inverter is presented in Figure 3.13. In this method the shoot-through states are generated during the zero states. To reduce switching losses of the transistors, the number of shoot-through states per period was limited by two. Moreover, in order to equalize the conduction losses of the transistors, shoot-through current is distributed between both inverter legs [91].

Figure 3.13 General operational principle of the single-phase qZS inverter

with the proposed PSM method

Page 38: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

38

Key equations Neglecting losses in the components, the intermediate DC-link voltage of the

qZS-FB step-up DC/DC converter could be regulated simply by the variation of a shoot-through duty cycle Ds:

s

FCDC DUU

⋅−⋅=

21

1, (3.10)

where UFC is the operating voltage of the FC (input voltage of the converter). The output voltage of the converter operating in the shoot-through mode

could be estimated as:

p

sDCbusDC N

NUU ⋅⋅=− 2 , (3.11)

where Ns/Np is the transformer turns ratio. The capacitance of qZS inductors needed to limit the peak-to-peak DC-link

voltage ripple by kU,DC could be calculated as:

DCUqZSDCFC

Sx kfUU

DPC

,

2

⋅⋅⋅⋅⋅= , (3.12)

where Cx is the capacitance of one capacitor, P is the power rating of the converter, DS is the duty cycle of shoot-through states and fqZS is the operation frequency of the qZS-network.

The inductor in the qZS-network will limit the current ripple through the switches during the shoot-through states. Choosing an acceptable peak-to-peak current ripple kL, the inductance can be calculated by

S

S

LqZS

FCSx D

D

kfP

UDL

21

12

−−⋅

⋅⋅⋅= , (3.13)

where Lx is the inductance of one inductor and P is the power rating of the converter.

To minimize the size and weight of the inductors, it was decided to build two inductors of the qZS-network on the common core, thus forming the coupled inductor (Figure 3.14). For a single coil on one core, the flux through the core is

LiNE ⋅⋅=φ , (3.14)

where E is the constant related to the core material and dimensions, N is the number of turns of the coil and iL is the current through the coil.

Page 39: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

39

C1

L1 L2* *

C2

D1

UDCUFC

(a) (b)

Figure 3.14 qZS network with a coupled inductor (a) and operation principle of the coupled inductor (b)

The inductance of the coil is

2NEi

NL

L

⋅=⋅= φ . (3.15)

In the voltage-fed qZS inverter, the currents through inductors L1 and L2 are always exactly the same in terms of waveform and magnitude. For two coils on one core with exactly the same current, the flux through the core is:

LiNE ⋅⋅⋅= 2φ . (3.16)

The resulting inductance of each winding when supplying exactly the same current to the two windings is:

22 NEi

NL

L

⋅⋅=⋅= φ . (3.17)

It is seen from Eq. 3.17 that the inductance of each winding is doubled. Therefore, for the same operating conditions, we need to build two windings with twice smaller inductance than in the case of separate inductors. In our case it finally resulted in a 35% decrease of the overall volume of a coupled inductor in comparison with a standard approach with two separate inductors.

Experimental verification

To validate the proposed topology, the experimental setup with the power rating of 2 kW was assembled (Figure 3.15).

Page 40: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

40

Figure 3.15 Experimental prototype of the qZS-FB step-up DC/DC converter

with a VD rectifier

The converter was first tested with a low FC voltage, at the terminal voltage of 40 V. To boost the FC voltage to the desired voltage level of the intermediate DC-link (60 V), the shoot-through duty cycle Ds was set to 0.19. The active state duty cycle was 0.4. Figure 3.16a shows that the qZS inverter with the proposed modulation algorithm ensures the demanded gain of the FC voltage (UFC = 40 V and UDC = 60 V, as expected). Moreover, the VD rectifier provides the demanded voltage doubling effect of the peak voltage of the secondary winding of the isolation transformer, thus ensuring the ripple-free voltage of 560 V DC at the output (Figure 3.16b). For the second operating point, when the FC voltage equals the desired intermediate DC-bus voltage, the shoot-through states are eliminated and the converter operates as a traditional VSI.

(a) (b)

Figure 3.16 Experimental waveforms of the input, intermediate DC and primary winding voltages (a) and output and secondary winding voltages (b)

Since the operation of all transistors in the PSM method is identical (Figure 3.13), only the switching transients of the transistor T1 were examined and analysed. Figure 3.17 shows the experimental waveforms of the collector-emitter voltage UCE, collector current IC and power loss PLoss of transistor T1. All the turn-on/off and conduction intervals are separated by the dashed lines.

UFC (50V/div)

UDC (50V/div)

IFC (50A/div) UTR,1 (50V/div) UDC-bus (250V/div)

UTR,2 (250V/div)

Page 41: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

41

Figure 3.17 Experimental waveforms of one switching period of top transistors in the PSM shoot-through modulation method

It is seen from Figure 3.17 that due to the inherent properties of the proposed PSM algorithm, the transistor is fully soft switched during the first shoot-through state S1 (Figure 3.18). However, during S2 (7 and 9) the transistor is partially soft switched and the turn-on/off transients are presented in Figure 3.19. Figure 3.20a and Figure 3.20b show the turn-on and turn-off intervals (4 and 6) of the active state according to Figure 3.17. During turn-on, the transistor is soft switched but during turn-off it is hard switched.

(a) (b)

Figure 3.18 Shoot-through state S1 turn-on (a) and turn-off (b) intervals of top transistors

(a) (b)

Figure 3.19 Shoot-through state S2 turn-on (a) and turn-off (b) intervals in the PWM shoot-through modulation method

Page 42: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

42

(a) (b)

Figure 3.20 Active state A turn-on (a) and turn-off (b) intervals of transistors in the PSM shoot-through modulation method

Figure 3.21 Estimated efficiency as a function of the input voltage of the proposed qZS-based step-up DC/DC converter

The estimated converter efficiency as a function of the input voltage is presented in Figure 3.21. It is seen that the converter achieves its maximum efficiency (92%) at the maximal input voltage, which corresponds to the light load conditions of the FC. By increasing the power, the efficiency is decreasing almost linearly to 84%. The efficiency drop is mostly caused by the high circulation currents of the qZS-network and high power dissipation in qZS diode D1 as well as inverter switches during the shoot-through states.

3.2 Interfacing of hydrogen buffer by a multiport converter

In previous chapters a variety of new DC/DC converter topologies for the interfacing of a hydrogen buffer with the DC-bus of an EPDN were presented. These converters are the two-port converters since they all have two power ports, one connecting the source for power input and another connecting the load for power output. The stochastic nature of the renewable energy requires that the energy source should be able to respond to fast changing loads. Since the FC has a slow response time and prefers to be operated under constant power, a battery is often used as additional energy storage in the hydrogen buffer [92]-[94]. The battery should have a special charger circuit that integrates it to the DC-bus of the EPDN. It leads to a complex multiconverter system

UCE [25 V/div]

IC [5 A/div]

UCE [25 V/div]

IC [5 A/div]

20 24 28 32 36 4083

85

87

89

91

93

Input voltage [V]

Eff

icie

ncy

[%]

Page 43: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

43

(individual PECs for EL, FC and battery, as seen from Figure 2.3) with a high number of energy conversion stages, complex control and reduced efficiency.

The multiport converter is an emerging technology for complex power electronic systems with multiple power sources and loads. Having the single power processing stage, the multiport converter cannot only interface all power sources and loads and modify the electric energy form but also manage the power flow between the sources and loads.

As an important result of this PhD research, an idea was proposed to implement the multiport converter technology for the interfacing of a hydrogen buffer with the DC-bus of an EPDN [PAPER-VIII]. For hydrogen buffer applications, the multiport concept can provide a reduced parts-count solution compared with the conventional structure that uses multiple converters. A multiport converter will best satisfy integrated power conversion, efficient thermal management, compact packaging, and centralized control requirements [95][96]. These advantages can potentially improve the overall cost, efficiency and flexibility of the hydrogen buffers used in the EPDN.

Figure 3.22 General idea of a magnetically coupled multiport converter in a hydrogen based LTES

Page 44: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

44

In the proposed approach (Figure 3.22), the multiport converter has four ports: two unidirectional ports for connection of the FC and EL and two bidirectional ports for connection of the STES (battery) and for the connection to the DC-bus of an EPDN. All the ports are galvanically coupled by help of the multiwinding isolation transformer. This allows easy matching of the different voltage levels of the ports and provides galvanical isolation demanded for safety reasons in several cases.

(a)

(b)

Figure 3.23 New proposed multiport DC/DC converter topologies for hydrogen buffer integration with the DC-bus of the EPDN: 2L-HB inverter magnetically coupled with a PSAFB rectifier and qZS-FB inverter (a) and 3L-HB inverter magnetically

coupled with a CD rectifier and a qZS-FB inverter (b)

Page 45: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

45

Generally, the multiport converter can be constructed from the basic switching cells including the buck/boost, half-bridge, full-bridge, boost half-bridge, and boost full-bridge cells [96]. In our case study we have analysed the magnetic integration of the new converter topologies presented in Section 3.1. As a result, two novel magnetically coupled multiport DC/DC converters for the hydrogen buffer integration with the DC-bus of the EPDN were synthesized (Figure 3.23). In accordance with the operation principle of the hydrogen buffer, the proposed multiport converters could have two distinct operation modes: hydrogen generation from surplus energy of an EPDN (i.e. EL operation mode when the energy is transferred from the EPDN-side port to the EL-side port) and a power back-up mode with the electricity generation by a FC (i.e. FC operation mode when the energy is transferred from the FC-side port to the EPDN-side port). The control of energy flows in both operating modes is similar to that of individual converters described in previous chapters. It must be noted here that in a FC operation mode the EPDN-side port could operate either in the uncontrolled mode (i.e. rectification through the freewheeling diodes of the transistor modules) or in the controlled mode (synchronous rectification).

During the research the new method of STES (battery) integration to the FC-side port of the proposed multiport converters was proposed and experimentally validated [PAPER-IX]. Typically, to apply a battery, an additional charging circuit is required, leading to increased complexity of the converter. However, by utilizing the property of the qZS inverter, the battery could be connected without any additional circuits, as shown in Figure 3.23. The average voltage across the battery terminals equals the average voltage of the capacitor C4:

FC

S

SavrCB U

D

DUU ⋅

⋅−==

21,4. (3.18)

In addition to the general FC operation mode described in Section 3.1.3, several submodes could also be distinguished in the topology with an integrated battery:

• battery assisted mode: the FC and the battery provide both the power to the DC-bus to manage the peak power demand;

• battery charging mode: the FC power is higher than the load demanded power, the battery being charged from the FC;

• battery stand-by mode: the battery is fully charged and the FC provides full power only to the DC-bus.

The state-of-charge (SOC) of the battery is controlled by varying the shoot-through duty cycle Ds of the qZS inverter switches. The battery current depends on the voltage UB and instantaneous voltage ūC4 as well as on its internal resistance rB:

Page 46: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

46

B

CBB r

uUi 4−= . (3.19)

Hence, the state-of-charge (SOC) of the battery is controlled by varying the shoot-through duty cycle DS of the qZS inverter switches. The battery current depends on the voltages UC4 and UB as well as on its internal resistance rB (Figure 3.24):

B

CBB r

UUi 4−= , (3.20)

where UB is the voltage rating of the battery. Hence, the state of the charge of the battery depends on the voltage:

4CBSOC UUU −= . (3.21)

Figure 3.24 Simplified equivalent circuit of a battery

In order to keep the system in continuous conduction mode (CCM), the current of the qZS diode should never reach zero during the non-shoot-through state and the following expression should be satisfied:

2,TrB ii < . (3.22)

where iTr,2 is the current of the transformer secondary winding. Next, the power equations for particular submodes of the FC operation mode

are justified:

1) Battery assisted mode: PFC<PDC-bus The FC and the battery provide the power to the DC-bus; the power equation

is

0=+− − BbusDCFC PPP , (3.23)

where PFC is the power of the fuel cell, PDC-BUS is the power flowing into the DC-bus and PB is the power provided by the battery. In this case iL1>iL2

2) Battery charging mode: PFC>PDC-bus The FC supplies both the battery and the DC-bus in this case iL1>iL2 and the

power equation is

0=−− − BbusDCFC PPP . (3.24)

Page 47: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

47

3) Battery stand-by mode: PFC=PDC-bus The fuel cell provides full power to the DC-bus and the battery is fully

charged. In this case iL1=iL2 and the power equation is

0=− −busDCFC PP . (3.25)

To validate the proposed topology, the experimental setup with the power rating of 2 kW was assembled (Figure 3.25).

Figure 3.25 Experimental prototype of the multiport converter

It was experimentally verified that the system without a battery (Figure 3.26a) had an appreciable voltage drop at the DC-bus, while the system with the battery was able to correspond to the increased load current and provided considerably more stable output voltage (Figure 3.26b).

(a) (b)

Figure 3.26 Experimental waveforms of the FC operating mode of the proposed multiport DC/DC converter without the battery (a) and with the battery

connected in parallel with C4 (b)

Battery

qZSI network

IGBT modules

3L NPC inverter

TransformerCurrent doubler rectifier

Page 48: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

48

Figure 3.27 shows the battery state changing from charging to discharging during the operation with limited FC current when the load suddenly increases. As estimated, during charging iL1>iL2 and when the battery supplies the load iL1>iL2. Since the battery voltage remains relatively constant during the operation, the intermediate DC-link voltage of the qZS inverter is stable.

Figure 3.27 Intermediate DC-link voltage, current of the inductors L1 and L2 and battery current during the operation with limited current

when the load suddenly increases

3.3 Generalizations

In this chapter, a variety of brand new DC/DC converter topologies for the hydrogen buffer interfacing with an EPDN were proposed and experimentally validated. Below, the main advantages and challenges of the proposed topologies are summarized.

2L-HB step-down DC/DC converter with a PSAFB rectifier. Due to the possibility to reduce switching losses, the implementation of a PSAFB rectifier in high-power HB DC/DC converters could be a highly promising alternative to traditional diode rectifiers. The new proposed modulation algorithm for the converter with a PSAFB rectifier allows the ZVS of the inverter switches and the ZCS of the rectifier switches over the whole range of operation conditions. At the same time, the parasitic oscillations after the turn-off of the inverter’s IGBTs are completely avoided. The leakage inductance of the transformer acts as the turn-on snubber for rectifier transistors and turn-off losses of the inverter transistors could be reduced using lossless capacitive snubbers. The proposed solution has only minor modifications on the inverter side, it requires no additional bulky passive components or a frequency modulation algorithm, it features reduced energy circulation during the operation and provides significant power loss reduction in the inverter. As a downside, the topology requires reverse-blocking switches in the rectifier. This capability is often achieved by series connection of a transistor and a diode, which results in increased conduction losses.

Page 49: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

49

3L-NPCHB step-down DC/DC converter with a CD rectifier. This topology features the three-level inverter on the primary side, which provides an excellent opportunity of using transistors with twice reduced blocking voltage in comparison with the two-level counterpart. The proposed PWM method provides the 3L-NPCHB inverter with the ZVS of all transistors without any additional components only by utilizing the leakage inductance of the isolation transformer. The specificity of the CD rectifier related to the isolation transformer is that the secondary winding’s amplitude voltage is twice as high as that of the full-bridge rectifier. As a result, the turns number of the secondary winding of the isolation transformer will be reduced by 50%. On the other hand, the secondary current of the isolation transformer is half the output current in case of a CD rectifier. Thus, the cross-section of a wire required for the secondary winding could be twice reduced in contrast to the full-bridge transformer. Each inductor of the CD topology conducts only half the output current, which in turn gives a possibility of reduced copper loss and power dissipation distributed better than with the full-bridge design. All these advantages finally resulted in high efficiency (92-93%) in all operating points and modes of the experimental converter. A specific drawback of the three-level inverter is that the conduction losses increased by 30% due to series connection of two transistors (sum of voltage drops) during the conduction period. However, it cannot affect the overall feasibility of this topology in any load conditions.

qZS-FB step-up DC/DC converter with a VD rectifier. This topology represents a new approach to the high step-up DC/DC converters where the voltage gain is performed at every voltage conversion stage. First, the voltage is boosted in the qZS inverter by help of the special shoot-through operating state. Afterwards the voltage is stepped up in the isolation transformer proportionally to its turns ratio and finally doubled in the voltage doubler rectifier. Presence of the qZS-network at the inverter stage ensures the inherent “shoot-through proof” feature – the converter will not be destroyed by the simultaneous conduction of the top and bottom switches, which could be caused by the misgating due to the EMI. The utilization of leakage inductance of the isolation transformer in combination with a proper modulation method will result in the decreased dynamic losses of the inverter due to the presence of ZVS and ZCS. The converter demonstrated the efficiency near 92% at the maximal input voltage, which could be further improved to 97% by the introduction of the LC resonance network. However, the efficiency drop at the maximal power point caused by the increased power dissipation in the semiconductors during the shoot-through stages could become an issue.

Magnetically coupled multiport DC/DC converters. The multiport topology provides significant advantages over the traditional multiconverter approach, such as integrated power conversion, efficient thermal management, compact packaging, and centralized control. By magnetic integration of two-port converters of the hydrogen buffer, the number of stages of the conventional

Page 50: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

50

structure can be reduced. For example, in the proposed multiport DC/DC converter topologies by sharing the conversion devices (transistors and diodes) of the DC-bus side port, the redundancy was reduced. Finally, it resulted in 20% better power density than with the traditional multiconverter approach as well as in reduced component count, lower cost, and control simplicity. For further improvement of integrity and reduction of redundancy, the converterless integration of a STES (battery) into the qZS-based FC side port was considered. The integrated battery will help to balance the power difference between the FC and the EPDN and finally improve the dynamic response of the hydrogen buffer.

Page 51: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

51

4 FUTURE RESEARCH DIRECTIONS The future work could continue with the analysis of implementation

possibilities of the hydrogen based LTES in the Estonian energy sector. Estonia has a long coastal line and islands, which is a large part in the Baltic region. Wind power appears to be one of the most perspective and widespread among alternative energy sources in Estonia. New local wind power stations are being developed in compliance with the requirements of the EU and the latest PEC technologies. Introducing a huge amount of wind power in the energy systems might imply a lower capacity value of the wind generated electricity. However, a system with a high penetration of wind power needs more reserve capacity as backup to deal with short-run fluctuations in the level of wind output. Unforecastable winds make it difficult to plan production (Figure 1.2), complicating parallel operation with other power plants intended for compensating the instability of wind production. The fluctuating level of demand on the conventional power stations can make the market price of electricity very volatile, which brings challenges to the companies which need to trade it. Thus, the hydrogen based LTES is needed for the stabilization of wind power generation. Results show that combining controllable hydrogen production with wind power can cost-effectively reduce a substantial share of the power imbalances resulting from wind forecast uncertainties.

In the future research special attention should be paid to a feasibility study of distributed energy generation in the conditions of open electricity market. The idea of an open electricity market is to create competition in as many links of the power supply chain as possible. After the market opening new business opportunities for market participants will evolve, there will be competition in electricity generation and retail. For producers, the electricity market will provide an opportunity to sell what they generate. A functioning market, along with transparent pricing, will in turn give investors and producers a basis for making long-term investment decisions. In the conditions of an open electricity market the hydrogen produced can be also used for transport, for combined heat and power, or simply to generate electricity at a time when prices are higher. Interest in hydrogen as a transportation fuel is growing. This implies a considerable need for hydrogen transport and delivery infrastructure. Between the two ends of the economic chain, hydrogen has to be packaged by compression or liquefaction to become a commodity. In the transportation, hydrogen has to be produced, packaged, transported, stored, transferred to cars, then stored and transported again before it is finally admitted to fuel cells. There are two possibilities of hydrogen delivery: road and pipeline delivery. Surface transportation of hydrogen gas is expensive, especially over long distances, because of the amount of pressure required to store the hydrogen. Liquefied hydrogen is denser, but liquefaction is extremely costly and energy inefficient. Nevertheless, transport using cryogenic tankers is currently the most common method because of the lack of underground pipelines. Hydrogen has a very small amount of energy by volume as compared to other fuels. As a result, distribution

Page 52: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

52

and delivery are costly and result in inefficiencies associated with it. Most of the analyses show that gaseous hydrogen pipelining costs approximately 1.3 to 1.8 times more per unit energy distance than natural gas. Pipelines are very expensive to design and construct and must have high utilization to justify the initial capital cost. Thus, the interactions between the hydrogen production and the electricity market require further research and development.

Page 53: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

53

References [1] Boroyevich, D.; Burgos, R.; Arnedo, L.; Fei Wang. Synthesis and Integration of

Future Electronic Power Distribution Systems. Power Conversion Conference (PCC'07), pp. K-1-K-8, 2-5 April 2007.

[2] Boroyevich, D.; Cvetkovic, I.; Dong Dong; Burgos, R.; Fei Wang; Lee, F. Future Electronic Power Distribution Systems a Contemplative View. 12th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM’2010), pp. 1369-1380, 20-22 May 2010.

[3] Ajaja, A. Reinventing Electric Distribution. IEEE Potentials, Vol.29, no. 1, pp. 29-31, Jan.-Feb. 2010.

[4] Chowdhury, S; Chowdhury S. P.; Crossley, P. Microgrids and Active Distribution Networks. Institution of Engineering and Technology (IET), 320 pp, 2009.

[5] Peng, F.Z.; Yun Wei Li; Tolbert, L.M. Control and Protection of Power Electronics Interfaced Distributed Generation Systems in a Customer-Driven Microgrid. IEEE Power & Energy Society General Meeting PES'2009, pp.1-8, 26-30 July 2009.

[6] Yun Wei Li; Ching-Nan Kao. An Accurate Power Control Strategy for Power-Electronics-Interfaced Distributed Generation Units Operating in a Low-Voltage Multibus Microgrid. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 24, no. 12, pp. 2977-2988, Dec. 2009.

[7] Zhenhua Jiang; Xunwei Yu. Hybrid DC- and AC-Linked Microgrids: Towards Integration of Distributed Energy Resources. IEEE Energy 2030 Conference ENERGY 2008, pp.1-8, 17-18 Nov. 2008.

[8] Zhenhua Jiang; Xunwei Yu. Power Electronics Interfaces for Hybrid DC and AC-linked Microgrids. IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference IPEMC '2009, pp. 730-736, 17-20 May 2009.

[9] Implementation of the Renewable-Energy-Directive by the EU Member States http://www.ecologic.eu/4164

[10] Elering Company http://www.elering.ee [11] Nguyen, T. D; Tseng, K. J; Zhang, S; Zhang, C. A Flywheel Cell for Energy

Storage System. Proceedings of the IEEE, pp. 214-219, 2008. [12] Boyes, J. D; Clark, N. H. Technologies for Energy Storage. Flywheels and Super

Conducting Magnetic Energy Storage. Proceedings of the IEEE, pp. 1548-1550, 2000.

[13] Rausmussen, C. N. Improving Wind Power Quality with Energy Storage. Proceedings of the IEEE, pp. 1-7, 2009.

[14] Smith, S. C; Sen, P. K; Kroposki, B. Advancement of Energy Storage Devices and Applications in Electrical Power System. Proceedings of the IEEE, 2008.

[15] Nigim, K; Reiser, H. Energy Storage for Renewable Energy Combined Heat, Power and Hydrogen Fuel (CHPH2) Infrastructure. Proceedings of the Electrical Power and Energy Conference, 2009.

[16] Cavallaro, C.; Chimento, F.; Musumeci, S.; Sapuppo, C.; Santonocito, C. Electrolyser in H2 Self-Producing Systems Connected to DC Link with Dedicated Phase Shift Converter. International Conference on Clean Electrical Power (ICCEP’07), pp. 632-638, 21-23 May 2007.

[17] Cavallaro, C.; Cecconi, V.; Chimento, F.; Musumeci, S.; Santonocito, C.; Sapuppo, C. A Phase-Shift Full Bridge Converter for the Energy Management of

Page 54: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

54

Electrolyzer Systems. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, (ISIE’07), pp. 2649-2654, 4-7 June 2007.

[18] Ugartemendia, J.J.; Ostolaza, X.; Moreno, V.; Molina, J.J.; Zubia; I. Wind Generation Stabilization of Fixed Speed Wind Turbine Farms with Hydrogen Buffer. 11th Spanish-Portuguese Conference on Electrical Engineering (11CHLIE), pp. 1-5, 1-4 July 2009.

[19] Faias S.; Santos P.; Sousa J.; Castro R. An Overview on Short and Long–Term Response Energy Storage Devices for Power Systems Applications. Proceedings of the International Conference On Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’08), pp.1-6, 2008.

[20] Korpas, M.; Holen, A. T. Operation Planning of Hydrogen Storage Connected to Wind Power Operating in a Power Market. IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 21, no. 3, pp. 742-749, September 2006.

[21] Agbossou, K.; Kolhe, M.; Hamelin, J.; Bose, T. K. Performance of a Stand-Alone Renewable Energy System Based on Energy Storage as Hydrogen. IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 19, no. 3, pp. 633-640, September 2004.

[22] Agbossou, K.; Doumbia, M. L.; Anouar, A. Optimal Hydrogen Production in a Stand-Alone Renewable Energy System. IEEE, pp. 2932-2936, 2005.

[23] Wang, C.; Nehrir, M. H. Power Management of Standalone Wind/Photovoltaic/Fuel Cell Energy System. IEEE Transaction on Energy Conversion, vol. 23, no. 3, pp. 1-11, 2008.

[24] Ellis, M. W.; Von Spakovsky, M. R.; Nelson, D. J. Fuel Cell Systems: Efficient, Flexible Energy Conversion for the 21st Century. IEEE, vol. 89, no. 12, pp. 1808-1818, December 2001.

[25] Yu, S.; Mays, T. J.; Dunn, R. W. A New Methodology for Designing Hydrogen Energy Storage in Wind Power Systems to Balance Generation and Demand. IEEE, pp. 1-2, 2009.

[26] Kottenstette, R.; Cortell, J. Hydrogen Storage in Wind Turbine Towers. NREL/TP-500-34656. Technical Report. National Renewable Energy Laboratory, September 2003.

[27] Poore, R.; Lettenmaier, T. Alternative Design Study Report: WindPACT Advanced Wind Turbine Drive Train Designs Study. NREL/SR-500-33196. Subcontractor Report. National Renewable Energy Laboratory, August 2003.

[28] Korpaas, M.; Hildrum, R.; Holen, A. T. Optimal Operation of Hydrogen Storage for Energy Sources with Stochastic Input. IEEE Bologna PowerTech Conference, pp. 1-8, 2003.

[29] Bapu, B. R. R.; Karthikeyan, J.; Reddy, K. V. K. Hydrogen Storage in Wind Turbine Tower – a Review. IEEE, pp. 308-312, 2010.

[30] Iannuzzi, D.; Pagano, M. Efficiency of Hydrogen Based Storage Systems for Stand-Alone PV Applications: Numerical and Experimental Results. IEEE, pp. 555-561, 2009.

[31] Gao, W.; Zheglov, V.; Wang, G.; Mahajan, S. M. PV-Wind-Fuel Cell-Electrolyzer Micro-Grid Modeling and Control in Real Time Digital Simulator. IEEE, pp. 29-34, 2008.

[32] Chedid, R.; Chaaban, F. B.; Shihab, R. A Simplified Electric Circuit Model for the Analysis of Hybrid Wind-Fuel Cell Systems. IEEE, pp. 1-6, 2007.

[33] Doumbia, M. L.; Agbossou, K.; Granger, E. Modelling and Simulations of a Hydrogen Based Photovoltaic/Wind Energy System. IEEE, pp. 2601-2606, 2007.

Page 55: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

55

[34] Andrijanovitš, A.; Vinnikov, D. Multiport DC/DC Converters for Interfacing of Hydrogen Buffer with Wind Turbine. 9th International Symposium "Topical Problems in the Field of Electrical and Power Engineering", Doctoral School of Energy and Geotechnology. Tallinn: Elektriajam, pp.95-99, 2010.

[35] Nguyen, T. D.; Tseng, K. J.; Zhang, S.; Zhang, C. A Flywheel Cell for Energy Storage System. Proceedings IEEE, pp. 214-219, 2008.

[36] Boyes, J. D.; Clark, N. H. Technologies for Energy Storage. Flywheels and Super Conducting Magnetic Energy Storage. Proceedings IEEE, pp.1548-1550, 2000.

[37] Rausmussen, C. N. Improving Wind Power Quality with Energy Storage. Proceedings IEEE.

[38] Smith, S. C.; Sen, P. K.; Kroposki, B. Advancement of Energy Storage Devices and Applications in Electrical Power System. Proceedings IEEE, 2008.

[39] Nigim, K.; Reiser, H. Energy Storage for Renewable Energy Combined Heat, Power and Hydrogen Fuel (CHPH2) Infrastructure. Proceedings IEEE Electrical Power and Energy Conference, 2009.

[40] Kroposki, B.; Levene, J.; Harrison, K.; Sen, P. K.; Novachek, F. Electrolysis: Opportunities for Electric Power Utilities in a Hydrogen Economy. 38th North American Power Symposium. NAPS, pp. 567-576, 2006.

[41] Yu, S.; Mays, T. J.; Dunn, R. W. A New Methodology for Designing Hydrogen Energy Storage in Wind Power Systems to Balance Generation and Demand. Proceedings of the IEEE, 2009.

[42] Fuel Cell Handbook. Eg & G Technical Services, Inc. 2004. [43] Matthew, M. Fuel Cell Engines. John Wiley & Sons, Inc. 2008. [44] Srinivasan, S. Fuel Cells: from Fundamentals to Applications. Springer, USA,

2006. [45] Wang, C.; Nehrir, M. H. Power Management of a Stand-Alone

Wind/Photovoltaic/Fuel Cell Energy System. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2008.

[46] Gautam, D. S.; Bhat, A. K. S. A Comparison of Soft-Switched DC to DC Converters for Electrolyser Application. Proceedings of India International Conference on Power Electronics, pp. 274-279, 2006.

[47] Gautam, D. S.; Bhat, A. K. S. A Two-Stage Soft-Switched Converter for Electrolyser Application. Fifteenth National Power Systems Conference (NPSC). IIT Bombay, 2008.

[48] Jang, Y.; Jovanović, M. M. A New Family of Full-Bridge ZVS Converters. IEEE, pp. 622-628, 2003.

[49] Nayak, D. K.; Reddy, S. R. Simulation of Soft Switched PWM ZVS Full-Bridge Converter. International Journal of Computer and Electrical Engineering, vol. 2, no. 3, 2010.

[50] Borage, M.; Tiwari, S.; Bhardwaj, S.; Kotaiah, S. A Full-Bridge DC/DC Converter with Zero-Voltage-Switching over the Entire Conversion Range. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 4, 2008.

[51] Chandrasekhar, P.; Rama Reddy, S. Design of LCL Resonant Converter for Electrolyser. International Journal of Electronic Engineering Research, vol. 2, no. 3, 2010.

[52] Dudrik, J.; Oetter, J. High-Frequency Soft-Switching DC/DC Converters for Voltage and Current DC Power Sources. Acta Polytechnica Hungarica, vol. 4, no. 2, 2007.

Page 56: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

56

[53] Bhat, A. K. S. Analysis and Design of LCL-Type Series Resonant Converter. IEEE, pp.172-178, 1990.

[54] Steigerwald, R. L. A Comparison of Half-Bridge Resonant Converter Topologies. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 3, no. 2, 1988.

[55] Shen, Z. B.; El-Saadany, E. F. Novel Interfacing for Fuel Cell Based Distributed Generation. IEEE Power Engineering Society General Meeting, June 2007.

[56] Sharma, R.; Gao, H. A New DC/DC Converter for Fuel Cell Powered Distributed Residential Power Generation Systems. IEEE, pp. 1014-1018, 2006.

[57] Younis, M. A. A.; Rahim, N. A.; Mekhilef, S. Dynamic and Control of Fuel Cell System", IEEE Industrial Electronics and Applications, pp. 2063-2067, June 2008.

[58] Xu, H.; Kong, L.; Wen, X. Fuel Cell Power System and High Power DC/DC Converter. IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 19, no. 5, pp. 1250-1255, September 2004.

[59] Narjiss, A.; Depernet, D.; Gustin, F.; Hissel, D.; Berthon, A. Design and Control of a Fuel Cell DC/DC Converter for Embedded Applications. IEEE, 2008.

[60] Larico, H. R. E.; Barbi, I. Voltage-Fed Three-Phase Push-Pull DC/DC Converter. IECON´09, 35th Annual Conference of IEEE, pp. 956-961, November 2009.

[61] Mohr, M.; Fuchs, F. Voltage-Fed and Current-Fed Full-Bridge Converter for the Use in Three-Phase Grid Connected Fuel Cell Systems. IEEE Power Electronics and Motion Control Conference, August 2006.

[62] Mohr, M.; Fuchs, F. Current-Fed Full-Bridge Converters for Fuel Cell Systems Connected to the Three Phase Grid. IEEE, pp. 4313-4318, 2006.

[63] Zhu, X.; Xu, D.; Shen, G.; Xi, D.; Mino, K.; Umida, H. Current-Fed DC/DC Converter with Reverse Block IGBT for Fuel Cell Distributing Power System. Industry Applications Conference, pp. 2043-2048, October 2005.

[64] Rathore, A. K.; Mazumder, S. K. Novel Zero-Current Switching Current-Fed Half-Bridge Isolated DC/DC Converter for Fuel Cell Based Applications. Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 3523-3529, September 2010.

[65] Meo, S.; Perfetto, A.; Piegari, L.; Esposito, F. A ZVS Current-Fed DC/DC Converter Oriented for Applications Fuel Cell Based. The 30th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 932-937, November 2004.

[66] Andersen, G. K.; Klumpner, C.; Kjaer, S. B.; Blaabjerg, F. A New Green Power Inverter for Fuel Cells. IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 727-733, 2002.

[67] Bojoi, R.; Pica, C.; Tenconi, A. New DC/DC Converter with Reduced Low-Frequency Current Ripple for Fuel Cell in Single-Phase Distributed Generation. IEEE Industrial Technology (ICIT), pp. 1213-1218, March 2010.

[68] Larico, H. R. E.; Barbi, I. Double-Coupled Current-Fed Push-Pull DC/DC Converter: Analysis and Experimentation. IEEE Power Electronics Conference, COBEP´09, pp. 305-312, October 2009.

[69] Cha, H.; Enjeti, P. A Novel Three-Phase High Power Current-Fed DC/DC Converter with Active Clamp for Fuel Cells. IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 2485-2489, June 2007.

[70] Andersen, R. L.; Barbi, I. A Three-Phase Current-Fed Push-Pull DC/DC Converter. IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 24, no. 2, pp. 358-368, February 2009.

Page 57: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

57

[71] Lee, S.; Park, J.; Choi, S. A Three-Phase Current-Fed Push-Pull DC/DC Converter with Active Clamp for Fuel Cell Applications. IEEE.

[72] Vinnikov, D.; Roasto, I.; Jalakas, T. New Step-Up DC/DC Converter with High-Frequency Isolation. IEEE, pp. 670-675, 2009.

[73] Peng, F. Z. Z-Source Inverter. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no. 2, pp. 504-510, April 2003.

[74] Shen, M.; Joseph, A.; Wang, J.; Peng, F. Z.; Adams, D. J. Comparison of Traditional Inverters and Z-Source Inverter for Fuel Cell Vehicles. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, no. 4, pp. 1453-1463, July 2007.

[75] Vinnikov, D.; Roasto, I.; Zakis, J.; Strzelecki, R. New Step-Up DC/DC Converter for Fuel Cell Powered Distributed Generation Systems: Some Design Guidelines. Journal of Electrical Review, vol. 86, no. 8, pp. 245-252, 2010.

[76] Li, Y.; Anderson, J.; Peng, F. Z.; Liu, D. Quasi-Z-Source Inverter for Photovoltaic Power Generation Systems. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, pp. 918-924, February 2009.

[77] Yao, Z.; Xiao, L.; Huang, Y.; Gong, C. Push-Pull Forward Three-Level Converter with Reduced Rectifier Voltage Stress. IEEE, pp. 1654-1660, 2009.

[78] Jin, K.; Ruan, X.; Yang, M.; Xu, M. A Hybrid Fuel Cell Power System. IEEE Transactions of Industrial Electronics, Vol. 56, No. 4, pp. 1212-1222, April 2009.

[79] Beurskens, L. W. M.; Hekkenberg, M.; Vethman, P. Renewable Energy Projections as Published in the National Renewable Energy Action Plans of the European Member States. 2011.

[80] Prices for Renewable Energies in Europe: Report 2011-2012. European Renewable Energies Federation (EREF), 2012.

[81] Weinert, J. X.; Lipman, T. E. An Assesment of the Near-Term Costs of Hydrogen Refueling Stations and Station Components. Institute of Transportation Studies, University of California, 2006.

[82] Amos, W. A. Costs of Storing and Transporting Hydrogen. NREL, 1998. [83] Doty, F. A Realistic Look at Hydrogen Price Projections. Doty Scientific, Inc.

Columbia, 2004. [84] Blinov, A. Research of Switching Properties and Performance Improvement

Methods of High-Voltage IGBT based DC/DC Converters. PhD. Thesis, Tallinn University of Technology, TUT Press, 2012.

[85] Martins, J. F.; Joyce, A.; Rangel, C.; Sotomayor, J.; Castro, R.; Pires, A.; Carvalheiro, J.; Silva, R. A.; Viana, S. RenH2 - Stand-Alone Energy System Supported by Totally Renewable Hydrogen Production. Proc. of International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG’07), pp. 566-570, 2007.

[86] Prasad, A. R.; Ziogas, P. D.; Manias, S. Analysis and Design of a Three-Phase Offline DC/DC Converter with High-Frequency Isolation. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 28, no. 4, pp. 824-832, 1992.

[87] Rabinovici, R. Three-Phase High Frequency DC/DC Converter. Electronics Letters, vol. 26, issue 13, pp. 829-830, 1990.

[88] Vinnikov, D. Isolated DC/DC Converter Topology with a Three-Phase Intermediate AC-Link. Proc. of 2006 International Baltic Electronics Conference, pp. 1-4, 2006.

Page 58: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

58

[89] Prasad, A .R.; Ziogas, P. D.; Manias, S. Analysis and Design of a Three-Phase Offline DC-DC Converter with High-Frequency Isolation. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 28, no. 4, pp. 824-832, Jul/Aug 1992.

[90] Vinnikov, D.; Roasto, I. Quasi-Z-Source-Based Isolated DC/DC Converters for Distributed Power Generation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no.1, pp. 192-201, 2011.

[91] Roasto, I.; Vinnikov, D. Analysis and Evaluation of PWM and PSM Shoot-Through Control Methods for Voltage-Fed qZSI Based DC/DC Converters. 14th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC’10), pp.T3-100-T3-105, 2010.

[92] Gao, W.; Zheglov, V.; Wang, G.; Mahajan, S. M. PV-Wind-Fuel Cell-Electrolyzer Micro-Grid Modeling and Control in Real Time Digital Simulator. IEEE, pp. 29-34, 2008.

[93] Thounthong, P.; Sethakul, P.; Rael, S.; Davat, B. Performance Investigation of Fuel Cell/Battery and Fuel Cell/Supercapacitor Hybrid Sources for Electric Vehicle Applications. IEEE, pp. 455-459, 2009.

[94] Boscaino, V.; Capponi, G.; Livreri, P.; Marino, F. Fuel Cell Modeling for Power Supply Systems Design, IEEE, pp. 1-4, 2008.

[95] Tao, H.; Kotsopoulos, A.; Duarte, J. L.; Hendrix, M. A. M. Family of Multiport Bidirectional DC/DC Converters. IEE Proceedings on Electric Power Applications, vol. 153, no. 3, pp. 451- 458, 2006.

[96] Tao, H.; Duarte, J. L.; Hendrix, M. A. M. Multiport Converters for Hybrid Power Sources. IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC’08), pp. 3412-3418, 2008.

Page 59: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

59

Abstract New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based Long-Term Energy Storages to Renewable Energy Systems

Use of alternative energy sources is an urgent issue today. Main advantages of renewable energy are zero fuel costs and lower impact on the environment. However, renewable energy sources, such as solar and wind power, are difficult to use due to their stochastic variability. In order for renewable energy to be generally used for regular consumers, the concept of a hydrogen buffer was introduced to stabilize unregulated renewable energy generation.

Essential elements of the hydrogen based long-term energy storage (LTES), also known as a hydrogen buffer, are an electrolyzer, a hydrogen storage system and a fuel cell. To achieve proper voltage matching, the main components of the hydrogen buffer should be connected to the DC-bus of the supported renewable energy system via different power electronic converters: the electrolyzer is interfaced by help of a step-down DC/DC converter, while the fuel cell is connected by help of a step-up DC/DC converter.

The main goal of the thesis was to develop and experimentally validate new methods, topologies and solutions, which will substantially contribute to the further improvement of the hydrogen based LTES technology without increasing their complexity or reducing the reliability significantly. As a result of a comprehensive research and development work, a variety of new energy efficient DC/DC converter topologies for the electrical interfacing of electrochemical stage of the hydrogen based LTES with EPDN were proposed. All the topologies have been experimentally verified and demonstrated an outstanding performance in a row with high efficiency (90...93%). By help of elaborated design guidelines these topologies could be also implemented in other application fields, such as telecom, rolling stock, aerospace, marine etc. where the efficiency, reliability and integrity play a major role. Moreover, the number of new control methods (improved control method for half-bridge step-down DC/DC converter with a phase-shifted active full-bridge rectifier, output voltage programmed control for the qZS-based step-up DC/DC converters, etc.) were proposed and experimentally validated. As one of important results of this PhD research, the idea of magnetic integration of the developed two-port converters resulted in a new multiport converter technology for the interfacing of a hydrogen buffer with the DC-bus of an EPDN. Finally, the new method of a STES (battery) integration to the FC-side port of the proposed multiport converters was analysed and experimentally validated.

Page 60: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

60

Kokkuvõte Uudsed muundurite topoloogiad vesinikul põhinevate energiasalvestite integreerimiseks taastuvenergiasüsteemidesse

Alternatiivseid energiaallikaid kasutatakse tänapäeval üha rohkem, kuna nii on võimalik säästa fossiilseid kütuseid ja vähendada mõju keskkonnale. Samas on taastuvad energiaallikad nagu tuul ja päike raskestikasutatavad nende muutlikkuse tõttu. Nende energiaallikate laialdasemaks kasutamiseks tuleb kasutada energia salvestamist. Pikaajaliseks energiakandjaks sobib hästi vesinik.

Põhilised vesinikupõhise pikaajalise energiasalvesti osad on elektrolüüser, vesiniku hoidmiseks ja jaotamiseks vajalikud süsteemid ja kütuselement. Vesinikusalvesti erinevad plokid on läbi spetsiaalsete jõupooljuhtmuundurite ühendatud ühise alalispingesiiniga. Elektrolüüser ühendatakse läbi pinget madaldava muunduri, samas kui kütuselemet tuleb ühendada alalispingesiiniga läbi pinget tõstva muundusseadme.

Käesolevas doktoritöös uuritakse vesinikusalvestites kasutatavate jõupool-juhtmuundurite skeemilahendusi ja pakutakse välja skeemilahenduslikke uuendusi parandamaks vesinikusalvesteid teenindavate muundusseadmete parameetreid, tõstmata oluliselt nende keerukust või langetamata töökindlust.

Uudne skeemilahendus võimaldab omavahel siduda minimaalse arvu muun-damisastmetega elektrolüüseri, päikesepaneeli või elektrituuliku kütuselemendi ja lühiajalised energiasalvestid.

Kõiki antud doktoritöös kirjeldatud skeemilahendusi on eksperimentaalselt katsetatud, mille käigus tuvastati nende suurepärased väljundparameetrid ja kõrge kasutegur (90...93%).

Doktoritöös väljatöötatud projekteerimisjuhiseid võib kasutada ka mitmetel teistel rakendusaladel nagu sides, elektriraudteel, lennunduses ja merenduses jõupooljuhtmuundurite töökindluse ja kasuteguri tõstmiseks.

Lisaks skeemilahendustele on välja pakutud ja katseliselt uuritud ka mitmeid uudseid juhtimisalgoritme (parandatud juhtimisalgoritm pinget langetavale poolsildvaheldiga ning faasinihkega juhitava täissildalaldiga alalispinge-muundurile ning juhtimisalgoritm kvaasiimpedants-allikaga pinget tõstvale alalispingemuundurile). Käesoleva doktoritöö üks tähtsamaid ideesid on kaheviiguliste (sisend ja väljund) muundusseadmete integreerimine magnetahela abil ühte mitmikviikudega (multiport converter) muundurisse. Lisaks sellele on välja pakutud ka uudne meetod energiasalvesti (elektrokeemiline aku) lisamiseks kütuselementi teenindavasse muundurisse, mis on üks osa mitmikviikudega muundurist.

Page 61: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

61

Elulookirjeldus 1. Isikuandmed

Ees- ja perekonnanimi Anna Andrijanovitš Sünniaeg ja -koht 21. juuli 1984, Kohtla-Järve, Eesti Kodakondsus eesti

2. Kontaktandmed

Aadress Jõhvi, Ida-Virumaa Telefon +37255592568 E-posti aadress [email protected]

3. Hariduskäik

4. Keelteoskus (alg-, kesk- või kõrgtase)

Keel Tase Vene emakeel Eesti kesktase

Inglise kesktase Saksa algtase

5. Teenistuskäik

Töötamise aeg Tööandja nimetus Ametikoht 08.05.2006 - 17.03.2008 Tehnogen OÜ Ehitiste projekteerija

24.03.2008 - 19.11.2012 Eesti Energia

Võrguehitus AS Elektriprojekteerija

03.12.2012 - jätkub Elektrilevi OÜ Võrgu planeerija

Õppeasutus (nimetus lõpetamise ajal)

Lõpetamise aeg Haridus

(eriala/kraad) Ahtme Gümnaasium 2003 Keskharidus Tallinna Tehnikaülikool,

Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut

2006 Bakalaureusekraad

Tallinna Tehnikaülikool, Elektriajamite ja jõuelektroonika

instituut 2008 Magistrikraad

Page 62: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

62

7. Kaitstud lõputööd Anna Sergejeva, magistrikraad, 2008, (juhendaja) Dmitri Vinnikov, Elektrolüüsi kasutamine ületoodetud energia salvesta-miseks tuuleenergeetikas, Tallinna Tehnikaülikool, Energeetika-teaduskond, Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, Elektriaja-mite ja elektrivarustuse õppetool.

8. Teadustöö põhisuunad • Loodusteadused ja tehnika • Energeetikaalased uuringud

9. Uurimisprojektid • ETF8020 “Võimsate IGBT muundurite innovatiivsete juhtimis- ja

diagnoostikasüsteemide uurimine” • ETF8538 “Kvaasi-impedantsallikaga alalis- ja vahelduvpinge-

muundurid” • SF0140016s11 “Aktiivsete elektrijaotusvõrkude muundurite topo-

loogiad ja juhtimismeetodid”

Page 63: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

63

Curriculum vitae 1. Personal data

Name Anna Andrijanovitš Date and place of birth 21 July 1984, Kohtla-Järve, Estonia

2. Contact information Address Jõhvi, Ida-Virumaa Phone +37255592568 E-mail [email protected]

3. Education

4. Language competence/skills (fluent, average, basic skills)

Language Level Russian native Estonian average English average German beginner

5. Professional Employment

Period Organisation Position

08.05.2006 - 17.03.2008 Tehnogen OÜ Construction

designer

24.03.2008 - 19.11.2012 Eesti Energia Võrguehitus

AS Electrical designer

03.12.2012 - continuous Elektrilevi OÜ Network planner

Educational institution Graduation

year

Education (field of

study/degree) Ahtme Gümnaasium 2003 Secondary education

Tallinn University of Technology, Department of Electrical Drives and

Power Electronics 2006 Bachelor degree

Tallinn University of Technology, Department of Electrical Drives and

Power Electronics 2008

Master of science degree

Page 64: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

64

7. Defended theses Anna Sergejeva, Master's Degree, 2008, (supervisor) Dmitri Vinnikov, Use of Electrolysis for Energy Storage in Wind Power, Tallinn University of Technology, Faculty of Power Engineering, Department of Electrical Drives and Power Electronics, Chair of Electrical Drivers and Electrical Supply.

8. Main areas of scientific work / Current research topics • Natural Sciences and Engineering • Research in the field of Power Engineering

9. Research projects • ETF8020 “Research of Advanced Control and Diagnostics

Systems for the High-Power IGBT Converters” • G8538 “Quasi-Impedance Source DC/DC and AC/AC Converters” • SF0140016s11 “New Converter Topologies and Control Methods

for Electronic Power Distribution Networks”

Page 65: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

65

Appendix

[PAPER-I] Andrijanovits, A.; Hoimoja, H.; Vinnikov, D. Comparative

Review of Long-Term Energy Storage Technologies for Renewable Energy Systems. Electronics and Electrical Engineering, 2(118), pp. 21 – 26, 2012.

Page 66: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 67: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

������������������������������������������������ ���������� ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������� � ������������������� �������� �� �� !"#$#%&'(�)('&(*� +�, -./0($!�1-($.2�3% $#.(�0(45- 6 .&(7�+ $�)(-(*#86(�1-($.2�327%(!7���9:�9-;$&<#- '&%7=�>:�> &! <#=�?:�@&--&A '�BCDEFGHCIG�JK�LMCNGFONEM�BFOPCQ�EIR�SJTCF�LMCNGFJIONQU�VEMMOII�WIOPCFQOGX�JK�VCNYIJMJZXU��LYOGE[EGC�GCC�\U�]_a�VEMMOIIU�LQGJIOEU�DYJICb�cdefaf_de_\U�CgHEOMb�QCFZC[CPEhiYJGjCC�� ��kllmnoopqrpstrsuvo�wrxyxxozw�r{{{r��|r�r��}|�� �~-%$ ;�4%& -����{uv���lsu�v{����l{����su����s�v�lt�{�k��{��{{���lt�t�{p�t��������su�����p��mm�t��lts��r��sp�����{�{uv���lsu�v{�l{�k�s�svt{���u{���{p�ls���kt{�{�{�{�lut��ms�{u����l{���s��ktvk{u�u{�t��t�tl����p�ls��s�lut��l{�ls�lk{��us�p{u���{�s��u{�{����{�{�{uv�r��t�p�ms�{u��mm{�u��ls��{�s�{�s��lk{��s�l�m{u�m{�lt�{���p��tp{�mu{�p�u{�{����{�{�{uv���s�u�{�r��{����{�s����u{v���l{p�{�{uv��v{�{u�lts��s���t�p�v{�{u�lsu����tlk�lk{��t�p��m{{p�����l��lt�v��lk{�s�lm�l�lss�t������l��lt�v��tr{r��l��s�{�t��l���{��{�{uv��s�{u��s����p�p{�t�t{�����t����mm{�u���tvr�������r����&.:��:����{q��m�{�s����mu{pt�l���{�{�{uv��v{�{u�lts�������ls�t����t�p���u�������{�{uv���lsu�v{�{�{�{�l�t�lusp��{p�t�ls����t�p�ms�{u�m���l��t����k��v{�lk{��m{�lu�����p��l�lt�lt����pt�lut��lts��s��lk{�s�lm�l�ms�{ur����u{��t�v�lk{���s��l�s���lsu�v{��ms�{u���p�{�{uv������s�t�l{p��tlk����t�p�ms�{u�m���l��t���vu�p���������{�lk{�s�lm�l��su{��s�lus�����{���p�mu{pt�l���{����r��1-($.2�7% $#.(�%(45- 6 .&(7�� ����ut{l��s��l{�k�s�svt{���u{����t����{��su�{�{uv���lsu�v{�t��lk{�ms�{u����l{�r��s�tp{�lt���lk{��s�l�u{�{���l��lsu�v{��s��lts���tl�t���{�{���u��ls�t����p{��s��tp{u�lts���

s�������u{�{���l�m�u��{l{u������k�����s�l���t�{lt�{��u{�t��t�tl����t�{���lsu�v{���m��tl�����p�{��tus��{�l���t�m��lr�����lk{�{�m�u��{l{u���ks��p��{�{�����l{p��v�t��l�lk{�msl{�lt����{�{�tl�s���ppt�v��lsu�v{�ls�u{��k���p{�t�ts����s�l�lk{�l�m{�s���lsu�v{�ls��{��pp{pr��k{u{��������s��{����{���k{u{�lk{�����{�s���ppt�v��lsu�v{�t���sl�����t�t{�l�ls�z��lt������k����t��{�l�{�lr���{uv���lsu�v{�l{�k�s�svt{�������{�v{�{u�����pt�tp{p�t�ls�lku{{���t��vus�m�n��{�k��t�����{�{�lus�k{�t������p�{�{�lus��v�{lt���lsu�v{���tvr���r��{�k��t�����lsu�v{�t����p{��m��m{p�k�pus��lsu�v{���s�mu{��{p��tu�{�{uv���lsu�v{���p�����k{{��r���{�lus�k{�t�����lsu�v{�t����p{������l�m{��s����ll{ut{������{��������k�pusv{�����{p�{�{uv���lsu�v{r���{�lus��v�{lt���lsu�v{�t����p{����m{u��m��tlsu����p���m{u�s�p��lt�v���v�{lt��{�{uv���lsu�v{r�����&.:��:������t�t��lts��s��{�{uv���lsu�v{�l{�k�s�svt{���� ���k�l{�k�s�sv��k����{ul�t��musm{ult{���tlk�u{v�up�ls��lsu�v{���m��tl���ms�{u��u{�ms��{�lt�{���p��s�lr� us�mt�v��lsu�v{�l{�k�s�svt{���tlk�u{v�up�ls��lsu�v{���m��tl��t��u{�{���l��{����{�tl������{���{p�ls�{q���p{�lks�{��t�{���sl�u{�{���l�t��u{��lts��ls�u{�{����{�{�{uv�����l{����¡¢y�r�£t��{u{�l�{�{uv���lsu�v{�l{�k�s�svt{��k��{����tp{�u��v{�s��{�{uv��u{�{��{�u�l{���pt��k�uv{�u�l{���lk�l�{ql{�p��us���{�s�p��ls������ks�u����p�p������tvr�¡���y�r�����{p�s��lk{tu�{�{uv���lsu�v{���m��tl���{�{uv���lsu�v{�������{���l{vsut�{p�����ksul¤l{u����p��s�v¤l{u��

Page 68: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

��������������� ���������������������������������������������������������� �� ���������������������������� ������������������������������������������ �� ������������ �����������������������������!����!��"�����������������������������������������#$� ��������������������������������%� ���!�������������������&� �����������������������������$� ���������������'()*�+*� �������������������������������������������������������������������������������������,�����!����������������������!�������������������������������#��-���"�������������!�������������������������������������������-���������.����������������!��������������������������������������������������!��������.�������������������!������������!�������������!�������������������������!�������������/00�1�������������������������� ����������2�������!������������-�����������������������2������"����������������3������������������������������������������������������������������������������4������������2������ �!���/�56��78����9:;<=�>*����������������������������������?@AB:)=�CDC@=E� F:G:H(@DI�JK� LMM(H(=NHDI�O� 9=HPNA<A)D�#������������������ /00Q/000� R0�S�70� ������������������������� 0�/Q/000� RT�S�7T� �����������&������� 0�/�S�/0� 60�S�70� ��������������$������� 0�/�S�/� �0�S�U0� ���������������VWEG=X�PDXBA=<=H@B(H�=N=B)D�C@AB:)=�� #��������������������������������#$� ������!�������������������������������R0�������� �����������������������������������������������������������������������������������������������#�����������������������������������������������������������������$��"�������������������������"��������������Y������������-������������������������������������������������������"���������������"��������"���������U������������Z��!�����# ���������������������������Z����������3�����������%����-���������������������������������������������"�������������!���������������������������������������3�����������������������������������# ��������!����5[8���#$ ������������������������������������������������������������������.�����������������������"��

������������������������������������R0��70�1�� ������������������������������������������2������������"���� ����������������"�����������������������������������������!�������� �����\������!��-���������������������������������������������]���������������������"��������������"�����������!���������������������������!�����������������������������������������"�������������������������"���������������� �����"�����������������������������#$ ��������������!�����������������������������������������4�����������"�����������"����!������"����������������������������������������������������������������]��������������������������������"�����������������������������"���������������������5/08�� ������������"��������������"����"��������"��������������������������������"����!�������������������������� ��������������������#$ �������������"����!������������������!����!��������������������������������������������������������������������4�������56��//��/�8���#����!�� ^�������������^���������� �'()*�_*�#�����������������������#$ ��FAEGB=CC=X�:(B�=N=B)D�C@AB:)=�� �����������������������������%� �������������������-�����������������������������!����������������������!��������������������������������������������������������������RT�!��������������������������"���������������"������� ����������������������������������������������������������������!��������������������"������!���������������� �����������������������������������������%� �����������������������T�5[��/8���������%� �������������������������������!���������������������������"�������������������������������!�����������������������������������.���������]��������������������������-��������������������"��������������������������%� ���������]�������������"��������������������������������4�������������������� �����������������������������������������!�����������"����������"������!������������������������� ��������������������%� �������������������������T0S00��^�����������������������!��7T�1�� ��������-�������%� ���������������������"��������!��������������"����������� �������������������!"����������������-������������������������������������������������������������������5//8��.�������������"���������������������������"����������������

Page 69: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

������������ ������� ��� � ��� ����� ��������������� ������ ��� ���� � �� ����� � � ������������� ����� ��� � ��� ���� ���� ��������������� �������������� �������������� �� ��� � ����� �������� �� ����!"��#�$����%&'(�)(������ ������������������*+,,-./�-0-.'/�1,2.+'-��3��� �� ���� �� ������ ���������� �� ���� � ���������� �� ������ �������� ������� �������� �� ������ ������!#4$��3��� ��� ���������� ����� ���53��6��� ���������7�� ������� ���������� ������ ����� ������������ � �������� ����� ��� ���� ��7���8����������������� ������� ��� ����������� ������������������� ����� ��� � ���������� �����������9���� ������ � �� ��� ������ ����������� � ������������������������� ����� ���������8������ �����������������:����"�!;$��<�� ����������� ����� ���=������ �� ��������������=���������������� ������ ��������� �� ������� �����> ������%&'(�?(�� �������������3����� :����� ���� ����� ������ ������������������ ����� ���� ������@���� ����� �� ������ ���������������� �����������A����� �������� � ����� ���������� ������� ��������� ���� ����"ABCA�D�!"��##$��3��� �� ������ � ������ ���� �� �����7� ���� � ���E������� ������������ ������������ ���� ��� �� �� ����� ����� ����� ����� ��������� ������ �������������� ����� ����� ��F���� � G� ��������� ���� �������� ���� ����� ������ � ��� ������ ������������������ �� ����������� ����� �� ����� ������ ����H������ ������� ����� ��F���� ���� ����������� �� ������� ���� ���������� =�������� ���� ������������� ������������� � �������� �� ��������������� ���� ����� ������ ���������������� 7��� ��� �3������������ ������������ ������ ���� �������������������� �� ��������������� ����� ���� ������� ����� ��F����� ������ ����� �������� �� ���I�� � �������� �� �������

�������� ������� ���� ��� ����� ��F���� ���� ����� �� ���� ���<���� �� ��� ����� ������ ���������� �������AAAA���� ����� ��� �� ��������������� ������� ��� �� �����������G���� ��#J�D�5:����K6�!"$����%&'(�L(�M�� ���� �������� �� ��� �� ���G������������� ���� ������ ����� ���������������� ��� ���� ��� ����� ����������� ������ ��������������������������� ���� ���E � �������� ���� �������� ����������������������� ��������� ���� ����� ������������������� �����4��"���� � �#A��������������� ������� ����� ������ ����� ���������� ���� ��� ���� � ��� ����� ����� ������ ���� �� ��������� ��������� ��� ������G�������� ���������������� �������� =�������� ���� ��������������>���������� ������� � ������ ����� ��������������� ���!"��#4$����� � ��� ����� ������ ���� ������ ��������� �� ���� � �� ��������� ���� � ����������� ����������� ��������� �M �� ��������� ������� ������ � � ������ ���� ������ ���� ������������I����� �N�������O ��G��O � ����O ��G�5���������� ���������8��������� ������������ �� �6����������������P��8 �Q ���I����� ��P��8 �������������R���3����� ���S/T.2'-0�-0-.'/�1,2.+'-��I����� ����� ������ ������������ ����� ����������� ��� ������� ��������� ����� ���� ���������������� ����� �������������� ��� ���� ���� ����������������� ������������������ ��� ����������������������� ���I��������� �������� ������������� ��������� ������ ����������� ���������� ��� ���������� ������������G�� �������� �������� ��� ���� � �� ���!#J$������ ���� � �������������� � ���������� ����� ��������� ��� �����> ��������������� ���� ������� ������������������� ����� ������������ ���� �� ����� ������� ������� ����� ����� ������������� � ������� ��������� ����������� ������ ����� ���� ����� �������� ������� ����8���� ������� ����5:����C6�!;$���� ���H������������������ ����� �������� ������ � ����������������������� ������� �� ���U�� ����������� ���� ����� ����� �������� ��� �����"J�D������ �� ���� ����� ����� ������"J�B�KA�D������� ����������A�B�4A�D��� ������� �� ����� ���!"��K��##$���<�������� �8 ����������������� ������������� �������� ��������� ��������� ����������� ��������� ��������� ��� � ���

Page 70: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

��������������� �������� ������������� ����������������� ������� ������������� ������������������������������ ������������������������� ������������������� �������������������� ����������� �����������!��������� "��#����������� ����������������������������������������������� ��������� �������������$�����$��� � ����������������� ������������������������������� ��������������"�%�"�&�'()*� ��$ ���$������������� ����������� ��������� ����"�+ ���������� ���,������������� �����������!��������� ���������� ����������������� ��������� �������������������������$����,��� �������� ����� ������������ ������������������� ������� ������-�� ������������������"�.���������������������������� ����� ����������� ����$������������������� ���� ������������� ������ ����/���,���$����,��������������������� �������!��� ����������� ������������$������������"��� ��$����� ��$��������� ��$���� ������0���������� �����12 3245627895:;68 <=65�2655+��� ����������� ��>� +�0� 12 32?���� ?����@�����ABCD�ED�F�������!������������ � ������������������ ���������� ��������

G(G�GHG�GIG

���� ������ ������! �������� J����� ������ �� KHIG����L ������ �� KMGG����L ������ �� KNGG����L +��� ���� ��������������'�-��* �ABCD�OD������� �������������� ������������������������������� �������� ����������������������������������� �������� ���������$��� ����������������������������������������������� ������������"�F������ ���� ����������������������������� ������"��� ����� �$��������������������� ���������������� ,�������������������������� � ����� �������������'()*"��

%����%�"�&���������������������� ���������������������� ����������� ������� � �������������$������������������ ������������� ���������"�+����������������� ���� �����������������$����,����������$������������� ������������������������ "�.���� ��������������������� ������������������������������������ ������$�������� ��� �����!������������ ������,�����$����������� ���������������������������������������������� "��#��������� ������������������������������� ����� ���������� ����������$������������������������������������������ ,�����������������������������������������������'()*"��PQRST�UD�������������������������������������������� ����������� ����$������������� �������� ���������������� �������������� ��������������VWXYZCT[�\]ZYQCT�Q YZQ_T\� a[TYCW�B[]T[\B]W�bcdefCg� ahhB_BT[_W�iTQfQCT�YQ]T�beXQWgj�k������� ����� � HGG����� G"&(I� G"&�� G"GGGG���MGG����� G"&GI� G"&(� G"GGGGHH�J���� �Nl�I� G")HlG"MM� (�+���������������� Nl(G� G"&�lG"&H� G"��0����� � J�$�������������Km(GGn�L� G"&lG"&H� G"&lG"&H� l�0���������������KoHGGn�L� G"M&lG"NH� G"M&lG"NH� l��p SB_Q]BZ[�TqQr ST��s� ������� ��������t������������F���������t��� �������$���F�������� ������������������������������� ��������������������� ���������� ���������$������������"�+�����������������������$������������������������������� � �������$� ������������ �����$������������ ����������������������������� �����������,� ���������� �������� ���������������� ������������"����ABCD�uvD�.����������������������� ��������������������$��������� ��(�w������ ,���w�������!,�H�w����������,���w�������,�I�w�����������-�����������������������������x��,�)�w�����������x��,�M�w���������� �����������,�N�w���������,�&�w�����������-����������������������������,�(G�w��������,�((�w���$������� ������

Page 71: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

����������� ��������������������������������� ������������ ������������������������������������������������������������ ��� ����������� ������� �������������������� ��������������������������� ���������������� �������������������������� ���������������������� ������������������ �������������� ����������� � ������������������������� ������������������������������������������������ ����������������� ������������������������������ ��� ���������������� ������������ ������������� �������������������������� !"#����$�%&'()*)+,-.�/012�)3)456,6�&7�6+&*)8.�+.%93&4&8,.6�� ������ � ����������� �� � ���� ����� �� � �����������:�������������� ������������� �;<=>�?����������� ����������������������� �@� ���� ���� ����������������;������� ����� �������� ������ ���������������� �:��:��: ������������� ������ ����� ������� ��������������������������������������> ����A� "��B��!!��!C��!D��!B#������� ����������������������� ������� �������������������������������������� ��������������� ��� ����� ����������������������������������� ����������������� ��� ������>���������������������������� ������:�������� ������ ��� ����� � ���������� ���������������:� �����������E��������������� � ������������ �� ���������������� ��� � � ����������� ��:� ����� ��� ���������������������������� �� ������ ����� �������������������>������������������������ ���������������������������������������������������������������������������� ������ � ��� �� ������������������������������������������ �����>����������������������������������������������� ������� ��������������� ���

������FG;���������� ���������������� �������������� ���������� � ������� �������� �� ���� ���� !"#��������� �� � ����������:�������������� �������������������������� ������������������� �������������� ����������������� ���������H&3%4I6,&36�� >���F� ������������������ ����������������������������������� ����J������� � � ���� ������������ � ���� ����������������������� ������������� �������������K ���������������� � � ������ ���� ��������������� �������� ���� ���������� �����>������������������������ ������������������� ������������������ ����?���������������@����������� ��������������������������������������:������� ���� ���������� ����������������������� ��������������� ������������� � ����� �L#���M�N ���������������� ����������������� �� O������������������������������������ ����������� ������������������������������ ������ ����� ���������F� �������������������������������������� �������������� ���������������������������� �������������� � ���������������������������� ����� ���� �����������������P������������������� ���������������� ������������ ���� ������������������ �� ���� ���� ��������� ��������������������������������������� ������������������������������ ������� ��� ��������� � ���� ���M�� ��������;<=>� � ��������� ��������� �� � ���� ����� �� � ���������������� ������ ������������������:������� �������������>������� ����������� ��������������������������� ���������������� �������������� ��������������� ��������� ������ �� ������� ��� ���F� ��� �����2)Q4.�RS����� � ���;<=>� � ������������:������� �������������$%T3&U4.V8.'.3+6��� >������� ���������� �������������������J��� ��K����� ��� J��� ��� ��� W��� ���� ?X��O���;YL!CLL!Z�!!@��J��� ��;������Y���� ���?[� ��J>YD�AD@� ���J��� ������������Y���� ���?���O���\P���� ��;���������J������ ���[�����������:��]@�� .7.*.3%.6��!��$3V*,_)3&-,+�$Sa�b8&*&-�cSa�d.9+4)�cSa�e,33,T&-�fS�g���K���������; ��N ������<���X�����[���� ���M���� ��J������;�� ���>����������hh����������W��� �����ij��������J����������i�> �����L!L��i�k����!��i�g���D��i�X��!�i�C��

� ;�������� <� ��������� =��������� >��� �����J;�� l���� � �����m������������<����K���������������������������������������� g��������������������� ������g��������������� � ����������������� ��������������������� ����� X���� ������ ��������� ���������� �����XlJ;� l���� � �����m������������<���K����������������������������������������� ���� �������� �����[���� ��� ������������� � �����������������:����������� ���� ����������������������������� ������ � ��������������������������������� ���������������jJ;� P���������� �����[����������� ������ l������������������������������>����� ��������������� J�������������������� ���� ��������������� ��������� �������������W ��� �� ����������l���������P���������� �����=���������������������������������K������������� ��������� m��������������l������������������g������������������������ ������������g��������� ������ ���� K ��������� �����X���������� ��������� ������ ���P��� ��������������� K ������ �����������������JK����������� �������������������������������������������

Page 72: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

���������� ������������ ���������������������� !"��"�#�$���% �"�$&'� (��$�)*+��(" �,�$$"��-��.�/� +�0��1� "����2�.�% �"� &��� &��3*4��#��4�50���'&��6��1�"4#�� ��."�7�"�+��$�8�"'���'&��& +�6�-"��8 (� ""�� (9��:���'���&��3'.�����$�8 "�(*�& +�;"��"'. ���(*��:�0&��� <�8�"=���&>&4?��@A@��:�6��2B:22��C��DEFGH��I������IJH�E�K��L���MN��E�O���MN��E�P��Q�7�*-.""���"���$���8 "�(*�3���&("�3*#�"4����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@R��:�6���AS:�A2��S��T�GHJ�L������PU����D��V��0"'. ���(�"#�$���8 "�(*�3���&("��7�*-.""�#�& +�3��"���� +�'�� (��&( "��'�8 "�(*�3���&("����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@@��:�6��ABSR:ABB@��B��W�FJXFJJH��P��D��%4���!� (�/� +�6�-"��Y�&���*�-��.�8 "�(*�3���&("����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@2��:�6��A:Z�����OX�N�O��P���OH��[��K���K��\�J��T��Q+!& '"4" ���$�8 "�(*�3���&("��"!�'"#�& +�Q����'&��� #�� �8�"'���'&��6�-"��3*#�"4����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@R��Z��DEX�K���WHJH��V��8 "�(*�3���&("�$���]" "-&1�"�8 "�(*���41� "+�)"&�?�6�-"��& +�)*+��(" �7�"���)6)�_�% $�&#���'���"����6��'""+� (#��$��."�8�"'���'&��6�-"��& +�8 "�(*��� $"�" '"��:�%888?��@@2��R�� F���[������[���H���L�����8 "�(*�3���&("�a���� #�$���%4���!� (�/� +�6�-"��Y�&���*����b��+�'�/� +�6�-"���� $"�" '"��:�8#���?��@@���2��c��J�O���O����J�[���O�FJ��L���P�J����W��Q �a!"�!�"-�� �3.����& +�d� (:0"�4�]"#�� #"�8 "�(*�3���&("��"!�'"#�$���6�-"��3*#�"4#�Q����'&��� #����6��'""+� (#��$��."�% �"� &��� &���� $"�" '"�a �]" "-&1�"�8 "�(�"#�& +�6�-"��Y�&���*�%�]86Ye@R_?��@@R��:�6��A:����A@�����HJN�V���O� �J�� �����K������HJN����;" "�&��� �3'."+��� (�-��.�% �"(�&��� ��$�/� +�6�-"��& +���4��"##"+�Q���8 "�(*�3���&("����6��'""+� (#��$��."�%888?��@A@��AA��PN��O��O���IJH�E�K��L����U��NE�XFf�����g���DEFGH��I�����8 "�(*�3���&("�3*#�"4#�� ���#���1��"+�;" "�&��� �3'."4"#����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@R��A���OhN���H��W��T��8i"'���!"�a!"�!�"-<�8 "�(*�3���&("�a���� #�$���&�3�#�&� &1�"�8 "�(*�7����"����6��'""+� (#��$��."�%888��

AC�����EX��HH�����g��G��FU����Q�b"-��� '"����$�34&��:'�4��"##"+�Q���8 "�(*�3���&("�3*#�"4�% �"(�&�"+�-��.�% +�'��� �;" "�&�������6��'""+� (#��$��."�%888?��@@R��:�6��R��:RZA��AS��WjH���[��c���L�N�J���T��K���P��f�g�������J�G�����F�k��8 "�(*�3���&("�3*#�"4#�$���Q+!& '"+�6�-"��Q����'&��� #����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@A��:�l����R2��:�b���A���:�6��AZSS:AZB���AB��������� �������mE��� �g���HN�U��g�������� ����Q�)*+��(" �0"'. ���(*�&#�,�$$"��$���3�&1���n&��� ��$�/� +�6�-"��;" "�&��� ����R�.�% �"� &��� &��3*4��#��4�50���'&��6��1�"4#�� ��."�7�"�+��$�8�"'���'&��& +�6�-"��8 (� ""�� (9��:�0&��� <�8�"=���&>&4?��@A@��:�6����:Z@��A���kF�O���g�GJ�I��L����F���W��o��Q�b"-��"�.�+���(*�$����"#�( � (�)*+��(" �8 "�(*�3���&("�� �/� +�6�-"��3*#�"4#����,&�& '"�;" "�&��� �& +��"4& +����6��'""+� (#��$��."�%888?��@@2��AZ��������� ������������ ����b"-�,�+��"'��� &�������������������� !"��"��$���% �"�$&'� (��$�)*+��(" �,�$$"��-��.�/� +�0��1� "#����A@�.�% �"� &��� &��3*4��#��4�50���'&��6��1�"4#�� ��."�7�"�+��$�8�"'���'&��& +�6�-"��8 (� ""�� (9��:�0&��� <�8�"=���&>&4?��@AA��:�6��RB:2@��AR������F���J�������U��J�W��0."�4&��ai�+&��� �6��'"##�% $��" '"�����."�0.�"":��4" #�� &��% �"(�&�"+�3���'���"#����8�"'��� �'#�& +�8�"'���'&��8 (� ""�� (��:�p&� &#<�0"'. ���(�>&?��@@2��:�b���R2�_��:�6��RA:RS��A2��T�U��J�[���m�F��J�����qFr�FJ��J�W�����U�H sFJ������+"�� (��$�8$$�'�" '*��$��* &4�'�8�"'��� �'�3*#�"4#����8�"'��� �'#�& +�8�"'���'&��8 (� ""�� (��:�p&� &#<�0"'. ���(�>&?��@@R��:�b����R�_��:�6��BB:B2���@��t����t��P���uvF��EUF�g����U�X�g��O����+"�� (?�'� �����& +� #�4��&��� � �$� & � &��� �4��#� -� +����1� "��.���!���&�'�$�"��'"�������&:'&�&'�����.*1��+���-"��#*#�"4����w��� &���$�6�-"��3���'"#?��@@R��:�l����ARB��:�6��A�ZC:A�RC��� ]"'"�!"+��@AA�@��@��Q''"��"+�&$�"���"!�#�� ��@AA�AA�AZ������������ �J��V��V�X������������ ��P�X\���� H�WH Hf��x���EyIH�X�m�H�EG�O����EH�IHhN��U�EHJ�x���WH�Hf�jUH�m�H�EG�OGJ�HXJ�zz�mUHh����hJ�����mUHh��h�U�m�E�HH��E��{�K�F��J|�IHhN��U�E���}~�}��{�D���}�������{�[��}�{}���3�#�&� &1����*��$�"�"'���'���-"��#*#�"4#�-����� !��!"�!"�*��&�("��#"��$��" "-&1�"�" "�(*�#���'"#�$�����-"�����+�'��� ��/� +���-"���#�� "��$��."�'�"& "#��& +�#&$"#���$�&����."��" "-&1�"�4"�.�+#��$�(" "�&�� (�"�"'���'��*��)�-"!"�?�-� +���-"��$��'��&��� #�.&!"�&+!"�#"��4�&'�#�� ���-"����&���*?�#�'.�&#���'&��!���&("�& +�#*#�"4�$�"��" '*��8 "�(*�#���&("�+"!�'"#�-����1"� ""+"+�&��+�$$"�" ����'&��� #�� ��."���-"��#*#�"4?����#���"��."�#�����#��$���-"��$��4��" "-&1�"�#���'"#�$����&�"���#"�+��� (� � �(" "�&��� ���4"��"���+#������-���-"��(" "�&��� ���4"��"���+#��0.�#��&�"��-����(�!"�& ��!"�!�"-��$�+�$$"�" ��#���&("��"'. ���(�"#��%����A@?�1�1����@?��&1���C�� �8 (��#.��&1#��&'�#�� �8 (��#.�& +�d��.�& �& _�������������� �J��V��V�X������������ ���UE�U����H�H�E�J���F\X���HhN��U�E�����GX����J��F���s�XJ�H�H�E�J�JJ�HX�XJ�UGE��X�����Uv��zz�mUH����������HUH�����HhN�����{�K�F��J|�IHhN��U�E���}~�}��{�D���}�������{�[��}�{}���8 "�("��=�#�#�#�"4����#��&�=�4�4�������=�� ���(&4� & ��" "�(�>���"�=�#� &�+����+&�(�&�#� &�>� & ����" "�(�>�#��&��� ����l�>��" "�(�>&�*�&�!�" &#�����!&��&�#������#&�(�&�#���&�#� &�>� & ����"�"=���#�" "�(�>�#��&��� ����0&��&��!�>��" "�(�>�#�$���=��&'�>�#������ "�(�&4����!"�=��" "�(�>�#�=�=*1"����&4�&�����#�#�"4�#�+&� ���_��8 "�(�>�#�=&���4����&�#&��1�#��"�=&�� (��#=���� (�#"�" "�(�>�#�#�#�"4�#�!�"��#"��"��"=�� "��" "�(�>&�����&�#� &�>� & �����&��� ���=&��������!���&��>&���& &�+�����6&�"�=�&4&�#=���� (��=&���4���"'. ���(�>��&��!&�(&��%���A@?�1�1����@?��" ���C�& (���=&�1&��#& ��&�=�#�& (��������"��!���=�_����

Page 73: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

73

[PAPER-II] Andrijanovitš, A.; Egorov, M.; Lehtla, M.; Vinnikov, D. New Method for Stabilization of Wind Power Generation Using an Energy Storage Technology. Agronomy Research, 8(S1), pp. 12 – 24, 2010.

Page 74: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 75: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

��� ����������� ������������������������ ����� �������������� ����� ������������� ��!"#$%&!'($)*+�, �-.'#'(+�, �/01)2&�&!"�3 �4$!!$5'(�306&#)70!)�'8�-209)#$9&2�3#$(0:�&!"�;'<0#�-209)#'!$9:+��=&22$!!�>!$(0#:$)?�'8�=091!'2'.?+�-1$)&%&)0�)00�@+�--�ABCD�=&22$!!+�-:)'!$&E��0F7&$2G�:0#.0%0(&CHI1') 00E�7$51&$2 0.'#'(I))J 00E�7201)2&I99 ))J 00E�"7 ($!I7&$2 00�KLMNOPQNR�S$!"�6'<0#�&660&#:�)'�T0�'!0�'8�)10�7':)�60#:609)$(0�&!"�<$"0:6#0&"�#0!0<&T20�0!0#.?�:'J#90:�$!�-:)'!$& �U'<0(0#+�<$!"�$:�"$88$9J2)�)'�8'#09&:) �=1$:�9'762$9&)0:�6#'"J9)$'!�62&!!$!.�&!"�6&#&2202�'60#&)$'!�<$)1�9'760!:&)$!.�6'<0#�62&!):+�&22'<$!.�60#$'":�'8�0V90::�0!0#.?�&!"�2&95�'8�0!0#.?�)'�'99J# �=1$:�6&60#�6#'6':0:�&�!0<�0!0#.?�:)'#&.0�)091!'2'.?�)'�9'760!:&)0�J!:)&T20�'60#&)$'!�'8�<$!"7$22: �=1$:�$:�T&:0"�'!�&�1?"#'.0!�TJ880#+�<1$91�&99J7J2&)0:�0V90::�0!0#.?�8#'7�<$!"7$22:�&!"�)#&!:80#:�$)�)'�)10�3WF2$!5�'8�<$!"7$22:�9'!(0#)0# ��:�&22�9'76'!0!):�'8�)10�1?"#'.0!�TJ880#�&#0�0209)#$9&22?�9'!!09)0"�)'�)10�3WF2$!5+�)10#0�&#0�)1#00�7&$!�:)&.0: �=10�8$#:)�:)&.0�$:�1?"#'.0!�6#'"J9)$'!+�<1$91�$:�#0&2$X0"�<$)1�)10�1026�'8�<&)0#�0209)#'2?:$:�$!�60#$'":�'8�0V90::�0!0#.? �Y!)0#8&9$!.�$:�9&##$0"�'J)�<$)1�0209)#$9&2�9'76'!0!):+�:J91�&:�3WZ3W�9'!(0#)0#�<$)1�&�:)06F"'<!�$:'2&)$'!�)#&!:8'#70# �=10�:09'!"�:)&.0�$:�1?"#'.0!�:)'#&.0�&!"�"02$(0#? �=10�6#'"J90"�1?"#'.0!�$:�&99J7J2&)0"�$!�&�)&!5�2'9&22?�'#�$!�$!"J:)#$&2�.&:�:)'#&.0 �U?"#'.0!�7&?�T0�7$V0"�<$)1�!&)J#&2�.&:�&!"�"$:)#$TJ)0"�)'�!&)J#&2�.&:�6$602$!0: �=10�)1$#"�:)&.0�$:�0209)#$9$)?�6#'"J9)$'! �=10�:)'#0"�0!0#.?�$:�J:0"�)'�6#'"J90�0209)#$9&2�0!0#.?�"J#$!.�)10�&T:0!90�'8�<$!"�'#�$!�9'!"$)$'!:�'8�&�<0&5�<$!" �U?"#'.0!�$:�9'!(0#)0"�$!)'�0209)#$9$)?�T?�&�8J02�9022 �Y!)0#8&9$!.�$:�9&##$0"�'J)�J:$!.�0209)#$9&2�9'76'!0!):�<$)1�)10�1026�'8�3WZ3W�9'!(0#)0#�<$)1�&�:)06FJ6�$:'2&)$'!�)#&!:8'#70# �=10�6&60#�#06#0:0!):�)10�:)#J9)J#0�'8�)10�6#'6':0"�1?"#'.0!FT&:0"�0!0#.?�TJ880#�&!"�#0($0<:�$):�7&$!�02070!): �[\]�_OMa�b0!0<&T20�0!0#.?�:)'#&.0+�0209)#'2?:$:+�1?"#'.0!�TJ880#+�8J02�9022�cdefghijecgd�kJ:)&$!&T$2$)?�&!"�088$9$0!)�J:0�'8�0!0#.?�#0:'J#90:�$:�&!�J#.0!)�$::J0�)'"&? �b0&:'!:�2$0�!')�'!2?�$!�)10�.#'<)1�'8�"07&!"�&!"�6#'"J9)$'!+�TJ)�&2:'�$!�)10�6#0:0!)�20(02�'8�#0:'J#90�0V62'$)&)$'!�20&"$!.�)'�0V1&J:)$'!�'8�0!0#.?�#0:'J#90:�&!"�#02&)0"�0!($#'!70!)&2�$76&9): �=10�:J:)&$!&T20�J:0�'8�0!0#.?�#0lJ$#0:�&662$9&)$'!:�&!"�70)1'":�)1&)�9'J2"�$!9#0&:0�088$9$0!9? �=1$:�$:�0:609$&22?�$76'#)&!)�$!�9'!(0#)0#�&662$9&)$'!: �=#&"$)$'!&2�70)1'":�'8�0!0#.?�9'!(0#:$'!�$!�6'<0#�62&!):�1&(0�:'70�"$:&"(&!)&.0:+�:J91�&:�$76&9)�'!�)10�0!($#'!70!) �k'70�!0<�J!9'!(0!)$'!&2�70)1'":�'8�0!0#.?�.0!0#&)$'!�1&(0�20::�$76&9)�'!�)10�0!($#'!70!) �=10�9':)�'8�6'<0#�.0!0#&)$'!�$:�'!0�'8�)10�7&$!�9#$)0#$&�<10!�91'':$!.�&�70)1'"�8'#�$):�6#'"J9)$'! �='"&?+�)#&"$)$'!&2�)091!'2'.$0:�:007�)'�T0�910&60#�)1&!�)10�&2)0#!&)$(0�

Page 76: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���

����������� �������������������������������������������������������������������������� ���������������� ����������������������� ������������������ ������������������������������������������������������������������� ����!""#$��������������������������������������������� �� ��������������������������������������������%����������������� �������������������� ����������&��� ������'��!""($��)*+,-�./�0������������������������ ������������������ ���������� ��������� �����������1��23�� 4������� ����������������2�3��5��������������� !""6� !"�"� !"6"� !""6� !"�"� !"6"�7��������������� (""8���""� 9""8(""� :6"8(""� ;�!8!�!� ��#8!��� ��68!���7���������������� ��6""8!�6""� ��6""8��(""���;""8��9"" #�#8!��:�#�!8�9�;� #8�9������ ���� �:6"8�96"� ��;""8��6""���"""8���"" �:�986;�! :8�!�6� #8!(�<��������� ��"""8�"�"""� 6""8��"""� �""86""� !8�� !8�� !8����������������������������������������������������������������������������������������������������� ����;�6����3���5���������!"":$��&������������������� ������������������ ����������������<�����$���5���������!"":$����=>?/�./�&������������������� ���������������@� ������������������������������������� ���� ����������<����!$����� ��������� �������� ����������������� ���� ���������������������� ��������������������������������� ���� ����������A�������� �������������������������������������������� ����������%������������������������������������������&��� ������'���������!"�"$��

Page 77: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

������������ ���������������� ���������������������������� ������ ����� !"#$%&'�(&) '$*$%!�+,�+�-.��&#��$#�,(+-/*/0+(/$'�$��1/'"�2$1&#�%&'&#+(/$'�34��5�� ����������������� ��5��6��� ��7����������������4 �������������4�����������������4����������������� �����4����� ������������������������������� ��������� ������� ������ ���������������4���� ���������������������������4����������������� ����8��������� �������������4����4� ��������6��� ��������98��4 ���������������� �������������� ������ ���������������9��� �� ������4��4��������������������������4���� ����: ��������������������� ������������������;����<�=���> �6��?���� ��8�@A�AB��������C��D���9��� �� ������4�����������4�������������E���F�D� ���G�@�H�I� ����G�<�H�I��� ���G���F�J��������G�K�H�L���� ���5MN5M���6�����8�O�F�������������G�P�H�Q��� ���� 9G�R�H�;��������G�S�H�L���� ���5MN5M���6�����G��A�F�L6�����G����H�3� ���������

Page 78: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���

����������� ������������ ���� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������� ������ ������ ��!�����������"#�������� ����"���� �����������"���$���� ������������ ���� ������������������������������������������%����&�� ����� ����������������&�� ����� ������������#� ��������'��(���� ������� �������������)*+,-./0�1,-+2345-0�647./������ ������������� ����������� �������� ������������������������������� ����� ���������������������� �������� ���� ��������������� �� �����#� �������������������� ���"����������� ������ �����������������������#���������������� ��� ����������� ������� ���������������#������������� ����������������������� �����89:89���#� �� �����������;������������ ��� �� ��<������ �������� ��������������������������� �%�������� �����89:89���#� �� �����������;������������ ��� �� ����������������� ����������������#������89�����������#� �� �����������#����������������������� ��� �����(���� ��� ��������������� �������� ���� ��������� ���������� ����� ������ ������ ������������������� ������� ��������������� �� ���<�� ��� ���� ���"���������������� ��� %��� �������� ���������������" �����=(>����������;����� ��� �����������������?���9������� ���� ������������ ��� �� ���������<�"������@��"� �����������ABA��(��C�@������������ #�����������DD?��(� #����������DDB���!�#���������������#�������������� ���������������� ��� �� ���������<�"���'��� EFGHIJKFLMGJNFOPFQRG SJKIKRETHUPRVG�WGXYJPRG ZQVU[IGX\GJPI]JG�MKFQ�KTQG_RQ[\KFPJ Q[\KFPJ �abcd�ed�@��� ���������������������� ��� ��!� ����������� ��� ������"���"��#��������������� � �"���� ������ ��� �������?���<��������� �������������������� ���������� ������������������������ ����#�������������������� �����������������Df'Dg�������������� ���������������������������������������������������� �������<���"���� ������ ��� ���#������ ����������� �������� ���������� ���������� ������������ ���������������� ��<��������� ��������������� �����������

Page 79: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

��������� ������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ���������������������� ��!"#$%�&'�(�������������������)��������������(���������� *�+������ ,+������ -�����./���� ����������� 0 �+����������������/���(�������������1��2�� 3�� ���+���� ���+��4� ��4� ���+����5��� ��������5� ���4+���4� ��67+����� ���8+��68� ��76+��68�-�����������9�:� ��3�� *����6������*������������ *�����8����� *�����8�����.��� �����������;<=�3� ���9 3�� 8��� 4�9+4��� 4�8� 9�>+4���?�����������@A� 8�+���� 8�+���� 6�+���� ����-���������B-C� ����+����� ����+����� *����9��� ���+����.))�������D� 78+>�� 78+>�� 6�+>�� 6�+>��� E�����-.F������������������������������������������������������������ ���������������������������G����������������������������������������?�������H�����0I����������)���)������������������)���������������������������������������������������������� ��������/� ��� �������J/� ��������������������������������������� ��������������������������������-.F������������������������������� ������������������������������ ���))������������������������������������������������������� ��0 �3����������������������0?. ����))�����)�������������������������������������������)�������� ���������������H���������������������������� ���������)����������E�����������������������������������������������������������������������H����K(��0?.� �����������)��������������������������������� �����������������������K(��L��0?.����������������������))���������)������������)�������������������������))������������������������������������������������������� ��E����0?.���������� ������������� ��������������������������������������� ��������� �������������������������������������������)���������������?���0?.���������������������������������������������������������������������������������� ���H�����������������))���������������)����������������������������0?.��������������)�H���������������������������������������������������������0?.�������H���/� ������������� ��������������������������)����������������/����������������������J.(� ��

Page 80: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���

��������� ����������������� ��������������������������������������������� �� �������� ����� ��������������������������� � ��������������!���"������"�������"���������������������� �������� ��������� �����#���������������������������#�����"��������������������$������� ����������������������������� �� ������������������������#�������� ���$����������������� �� ���������������� ��������$�����������#�� ������� ������� ������������������ ��� �� �����������%�������!� �����"�"$����� ��&�����������&���������������'�# �� ���"��������� ����������������������'�� �������������������������������"���"�"$����(�%)*�������������������������������$������������������������������������������� ����� �������$��'��������������������$�� ����������������"�$����������������'�������������������������� ���$���������+,-�������������'���"������"������������������� �� ������������'����� �� ����������������������� ��"�����������"������ ��"�"$�����'�"�"$������"�������� ���������������.��� #����'��� ��#���'�� ���#��������"��������������� �������������������������������������������������� �����"��-�� /��"����������������!���� ����������������������������� �� ���� ��������������������������� � ��� �������� ��#/��"����������������������� ��&�������������"�������������������� ���'�������#�������#�� �������������#���������������0��"����#������������������������������������������������������������!� �����"�"$����(�� �����#�����������������������������#� �� ����������������������'� �� �������������������������#��������� ����������� ������(�1213�4535�6�7489:3�58;�<�=>1�?��������������$���.�������������������'��������� ���$���������#����������������������������� ��#���'�������� ��������������$��������(�?��� ��������'� �������������� �����������������������������$��������������������@ABC(�� ������������������� �� �����������"�� �������������������������������'������#��������� �������$���������(�� ������������������������������������B����"'�� �������#������ �����������&���������� ������B� ��������� �����&������$��� ������(�D������������#�������� �����������������������������������������$��������#�� �� �� �������� �������������BE�B���� ������#�� �������/���������������������"��(��� �������/��#��������������������"��������������#��"���������F��(�?����������BE�B���� ������#�� �������/���������������������"��'�# �� �����#������������������#� ��������B���������������������#�� ��� �� � ��������B/��������� ����� �����'�G(�A�������������#������������� �"��������������������������������������������������$���.�����������������������#�������������(��H�������������������������"�����������������@A��(�IC(�

Page 81: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

� ��������������� ��� ������������� ������������������������������� ������������� �������������������������������� �� ��������������� ��!������ �������������� �"#$%�&%�'()(*+,�-,+../0/-+1/2)�20�03(,�-(,,.4�56(�(,(-1*2,71(�/)�82,79(*�(,(-1*2,71(�03(,�-(,,�/.�+)�/2)�(:-6+);(�9(9<*+)(�=0,32*/)+1(>�.3,02)/-�+-/>�82,79(*�2*�216(*�./9/,+*�82,79(*?@�A6/-6�/.�+)�(:-(,,()1�8*212)�-2)>3-12*4�56(�2),7�,/B3/>�/)�16/.�03(,�-(,,�/.�A+1(*@�163.�16(�-2**2./2)�8*2<,(9.�+*(�9/)/9+,4�578/-+,,7@�-+*<2)�(,(-1*2>(.�A/16�8,+1/)39�(,(-1*2-+1+,7.1�+*(�3.(>�02*�<216�+)2>(�+)>�-+162>(�+)>�A/16�(/16(*�-+*<2)�2*�9(1+,�/)1(*-2))(-1.4�C+1(*�9+)+;(9()1�/)�16(�9(9<*+)(�/.�-*/1/-+,�02*�(00/-/()1�8(*02*9+)-(@�16(�03(,�-(,,�93.1�28(*+1(�3)>(*�-2)>/1/2).�A6(*(�16(�<78*2>3-1�A+1(*�>2(.�)21�(D+82*+1(�0+.1(*�16+)�/1�/.�8*2>3-(>�<(-+3.(�16(�9(9<*+)(�93.1�<(�67>*+1(>4�E/;6(*�-+1+,7.1�,2+>/);�16+)�3.(>�/)�862.862*/-�+-/>�03(,�-(,,�/.�*(B3/*(>�02*�<216�16(�+)2>(�+)>�16(�-+162>(�=F;�G�'�1(-6)/-+,�.(*D/-(.�H)-4@�IJJK?4�L,M+,/)(�03(,�-(,,.�+*(�2)(�20�16(�92.1�>(D(,28(>�1(-6)2,2;/(.�+)>�6+D(�<(()�3.(>�12�8*2D/>(�82A(*�+)>�>*/)M/);�A+1(*�/)�.8+-(�9/../2).@�/)-,3>/);�16(�NO�O8+-(�O6311,(4�56(�>(./;)�20�+)�+,M+,/)(�03(,�-(,,�/.�./9/,+*�12�+�8*212)�(:-6+);(�9(9<*+)(�=PFQ?�-(,,�<31�A/16�+)�+B3(23.�.2,31/2)�2*�.1+</,/R(>�9+1*/:�20�821+../39�67>*2:/>(�+.�16(�(,(-1*2,71(4�L,M+,/)(�-(,,.�28(*+1(�+1�+�./9/,+*�1(98(*+13*(�12�PFQ�-(,,.�=+*23)>��JST?�+)>�16(*(02*(�.1+*1�B3/-M,7@�<31�16(/*�82A(*�>()./17�/.�+*23)>�1()�1/9(.�,2A(*�16+)�16(�82A(*�>()./17�20�+�PFQ�-(,,4�L.�+�*(.3,1�16(7�+*(�122�<3,M7�02*�3./);�/)�-+*�();/)(.4�U(D(*16(,(..@�16(7�+*(�16(�-6(+8(.1�178(�20�+�03(,�-(,,�12�9+)30+-13*(@�.2�/1�/.�82../<,(�16+1�16(7�-23,>�<(�3.(>�/)�.9+,,�.1+1/2)+*7�82A(*�;()(*+1/2)�3)/1.4�V/M(�16(�PFQ�-(,,@�+,M+,/)(�03(,�-(,,.�+*(�(:1*(9(,7�.()./1/D(�12�-+*<2)�92)2:/>(�+)>�216(*�/983*/1/(.�16+1�A23,>�-2)1+9/)+1(�16(�-+1+,7.1�=F;�G�'�1(-6)/-+,�.(*D/-(.�H)-4@�IJJK?4�H)�16(�862.862*/-�+-/>�03(,�-(,,.@�178/-+,,7�28(*+1/);�+1��WJ�12�IIJST@�16(�-2)-()1*+1(>�862.862*/-�+-/>�=-,2.(�12��JJX?�/.�3.(>�+.�16(�(,(-1*2,71(4�56(�*(,+1/D(�.1+</,/17�20�16(�-2)-()1*+1(>�862.862*/-�+-/>�/.�6/;6�-298+*(>�12�216(*�-2992)�+-/>.4�T2).(B3()1,7�16(�862.862*/-�+-/>�03(,�-(,,�=PLYT?�/.�-+8+<,(�20�28(*+1/);�+1�16(�6/;6�()>�20�16(�+-/>�1(98(*+13*(�*+);(�=�JJ�12�IIJST?4�56(�+)2>(�+)>�-+162>(�*(+-1/2).�+*(�16(�.+9(�+.�/)�16(�PFQ�03(,�-(,,�A/16�16(�-+162>(�*(+-1/2)�2--3**/);�+1�+�0+.1(*�*+1(�>3(�12�16(�6/;6(*�28(*+1/);�1(98(*+13*(�=F;�G�'�1(-6)/-+,�.(*D/-(.�H)-4@�IJJK?4�56(�(,(-1*2,71(�/)�16(�92,1()�-+*<2)+1(�03(,�-(,,.�/.�3.3+,,7�+�-29</)+1/2)�20�+,M+,/�-+*<2)+1(.@�A6/-6�/.�*(1+/)(>�/)�+�-(*+9/-�9+1*/:4�56(�03(,�-(,,�28(*+1(.�+1�ZJJ�12�[JJST�A6(*(�16(�+,M+,/)(�-+*<2)+1(.�02*9�+�6/;6,7�-2)>3-1/D(�92,1()�.+,1@�A/16�-+*<2)+1(�/2).�8*2D/>/);�/2)/-�-2)>3-1/2)4�L1�16(�6/;6�28(*+1/);�1(98(*+13*(.�/)�QTYT.@�U/�=+)2>(?�+)>�)/-M(,�2:/>(�=-+162>(?�+*(�+>(B3+1(�12�8*2921(�+�

Page 82: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���

�������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ ��������������������������!������ ������������������ ������"����������������������#$��%�&������������������'�����())*+��'����������,����������������������������������������������������,������������������������-))"��))).�� �������������������,����������/�������������������������������������������������������������������������������))).����������������������������������������� �������������������������� ����������������������������������������-0)"10).���23���������������������� ���������������������������������������� ������������������� ������,������ ��������������������������������������#$��%�&������������������'�����())*+��'������������ �������������������������������#����0+���������������������������������������� ����������*�����������������������������������#$��%�&������������������'�����())*�������� �����())1+������������������0��45678�9:�������������������������������������������������� $���������� ;�������� ��� 3�������������������� $������������������<�����,����������������� ���������������� �))�=���0))�/=� >)?�)).�� ����@�0)?A)B�������@�>)?0)B�C�/������ ���������/����������� �)�/=����))�/=� ������1).�� ����@�-)?A)B�������@�-(B�<������������ ������������������ ������)��=� �0)?()).�� ����@�00B�������@�*)B����������������� ��������/�������������� �))��=� -))?A)).�� ����@�00B�������@�*AB�2���,��� 3(?����������������,��� ������))��=� 10)?���)).�� ����@�-)?-0B�������@�00?-)B�45678�D:�C��������������������������������������������������� C�������� C���������� E�������<������,�������������������������������������� ��� ����������������������"������ ���������� ������������ ������������F��������������������������F��������������G�������/���F����������/� �����"���� � �������������������� ���� ������������������� ������ ������������F� ��������,����� ������������������,���������� ����������������C�/����� ������ # C2C+���������������������� � � ������������� ���������������F�����������������������������������������/������ �������!�F������������������������,����F������������������������������<����������� �������������"������ � ������������ �������������������F����������"��������� � ������������������������������,����������������

Page 83: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

��������� ����� �������������������������� ��������������������������������������������� ��������������� ��������������������������������������� ��������������������� ��������������� ����� ��������� �� ���������������������������������������!�"�����������#�$��������������������� �����������������������������������������������������������������������������������������%�����������������������������&%� ���#'!�()*+,�-.�/��������������������������0������������������������� 1������������������ 2� ����� 1������������� �������� ����� �������������0���������������3�&4��'�5� �!56�!7� �!56�!7� �!56�!7� �!56�!7� �!56�!7�8������������8� �!96�!#� �!96�!#� �!96�!#� �!96�!#� �!96�!#�1�������������:�&4��'�5� �!;<6�!=� �!56�!;� >�!5?� �!56�!5�� �!5<6�!=�@������������&�;�@�'�&���2'�5� =!�� =!�� =!�� =!�� =!��"������������&�;�"�'�&���2'�5� ;!<� ;!<� ;!<� ;!<� ;!<�1��������� ��� 56�� 5� 5� 565�� 5�� @����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������!�/�������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������!������������������������������������������������������������� �������������!� ABCDEFGH�I(EDJFG�K���������������������������������������!�L��������������� ������������������ ���������������������������!�L����������� ������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������������������!�0����������������������������������������������������������������������������������������������������� �������� �������������������������������������!�2�������������K����������L�����2����������������&M������N�O����� ������?'���������������������������� ������������������������P�%����������������������������������������������������������������&���������������Q�������'���������������������!�@������� ����������� ������������������������@�����������������������������������������������������!�%��������������������������������������������������������� ��P�5!�0������������������������!�O�Q�����������P���������������� ���������������������!�

Page 84: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���

���������� ��������������������� ��������������������������������� �������� ����� ���������������������������� ���������������� ������������������ ������������������ ����� ���� ���������������������� �������������� � ���������� �������������� ������� ������������������������������ ����� ��������������� �� ���!����"��#���� ���������������������� �����!�$��%����������� ������%��� �������� ����� ���������������� �����������������������������������������&!�'�!��(� ����)�*���#�!��++,���-./01�23�%��� ����������������� ����� �����������4� ����������� 4� ������ � ������5 ��� 4��� ��� 6����� 7!��� � �!8%� 9�����������!������$���� :� ����������!�;������������� �� �++� �+� �&�'� <����� ������������������� �� �=+� �+� ���$� �+����������������������� �� ><+� �+� �<�&� ���=���� ������������ ���� ��������� ?���� ��� $=+?>$+� �++?,++� �+� �=�7�������� � �������*@��� �� ?�=�� &�� �&�<�� -./01�A3�%��� ����������������� ����� �����������4� ����������� 4� ������ � ������5 ��� 4��� ��� 6����� 7!���� � �!8%� 9�����������!������$���� :� ����������!�;�� �?��� ���� �?,+� ?�+'B?�<=� �=?$+� '���<+?�++�C��?����� ��� �C���+?�++8%�� +�+�?�+��+?�++� >+?&+� �+�,�<+?�++�%�������� ��������� ������ C����?����� ��� �C���=+?,++8%�� �?�+� �=+?$=+� >+?&+� �+�>�

Page 85: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

��������� ���������������� ����� �������� ��� ������ �������� ����� ������� �������� ������� ��� ������������!�"�����#���#��������"�������$���������������������������%�����������������%������������������&���������&����� �������� ���������������$�� �� ������� ������������� ����%��������'���#�%��$��#�(����������� &� ��������$���"��������� ��������� ���������������������������� ���������������$������������&��� �)$� �������� *+,-./01�,02340-+�5��(��������(��������&�����������������#��� �����������"�����6�����"������ �������� ���)$�&����������"�������������������7������ ����� ������#��� �����������"��� ��$���#����6����#�� ����� ���#���� ��#�� ���&� �������� �#�������� �������� ����� ����������"�&� ��������&�������������������&$����������!� ��� ���(�������"���������&��� ���������%� ���8�����#������9����:��������%� �#����;������������%� ���5���$����&������(����������&���������$����� ����� �� #�� ����� ���&�� ���$ �<���� ���)$����� ���������� ���������&&�������� � ��=����� $�6�������� �����������6���&��� ������������"� �������������$��� ��#����6����������)$����������8������������#��������!����� ��� �)$� ����������%� ������������� ���&����� ��$�������������;� ���������� ���������� ��$���������$����&��%����"������ ����>�� ������ ����� ��"��������������������������(�������� ������� ����� ��"��(� ����?��������������� $�������&��� ��#�����=��������#����� ���$ �������$���� ����������������������%������������$ ��������@A��� ������������������ �������� �� �$ ������������������������&&� ����������������$���� ������A>B�������& ������@A������������������"����� ������&� ���������������"����� ����%��������$�� ���8������������#������9����!��%��$��� ������ ������������&��� �������������� ���&������&�������#����>������������$����<���������� �������&� ����������&����"�����#����>�� �������" �����������&�����������������$���"��� �%�������������� �����#����'��� ����������%� ����������C�����&���������������(����������������A>����������� ���������������������������� ���� �$������� ��=�������������@A#�"���$����&������&�$ �&���� ���;���������� ��%� ��������%��������������������� $��#�(������(�������$����%�����$����<���������D$���&���������������������������E.1E2FG3.1G�H1,�IFJF-0�K.-L�!������� ������%����������$����&�����(����������&�$������� �����&� ����������������������"�������&�(������(� �� ��$�������!��������������"����������� ������� ��������������9�

Page 86: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���

�������� ������� ��������������������� ���������� ��������� ��������������������� ����������� ���������������������� �� ���� ������ ���������������������������� ��������������������� ������ ��� ������������� ������������������������������� ��������� ����������� ������������������ �������������������� � ���������� ��������!����"#�������������� �������� ����������������� �����$ ������������������������������������������������������� ����� ����������� ������������������� �� �������� �� ��� �� �� ���������� �����%�� ������� ��� ����� �� ��������������������������� �� ����������� ����� ������������������������ ����������� ������������ ����#&'()*%"+%,%'-.��-������������/�������� ����������������%�� �� �.��� ���0� ���� �1+� ��%-023�45�� ������������0� ���� �167����"�89��:�;"�����.������% ����� ��+����� ����$$;5�� ��������� � �� ��1+� �� 0���5����-���� �< ����������-��� ������=>?>=>@A>B�.��7�����������::C��DEFEGHIJE�KLGEM�NLOMPENQ�RHSEMTHJN�LU�NPTEFSTUTP�NPVLLJW�+������������������,.<��,�/�����49�����1� �8����� 5��� ��7� ���X������Y� �/���"����Z��7������[�&�������,���::\��#����� ���$ �������# �����-���������.����]��,�����]6���)� �]����� �.��������$ �*��������8��_SV�FSEMFHSTLFHJ�abcKLNTOc�deLKTPHJ�fMLIJEcN�TF�SVE�gTEJh�LU�iJEPSMTPHJ�HFh�fLGEM�iFjTFEEMTFjd��"�����.������% ����� ��+����� �����%�� �� �.��������,�������� �k������-���� ��%�� �����������]��2��8������ ��%���::2��FSMLhOPSTLF�SL�SVE�KLGEM�EFjTFEEMTFj��-���� ��/��� �����-���� ��%�� �����C:�����1� �%�� �� 5��� ��7� ���X������%����,���*�������,��[�Y� �/���"���:�:��������� ����� �������������������������� ����� �������� ���� ��$ �*��������8��lSV�FSEMFHSTLFHJ�abcKLNTOc�meLKTPHJ�fMLIJEcN�TF�SVE�gTEJh�LU�iJEPSMTPHJ�HFh�fLGEM�iFjTFEEMTFjn��"�����.������% ����� ��+����� �����%��/���7����-���� ��%�� ��������C�]2:��%����,��� Y� �/���"��� Y������Y�� �::9�� opqrstupvw� rxr� yzuyu{�xrr|}|pvtu~x�v��vw{�su��u����qt�vv�~qstu��qt�qsv�qyrv��|ysx�u~ur���q�xrsut���$���x�{utx�����������������������������������������������]���l���up��tx v��x���p¡�v¢��$�ysvs|s|�qpqrstu�v�x}vrv�£¤£�¥rtx¦�v��}��§v¦~42��¥rtx¦�x��y��3�]32��+�������"��©���.��� ���Y��6���"���/� ��'��0���.�� ����*��'���\9\��ªbhMLjEFW�fMLKEMSTEN«�LISHTFTFj«�NSLMHjE«�hEJT¬EMb«�HKKJTPHSTLF������7���,�/����C2������1� �8����� 5��&��/��� ���*��� ���k������� ��&���.� ��6��&��[�'�����/��0���::C��%����������(���� ��������%�������6���<���������� �������� �%� ��W�­lSV�®LMSV�cEMTPHF��6���.���������'�6.������4C2]42C��.���� /���8��8���*���k���*�������8��� ���"��&��[�.��������.����::C��0���������� �6����� �<�� ��'������8�������$%%%��i°�°JTcHSE�°VHFjE�eEPVFLJLjb�������]\��%��[�+����� ��������������$ ����::3��gOEJ�PEJJ�VHFhILL±��,�� �� ��)����Y��� ����3�2�����

Page 87: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����

�������������� ���������������������������������� !�"�#�$�%�&��!�'����( ���)*)�++����� ��!��!��� �+�!�,!������!�-��.!�/�0���,1�2 !�3�����)�4�2+�(� ����5�6(�1��������"�7�(��( ���1�08��9(#��"�7�(��(�:;<�=�>���?=;�����@A���B���?��C;�D�=����E�:>@C�FGH��I>>>�JK?L!�++�*MN�8*MN��O�(�� !�P�,!�Q���� &�!���P������,���7�(7����5���1(�.��� ��(�.��2����1 �"�R�P�S�(�.�9�6�'�������T�1 U�VWX=;����YB?�=�B���@�������B�X�CL�Z��?=W�;D�CB=[;��\B�;ZB?�=�B��!�]�9�(�,#�1�2�#�-9%�� ��( �'����(���1 �++�)8*���Q��.���!��!�$������!��!���(�(!�_!���2�(1��!�!�������(#��!�4!�]����!�a��������!�3!����M�4�2+(� �(�� ���1(�.����(�� 2� ����+�+����� �1���7�(���(.�� #���� �(��1�1�(����%������(.�����#�2+�����7��#� ��bK?L�c;=�X�VWX=;����>��=�W�C;�D�=����!�Q���!�++�*8*��

Page 88: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 89: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

89

[PAPER-III] Andrijanovitsh, A.; Steiks, I.; Zakis, J.; Vinnikov, D. Analysis of State of the Art Converter Topologies for Interfacing of Hydrogen Buffer with Renewable Energy Systems. Scientific Journal of Riga Technical University. Power and Electrical Engineering, 29, pp. 87 – 94, 2011.

Page 90: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 91: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

�.�� /0#0��1�2"�"�3�13"4�3.�"�5��6��"���7�8� �$#�0�1���9�"��1�!#�$��1�:/���$���;<11����#"4��=�����> ������$/�2/0"�?0��.����.���#@���6#"04AB�� ���������������������������C�9�$��0�2"�#D0B���� �������� ������������C��E��#0�F�D#0B�� ���������������������������C��G?#"�#�H#��#D�6B�� �����������������������������IJKLMNOL�P�QRST�UVUWX�YZ[UVXWT�T\V\W]Z]\RW]VX\�_ a_ �YZbcWX\WX�\ZUZdZeSWT�ZX�WdWY\XZdfgWX�Vbh�iWd�YWdd�VUUdSYV\SZbT��Sb�XWbWjVkdW�WbWXef�TfT\W[T�lmnopq�QRW�[VSb�YZ[UZbWb\T�Z�\RW�RfhXZeWb]kVTWh�WbWXef�T\ZXVeW�TfT\W[�TRZidh�kW�YZbbWY\Wh�\Z�\RW�_ ]kiT�Z�V�mno�cSV�TWUVXV\W�Sb\WXVYW�YZbcWX\WXTr�\RW�WdWY\XZdfgWX�ST�Sb\WXVYWh�kf�\RW�T\WU]hZjb�_ a_ �YZbcWX\WXs�jRSdW�\RW�iWd�YWdd�ST�YZbbWY\Wh�\RXZieR�\RW�T\WU]iU�_ a_ �YZbcWX\WXq�tWYViTW�Z�\RW�RSeR�SbUi\�Vbh�Zi\Ui\�cZd\VeW�hSWXWbYWT�\RW�\ZUZdZeSWT�jS\R�V�RSeR]XWuiWbYf�cZd\VeW�[V\YRSbe�\XVbTZX[WX�VXW�VbVdfgWhq�QRW�SbcWX\WX�Vbh�XWY\SSWX�TShWT�Z�\RW�hSTYiTTWh�_ a_ �YZbcWX\WXT�UXWTWb\Wh�Sb�TYRW[WT�VXW�VbVdfgWh�Sb�hW\VSdq���vwxyzM{K�|�mWbWjVkdW�WbWXefs�RfhXZeWbs�WdWY\XZdfgWXs�iWd�YWdds�_ a_ �YZbcWX\WXq�� 9}�9~7=�G�579�~��0���1�� "����"#6������$/�0�<�!�0�#0����<�$��"�#00<��"���/}���#����6��"�$�0��1�������> ������$/����������1<� �!�0"0����� �����#?8�!"����"4����6#���?��"}�:���6��C�������> ������$/�0�<�!�0C�0<!4��0�0� ��������#���8����C������#11#!< "�"��1���!�0"}�7��!�?8��0�"��<�0"�> ���8���"#����1���������> ������$/�0/0"�?��=�2��"4��!��!�8"��1�4/���$���<0����0�#�"���<!���#���A3��}��#$}�A�04��0���4/���$��3>�0�������$/�0"���$��0/0"�?������4/���$���><11���"4�"�0"�># #��0�<���$< �"���������> ������$/�$�����"#��}�9"�!��0#0"0��1�"4��1� ��#�$�0"�$�0��4/���$���8���<!"#��C�4/���$���0"���$������� �!"�#!#"/�8���<!"#��}�9��"4����!�00�����$/�8��#��0�"4��4/���$���$�����"#���0/0"�?�#0�!����!"���"��"4��G53><0��1�"4��=�2}�9��"4#0�0"�$��� �!"�#!� �����$/�1��?�"4��������> ������$/�0�<�!��#0�!��6��"���#�"��!4�?#!� �����$/�>/�<0#�$���"���� �!"�� /0#0�����"4#0�����$/�#0�0"�����#����"��D}�9��������"��0"�># #�������$/�8���<!"#����<�#�$�"4���>0��!���1�"4��������> ������$/C�0"�����4/���$���!�< ��>����3<0��}�9��"4#0�0"�$�C�4/���$���#0�!��6��"���#�"��� �!"�#!� �����$/�>/�<0#�$���1<� �!� ���5�}�74���5�"�D�0�"4��4/���$���1��?�"4��"��D0�"��$�����"��� �!"�#!#"/C�8 <0���"�������4��"��0�>/38���<!"0}�5�?>#��"#����1��������$/�0"���$��0/0"�?��������=�2�� ��0�!��"�� �> ��8�����8���<!"#�����3��}�7/8#!� /C�"4��� �!"�� /�������������"4���5�����!����!"���"��"4��=�2�6#��0�8���"��#�"��1�!��!��6��"��0}�74�����#0�!����!"���"��"4��G53><0��1�"4��=�2�"4��<$4�"4��0"�83�����G5�G5�!��6��"��C��4# ��"4���5�04�< ��>��#�"��1�!���>/�"4��0"�83<8�G5�G5�!��6��"��}�

G5�G5�!��6��"��0�!���8��6#���#�"��1�!�0��1��#11����"�6� "�$�� �6� 0�#��"4��4/���$���><11���0/0"�?}�9��8�#�!#8 �C�?��/�>�0#!�8�����!��6��"���"�8� �$#�0�!���>��<0���1���"4���������"4���5�#�"��!����!"#��0��#"4�"4��G53><0��1�"4��=�2}�;�!�<0���1�!�?8���"#6� /�4#$4�#�8<"������<"8<"�6� "�$���#11����!�0�"4��G5�G5�!��6��"��0��#"4���4#$431���<��!/�6� "�$��?�"!4#�$�"���01��?�������<0���?����1���<��" /}��������0��0��1�0�1�"/�"4#0�"���01��?���04�< ��� 0��8��1��?�"4��1<�!"#����1�$� 6��#!�#0� �"#����1�"4��8�#?��/�����"4��0�!�����/�0#��}�9��"4#0�8�8��C�0"�"�3�13"4�3��"�G5�G5�!��6��"���"�8� �$#�0�1���"4����������5��88 #!�"#��0�������� /����#����"�# �����!�?8����}��������������������� ¡�¢� ������£¤�� ¡�¢�¥¦§©ª«¬�­® «��°�����±²��³�� ��°�����±²��³����µ���µµ�µ��³��µ¶·�� ���³��¡¢�¹ ��#$}�A}�����$/���!4��$��8��!�00�0�#��"4��4/���$���><11��}�99}�G5�G5�5�~H�=7�=�7�����º9�2���=�7:�����57=��»F�=�.���95.79�~�74���������"4���5�8��1��?��88�0#"��1<�!"#��0}�9�0"�����1�$�����"#�$�� �!"�#!� �����$/��0�"4���5����0C�"4�����!��0<?�0�#"}�74�����#0��� ���G5�6� "�$��0��0#"#6�� �����-������#"�!����"�>���#��!" /�!����!"���"��<�!��"�� ���4#$4�G5�6� "�$�0}�7��!����!"�"4�����"��"4��G53><0C�#"�#0����<#����"��><!D�"4��6� "�$���1�"4��G53><0�"��"4�� �6� ��1�"4������,�}�74��G5�G5�!��6��"��0��#"4���4#$431���<��!/�"���01��?���1< 1# �"4�0�����<#��?��"0}�74��G5�G5�!��6��"���0"�<!"<���1���"4�����#�"�$��"#���"��"4��0/0"�?��1�"4��=�2�#0�04����#���#$}�¼}�9���5��88 #!�"#��0C�"4#0�G5�G5�!��6��"���!��0#0"0��1�"4��1� ��#�$�?�#��!�?8����"0��A�½�#�6��"��C�¼�½�#0� �"#���"���01��?��C�¾�½���!"#1#��C���½��<"8<"�1# "��}�

Page 92: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,,��

-./012345 467 8 9 :;<=;<�>?@A12012;<BCDEF#$G�HG�I�JK#����L"�K!"K����M�"N��OPQOP�!��R��"���M������� �!"�� ST����UU #!�"#��G�VN��OPWXKL�R� "�$��#L�!��R��"���"��YP�R� "�$��XS�Z���L��M����#�R��"��G�V��L"�U������"N��R� "�$�����#L� �"#���"���LM��Z���#L��ZU �S��G�VN��L�!�����S�L#����M�"N��R� "�$��#L���!"#M#���XS�N� U��M�����!"#M#��G�VN���K"UK"�M# "���#L�KL���"��#ZU��R��"N��JK� #"S��M�"N���K"UK"�R� "�$�G�["�LN�K ��X��"�\���#�"���!!�K�"�"N�"�"N��M��JK��!S��M�"N��!K����"��#UU ���"�"N���K"UK"��M�"N��OP�!��R��"���LN�K ��X��\�U"� ��]��L�N#$N���M��JK��!#�L�#�!���L��"N��U����� �LL�L�#��"N��� �!"�� ST���_G�VN��#�R��"���L#�������"N����!"#M#���L#���"�U� �$#�L��M�OPQOP�!��R��"��L�������L!�#X���X� ��G�YL�����LK "��M�"N����� SL#L��M�"N����M����!�L��!!���#�$�"��"N��OPQOP�!��R��"����UU #!�"#��L��M�� �!"�� ST��L�abWa_]�"�U� �$#�L��M�#�R��"��L�!���X��! �LL#M#���#�"��MK WX�#�$��cFde�abWaf�����N� MWX�#�$��cgde�afWa_G�hi�j����������k���l������[��abWaH���! �LL#!� �L#�$ �WUN�L��Fd�"�U� �$S��#"N����#��K!"��!��������!�U�!#"���#��L��#�L�#L���� ST���cF#$G�meG�VN��!�L���N������ S����#��K!"��!��#L�U��L��"���cF#$G�mc�ee�#L�!� �����UN�L�WLN#M"���T���WR� "�$�WL�#"!N#�$�cnope��qr�X�#�$��#�R��"��G�["�#L�!� ������sPs�L��#�L���L����"�#�R��"���cpIPe�#M���!�U�!#"���#L�������#��L��#�L�cF#$G�mcXeeG�["�N�L�X�����UU��R���#��ab�"N�"����sPs�pIP��#"N�!�U�!#"��!���K"UK"�N�L���L#��X ��M��"K��L��R�����UN�L�WLN#M"���nop��qr�X�#�$��#�R��"���#���UU #!�"#��L��N����"N�� ���OPWXKL�R� "�$��#L��UU #��G�[��aH���X��L"�T���WR� "�$�W"���L#"#���cnoVe�#L�������"��#ZU��R��"N��sPs�pIP�����Z�\��#"�Z����LK#"�X ��M���� �!"�� ST����UU #!�"#��LG�tu vu wutx vx wxty vy wytz vz wzw{| t}~��{| � tu vu wutx vx wx

ty vy wytz vz wzw{| t}~��{| w� �c�e���������������������������������������������������cXe�F#$G�mG�p#�$ �WUN�L��Fd�"�U� �$S��#"N��c�e�#��K!"��!���cXe�#��K!"��!������!�U�!#"��G�O#MM����"�UN�L�WLN#M"���Fd�nop�"�U� �$#�L�cF#$G��c�ee��M����#�R��"�������U��U�L���#��amWa�G����L��"���!#�!K#"L�����X�L������"N��KL�$���M�"���"���LM��Z��L]�!����!"#�$�"N�Z�#��R��#�KL���SL�����!�ZX#�#�$��#"N�!�U�!#"��LG�["�N�L�X������U��"���"N�"�"N#L�"�U� �$S�!����!N#�R��!�ZU �"��nop�#�����#������$���M� ����!K����"�����#�UK"�R� "�$�� amWa�G������M�"N��"���LM��Z��L�#L�KL���"���!N#�R��nop]�XK"��"N������U�����"���LM��G�YL�#��amWa�]�#��a�����Fd�#�R��"����#"N�nop��R���"N����"#���U�����!��R��L#������$��#L�U��U�L��G�[�R��"���"�U� �$S�#��a��� L��!��L#L"L��M�"���"���LM��Z��L�cF#$G��cXee]��� S�#��"N#L�!�L��X�"N�"���LM��Z��L�����KL���M���U�����"���LM��G�

tu vu wutx vx wxty vy wytz vz wzw{| t}uw��{| t}xw� tu vu wutx vx wx

ty vy wytz vz wzw{| t}uw��{| w� t}x ~u �c�e�������������������������������������������cXe�F#$G��G�[ZU �Z��"�"#����M�UN�L�WLN#M"���Fd�nop��qr�#�R��"����#"N�"���"���LM��Z��L��c�e������K�# #��S�"���LM��Z���M���nop��cXe�X�"N�"���LM��Z��L�M���U�����"���LM��G�s]�sP]�����sPs�M# "�������sPs�L��#�LWU��� � ���L����!��#�R��"��L�cp�IPe�N�R��X������� ST���#��a��cF#$G��c�ee]�XK"�"N��L!�U���M�"N��!��R��"�����L�"��!��R��"�OP�R� "�$��M��Z��,o��"�"N��#�UK"�"���o��"�"N���K"UK"��M�"N��!��R��"��G�[�L"�����M� ���R� "�$��!��R��L#��L�#��a�]�N#$N�R� "�$������N#$N�U�����!��R��"����UU #!�"#���#L���� ST���#��afG�[��af]�#��"N����� SL#L��M�nop�����T����!K����"�L�#"!N#�$�cnPpe]���T����R� "�$��T����!K����"�L�#"!N#�$�cnonPpe��qr�#�R��"���#L���L!�#X��G�nonPp��qr�#�R��"���#L����#R���M��Z�"N��UN�L�WLN#M"���Fd�nop��qr�#�R��"��LG�tu vu wutx vx wxty vy wytz vz wzw{| t}~��{| ~uw� tu vu wutx vx

ty vy wytz vzw{| t}�{| �c�e��������������������������������������������cXe�F#$G��G�Fd�"�U� �$S��c�e�nop��qr�#�R��"����#"N�sPs�M# "����cXe�nonPp��qr�#�R��"��G��������"����L��� �R��"�"��gd�"�U� �$S�#�R��"��L�N�R��X����M�K���#M�"N�S�������$�������L�N#$NWM��JK��!S�#�R��"��L�M����s��UU #!�"#��LG�[��M�!"]�gd�"�U� �$S�#�R��"��L��������� ST���Z����"N���Hb�S���L��$��a,Wa_G������� �!�ZU��#L��L�������U��"���#��af��#"N������� SL#L��M�gd�RLG�Fd���N����L�Fd�#L�!N�L��G�[�� a,]����sPs���L����!��#�R��"���M���"� �!�ZZK�#!�"#���U�����LSL"�ZL�#L���� ST��]��N# ��#��a_�UK���L��#�L�����U��� � ]�L��#�LWU��� � �#�R��"��L�����!�ZU�����M��� ���R� "�$���UU #!�"#��LG�V�U� �$#�L�!��L#������#��afWa_�������U#!"���#��F#$G��G�tu vu wutx vx wxw{| t}�{| � �{| tu vuwu

tx vxwxw{| t}~� wywz~u w�~x � tu vu wutx vx wxw{| t}�{| ~� �c�e���������������������������������������cXe����������������������������������������c!e�F#$G��G�p#�$ �WUN�L��gd�"�U� �$S�#�R��"��L��c�e�MK���Z��"� ��cXe�sPs��c!e�L��#�LWU��� � G��i�������������k���l������YL���OPQOP�!��R��"�����JK#��L�OP�R� "�$���"�"N���K"UK"]�YP�R� "�$��ZKL"�X����!"#M#��G��LK� S���!"#M#!�"#����M�"N��R� "�$��#L���� #T���XS�"N��L#�$ �WUN�L��Fd�"�U� �$S�ab]�aH]�

Page 93: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

./0�.,1����23�"4��!5����"���52 ���"�6� �$3�7..0�.89.:0�.;0�.-1<�=�!"#>#���"�6� �$#�?@�?#�$ �964�?��AB�C�D�����!5����"���52 ���C2D�����?4����#��A#$<�;<�E?���!"#>#���F� "�$��!��"�#�?�F� "�$�G!5����"��#66 �?0�"4�3�H5?"�2��># "�����"���6���"��"4���I��>>#!#��" 3<�E�"36#!� �JKGJK�!��F��"����5"65"�># "���!��"�#�?����#��5!"���������!�6�!#"���CA#$<�;C!DD<�LM LNLO LPQR STUV LMLOQR STUV WXYX STUV �C�D��������������������������C2D�������������������C!D�A#$<�;<�=�!"#>#���?#���"�6� �$#�?@�C�D�?#�$ �964�?��ABZ�C2D�!5����"���52 ��Z�C!D�IK��5"65"�># "��<�[#�$ �964�?��AB���!"#>#��?�����5?����#"4�AB�IKI�#�F��"��?�7.\0�.]0�./0�.,10��?�"4�3���5#�������"���?>��H���?�!�����3��#��#�$�"���������#��5!"��������!�6�!#"����?���5#���<�E�"���"���?>��H���!5����"���52 �����!"#>#����#"4�"���#��5!"��?�#?�6��?��"���#��7.:10�25"�#��7..1���!5����"���52 �����!"#>#����#"4�����"���?>��H���?�!�����3��#��#�$�#?�?4����CA#$<�,D<�QRMQRN WM WNWOLMLN

YX � QR YXWXLMLN �C�D����������������������������C2D�A#$<�,<�K5����"���52 ���"�6� �$#�?@�C�D��#"4�"���"���?>��H��?Z�C2D��#"4�����"���?>��H���?�!�����3��#��#�$<�_����!�HH���JKGJK�!��F��"���"�6� �$#�?�>���� �!"�� 3����66 #!�"#��?�����! �??#>#���#��A#$<�-<� ��

�abcab�defghijhijekelemnhopqerlhghl psihhrlhghltuv buv wuvunfmlhrksxoh psihhrksxohyzllr{in|mh }xl~r{in|mh �A#$<�-<��4��$����� �! �??#>#!�"#����>�JKGJK�!��F��"��?�>���� �!"�� 3����66 #!�"#��?<����<�JKGJK�K����=��=�����I����[�A�=�����A��I�K�II�E��I�KE�����AK�#?���6�����?�5�!���#"4� ���5���$5 �"���JK��5"65"�F� "�$�<����!����!"���AK�"��"4�� ���0�#"�#?���!�??��3�"��2��?"�����?"�2# #��"4���� �"#F� 3� ����5"65"�F� "�$���>�"4��AK�"����!��"�#���6���"#�$�F� "�$�� �F� <��4��JKGJK�!��F��"���

�!!�H6 #?4�?�2�"4�>5�!"#��?<�A#$<�.\�?4��?�"4��JKGJK�!��F��"���?"�5!"5���>���"4��AK�#�"�$��"#���"��"4��=�[<��4#?�!��F��"���#�! 5��?�"4��>� ��#�$�H�#��!�H6����"?@�.���#�F��"��0�]���#?� �"#���"���?>��H��0�8�����!"#>#��0������5"65"�># "��<� ynljhiyb ��u� � � �abcab�defghijhi abr{zo �A#$<�.\<�=�5#����?"�5!"5����>�"4��JKGJK�!��F��"���>���>5� �!� ��66 #!�"#��?<�I����5"65"�JK�F� "�$���>���AK�#?�!��F��"���"��EK�F� "�$��23�H���?��>����#�F��"��<�A���F� "�$��?"�6956����#?� �"#���"���?>��H���#?��H6 �3��<��4��?�!�����3�?#���F� "�$��#?���!"#>#���23�4� 6��>�����!"#>#��<��4���5"65"�># "���#?�����6"#��� �!�H6����"<��"�#?�5?���"��#H6��F��F� "�$��5� #"3<��4��#�F��"���?#�������"4����!"#>#���?#���"�6� �$#�?��>���JKGJK�!��F��"���������?!�#2���2� ��<���������������������������4��#�F��"��?�5?���#��"4��JKGJK�!��F��"��?�!�5 ��2��?52�#F#�����?�"��9 �F� �7]\9�81�����"4���9 �F� �7��9�/1<����"5��0�2�"4�"36�?��>�#�F��"��?�!���2��! �??#>#���#�"��F� "�$��?�5�!��#�F��"��?�C�[�D�7]\9]:10�!5����"�?�5�!��#�F��"��?�CK[�D�7]/98/1������9?�5�!��C#H6����!��?�5�!�D�#�F��"��?�C�[�D�78;9�81<�E �"4�?��#�F��"���"36�?�!���2��5?���>���AK��66 #!�"#��?<�_����6�65 ���#�F��"���"�6� �$#�?������?�>� ��?@�?#�$ �964�?��CAB0��B0�65?4965 �C��DD0�����"4���964�?��CAB0���D<�J#>>����"�"36�?��>�?�#"!4�?�!���2��5?���C_�[A��������B��"�!4�� �$#�?D�>���"4��#�F��"��<�'�����������������������4��?#�$ �964�?��AB��[��"�6� �$3�#��A#$<�..C�D���?�6��?��"���#��7]\9]81<��4#?�#�F��"���!��?#?"?��>�"��� �$?<���!4� �$�!��?#?"?��>�"���?�#"!4�?�����"4�#����"#96��� � ��#���?<��4��AB��[��� #H#��"�?�"4�������>�����?�6���"��># "���#��5!"��<�I�!���>�?�6���"��#��5!"��!��4� 6?����5!��"4��!�?"��>�"4��JKGJK�!��F��"��<����"4��AB��[��"4��F� "�$������!5����"�?"��??��>�"4��?�#"!4�#?� �����"4���#��"4���B�"�6� �$3<����7]�1�"4��AB��[��#?�5?����#"4���?"��"956����#"#��� �!#�!5#"�"���F�#�����AK�6����!5����"���H�����"�"4��?3?"�H�?"��"956<��4�����#"#��� ��#����#��?��#�?��#"4�"4��AK�?"�!��6��F��"?�>��H���3���F��?��!5����"�#�?#���"4��?"�!�<��4��!#�!5#"��>�"4��"4���964�?������[�0��?�?4����#��A#$<�..C2D0�#?��6��6�?���#��7]:1<��4����F��"�$���>�"4#?�#�F��"���#?�"4�� ������H?�!5����"�"4��5$4�"4��?�#"!4�?<����"4��"4���964�?������[��"�6� �$3�"4���5H2����>�!�H6����"?�#?����5!���#��!�H6��#?����#"4�"4��"4���964�?��AB�"�6� �$3<������7]/1�#"�#?�?4����"4�"�"4��?#�$ �964�?��AB��[��"�6� �$3�#?� �??��>>#!#��"�>���"4��AK��66 #!�"#���"4���"4��AB�K[��"�6� �$3<��4��AB�K[��4�?�?"���$����� #�2# #"3�>���"4��#�4����"�?4��"�!5����"�6��"�!"#��<��4��#�65"�!5����"�#?�!��"#�5�5?0�����#"�6�� ��$?�"4�� #>�"#H���>�"4��AK<�E?�����?5 "0�#��6�6���7];1�"4��AB�K[��4�?�2����!4�?����?�����66��6�#�"��?� 5"#��<�B�!�5?���>�"4��4#$4�"���?#��"��F��F� "�$���!��??�"4��?�H#!���5!"��?�"4��K[������?�������#"#��� �! �H6#�$�!#�!5#"�"���2?��2�"4#?�

Page 94: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

�.��.� "�$�/�01��23�456�"�7� �$#�8��#"1�"����#99����"���$�����"#.��! �:7#�$�!#�!;#"8�����7��8��"���#��<=>?/�01��!#�!;#"��#"1��@"���� �! �:7#�$�����$A�9���B�!C�D2#$/�E=D�FF�!��8#8"8��9�"1���#��������"1��!�7�!#"��!�/�01��!#�!;#"��#"1�#�"���� �! �:7#�$�����$A�9���B�!C�D2#$/�E=D�FF�1�8�������#"#��� �"���8#8"���#��7��� � �"��"1���#���/�01#8�"���8#8"���#8���87��8#B ��9���9���#�$�"1��8"���������$A�#��"1��!�7�!#"���B�!C�#�"��"1��!#�!;#"�<=>?/��6��"1��!#�!;#"��9���8#�$ �G71�8��23�456�#�8"�����9�HI52�0�����.��8��B �!C�6J30�!���B��;8���<=K?/�� #:#��"#����9�"1���#���8�#��"1����.��8��B �!C�6J30�81�; �� ����"��8;!1�B���9#"8��8� �����!�8"L�8:� ���7�!C�$�8����� �����!���;!"#��� �88�<=K?/��01��8#�$ �G71�8��M3�456�"�7� �$A�#��2#$/�E=DBF���8�7��8��"���#��<=,?��8���8;#"�B ��"�7� �$A/�01#8�#�.��"���"�7� �$A�81��8�1#$1����99#!#��!A�����1�8�1#$1���#�7;"�!;����"��#77 ��9��N;��!A�"1���"1��23�456�"�7� �$A/�01��M3�456����;!�8�"1��������9�"���8�#"!1�8�����"1��"���89��:���";��8���"#��"��1� 9/�01�����#"#��� �8�;BB���!�7�!#"��8�����#��7��� � �"��"1���#���/�01��M3�"�7� �$A�#8�7�7; ���9���"1��7��������$�����;���E�CO/�<=,GP-?/��6��<PE?�"1��8#�$ �G71�8�����456�"�7� �$A�7��8��"���#��2#$/�E=D!F�#8���� AQ��/�6��"1#8�7�7���"1��456��9�"1��R4SR4�!��.��"�����8�8� �!"���B�!�;8���9� �88�#�7;"�9# "��#�$�#��������"��:#�#:#Q��"1��1#$1�9��N;��!A�!;����"��#77 �/�01�����456�7��.#��8�1#$1��99#!#��!A�����1�8���$����;"# #Q�"#����9�"1��"���89��:��/��01��8#�$ �G71�8�����456�7��7�8���#��<P=?�#8�81����#��2#$/�E=D�F/�01#8�"�7� �$A�#�! ;��8�����;@# #��A�!#�!;#"�9���7��"�!"#����9�"1��8�#"!1�8��$�#�8"��.��.� "�$�/�01���;@# #��A�!#�!;#"�#8�B�8#!� A���9 AB�!C�!��.��"��L��1#!1�!��.��"8�"1��8"���������$A��9�"1��! �:7�!�7�!#"���"��"1��R4GB;8�<P=?/��01��8#�$ �G71�8�����456�"�7� �$A���8!�#B���#��<PP?���8�:��#9#���BA����#�$�"���!�;7 ���#��;!"��8�"���@7����"1���;"A�!A! ���7���"#����9�"1��R4SR4�!��.��"��/�01��7��7�8�����;B �G!�;7 ������456�#8�81����#��2#$/�E=D�F/�01��R4SR4�!��.��"����#"1����#�.��"����9�8;!1�"A7��!����7���"��9��:�-�"��E--T��9�"1���;"A�!A! �/��01��"1���G71�8��23�456�"�7� �$A��#"1�����!"#.��! �:7�#��2#$/�E=D9F���8�7��8��"���#��<PU?/�01��7��7�8���!��.��"���#�! ;��8�"1��9� ��#�$�9��";��8V�#�!���8���7�����!��.��"�����"#�$�BA��:7 �A#�$�"1����71�8�8�#�8"�����9���8#�$ ��71�8�W� �����"���89��:���";��G��"#��BA�;8#�$���B��8"�8"�$��#�1��#"���BA�"1��!;����"G9���"A7�W��!1#�.��Q����.� "�$��8�#"!1#�$�#��"1���G71�8��23�8�#"!1�8�BA���8#�$ ��!�::����!"#.��! �:7�B���!1�<PU?/��01��!#�!;#"��9�"1��"1���G71�8�����456�# ;8"��"���#��2#$/�E=D$F�#8�7��7�8���#��<PX?/�6��"1#8�!��.��"��L�"1��#�7;"�B��8"�#��;!"���#8�7 �!���#��8��#�8��#"1�"1��7�����8�;�!�/�01���G71�8��"���89��:��8�����$����� A�8:� ������� #$1"���"1���8#�$ �G71�8�����8�9���"1��8�:��7��!�88���7������;��"�����;!���.� "�$������:�$��"#!�8"��88�8/�01;8L�"1�� �88�8�#��"1��"1���G71�8�����456�����B�""����#8"�#B;"���"1���#��"1��8#�$ �G71�8�����456/��6��<PY?�"1��"1���G71�8�����456�"�7� �$A��#"1�����!"#.��! �:7#�$�D2#$/�E=D1FF���8���� AQ��/�01#8�! �:7�!#�!;#"�!��8#8"8��9�"1����! �:7�8�#"!1�8�������! �:7�!�7�!#"����"�"1��

���.� "�$��7�#:��A�8#����9�"1��R4SR4�!��.��"��/�01���!"#.��! �:7� #:#"8�"1��"���8#��"��.��.� "�$��!�;8���BA�"���89��:��� ��C�$��#��;!"��!�8�����1� 78�#:7��.��"1���99#!#��!A�BA����B #�$�8�9"�8�#"!1#�$��9�"1��:�#��8�#"!1�8�<PY?/�01;8L�"1���!"#.��! �:7#�$�:�"1����!1#�.�8�1#$1����99#!#��!A�����1#$1���7��������8#"A/�� Z[Z\] ]_ab ]c ][]\ZcZ ��� ]c ] ][

]_ab �D�F����������������������������DBF�2#$/�EE/�d56�"�7� �$#�8V�D�F�8#�$ �G71�8��23W�DBF�"1���G71�8����/��

ab ]c] ][]\Zc Z[Z Z\ ]_]ef Zefeef

gc ��� gc geab ]c Zc ec] Z e]_ab �D�F����������������������������DBF�gc ]_

]c Zc] ZZ[ Z\eab ecab ��� abZ[Z\gc ]_c]_

]c Zc ]ZecZehijk�D!F����������������������������D�F�

]c Zc] Z

Z[Z\]_ab ���

gc ]c Zc] Z][ Z[]\ Z\]l Zl]m Zm

]_]ef Zefeefab �D�F����������������������������D9F�]c ] ][ gc

]_ab ��� ab

gab gcgg[]c Zc] Z][ Z[ ]\Z\ ]lZl ]mZm]_ �D$F�������������������������������������������D1F�2#$/�E=/�456�"�7� �$#�8V�D�F�8#�$ �G71�8��23��#"1��@"���� �����#�"���� �! �:7#�$�����$A�9���B�!CL�DBF�8#�$ �G71�8��M3W�D!F�8#�$ �G71�8����W�D�F�8#�$ �G71�8������#"1�����;@# #��A�!#�!;#"W�D�F�8#�$ �G71�8����;B �G!�;7 �����W�D9F�"1���G71�8��23��#"1��!"#.��! �:7W�D$F�"1���G71�8����W�D1F�"1���G71�8������#"1��!"#.��! �:7/�

Page 95: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

.��/012�"3��4#�$ �563�4��78�9:.�"�6� �$;�#4�6��4��"��<�43����#��7#$=�-0>�?=�@3��4#�$ �563�4��78�"�6� �$;�#4�A�4"�B4�CB �#��"��A4��C�!�4"������CC#!#��!;<��46�!#� ;��3���#A6 �A��"���C���6����� �D� 4�3#$3���"3���0�EF�/012=�@3��9:.�!���G��4"����GB!E�D� "�$�<�A#�#A#H��!�A6����"�!�B�"<�#�!���4���CC#!#��!;<��������B!��"3��!�4"=�@3#4�#A6����!��4�B�!��!��4#4"4��C���46 #"5#��B!"�������!�6�!#"��4�!����!"���#��I�43�6�=��@3���66 #!�"#����C�"3��"3���563�4��78�9:.�/0J2�>7#$=�-0>G??�3�4������K"���H����4"�"���3���"3�� ����"��A#�� 4�����43��"���"3��B$3�G�"3�"3��B66������� �������D#!�4��C���;�����63�4�� �$<���;�"���63�4�� �$4<����� �"3����63�4�� �$4=�@3#4�43��"5"3��B$3�H����4"�"��6��D#��4�"3��B�#LB��GB!E5G��4"�C��"B���"��"3��#�D��"���/0J50,2=�MN ONMP OPMQ OQMR ORMSTN TPUN

UPVWX ��� VWX TN TP MN ONMP OPMQ OQMR ORMY OYMZ OZ

MSUN

UP

O[ �>�?����������������������������>G?�7#$=�-0=�9:.�"�6� �$#�4\�>�?�4#�$ �563�4��78]�>G?�"3���563�4��78=�@3��4#�$ �563�4������"3���563�4��78�LB�4#5954�B�!��#�D��"���>L9:.?�6��6�4���#��/_5-2�#4����#D���C��A���"���#"#��� �9:.�>7#$=�->�<�G?<���46�!"#D� ;?=�4�!�A6�����"��"3��9:.<�"3��L9:.�3�4�"����#4"#�!"#D����D��"�$�4<�4B!3��4�!��"#�B�B4�!��4"��"�ab�!B����"�C��A�"3��4�B�!������ ������6���"#�$�D� "�$���C�"3��!�6�!#"���bc=�@��CB�"3���#A6��D��"3��G��4"�6��6��"#�4��C�"3��L9:.�"�6� �$;�"3��!�4!�����LB�4#5954�B�!��!#�!B#"���4�#�"���B!���/c502=�UN UP MN ONMP OPMQ OQMR ORMSTNTPOYVWX ��� UN UP MN ONMP OP

MR ORMY OYMSTNTPOY

VWX MQ OQMZ OZ �>�?���������������������������������������������>G?�7#$=�-=��L9:.�"�6� �$#�4\�>�?�4#�$ �563�4��78]�>G?�"3���563�4��78=�%d������ef�����g���������.��!��"��4"�"��"3��"���#"#��� �"��5 �D� �!��D��"��4<�"3��6�#A��;���D��"�$���C�"3��AB "# �D� �!��D��"��4�#4�"3�#��4A� ����B"6B"�D� "�$��4"�6<��3#!3���4B "4�#��3#$3�6�����LB� #";<� �����3��A��#!�!�A6����"4<�G�""���� �!"��A�$��"#!�!�A6�"#G# #";<����� �����4�#"!3#�$� �44�4=�@3���#4��D��"�$���C�"3��AB "# �D� �!��D��"��4�#4�"3�������C����� ��$���BAG����C�6�����4�A#!���B!"���4�#"!3�4=� "3�B$3� ��5D� "�$�5��"���4�#"!3�4�!���G��B"# #H���#����AB "# �D� �!��D��"��<���!3�4�#"!3���LB#��4����� �"���$�"����#D�������6��"�!"#���!#�!B#"4=�@3#4�A�;���4B "�#��3#$3���!�4"4�����3#$3���!�A6 �K#";��C�"3���D��� �4;4"�A�/ 2=��

.��/h2�"3��"3���5 �D� �4#�$ �563�4�����C�������#�D��"���"�6� �$;�>7#$=�-h>�??���4���� ;H��=��i� C��C�"3��4�#"!3�4�4B4"�#��3� C��C�"3��#�6B"�D� "�$�<������"3��4�4B4"�#������������3� C��C�"3��#�6B"�D� "�$�=�@3��"3���5 �D� �4#�$ �563�4��78�!#�!B#"�# B4"��"���#��7#$=�-h>G?���4�6��6�4���#��/j2=�@3#4�!��D��"���!����6���"��#��"3���5 �D� �����"��5 �D� �A���4<�4��"3���B"6B"�C# "�������#�6B"�!B����"��#66 ��!���G�����B!��=�k������B"6B"�!B����"��#66 �� ���4�"��3#$3����CC#!#��!;����� ��$��� #C�"#A��/j2=�:#�!��"3��"3���5 �D� �"�6� �$#�4�������"�4��6�6B ��<�#��"3����K"�!�A6���"#D����� ;4#4�"3�;�������"�B4��=�TQTRVWX MN ON TNMP OP TP MQ OQMR ORMSN

MSPUN

TYTZ T[OYOZ ��� VWX MN ON TNMP OP TPTY

TZ T[OYOZ MQ OQ TQMR OR TRMY OYTYMZ OZ TZMS�>�?���������������������������������������������>G?�7#$=�-h=�@3���5 �D� �"�6� �$#�4\�>�?�4#�$ �563�4�����C������]�>G?�4#�$ �563�4��78=�ld�������������m���n��������6��4�/cc5c<�c1<�0-50c<�01<�c<�h<�j2���6��"���!"#C#!�"#������"3��4�!�����;�4#����C�"3��aboab�!��D��"������ #H���G;����78���!"#C#���!��4#4"#�$��C�"3���#���4�a-5a<��4�43����#��7#$=�-j>�?=�.��/c,2�"��#A6��D��"3���CC#!#��!;��4��� ��4����B!��"3��4#H������!�4"�"3���B"6B"���!"#C#����#���4�������6 �!����#"3��!"#D��4�#"!3�4=� ON OPOQ ORMS Vpqr ��� ON TNOP TPMS Vpqr �>�?��������������������������>G?�ON OPMS OQ OROY OZO[ Os

Vpqr ���MS ON OP OQ

OR OY OZ Vpqr�����>!?��������������������������������������>�?�7#$=�-j=�t�!"#C#���"�6� �$#�4\�>�?�4#�$ �563�4��78]�>!?�4#�$ �563�4��78��#"3�"���4�6���"����B"6B"4]�>�?�"3���563�4��78=�@3��4�!�����;�4#����C�"3��aboab�!��D��"���#4�!����!"���"��"3��D� "�$����BG �����!"#C#���#��/_2=�@3#4�";6���C�"3����!"#C#���>7#$=�-j>G??�#4����#D���C��A�"3��78���!"#C#���G;�"3����6 �!�A��"��C��#���4�#������ �$�G;�"3��!�6�!#"��4��#"3����

Page 96: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

�./� �!�0�!#"12�34��5�#����6��"�$�7��8�"4��6� "�$����/9 �����!"#8#�������"4����/9 #�$��88�!"��8�"4��7�!�����1��#��#�$�6� "�$���8�"4��#7� �"#���"���78��5����������/!���0������#77#0�"#����/��"����75� ����/59����8���!"#81#�$��#���7�:;<=2�>��"4����!"#8#���"�0� �$1�0��0�7���#��:-<?�-@=?�"���AB��/"0/"�7�/�!�7�!�/ ��9���9"�#�����#"4�"���7�0���"����/"0/"��#��#�$7?��7�74����#��C#$2�DEF!G2�34���/"0/"�6� "�$��!���9��8/ 1�!��"�� ���91�!4��$#�$�"4��04�7��74#8"���$ ��9�"�����"4��"��� �$72�>��:-@=�#��"4#7���!"#8#���"4�����#"#��� ���7����"�!�50����"�B�?��4#!4�!���4� 0��!4#�6��H����!/����"�7�#"!4#�$��0���"#��?�#7�� 7��/7��2�I!!���#�$�"��:J;KJE=?�"4��!#�!/#"��8�"4��7�!�����1�7#����8�"4��ABLAB�!��6��"���!��7#7"7��8���"4���K04�7��CM��#������!"#8#���!����!"���"4��/$4���"4���K04�7��"���78��5��?��7�74����#��C#$2�DEF�G2�N����!�55���ABLAB�!��6��"���"�0� �$#�7�8���8/� �!� ��00 #!�"#��7�����! �77#8#���#��C#$2�DO2�>P2�BQN�IRI3>P��ISITUV>V�QC�ABLAB�BQSP�R3�RV�34��5�#��!��6��"�����"#�$7�/7���"��!�50����"4���88#!#��!1��8�"4���9�6��!��6��"���7"�/!"/��7�����0��7��"���#��3�9 ��>2�3IMT��>�NI>S�RI3>SWV�QC�3X��BQSV>A�R�A�ABLAB�BQSP�R3�RV�CQR��T�B3RQTUY�R�ISA�CZ�T�B�TT�I��T>BI3>QSV�������������������������������������������������������������������������������������������[\]\\_ab���cdedfagaeb� V#�$ �K04�7�� 34���K04�7��C/ K9�#�$�� X� 8K9�#�$�� �/74K0/ � C/ K9�#�$�� �/74K0/ �>�0/"�6� "�$�?�����F02/2G�� D� D� D� D� D�R�"���0������8�"4��!��6��"��?�h�F02/2G�� D� D� D� D� D�S/59����8�7�#"!4�7� ;� -� -� E� J�B/����"���"#�$��8�"4��7�#"!4?�i�j�F02/2G� D� -� D� <?O� <?O�P� "�$���!��77�"4��7�#"!4?���j�F02/2G� D� D� -� D� -�3���78��5���0�#5��1��#��#�$7� D� D� -� J� J�3���78��5���"/��7���"#�?��k��%l��'�F02/2G� -� D� -� -� -���I�!�50���"#6����� 17#7��8�"4����6��"�$�7������#7��6��"�$�7��8�"4��ABLAB�!��6��"��7���7�5���2�>��3�9 ��>>�"4���#7!/77���ABLAB�!��6��"��7�����!�50�����7#���91�7#���:;O=2 mnomn�pqrstuvtu�vqwqxqyzt{�|}q~xtstx� |�utt~xtstx�n��� �������� �����zryxt~w��{t� |�utt~w��{t� �zryxt~w��{t� |�utt~w��{t� �zryxt~w��{t� |�utt~w��{t� �zryxt~w��{t���x�~�uz�yt� ��{�~w�xx���xx~�uz�yt� ��x�~�uz�yt� ��{�~w�xx���xx~�uz�yt���xx~�uz�yt� ��xx~�uz�yt� ��xx~�uz�yt� ��xx~�uz�yt� ��xx~�uz�yt� ��{�~w�xx���{�~w�xx���{�~w�xx� �C#$2�DO2�34��$����� �! �77#8#!�"#����8�ABLAB�!��6��"��7�8���8/� �!� ��00 #!�"#��72��3IMT��>>�BQN�IRI3>P���ISITUV>V�QC�3X��MIV>B�V3RZB3ZR�V�QC�3X��ABLAB�BQSP�R3�R�3Q�QTQW>�V�CQR��T�B3RQTUY�R�ISA�CZ�T�B�TT�I��T>BI3>QSV������������[\]\\_ab��adg�eab� V#�$ �K04�7�� 34���K04�7��CM� XM� ��� CM� ������d�gd_ab� 34��6� "�$������!/����"�7"��77��8�"4��7�#"!4�#7� �����"4���#��XM2�X#$4���0�77#9 ��7�#"!4#�$�8��./��!12�T�����#7� �"#���"���78��5���0�#5��1�!/����"2� R��/!�7�"4��������8�"���7�#"!4�7�����"4��"���78��5���"/��7���"#��"��4� 82�T�����#7� �"#���"���78��5���0�#5��1�6� "�$�2� ���6#��7���4#$4��88#!#��!1�����4�7���$����/"# #H�"#����8�"4��"���78��5��2�S��5����"4�������7�#"!4�#��7��#�7�!���/!"7��"���1�#�7"��"�"#5�2�>"�!���$�����"��5/ "#0 ���/"0/"�6� "�$�72� >�!���7�7�0�����!��6��"�����"#�$�91��50 �1#�$�"4����04�7�72�34�� �77�7�#��"4��"4���K04�7��CM�����9�""����#7"�#9/"���"4���#��"4��7#�$ �K04�7�2�>�6��"���7�#"!4���"#�$�#7�9�""���"4���#����7#�$ �K04�7��"�0� �$12� T������57�!/����"�"4��/$4�"4��7�#"!4�72�S/59����8�!�50����"7�#7� �����"4����#"4�"4��CM2�34�� �77�7�#��"4��"4���K04�7���������9�""����#7"�#9/"���"4���#��"4��7#�$ �K04�7�2�

Page 97: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

�����������./0/1/2345�64789:45� ;#�$ ��<=�>�� ?=���@<=�>��AB� CB� ��� AB� ���D357EF7G87245�� C#$=����HIJ����K�>�#"!=�>L�C#$=���!���H!"#����HIJ��L�C#$=���#>� �"#���"���>K��I���<�#I��M�N� "�$�L� O#I#"���>�#"!=#�$�K��PH��!ML�C#$=���#>� �"#���"���>K��I���!H����"L� Q"���PH#��>�N��M�$����I�"!=#�$��K�"=��>�#"!=�"���>#>"��>�"��<��N��"�H��PH� ����"#I�>R�>#�!��"=#>��# ���>H "�#��>�"H��"#����K�"=��"���>K��I���!���L� S!"#N��#�N��"���>�#"!=�H"# #T�"#���#>� �����"=���#��"=��>#�$ �@<=�>��"�<� �$ML�U����!�I<����">�"=����#"=�"=����L� V��"�� �!#�!H#"�#>�!�I< �W#"ML�XY014Y4G8783/G�0/553Z3138345� U�>"�H>�KH �#��"��I>��K�!�>"������KK#!#��!MR��><�!#� M��=���#I< �I��"���K���<����� �N� >�=#$=���"=���-�[\L� A��>#J ��K���"=��<��������$�����H���]�[\L� A��>#J ��K���"=��<��������$�����H���]�[\L� S�"=���@<=�>��"���>K��I���$#N�>���<�"��"#� �K����I�����K �W#J# #"M�"��!=��>��N� "�$�>�����!H����">�#��"=��#�N��"��R�"���>K��I���������!"#K#��L� S�"=���@<=�>��"���>K��I���$#N�>���<�"��"#� �K����I�����K �W#J# #"M�"��!=��>��N� "�$�>�����!H����">�#��"=��#�N��"��R�"���>K��I���������!"#K#��L�L�V_ VOa;Q_ ;�?=��bVcbV�!��N��"���"�<� �$#�>�"=�"�!���J��!��>#������K����O�����AV��<< #!�"#��>�=�N��J����<��>��"���#��"=#>�<�<��L�S �"=�>��!��N��"��>�=�N����=#$=@K��PH��!M�N� "�$��I�"!=#�$�"���>K��I��R��=#!=�>=�H ��� >��<��K��I�"=��KH�!"#����K�$� N��#!�#>� �"#����K�"=��#�N��"���������!"#K#���>#��L�?=#>�<�<���$#N�>�����<<��"H�#"M�"��!�I<����"=��J�>#!�<���I�"��>��K�"=��bVcbV�!��N��"��>�����>� �!"�I����K��>#J ��"�<� �$M�K���<��"#!H ����<< #!�"#��>L��Q��� �!"�� MT����<< #!�"#��>��K�"=��#�N��"���>#����K�"=��bVcbV�!��N��"��R�>�#"!=#�$� �>>�>�IH>"�J��[�<"��>� ����>�<�>>#J �L�?=H>R�d ;����dV;�#>�<��K�����L�Q��"=��!�>���K�����!"#K#���>#��R��� ���!�I<����"�!�H�"�#>�<��K�����R��>�"=��!H����"�#>��� �"#N� M�=#$=L�?=��AV�#>������K�"=��<��I#>#�$�"�!=�� �$#�>�K���e�;L�Q"�!���<��N#���=#$=����KK#!#��!M�������=��!����� #�J# #"M��K�"=�� ��$@"��I�����$M�>"���$��>M>"�I>L�B�!�H>���K�"=��AV��#>��N��"�$���H��"��=#$=�N��#�"#��>�#��#">��H"<H"�N� "�$����=���"=�� ����!=��$�>R�"=��bVcbV�!��N��"���#>�H>���"��>H<< M���>I��"=��H"<H"�N� "�$��"���"=���� �!"�#!� � ���>L�S!!���#�$�"��<�����"=���#>!H>>���bVcbV�!��N��"��>�!���J��! �>>#K#��� #[��!��N��"��>�K���>I� ����I��#HI�<�����>M>"�I>L�Q����<��������$���J�H"�]@-�[\R�!��N��"��>� #[��=� K@J�#�$�����<H>=@<H �����>H#"�J ��"�<� �$#�>�H"# #T#�$�=#$=@K��PH��!M�"���>K��I��L�A�����<��������$��=#$=���"=���-�[\R�"=��KH @J�#�$��!��N��"���#>�����<<��<�#�"��>� H"#���K���KH� �!� ��<< #!�"#��>L�?=��"=���@<=�>��!��K#$H��"#��>��K�"=��bVcbV�!��N��"���"�<� �$M�!���J��H>���"��#I<��N��"=�� �>>�>��#>"�#JH"#���#��"=��!��N��"�������"��#�!���>��<�����!��N��"�����"#�$>L�C���N��R�"=��"=���@<=�>��"�<� �$M��<< #!�"#��>�#�!���>��"=���HIJ����K�!�I<����">�"=�"�I�M���"�J��K��>#J �L�S>�����W�I< �R�"=���#>!H>>���bVcbV�!��N��"���!#�!H#">�=�N��J����# H>"��"���#��"=#>�<�<��L�e�A�e� V�;�f]g�VL�V�N� ���R�AL�V=#I��"�R�;L�UH>HI�!#R�VL�;�<H<<�R�VL�;��"���!#"�R�h� �!"�� M>���#��Ci�>� K@<���H!#�$�>M>"�I>�!����!"���"��bV� #�[��#"=����#!�"���<=�>��>=#K"�!��N��"��hR�Q�"����"#��� �V��K����!�����V ����jklmnopmqk�rstlou�vwwjr�xyzz{u�||}�~�y@�-�R�i]@i-�U�M�i���L�fig�AL�QJ���TR�SL�����T@�N����R�VL�;��!=�TR�QL�;�$H��R��L�B���� R��L���M�R�h\#���$�����"#���>"�J# #T�"#���H>#�$���=M���$���JHKK��hR��H��<����V��K����!������������ �!"���#!>�����S<< #!�"#��>R�<<L�]@]�R�i@��;�<"L�i���L�

f-g�VL�V�N� ���R�L�V�!!��#R�AL�V=#I��"�R�;L�UH>HI�!#R�VL�;��"���!#"�R�VL�;�<H<<�R�hS�<=�>�@>=#K"�KH �J�#�$��!��N��"���K���"=������$M�I���$�I��"��K�� �!"�� MT���>M>"�I>hR�Q����Q�"����"#��� �;MI<�>#HI�s��v����nopqk�jklmnos�pm�u�v�vj�yzz{u�||}�y~��@i���R��@���H���i���L�f�g��L��L�a$��"�I���#�R��L�_>"� �T�R�L�U�����R��L��L�U� #��R�QL�dHJ#���h\#���$�����"#���>"�J# #T�"#����K�K#W���><�����#���"H�J#���K��I>��#"=�=M���$���JHKK��hR�]]"=L�;<��#>=@���"H$H�>��V��K����!������ �!"�#!� ���$#����#�$��]]VCOQ��R�<<L�]@�R�]@���H M�i��,L�f�g��}����op�q�s�pn�u��}�j�sos�u��}��l�nkqu��}��p��p�s�u���lt� ln�s��¡so�>"�J# #T�"#����K��#���<�����$�����"#���H>#�$��������$M�>"���$��"�!=�� �$MhR���H��� ����S$����IM�e�>���!=R�N� L��R��;]�R�<<L�]i@i�R�U�M�i�]�L�f�g��L�SL�V���R��L�VL�B� ��R�hS�$�#��#�"��K�!��K����#>"�#JH"�������$M���>�H�!�>��#"=�#�"�$��"�������$M�>"���$��H>#�$���=#$=�K��PH��!M�SV� #�[hR�Q����������� �!"���#!>�;<�!#� #>">�V��K����!�R�<<L�-���@-��,R��H���i���L��f�g���|oq q�pq ��op�p�q�q��¢£�lk�wlkk�¤�¡os �¡���q l�nqk��ns�q||kpmqnps��¥��|op��lou�¦��u�yzz~}�f�g�w}�§q��u��}� }��l�opou�¢rstlo� q�q�l l�n�s¡�q��nq��@� ����tp��©|�sns�sknqpm©¡�lk�mlkk�l�lo�ª��ª�nl ¥u�vjjj�«oq��qmnps���s������$M�V��N��>#��R�;�<"�IJ���i���L�f,g�AL��q�ws�nq��s|l�u�j}� }�§qnq�q¬lu�¢j­|lop l�nqk�q���n�lsolnpmqk���N� �<I��"��K�����U�� �!"�� MT���I��� ��<< #���"������$M�>"���$���ª�nl �¥u�vjjju��l|nl ¬lo�yzz�}�f]�g��}��}�®q�nq u��}�}��}�°�qnu�¢��ms |qop�s��s¡��s¡n@>�#"!=���bV�"��bV�!��N��"��>�K���� �!"�� M>���q||kpmqnps�¥u�rosmll�p����s¡�v��pq�Q�"����"#��� �V��K����!������������ �!"���#!>�i���R<<Li��@i�,R�i���L�f]]g�VL�V�N� ���R�L�V�!!��#R�AL�V=#I��"�R�;L�UH>HI�!#R�VL�;��"���!#"�R�VL��q|�||su�¢��|�q�l@>=#K"�KH @J�#�$��!��N��"���K���"=������$M�I���$�I��"��K�� �!"�skª±lo��ª�nl �¥u�vjjju�²�kª�yzz{}�f]ig��}��}�®q�nq u��}�}��}�°�qnu�¢��nts@>"�$��>�K"@>�#"!=���!��N��"���K���lklmnoskª�lo�q||kpmqnps�¥u�£p¡nll�n���qnps�qk�rstlo��ª�nl ��ws�¡lol�ml���;V�R�QQ?�B�IJ�MR�b�!�IJ���i���L�f]-g�³}�²q���q����}��}�²s�q�s�pu�¢���lt�¡q pkª�s¡�KH @J�#�$��d ;�ms��lonlo�¥u�vjjju�||}�~yy@�i�R�U��!=�i��-L�f]�g��}�}��qªq��q����}�µ}�µl��ªu�¢�p �kqnps��s¡��s¡n��tpnm�l��r§��¶���KH @¬op��l�ms��lonlo¥u�v�nlo�qnps�qk�²s�o�qk�s¡�ws |�nlo�q���jklmnopmqk���$#����#�$R�� L�iR��L�-R��H���i�]�L�f]�g�UL�B���$�R�;L�?#��opu��}�°�qo�tq�u�q����}�snqpq�u�¢��¡�kk@J�#�$��bVcbV�!��N��"����#"=�T���@N� "�$�@>�#"!=#�$��N���"=����"#���!��N��>#���oq��l¥u�vjjj�«oq��qmnps���s��rstlo�jklmnos�pm�u��sk}�y�u��s}��u�²�kª�i���L�f]�g�r}�w�q��oq�l��qou��}�µq q�µl��ªu�¢�l�p���s¡��w��ol�s�q�n�ms��l�"���¡so�lklmnoskª�lo¥u�v�nlo�qnps�qk�²s�o�qk�s¡�jklmnos�pm�j��p�llop���e�>���!=R�� L�iR��L�-R�i�]�L�f]�g�²}���op�u�²}·lnnlou�¢p��@K��PH��!M�>�K"@>�#"!=#�$�bVcbV�!��N��"��>�¡so��sknq�l�q���m�ool�n��w�|stlo��s�oml�¥u��mnq�rskªnlm��pmq�CH�$��#!�R�� L��R��L�iR�i���L�f]�g��}� }��}�°�qnu�¢��qkª�p��q����l�p���s¡��w�@"M<��>��#�>���>����"�ms��lonlo¥u�vjjju�||}{y@]��R�],,�L�f],g�µ}��}��nlp�lotqk�u�¢��ms |qop�s��s¡��qk¡@J�#�$����>����"�!��N��"���ns|sks�pl�¥u�vjjj�«oq��qmnps���s��rstlo�jklmnos�pm�u��sk}��u��s}�yu�S<�# �],��L�

Page 98: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������� �������� ������������������������� �!"�#!� ���$#����#�$�� ������������������������������������������%&''�(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((��)��*��%+�

,-��

./01�23�43�56��7��3�83�� 95�����:7�;<�=� �#�"��>�!#�$�>���>?� �!� �@�A����#A"�#@?"���$�����"#��;7�B������������$#����#�$�5�!#�":�C����� �D��"#�$7�E?���/00F3��./G1�H3�56��I�7�J3�C��7�;K�����LMNLM�!��=��"���>���>?� �!� �O��������#A"�#@?"�����A#���"#� �O�����$�����"#���A:A"�IA;7�B���7�OO3�G0G-9G0GP7�/00Q3�.//1�D3�K3�K3�R�?�#A7�<3�K3�H�6#I7�53�D�S6# �>7�;L:��I#!�����!��"�� ��>�>?� �!� �A:A"�I;7�B����B��?A"�#� �� �!"���#!A�����KOO #!�"#��A7�OO3�/0QT9/0QF7�E?���/00P3��./T1�J3�U?7�V3�W��$7�U3�X��7�;8?� �!� �O�����A:A"�I�����6#$6�O�����LMNLM�!��=��"��;7�B����Y���A�!"#������������� �!"���#!A7�=� 3�G,7���3�Z7�OO3�G/Z09G/ZZ7�5�O"�I@���/00-3�./-1�K3�<��[#AA7�L3�L�O����"7�83�C?A"#�7�L3�J#AA� 7�K3�4��"6��7�;L�A#$������!��"�� ��>���>?� �!� �LMNLM�!��=��"���>����I@�������OO #!�"#��A;7�B���7�/00P3�./Z1�J3�H3��3�V��#!�7�B3�4��@#7�;\� "�$�9>���"6���9O6�A��O?A69O? �LMNLM�!��=��"��;7�B�M]<0,7�TZ"6�K��?� �M��>����!���>�B���7�OO3�,ZQ9,QG7�<�=�I@���/00,3�./Q1�D3�D�6�7�83�8?!6A7�;\� "�$�9>�������!?����"9>���>? 9@�#�$��!��=��"���>���"6��?A��#��"6���9O6�A��$�#��!����!"���>?� �!� �A:A"�IA;7�B����������� �!"���#!A�����D�"#���M��"�� �M��>����!�7�K?$?A"�/00Q3�./F1�D3�D�6�7�83�8?!6A7�;M?����"9>���>? 9@�#�$��!��=��"��A�>���>?� �!� �A:A"�IA�!����!"���"��"6��"6����O6�A��$�#�;7�B���7�OO3�-TGT9-TGP7�/00Q3�./P1�U3�26?7�L3�U?7�C3�56��7�L3�U#7�W3�D#��7�J3�_I#��7�;M?����"9>���LMNLM�!��=��"����#"6���=��A��@ �!S�BC4Y�>���>?� �!� ��#A"�#@?"#�$�O�����A:A"�I;7�B��?A"�:�KOO #!�"#��A�M��>����!�7�OO3�/0-T9/0-P7�]!"�@���/00Z3��./,1�K3�W3�H�"6���7�53�W3�D�?I���7�;<�=� ����9!?����"�A�#"!6#�$�!?����"9>���6� >9@�#�$��#A� �"���LMNLM�!��=��"���>���>?� �!� �@�A����OO #!�"#��A;7�����$:�M��=��A#���M��$��AA������aO�A#"#��7�OO3�TZ/T9TZ/,7�5�O"�I@���/0G03�.T01�53�D��7�K3����>�""�7�V3��#�$��#7�83��AO�A#"�7�;K�2\5�!?����"9>���LMNLM�!��=��"�����#��"���>����OO #!�"#��A�>?� 9!� 9@�A��;7�Y6��T0"6�K��?� �M��>����!���>�"6��B����B��?A"�#� �� �!"���#!A�5�!#�":7�OO3�,T/9,TF7�<�=�I@���/00-3�.TG1�C3�W3�K����A��7�M3�W ?IO���7�53�43�W[���7�83�4 ��@[��$7�;K�����$�����O�����#�=��"���>���>?� �!� A;7�B����������� �!"���#!A�5O�!#� #A"A�M��>����!�7�OO3�F/F9FTT7�/00/3��.T/1�H3�4�[�#7�M3��#!�7�K3�Y��!��#7�;<���LMNLM�!��=��"����#"6����?!��� ��9>��b?��!:�!?����"��#OO ��>���>?� �!� �#��A#�$ �9O6�A���#A"�#@?"���$�����"#��;7�B����B��?A"�#� �Y�!6�� �$:�cBMBYd7�OO3�G/GT9G/GP7�D��!6�/0G03��.TT1�J3�H3��3�V��#!�7�B3�4��@#7�;L�?@ �9!�?O ���!?����"9>���O?A69O? �LMNLM�!��=��"��e���� :A#A������aO��#I��"�"#��;7�B����������� �!"���#!A�M��>����!�7�M]4��0,7�OO3�T0Z9TG/7�]!"�@���/00,3��.T-1�J3�M6�7��3���[�"#7�;K���=� �"6���9O6�A��6#$6�O�����!?����"9>���LMNLM�!��=��"����#"6��!"#=��! �IO�>���>?� �!� A;7�B����������� �!"���#!A�5O�!#� #A"A�M��>����!�7�OO3�/-PZ9/-P,7�E?���/00F3��.TZ1�H3�V3�K����A��7�B3�4��@#7�;K�"6���9O6�A��!?����"9>���O?A69O? �LMNLM�!��=��"��;7�B����Y���A�!"#������������� �!"���#!A7�=� 3�/-7���3�/7�OO3�TZP9TQP7�8�@�?��:�/00,3�.TQ1�53�V��7�E3����S7�53�M6�#7�;K�"6���9O6�A��!?����"9>���O?A69O? �LMNLM�!��=��"����#"6��!"#=��! �IO�>���>?� �!� ��OO #!�"#��A;7�B���3�.TF1�L3�\#��#S�=7�B3�H��A"�7�Y3�E� �S�A7�;<���A"�O9?O�LMNLM�!��=��"����#"6�6#$69>��b?��!:�#A� �"#��;7�B���7�OO3�QF09QFZ7�/00,3�.TP1�83�23����$7�;29A�?�!��#�=��"��;7�B����Y���A�!"#��A����B��?A"�:�KOO #!�"#��A7�=� 3�T,7���3�/7�OO3�Z0-9ZG07�KO�# �/00T3�.T,1�D3�56��7�K3�E�A�O67�E3�X��$7�83�23����$7�L3�E3�K��IA7�;M�IO��#A����>�"���#"#��� �#�=��"��A�����29A�?�!��#�=��"���>���>?� �!� �=�6#! �A7�B����Y���A�!"#��A����������� �!"���#!A7�=� 3�//7���3�-7�OO3�G-ZT9G-QT7�E? :�/00F3�.-01�L3�\#��#S�=7�B3�H��A"�7�E3�2�S#A7�H3�5"�� �!S#7�;<���A"�O9?O�LMNLM�!��=��"���>���>?� �!� �O��������#A"�#@?"���$�����"#���A:A"�IAe�A�I����A#$��$?#�� #��A;7�E�?��� ��>�� �!"�#!� �H�=#��7�=� 3�PQ7���3�P7�OO3�/-Z9/Z/7�/0G03�.-G1�R3�V#7�E3�K����A��7�83�23����$7�L3�V#?7�;f?�A#929A�?�!��#�=��"���>���O6�"�=� "�#!�O�����$�����"#���A:A"�IA;7�B����KOO #���������� �!"���#!A�M��>����!�������aO�A#"#��7�OO3�,GP9,/-7�8�@�?��:�/00,3��.-/1�L3�\#��#S�=7�B3�H��A"�7�E3�2�S#A7�;<���@#9�#��!"#��� �LMNLM�!��=��"���>���A?O��!�O�!#"���#�"��>�!#�$�#��6#$69O������OO #!�"#��A;7�B����������� �!"���#!A�����D�"#���M��"�� �M��>����!�7�5�O"�I@���/0G03��.-T1�L3�\#��#S�=7�B3�H��A"�7�E3�2�S#A7�;D�"6�I�"#!� �I��� A��>�!�A!�����b?�A#9ghijklmnj�opqrnj�npmsjrtjruv�wxyzg{z|�x}x~�����z|�g~|v���9Q-7�/0G03�

.--1�D3�J��>I���Y�����=#!7�V3��� I�7��3�<3���[�"#7�;L�A#$���>����#���#�O?"����$��LMNLM�!��=��"����#"6�����@?A"�O�����!��"�� �A!6�I��A?#"�@ ��>���>?� �!� �O�����!��=��A#��;7�B����Y���A�!"#��A��>�B��?A"�#� �� �!"���#!A7�\� 3�ZZ7�<�3�T7�OO3�G/-F9G/ZZ7�D��!6�/00P3�.-Z1�23�R��7�V3�U#��7�R3�J?��$7�M3�C��$7�;�?A69O? �>�������"6���9 �=� �!��=��"����#"6����?!�����!"#>#���=� "�$��A"��AA;7�B���7�OO3�GQZ-9GQQ07�/00,3�.-Q1�W3�E#�7�U3�H?��7�D3�R��$7�D3�U?7�;K�6:@�#��>?� �!� �O�����A:A"�I;7�B����Y���A�!"#��A��>�B��?A"�#� �� �!"���#!A7�\� 3�ZQ7�<�3�-7�OO3�G/G/9G///7�KO�# �/00,3�.-F1�L3�\#��#S�=7�;H�A���!67���A#$������#IO �I��"�"#����>��?a# #��:�O�����A?OO #�A�>���"6�� #$6"���# �=�6#! �A;7��63L3��#AA��"�"#��7�L�O"3�� 3�L�#=�A����3�� �!37�Y� #���_�#=3�Y�!637��A"��#�7�/00Z3������������������������!�#=���435!3�����D35!3���$���A�#��� �!"�#!� ���$#����#�$�>��I�Y� #���_�#=��A#":��>�Y�!6�� �$:7�Y� #��7��A"��#�7�#��/00Q�����/00P7���AO�!"#=� :3��56��#A�O��A��" :��6L�A"?���"�#��"6��L�O��"I��"��>�� �!"�#!� �L�#=�A������������ �!"���#!A7�Y� #���_�#=��A#":��>�Y�!6�� �$:3��J�����A���!6�#�"���A"A�#�! ?���A�#"!6I����O�����!��=��"��A7�I��� #�$�����A#I? �"#����>�O�����A:A"�IA7��OO #�����A#$���>�O�����!��=��"��A�������=� �OI��"��>�����$:�A"���$��A:A"�IA3��� �����������������!�#=���"6��43A!3#�$3�����D3A!3#�$3���$���A�>��I�"6��8�!? ":��>������������ �!"�#!� � ��$#����#�$7� H#$�� Y�!6�#!� �_�#=��A#":7�H#$�7�V�"=#�7�#��/00T�����/00Z7����AO�!"#=� :3��5#�!��/00Q7�6��6�A�@������H�A���!6���#��"6��B�A"#"?"���>�B��?A"�#� �� �!"���#!A������ �!"�#!� ���$#����#�$7�H#$��Y�!6�#!� �_�#=��A#":3��J#A�I�#����A���!6�#�"���A"A�#�! ?���I��? ���I? "# �=� �O�����!��=��"����OO #!�"#��A�>���>?� �!� A3�D�3�5"�#SA�#A���5"?���"�D�I@����>�"6��B����B��?A"�#� �� �!"���#!A�5�!#�":�A#�!��/00Q3��� ��������������!�#=���435!37�D35!3�����L�35!3#�$3���$���A�#��� �!"�#!� ���$#����#�$�>��I�H#$��Y�!6�#!� �_�#=��A#":7�H#$�7�V�"=#�7�#��/00/7�/00-�����/00P7���AO�!"#=� :3��J��#A�O��A��" :���5��#���H�A���!6���#��"6��L�O��"I��"��>�� �!"�#!� �L�#=�A������������ �!"���#!A7�Y� #���_�#=��A#":��>�Y�!6�� �$:3��J��6�A��=���/0�O?@ #!�"#��A�����#A�"6��6� �����>�����_"# #":�D��� �#��O�����!��=��"�����A#$�3�J#A���A���!6�#�"���A"A�#�! ?���> �a#@ ���!�"���AI#AA#���A:A"�IA�c8KMY5d7�A#I? �"#����>�O�����A:A"�IA7�A�#"!6#�$�I����O�����!��=��"��A7��OO #�����A#$���>�O�����!��=��"��A���������$:�A"���$��A:A"�IA3�� ������������������!�#=���"6��L#O 3��$7�D35!3�����L�35!3"�!6�3���$���A�#��� �!"�#!� ���$#����#�$�>��I�Y� #���_�#=��A#":��>�Y�!6�� �$:7�Y� #��7��A"��#�7�#��G,,,7�/00G�����/00Z7���AO�!"#=� :3�J��#A�O��A��" :���5��#���H�A���!6���#��"6��L�O��"I��"��>�� �!"�#!� �L�#=�A������������ �!"���#!A7�Y� #���_�#=��A#":��>�Y�!6�� �$:3��J��6�A��?"6�����I����"6���G00�O?@ #A6���O�O��A����O�����!��=��"��A���A#$��������=� �OI��"�����#A�"6��6� �����>�A�=��� �_"# #":�D��� A�#��"6#A��OO #!�"#���>#� �3�J#A���A���!6�#�"���A"A�#�! ?���A�#"!6I����O�����!��=��"��A7�I��� #�$�����A#I? �"#����>�O�����A:A"�IA7��OO #�����A#$���>�O�����!��=��"��A�����!��"�� �A:A"�IA������OO #!�"#���������=� �OI��"��>�����$:�A"���$��A:A"�IA3�

Page 99: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

99

[PAPER-IV] Andrijanovits, A.; Beldjajev, V. Techno-Economic Analysis of Hydrogen Buffers for Distributed Energy Systems. Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), pp. 1401 – 1406, 2012.

Page 100: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 101: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� � ��� ���������� �������������������� ������� ������������������������ ������������� �!����� ������������������"�#�������$ ��� �������$���� ������%������������������ ����������������"�#�������$!����������������$!������$�� ����� � � ������"�#�������$!�$������ ����!�������&! ��$��'#��� �����$!������$���!���������! ��$���#���������������������# � �������$����� �����"�#�������$!�$������ ������������! ��$���#�������!�����������������" � �����$!� ������� � ���������������! ��$���� ��������� ��������$��������������!�����(������������� ����� ������� ���������� ������"���"����������� � ���� ������ ���������� ��� �#!���������"�#�������$!����������&! ��$���#������ ���� ��� �"�� �� �� ������ ����� ���$��)������������ ������ ���"��������� �����(� ���������������������������'������ ������!� �������������������� �������$����������! ��$���#������ ���� ������ ��������������� � ���!�����! ��$������ ��� ��� ����������"�#�������$!��!�������*+,-.�/-�0�1�������!�����������������! ��$���#�����������"�#�������$!��23��2456789:5274�9;<�=>�?@A<BC?ADE<�<C<BFG�;=HBI<;�D;�?C�HBF<CA�D;;H<�A=J?G3�K?DC�?JE?CA?F<;�=>�B<C<L?M@<�<C<BFG�?B<�N<B=�>H<@�I=;A;�?CJ�@=L<B�DOP?IA�=C�AQ<�<CEDB=CO<CA3�R=L<E<BS�B<C<L?M@<�<C<BFG�;=HBI<;S�;HIQ�?;�;=@?B�?CJ�LDCJ�P=L<BS�?B<�JD>>DIH@A�A=�H;<�JH<�A=�AQ<DB�;A=IQ?;ADI�E?BD?MD@DAG3�2C�=BJ<B�>=B�B<C<L?M@<�<C<BFG�A=�M<�F<C<B?@@G�H;<J�>=B�B<FH@?B�I=C;HO<B;S�AQ<�I=CI<PA�=>�QGJB=F<C�H;<�C<<J;�A=�M<�DCAB=JHI<J�A=�;A?MD@DN<�HCB<FH@?A<J�B<C<L?M@<�<C<BFG�F<C<B?AD=C�TUVUUW3�X�AGPDI?@�B<C<L?M@<�<C<BFG�;G;A<O�Y6Z[\�OH;A�DCI@HJ<�M=AQ�;Q=BAVA<BO�?CJ�@=CFVA<BO�<C<BFG�;A=B?F<3�X�;Q=BAVA<BO�<C<BFG�;A=B?F<�;G;A<O�D;�I=OO=C@G�H;<J�JH<�A=�DA;�QDFQ�B=HCJVABDP�<>>DID<CIGS�I=CE<CD<CI<�>=B�IQ?BFDCF]JD;IQ?BFDCF3�2C�?JJDAD=CS�DA�I?C�A?<�I?B<�=>�AQ<�<>><IA;�I?H;<J�MG�DC;A?CA?C<=H;�@=?J�BDPP@<;];PD<;S�<@<IAB=@GN<B�AB?C;D<CA;�?CJ�LDCJ�<C<BFG�P<?;3�R=L<E<BS�M?AA<BD<;�?@=C<�?B<�C=A�?PPB=PBD?A<�>=B�@=CFVA<BO�<C<BFG�;A=B?F<�M<I?H;<�=>�AQ<DB�@=L�<C<BFG�J<C;DAGS�;<@>VJD;IQ?BF<S�?CJ�@<??F<3�5Q<�I=OMDC?AD=C�=>�;Q=BAVA<BO�<C<BFG�;A=B?F<�LDAQ�@=CFVA<BO�<C<BFG�;A=B?F<�DC�AQ<�>=BO�=>�QGJB=F<C�I?C�DOPB=E<�AQ<�P<B>=BO?CI<�=>�;A?CJV?@=C<�6Z[�;DFCD>DI?CA@G�TU_VUW3�aDF3�U�;Q=L;�?�QGJB=F<CVM?;<J�<C<BFG�;A=B?F<�;G;A<O�=B�?�QGJB=F<C�MH>><B�I=C;D;ADCF�=>�AL=�@?G<B;b�<@<IAB=IQ<ODI?@�?CJ�P=L<B�<@<IABDI?@�;A?F<3�5Q<�<@<IAB=IQ<ODI?@�;A?F<�DCI@HJ<;�QGJB=F<C�PB=JHIAD=CS�QGJB=F<C�;A=B?F<�?CJ�<@<IABDIDAG�PB=JHIAD=C3�2C�AQ<�<cI<;;������������������������������������������������������������5QD;�B<;<?BIQ�L=B�Q?;�M<<C�;HPP=BA<J�MG�Z;A=CD?C�KDCD;ABG�=>�ZJHI?AD=C�?CJ�6<;<?BIQ�YPB=d<IA�[aeUfeeUg;UU\�?CJ�Z;A=CD?C�XBIQDO<J<;�a=HCJ?AD=C�YPB=d<IA;�h8=IA=B?@�[IQ==@�=>�ZC<BFG�?CJ�i<=A<IQC=@=FG�22j�?CJ�8=6?k\3�

<C<BFG�P<BD=J;�AQ<�QGJB=F<C�F<C<B?AD=C�;G;A<O�D;�I=CC<IA<J�A=�AQ<�8:VMH;�=>�AQ<�Y6Z[\3�2C�AQD;�;A?F<�<@<IABDI?@�<C<BFG�>B=O�AQ<�B<C<L?M@<�<C<BFG�;=HBI<�D;�I=CE<BA<J�DCA=�IQ<ODI?@�<C<BFG�MG�H;DCF�L?A<B�<@<IAB=@G;D;�?CJ�AQD;�<C<BFG�D;�;A=B<J�DC�?�A?C3�2C�=BJ<B�A=�;A?MD@DN<�<C<BFG�PB=JHIAD=C�JHBDCF�AQ<�?M;<CI<�=>�AQ<�B<C<L?M@<�<C<BFGS�;A=B<J�QGJB=F<C�I=H@J�M<�B<VH;<J3�2C�AQD;�;A?F<S�QGJB=F<C�D;�I=CE<BA<J�DCA=�<@<IABDI?@�<C<BFG�MG�H;DCF�?�>H<@�I<@@�Ya:\3�5Q<�a:�A?<;�AQ<�QGJB=F<C�>B=O�AQ<�A?C;�A=�F<C<B?A<�<@<IABDIDAGS�P@H;�L?A<B�?CJ�Q<?A�?;�MGVPB=JHIA;3�:=OMDC?AD=C�=>�?C�<C<BFG�;A=B?F<�;G;A<O�?CJ�?C�6Z[�?@@=L;�I=CAB=@@?M@<�P=L<B�PB=JHIAD=C�TUkVUlW3���aDF3�U3�ZC<BFG�<cIQ?CF<�PB=I<;;<;�DC�AQ<�QGJB=F<C�MH>><B3��XA�AQ<�P=L<B�<@<IABDI?@�;A?F<S�AQ<�DCA<BI=CC<IAD=C�=>�AQ<�Zm�?CJ�AQ<�a:�LDAQ�AQ<�8:VMH;�=>�6Z[�D;�DOP@<O<CA<J3�5Q<�Zm�D;�I=CC<IA<J�AQB=HFQ�AQ<�;A<PVJ=LC�8:]8:�I=CE<BA<BS�LQD@<�AQ<�a:�;Q=H@J�M<�DCA<B>?I<J�MG�AQ<�;A<PVHP�8:]8:�I=CE<BA<B3�5Q<�J<;IBDPAD=C�=>�AQ<�P=L<B�<@<IABDI?@�;A?F<�L?;�PB<;<CA<J�DC�T_eV__W3�5QD;�P?P<B�>=IH;<;�=C�AQ<�A<IQC=V<I=C=ODI�?C?@G;D;�=>�AQ<�<@<IAB=IQ<ODI?@�;A?F<�=>�AQ<�QGJB=F<C�MH>><B3�2C�AQD;�?C?@G;D;�AQ<�<>>DID<CIGS�B<;P=C;<�ADO<�?CJ�<I=C=ODI�B<?;=CDCF�=>�AQ<�QGJB=F<C�MH>><B�?B<�JD;IH;;<J�DC�J<A?D@3�223��Zaa2:2Z4:n�op��qrstuvwrxysv�5Q<�Zm�D;�H;<J�>=B�;P@DAADCF�L?A<B�DCA=�QGJB=F<C�?CJ�=cGF<C�MG�AQ<�;HPP@G�=>�JDB<IA�IHBB<CA�A=�DA;�<@<IAB=J<;3�aDF3�_�;Q=L;�AQB<<�M?;DI�AGP<;�=>�<@<IAB=@GN<B;b�?@?@DC<S�PB=A=C�<cIQ?CF<�O<OMB?C<�YzZK\�?CJ�QDFQ{A<OP<B?AHB<�

�5<IQC=VZI=C=ODI�XC?@G;D;�=>�RGJB=F<C�|H>><B;�>=B�8D;ABDMHA<J�ZC<BFG�[G;A<O;�X3�XCJBDd?C=EDA;S�}3�|<@Jd?d<E�5?@@DCC�9CDE<B;DAG�=>�5<IQC=@=FGS�ZQDA?d?A<�A<<�~S�Ulekg�5?@@DCC�YZ;A=CD?\�

��������������������������������������

������������������������������������������������ �����������¡��¢�� �£������������¤�¥�����

����

Page 102: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ������������������������������������������������������������������������� �� ���������������!��������������������� �" �����������"����������#� �" �����������������������������������$����"������ ������ ���%���&�� ����� ���� ����������������������!!��������$������%�������'()�����*+) �� ���,�������������� ����"��������������������������������� ����"�� �&��� �����%��������� ���� ���!!���������!�� ��������������������������������������%��()��!�� �����������������"������������������������(-.� �� �/�" � �0�������������!���������!�������������� ��1������� ���������������!�������������������� ���������%���& ��23,��& ���14��45�162721��7&8�&18�4/��,�1�74,9:�78�1 ������������� 2�������� ���������� ��"�����%����� 6�" ;������������������������<��;������ 3�;������1��������������#�=�>?�@-A� + A;+ � + ;+ �� + �� A A; +�B����"������#�B� +�; A�� A .'; A+� A C(;A .(� A '.;A .(�����������#�>���D@� -A� ������.++++� ������+++++� ������(+++� ������(+++�����"��������#�>EFG @�>��@-A� ( +� � �;� C� � (� � *;� +������������#�HI� (+;A++� (+;A++� .+;A++� A+���������#�J�K� + +A;+ A+� + +A;+ A+� ������� +� + ;C +��!!�������#�)� '(;*+� '(;*+� .+;*+� .+;*+��/�" ���� ����� ����������������!!���������!�� ������������������ ��

��/�" �� ���������������!!���������!������������������� ��� ��"��� �� ����� ������ �" ������������� ���!!������������������ �� ����������������%��� ��!����� ���� ��������������������� � �" �����������#�����������������*� �6���$��#�������������� ���� ������������������$�����!!�������������$�����"����������������"������������� �����������"� �� �� �" ��!!���������!�� �����������������������������%������%������������������"�������"����������*-�+� �LM��NOPQ�RPQQ�� ��/1����$������ �����������"��������������������"��%����������"� ����"��#��������������"����������� �������%�-�������� �� ��!��������������%��������!����������-���������������� �" -�����������������#����� �������/�" �� �� �����-������������!����������������%����%��$������������������ ��"�����%����#��������������� ��� ����������!��������� �� �� �" -������������!����������������������������%����������������������!��������� ���/�" �� �0�������������!���������!��������!��������� ��1������� ���������������!�!��������������� ���������%���&& ���23,��&& ���14��45�162721��7&8�&18�4/�/<�,�1�,,8�1 ������������� ���������� ��"�����%����� 2�������� � ��� ���������� ����������%������ 8�����������1��������������#�=�>?�@-A� + A;+ *� + A;+ *� + A;+ *� + A;+ *� + A;+ *�B����"������#�B� + .;+ C� + .;+ C� + .;+ C� + .;+#C� + .;+ C��������������#�F�>?�@-A� + �(;+ '� + A;+ �� S+ A�� + A;+ A� + A(;+ '�6������������#�>����6@>����2@-A� ' +� ' +� ' +� ' +� ' +�4������������#�>����4@>����2@-A� � (� � (� � (� � (� � (���������#�%��� A;� A� A� A;A+� A������������#�HI� �+;A++� %�����.+� A(+;++� C++;'++� .(+;AA++��!!�������#�)� ����T�(+;'+�������T��+;(+� ����T�C+;'+�������T�C� ����T�((�������T��+� ����T�((�������T��'� ����T�C+;C(�������T�((;C+�UVWX

Page 103: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ���������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������� ��! "# ����$%��&������������'���#���'����������������������������������������������������������''����������������������'�� ���'������!�$%������(�����������������������������������������������'�������'�� ������������������������� �����������'����������������������)� ��'������! ���� %��&� ��"������������������������*+,�����������������������������'�����!��%���������������������������'����� ����'����&� ��"��+��������������*+,�����������-.��/0123456�7832945�:�'�� ������������������� �����������������������'������� �����������������������������'�� ������������������������������������������������� ���� ��������������� �����������������'��������;�����������'����'�� ������ ��''�������)�������������'�� ��'�����������'��������������������������������'�� ���������������'�������:�'�� ����������'�����������'� ����������� �����<��'��������'��=�������'��'�����������������>��'�����<��'���'�� ���������=��������������>��?������'� �������� ���������������������� #�������������������� ��������!"��@���A#�"%��B�������'��� �����������������������'�� ������ ����'����������������&� �������&� �����+)������������ ���'������ ���������������������������'�� ������ �����'���'��������(� ���������������������������'������������!��%��

��CD+��������?;,*�E�B;F�;&��:+�:GHE;I+F�B�;E�I+�,+�:;HB�:�'�� ������ �����'�� +����������� D�(� �����=J'��>�?������'� ��� �������� K$�"� ������ A��L������� K��"� ����������D�<��'� � �"�M�LL� $���������'�������=LL�N>� K$�L�M�K���� �� ��:�'��'�� D������������=O$��P?>� K��M�K���� #�:� �����������=Q���P?>� LK�#�@�� #��&�������������������������������� ��������������������� ��������������������'�����������'���� �������������������!��%���������'������������������ ���������R�������������������������������<���'�'��� ������������C���������<���'�� ������� ���������'����� �'������������ ���'�����'�������� �)�''�����'������������������(������������������������� ��''�������'������� ������������������'� �������'�����������������(� �����������'����������������'����� ������������'�'������� ����������!�L%��:�'�� ��������� ��������������������������'���������C��������������������������'������������������D� ��������������������������������������������'��'������ �<���(��������'��������'�� ����������������)�'��������������������������������'���(����������������������:�'�� ����������<���(�����'������(������������� ������������������������������������������������������������������ ���<���'���������������������������������������������:�'�� �������������������'����������������������������������������������������(�������'���������������'����������������'�������������:�'�� �����#��)�����'��������������������� ���'������������������'�� �������(���������������(�'���������������������������������������������������'���'�� �����������������(��������� ���������'������������������������������������� �#���������(����������������'� ���������?����'�� ������(������� ������������ ��������(����'�)��������� ������ ���'���'����'����������������������������������������������� �������������!����@%������������ ������������������������������������������'���&� ��L�!��%������������ ������������������'�����'� ����������������������������������������'������� ����������'�� ������ ��'����������������;�������'�� ������ �����'���������������'��������������������������������������������������'� �������'�����������������������������'�� ������������������������)��������������������� �������"���������� �������������� �����������'��� ��������������������������������������������������� ������������S����������'�����)����������� ���TUVW

Page 104: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ������������ ����������������� ������������������������������������������ !"#$% &'!$������� ���(����)����*�����+��,�� ������ �������)� � �������� �-���.)�� �������������)����*����.��,��,����������/��.��� �)� ��������-��� ��)� ���� ��,�).������. ����)�,���-������������ �/,���� �����-���.)�� ��� ����� ��-���� ����).�����-.�������������� �� ��0��� � ��+�)��+����������1�� �����)����*�����+��� )���������-�/���)� �.�-�� ��.�� ����2.-���������)����*����������������-���� ��-��+���������2.-�345�������6����/������0-����� �����-� ����������������)����*���+��������).��� ���-������7���8�9�3:;5���������6���0-����� �����-� ����������������)����*���+��������).��� ���-���<���=>! �?! ��� �/,���� �������.�)������)� �)��������)������������������)��)������ �������+����)� �.������������)���)� .����������� �/,���� �������@.������������.�)������ ��������.���,��,��������-� �������)� �� ���������.���)�������� ���+�����)-)��������-� �������)� �� ����������.����������� ������������� ��� �����������A,���(��.-��)-)���B(�/��)��) ����-� �������� )����������� � ���� �����������-��+�����-�/���@.�����������.���)�����.-.�384(�C;2D75����) ���� �������������-�/���������� �����)� �� ���-��� ��������3:�5��� ��� �/,���������� �������(������/2��-��.���)��������)� ��������������� ����� ��,�).������������-��� �����0�,����������� ����2.-� ����.2��/ �-��)��.������/������� ����� ��-���� �345�������) ����-� ��������)� ����� �������������7�CE���87E�-�����)� ���

?���F&G$%H!I�J#%$KH!�L������ �������������������+����������� ���2.-(� ����������������������2.-���������� ����� �����.���)����������(������*��������,����-)1��.��,��� )���������1��.-����������� )����� ���*� �������2.-�����/����,� �������������,�����.)� ���� � )�� ���-��� ���0-� ���3M5��N��-�������������� �������,���������(���������� �������+��,�������� ���������.��������� 1�����-� ���O����N�����N���9�����P������).��� �)������ ����)����*������8�7QR1S(�+�.���.-���8777QR1S���-� �� ��� ������*�����������)��������������3:D5������)����������.���)�����������������������8�4QR1S������)������������� ��.���/����,�� ���-�� ��)�������������� �))�- )��� ����)�����)�����1�-�)���L������ ��.���-��)�������-�)������-������ ��TQR1��L:U�,���������-��)���� ��)���� ����,�/�� �D� ��:7��������-���1����������������� ������)��-�������������� (������� 1������.�� .����� ���)���/���)�,� ���,���������������)��-����-�����������+�������)-,������� ��� ��C47�,������������ � �����,�.�47777Q��O������������ ���������)�,� ����+��,����C47� ���77�,�(�,.������ 1�����������0-� ��+�������)���������)��-����������--��0������47777Q�3M5����������2�)�������������������� (�. ������. �������������0-�)�����,��/�������������� �.���)��-����L�/�+��(������-�� ���@.������������� �������� (������0�-��(����)+�� �������-����� .�����������+����(�/��)�����������-�� ���.����342CD5��V�/�� ����/��� ����������)� ���)�)�� (�������� ������,��-)1����,��)��-������ ������@.��)�� ���,�)�����)���������� ����� �-���� (�������� ������,��-���.)��(�-)1���(�� �-����(������(�� ����������)��(��� ������� ��� �-������� �,������������� �������������.���)���������������/��-����,����������������� �����+���W�8����������+���(�:��-�-��� ������+�������.��)��� �-���� ����������� ��������0-� ��+�(���-�)������+����� ����� )��(�,�).�����������. ����-����.�����@.���������������������� ��X�@.������������� ������ ���(�,.���@.��)�� �����0�������)����� ��� ������ ����)�� ����+��������(�� �-���.�� ��)����� �)� 1�������).��� ����������)���� �������,�).����������)1����. ������. ��-�-��� ����L������ �����+�����������. ����� �����,��+��.�����)��-������������.�����V�).�������(������,.�� � ������+�������)����� �����.��� �� ����)�� )�������)����/���������������� ���������/�������.��������� �-�-��� � ��)����--��0������8�C���8�6�����������-���. ��� �������� )��� � .���������-��� ������+�����0-� ��+��������� � ��)� ��.)� ���.���+�������.���*�� ���Y.��������� ����)-���)���3:C(�C6(�D82D:5��Z[\[

Page 105: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ��������������� ����������������� ���������� ������������������������������������������ ����� ����!���������������������������������������� ��� ������������� �� ������� ����� �� ���������� ��������� �� ������������������������������������� � ����!����������� ������������� �������� ������������ ������������������������������������"����� ���������#��� ������"��������������� � ������������� ����� �����$ �� �� �����������������%�&�� ������"����'()�����*+)!������������ � ��������������� ��� � �� ���������������,()-./)������������ � ������������������������������������ ��0(�+)��������"������ � ����������������-��"����������-���1�21�����&�������&�� ������"����0/)�����0.)��������3 �������� ���� � ���������������������������� ��������+()������� ������ ��4 ���0����"������� ��� ��� ������ ���������"���������� ���������������������������������������4 ���0���������� ��� ��� ��� �������������������������������5�� �������������������4 ���0!�������6�� ���������� ����������������������������������������&��� ��� ����� ���� �� ������������� �������� ��� ���� �� ����� � ����� ����&��������������������������3 �� ������� ��������� ����� �������������� ��� ��7�"�&��!� ������������� � ����� ��������������� � ������������ ������������&������������� &���������� �����������&��� � ���������������"���� ���� �� ������!� ���������������8/)������������ ���� � ���������� �� � ����������!� ������ ������ &������� � ������� ���"�������� ���1�21�����&�����������������"���� ���� �� ������� �������������������������������� �� ���� �� ������������������������������������������&�� ���������������������� ������������������ ����� �� �� � ��������������� ��������� ����������&��� ���������������� ��������&����� ����������� �������������������� �������� ��!��������������������� ��9� �������3���� &��������!��������� �������������!�����"�� ��������������� �� ��������� �������������!�"� ������ ���� ������������3���� &�����������"�� ����������������� ��� ��& ��� �� ��������������!�������������������������� ���������������� �������"�� ���������������� ����7�������� ������ ��������������&����� ������������� �����������������!����� ������������� ���� � �������" ������������� � ������� �������� ���� ��������� ������������ �� ������������������� �� �����

5�:��;�<1=><����� �����������"��?�����������������������<���� ���> � ����� ��� <����� ��� ���� #�������� $���6����4(8@((8.�88%�����<���� ���5��� ������4������ ���$���6�����A1������ ����� ����<����������=�������� ����B�����1�#�*%�� #<4<#<��<�C8D���&� ���!���!��� �����!�4�!�>������ !��!�������!���!�������� ��!�����EFGHIJKFLMGJ�NO�PQ�MGFRSTJKUVHNOW�MLMIGXM�HKOOGHIGU�IK�YZ�FNO[�\NI]�UGUNHIGU�T]MG�M]NRI�HKO_GJIGJ!�������� ��� ���������������� ����< ���� �� � �"��!���<�a/(('!�/8-/,�>���/(('!�����.,/-.,*��C/D������!�4�!�����-��&����!�5�!�������!���!������!��!�b���� !�<�!����!�c���dNOU�WGOGJINKO�MIeNFNfINKO�VMNOW��]LUJKWGO�eVRRGJ!�<���������������������� �"���< ������ �������5�� ��� ���!�/-+������/(('!�����8-8(��C,D���&� ���!���!������� !���!��� �����!�4�!�>������ !��!�������� ��!���!�������!�����g�T]MGSM]NRI�RVFF�eJNUWG�HKO_GJIGJ�RKJ�I]G�GOGJWL�X OWGXGOI�KR�GFGHIJKFLfGJ�MLMIGXM!�<<<�������� ��� ������ ������������ � �< ������ ��!�<h/(('!�@-'�c����/(('!�����/.@0-/.+@��C@D����������� �!�c��c�!����� ���!�i�!�>�����!���!�>� ��!�c��c�!�j�� �!����dNOU�WGOGJINKO�MIeNFNfINKO�KR�RNkGU�MTGGU�\NOU�IVJeNOG�RJXM�\NI]�]LUJKWGO�eVRRGJ!�88������� ��-������������������������< ���� �� �<�� ���� ���$88�7�<%!�8-@�c� ��/((0!�����8-+��C+D�:�����!�>�!�=6������ !�����lTTKJIVONINGM�RKJ�]LUJKWGO�MIKJWG�NO�HKOOGHINKO�\NI]�MIKH]MINH�UNMIJNeVIGU�WGOGJINKO!�0���������� ��� �������������������� �� ��>�������5�� �������"���������!�c����/((.!�����8-*��C.D�:� �!�>�!�b� ���!�5���mGI]KUM�KR�]LUJKWGO�MIKJWG�RKJ�MIOUeL�TK\GJ�VONIM!�<<<!�/((/!�����,,8-,,'��C'D���?����� !�#�!�����? !�n�!�������!�c�!��� ����!�>�!�:�����!�5�!�4���� !�>�!��� ����!�>�!���!�:���g�OG\�\NOU�WGOGJINKO�MLMIGX�HKKTGJIN_GFL�HKOIJKFFGU�\NI]�]LUJKWGO�GFGHIJKFLfGJ!�<<<�ii�������� ��� ���������������< ���� �� �>��� ���!��<>�/(8(!�/(8(!�����8-8(��C*D�� � �!�:�!�#� ���!�7���EOGJWL�MIKJWG�RKJ�JGOG\eFG�GOGJWL�HKXeNOGU�]GIo�TK\GJ�OU�]LUJKWGO�RVGF�pZPqPQr�NORJMIJVHIVJG!�<<<�< ���� �� � �"�������<����������������!�/((0!�����8-.��C0D������22"""����������C8(D� �?!���!�b ��!�>�!���?��!�c���s]G�NORFVGOHG�KR�J\�XIGJNF�TJNHGM�KO�I]G�UG_GFKTXGOI�KR�]LUJKWGO�MIKJWG�XIGJNFMt�I]G�HMG�KR�XGIF�]LUJNUGM!�<<<!�/(88!�����8-8/��C88D��� ���!�1��b�!����� �!�>��7�!�;���!�����uONI�MNfNOW�KR�MIOUSFKOG�]LeJNU�\NOUvqwvRVGF�HGFF�TK\GJ�WGOGJINKO�MLMIGXM!�<<<!�/((+!�����8-'��C8/D�:������!�>�!�7 ����!�#�!�7� ��!�5������lTINXF�KTGJINKO�KR�]LUJKWGO�MIKJWG�RKJ�GOGJWL�MKVJHGM�\NI]�MIKH]MINH�NOTVI!�<<<�b� ������"�����������������!�c����/((,!�����8-*��C8,D�b���!�b��#��#�!�:���� ?����!�c�!�#����!�:�����:���PLUJKWGO�MIKJWG�NO�\NOU�IVJeNOG�IK\GJ�x��JG_NG\!�<<<!�/(8(!�����,(*-,8/��C8@D������� !�1�!������!�>���ERRNHNGOHL�KR�]LUJKWGO�eMGU�MIKJWG�MLMIGXM�RKJ�MIOUSFKOG�qw� TTFNHINKOMt�OVXGJNHF�OU�GkTGJNXGOIF�JGMVFIM!�<<<!�/((0!�����+++-+.8��C8+D�=��!�;�!�j��� �&!���!�;���!�=�!�>���6��!���>���qwS\NOUSRVGF�HGFFSGFGHIJKFLfGJ�XNHJKSWJNU�XKUGFNOW� OU�HKOIJKF�NO�JGF�INXG�UNWNIF�MNXVFIKJ!�<<<!�/((*!�����/0-,@��yz{|

Page 106: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ������������ �� ���������� �������������������� ����� �!����"�����" ��#��$%$�&����"��#&' ���(�%�)�!���������&�������*+++��,--.��// ��0� ���.��1234����5 �6 ��78�29923��: ��;<��8�<��+ ��="�����%>�$%�����!�$��"%��"��$�#&� ">�%�'$�����#"�"?"��$��@(�%���%� >&��&������*+++��,--.��// �,�-�0,�-� ���A����<<��B �7 ����C���B �� ����> ����%�� �$����" ����� �'!�����%� >&� ��"! ����(��#��%��> $�����%� >&���" $>��!��%>�$�#�>#�� �D!�%�&��E���%F��*+++�G2H�<�+C�IJ<2�I9��/�I�C9J9��2�K�<��I���B3���,--A��// �L..M0L..N ���N��5�C2��O��P �5 ���%������ "�&���)'$�����$�#($&��"($ ���#&� ">�%��!���%>��*+++��,--Q��// �MA.0MN� ��,-��R��S2T��1 ��U242V���U ��7�<V��2TJ9��7 ���2�9J2��* ��6��JC���P ��:COJJ���5 ���%���� "?����%�� �$����"%?� �� ��" �$�����!�)�"(� �(�%�)#&� ">�%��&������*+++��C����+C�IJ<I�C�G2H�<��,--N��// �M,�0ML, ��,���R��S2T��1 ��7�<V��2TJ9��7 ���2�9J2��* ��B�C�S�9��P ��WX�� ���%�$����!�&�"��%�(��%��> $����YE@YE��"%?� �� ��" �#&� ">�%)'$�����%� >&���" $>���+�T<2�4��J����+C�IJ<I�C�+�8���<�8��,-����// ��0M ��,,��7�<V��2TJ9��7 ��R��S2T��1 ���2�9J2��* ���C�2T��7 ��Z# ��)��?���#$��)' ��>��[\]�YE@YE��"%?� �� ��" ������ "�&� ��%��> $��"%�(��#� �%�($'����%� >&��&�������+�T<2�4��J����+C�IJ<I�C�+�8���<�8��,-����// ��0M ��,L��7�<V��2TJ9��7 ��+82<2T��5 ��6��JC���5 ��R��S2T��1 ��_�(����#"���" ���$'���$��"%�"��(�%���"(� �>�%� $��"%�!��%>�$%��%� >&���" $>�����#%"�">&��B23<��C�2��78<2�24O���9��<I���T2C �A����a��5�O�,-�-��// ��,0,M ��,M��b<93���7 ��;�����6 �5 �����I�9��G ��c&� ">�%�� "�!���"%�� "��($�� ������ "�&���d��! �%����$�!��$%���!�! ��� �%����*+++��,-����// ��0�. ��,Q��:2</�9��5 ��U2C����7 �P ��e�� $��"%���$%%�%>�"��#&� ">�%���" $>���"%%�������"�(�%���"(� �"�� $��%>��%�$��"(� ��$ F����*+++�P<��9�IJ2��2��+��<8O��2�T�<92���T2C �,����2 �L����/J�4��<�,--���// �.M,0.MN ��,���78�29923��: ��:2C����5 ��U�4�C���B ���29���P �: ��f� �" �$%���"��$���$%�)$�"%�� �%�($'����%� >&��&�����'$����"%��%� >&���" $>��$��#&� ">�%��*+++�P<��9�IJ2��2��+��<8O��2�T�<92���T2C ��N���2 �L����/J�4��<�,--M��// ��LL0�M- ��,.��78�29923��: ��1234����5 �6 ��7�23�<��7 ��e����$��c&� ">�%�� "�!���"%��%�$���$%�)$�"%�� �%�($'����%� >&��&������*+++��,--Q��// �,NL,0,NL� ��,A��g��8��� ��h��<<��5 �U ��f"(� ��$%$>���%��"����$%�)$�"%��(�%�@�#"�"?"��$��@�!���������%� >&��&������*+++�P<��9�IJ2��2��+��<8O��2�T�<92���T2C �,L���2 �L��,--A��// ��0�� �

�,N��62/�9��� �� ��g�J�������+ �U ��WX�� ���%�$��$%���#�" ����$����?��"���%��"��$�fW=������ "�&� ��"����$��������"��%� >&���" $>���&������*+++��,--N��// �..Q0.A, ��L-��b<93���7 ��;3����+ ��62/�i��B ��5�<<2O2��6 �����I�9��G ��W���� "%�����?�����" ��#����!�$��"%�"��(�%���&�����$%��$%$�&����"��$�F$��%��($�� ������ "�&�� ���*+++��,-�-��// ��0Q ��L���+CC9��5 �g ��R2���/�S2T9SO��5 �� ��h�C92���1 �B ��j!���������&�����d��������%�k����X�'����%� >&��"%?� ��"%��" ��#��lm�����%�! &��*+++��T2C �AN���2 ��,��1�I�4��<�,--���// ��A-A0�A�A ��L,��P0��99��7 ������<V����7 ������S2/K��: �; ��E! �%�����#%"�">&�"���!���������&�������// ��NQL0�NQ. ��LL��6�38�J2���5 �7 ��j!����������+�8���<�8��I��I�����+3I�J2��B23<��C�����<3�<O�,--,��// �.0�� ��LM���2�����5 ����2H��; �� ��c&� ">�%�����?� &�$%����" $>��"���"%���" �'$�F!���"(� �$%��"��)> ���� ��$ &��"(� ��!���������&�������*+++��,--A��// ��0A ��LQ���2�����5 ��:���O��: ��c&� ">�%�����?� &�$%����" $>��"���"%���" �'$�F!���"(� �$%��"��)> ���� ��$ &��"(� ��!���������&�����d��("�&�$ ���$�� ��*+++��,-�-��// ��0A ��L���n3��� ��5�O9��P �B ��13����� �g ����%�(����#"�"�">&��" �����>%�%>�#&� ">�%��%� >&���" $>���%�(�%���"(� ��&�������"�'$�$%���>�%� $��"%�$%�����$%���*+++��,--N��// ��0, ��L.��n3��� ��5�O9��P �n ��13����� �g ��c&� ">�%��%� >&���" $>���%���"�$������� ")> ����(��#�(�%��>�%� $��"%��bG+��,-�-��,-�-��// ��0Q ��LA���JJ/�oo�,�-� ��<I �3��LN��P�23�J�2�8��G ����J��S3C��G �����C��� ��1�T�J��� ��f� �" �$%����%?����>$��"%�"���!�������@'$��� &�$%���!�������@�!�� �$�$���" �#&' ����"! �����" ������ ���?�#�����$�����$��"%���*+++��,--N��// �MQQ0MQN ��M-���29I��2��R ����//2���; ��6T<�<��G ��5�<�2��� ��j!���������"����%>��" ��"(� ��!���&��&����������>%��*+++��,--A��// ��0M ��M����2�����5 ����2H��; �� ��c&� ">�%�����?� &�$%����" $>��"���"%���" �'$�F!���"(� �$%��"��)> ���� ��$ &��"(� ��!���������&�������*+++��,--A��// ��0A ��M,��7C07�4���7 ��U299����� ��53S�J�<��� �����4����� �b ��7�3�C��4�O�C��U ��p���B ��c&� ">�%�#�>#($&d��%�"?� ?��(��+��<8O��2�K�<��I�����+q��J2��+��<8O�2�a��,-�-�*+++�*�J�<��J2��C���A0,,�1�I�4��<�,-�-��// ��M,0�M. �

rstu

Page 107: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

107

[PAPER-V] Blinov, A.; Andrijanovits, A. New DC/DC Converter for Electrolyzer Interfacing with Stand-Alone Renewable Energy System. Electrical, Control and Communication Engineering, Vol. 1, Issue 1, pp. 24–29, 2013.

Page 108: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 109: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� ������ ������ � �� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��

��������� !"#��$��%���%����%�&'()*")**�+#',-',.�,/0'1-,�023',4+-',.51�+6(�-78-5+�%90�+':'+'(5;0'/+',62823-'<9+�,'�=0�+�#>?�@����AB����CD���� E �F��@��G�HD��A ����GIJ9++59+�,�K5+�#�-3>L�������@���� �D���� E �F��@��G�HD��A ����GI�MNOPQRSPTUVWXYZY[\Y\[X[]X_W]W]aXb_ZcdeY\bf[gZ\a[[bV[[h[ibYj[]b_ZaZihZ]WgZiikWXbiZ[X[Ylbm]enoengb]h[\[\_b\[i[g\bikp[\W][a\ZWb]mWV\[][mZqi[[][\akXkX[jXrUV[Y\[X[][gb]h[\[\mWVZ]WjY\bh[gb]\biZiab\WVj_b\V[_siilq\Wa[ZgWh[\[gW_W[\_[Zs\[X\[sg[[][\akgW\gsiZWb]Z]XmWgVW]aibXX[XrUV[Y[\_b\jZ]g[gZ]q[WjY\bh[s][\mW[W]YshbiZa[Z]ibZhZ\WZWb]XrUV[ZhZ]Za[Xb_V[gb]h[\[\m[\[h[\W_W[mWVZtuvgb]h[\[\Y\bbkY[Z]V[[X\[XsiXm[\[W]_siiZa\[[j[]mWVV[[wY[g[mZh[_b\jXrUV[Y\[X[][X[ZklXZ[bY[\ZWb]Y\W]gWYi[Z]jZV[jZWgZiZ]ZikXWXb_V[gb]h[\[\qZX[b]V[XWjsiZWb]Z][wY[\Wj[]Zi\[XsiXgZ]q[sX[ZX[XWa]asW[iW][X_b\gbjYb][]Z]YZ\Zj[[\[XWjZWb]W]Y\ZgWgZiZYYiWgZWb]Xrxyz{|Q}OleWX\Wqs[Ybm[\a[][\ZWb]~[][\akXb\Za[~Vk\ba[]Xb\Za[~p[\bgs\\[]XmWgVW]a~p[\bhbiZa[XmWgVW]ar 4�4&�:�)�*�4�&�3'�.50-',+5-�#''+',623��,1'3�35+�,6'+-�33�'-��52��5�+5�#5+-56'3�.,'+'(5;0''+',625,'�',�.�'01�3-35+�0�(',�<�51-�+-7''+#�,�+<'+-���('#',J,'+'(5;0''+',623��,1'3J3�17533�05,5+�(�+���(',J5,'��..�1�0--��3'��'-�-7'�,3-�1753-�1#5,�5;�0�-2�4+�,�',.�,,'+'(5;0''+',62-�;'6'+',5002�3'�.�,,'6�05,1�+3�<',3J-7'1�+1'�-�.72�,�6'+�3'+''�3-�;'�+-,���1'�-�3-5;�0��'�+,'6�05-'�,'+'(5;0''+',626'+',5-��+���%����9-2��150,'+'(5;0''+',62323-'<>:/8I<�3-�+10��';�-737�,-%-',<5+�0�+6%-',<'+',623-�,56'�937�,-%-',<'+',623-�,56'323-'<�31�<<�+02�3'���'-��-37�67,��+�%-,��'..�1�'+12J1�+#'+�'+1'.�,175,6�+6"��3175,6�+6�4+5���-��+J�-15+-5�'15,'�.-7''..'1-315�3'�;2�+3-5+-5+'��30�5�,���0'3"3���'3J'0'1-,�02�',-,5+3�'+-35+�(�+�'+',62�'5�3���('#',J;5--',�'350�+'5,'+�-5��,��,�5-'.�,0�+6%-',<'+',623-�,56';'15�3'�.-7'�,0�('+',62�'+3�-2J3'0.%��3175,6'J5+�0'5�56'��7'1�<;�+5-��+�.37�,-%-',<'+',623-�,56'(�-70�+6%-',<'+',623-�,56'�+-7'.�,<�.72�,�6'+15+�<�,�#'-7'�',.�,<5+1'�.3-5+�%50�+':/83�6+�.�15+-02���6��37�(3572�,�6'+%;53'�'+',623-�,56'323-'<�,572�,�6'+ ;�..', >�=I 1�+3�3-�+6 �. -(� 052',3�'0'1-,�17'<�150 5+� ��(', '0'1-,�150 3-56'� �7''0'1-,�17'<�1503-56'�+10��'372�,�6'+�,���1-��+J72�,�6'+3-�,56'5+�'0'1-,�1�-2�,���1-��+�4+-7''�1'33'+',62�',���3-7'72�,�6'+6'+',5-��+323-'<�31�++'1-'�-�-7')*%;�3�.-7':/8�4+-7�33-56''0'1-,�150'+',62.,�<-7','+'(5;0''+',623��,1'�31�+#',-'��+-�17'<�150'+',62;2�3�+6(5-','0'1-,�023�35+�-7�3'+',62�33-�,'��+5-5+��4+�,�',-�3-5;�0��''+',62�,���1-��+��,�+6-7'5;3'+1'�.-7'

,'+'(5;0''+',62J3-�,'�72�,�6'+1��0�;','%�3'��4+-7�33-56'J72�,�6'+�31�+#',-'��+-�'0'1-,�150'+',62;2�3�+65.�'01'00>�*I��7'�*-5�'3-7'72�,�6'+.,�<-7'-5+�3-�6'+',5-''0'1-,�1�-2J�0�3(5-',5+�7'5-53;2%�,���1-3�*�<;�+5-��+�.5+'+',623-�,56'323-'<5+�5+:/8500�(31�+-,�005;0'��(',�,���1-��+���517�'#'�,��',#�0-56'<5-17�+6-7'<5�+1�<��+'+-3�.-7'�=37��0�;'1�++'1-'�-�-7')*%;�3�.:/8#�5��..','+-��(','0'1-,�+�11�+#',-',3�-7''0'1-,�02�',�3�+-',.51'�;27'0��.53-'�%��(+)*")*1�+#',-',J(7�0'-7'.�'01'00�31�++'1-'�;27'0��.53-'�%��)*")*1�+#',-',�4+�,�+1��0'J5+2;53�1��(',1�+#',-',-���0�6215+;'�3'�-��'3�6+5��(',�+-',.51'.�,5.�'01'005+�5+'0'1-,�02�',��2��15002J-7'3'1�+#',-',375#'57�67%.,'��'+12#�0-56'<5-17�+6-,5+3.�,<',J(7�171��0�503��',.�,<-7'.�+1-��+�.650#5+�1�3�05-��+�'<5+�'��+3'#',505��0�15-��+3��7'<5�+-'17+�0�62�'#'0��<'+--,'+�7','�3-�,'��1'-7'��(',0�33'3�+-7'�+-',.51'1�+#',-',3�+�,�',-��;-5�+-7'7�67'3-��33�;0''+',62'..�1�'+12�.-7'�=����������������������� ����� ¡�������¢£¤¥¦§©ª«¬¬¥­®­®°¦©±¥²¥ ­®­®°¦©±¥²¥³�������µ��¶·�� �µ�����¹

º¡» �»���¶ �����»���¶ ����µ�µ��¼�»���¶�µ����� ½�� ��6���/+',62'�175+6'�,�1'33'3�+-7'72�,�6'+;�..',1�++'1-'�-�53-5+�%50�+','+'(5;0''+',62323-'<�4+-7'5+5023�3�.-7'3-5-'%�.%-7'%5,-1�+#',-',3.�,-7'�=5��0�15-��+�-(533-5-'�-75--7'<5K�,�-2�.�,'3'+-'�-���0�6�'35,'<'5+-.�,-7'.�'01'00�+-'6,5-��+-�-7':/85+��+02<�+�,��;0�15-��+3���J�$�J�¾�%� �5,','05-'�-�-7'�+-',.51'1�+#',-',3.�,'0'1-,�02�',3��7�3�5�',�,'3'+-35+'(650#5+�15002�3�05-'�3-'�%��(+)*")*1�+#',-',>��6��I��7'1�+#',-',7535750.%;,��6'�+#',-',�+�-3�,�<5,23��'J7�67%.,'��'+123-'�%��(+-,5+3.�,<',5+�5.�00%;,��6'�753'%37�.-'�51-�#','1-�.�',;53'��+,'#',3';0�1��+6>:=I3(�-17'3�+-7'3'1�+�5,23��'�

Page 110: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� ������ ������ � �� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��

�� ���� ������ �! "#$%&'($)*+&)#,$+-.+�/ 01 020345 �5�#��#� 06 �789�:;<94= ��:>? @ABC�CDEFGHIABJIGKLJMNOPQAKBGRSEFGQIGQRAQRTAIUAILRSEIQSMMGKVWHUAIRLGHJIILGHGRSEKJQXHAKGCDDCYZ[\O] _ ]ab]aa c[VZ[V_DZde@fggOWVD]h[\deY[OYdD@Z[]eaZDc[V[aZD@D[VZLGiLJHGOHLANIGKHXERLQSESTHQGRIANAGQRSERGiIAHJUGMMOjESUEkGILSKISQGKTRGILGQAEBAEBlAERQGJHGILGGNNARAGERXJEKJRLAGFGmcYnoGQSFSMIJBGHUAIRLAEBpSNRSEFGQIGQHUAIRLGHCZLGSILGQJKFJEIJBGHJQGILGiSHHAPAMAIXSNTHAEBESEOKAHHAiJIAFGRJiJRAIAFGHETPPGQHAEILGAEFGQIGQJEKRSEHIJEINQGqTGERXSiGQJIASElJMMSUAEBNSQHAkiMGRSEIQSMSNILGRSEFGQIGQChGEGQJMMXlILGHGRSEFGQIGQHRSkiQAHGJLJMNOSQJNTMMOPQAKBGAEFGQIGQlJLABLONQGqTGERXIQJEHNSQkGQJEKJQGRIANAGQrstlrutCZLGQGRIANAGQiJQIRSTMKPGRMJHHANAGKJHvNTMMOPQAKBGlRGEIQJMOIJiiGKJEKRTQQGEIOKSTPMGQrwxtCDERSEFGQIGQHUAILJHXERLQSESTHQGRIANAGQILGSTIiTIFSMIJBGAHBGEGQJMMXRSEIQSMMGKPXILGFJQXAEBKGMJXIAkGPGIUGGEILGITQEOSESNILGHUAIRLGHAEILGQGRIANAGQJEKILGITQEOSESNILGDhWZHAEILGAEFGQIGQCeIILGPGBAEEAEBSNGJRLLJMNOiGQASKlILGIQJEHNSQkGQRTQQGEIUAMMLJFGILGHJkGKAQGRIASEJHAEILGiQGFASTHSEGJEKUAMMSEMXRLJEBGAIULGEILGSILGQHUAIRLiJAQAEILGQGRIANAGQITQEHSECZLGQGNSQGlJIILGPGBAEEAEBSNGJRLLJMNOiGQASKILGRTQQGEIUAMMNMSUILQSTBLILGNQGGULGGMAEBKASKGSNILGDhWZkSKTMGISPGITQEGKSEEGyIlJMMSUAEBILGmcYSNPSILAEFGQIGQIQJEHAHISQHCZLAHHUAIRLAEBJMBSQAILkJMMSUHESEOKAHHAiJIAFGRJiJRAIAFGHETPPGQHISPGTHGKAEILGAEFGQIGQJEKILGAEKTRIAFGSEGHAEILGQGRIANAGQCZLGQSMGSNILGMJIIGQSEGHRSTMKPGiGQNSQkGKPXILGIQJEHNSQkGQMGJjJBGAEKTRIJERGCZLGKAHJKFJEIJBGSNHTRLRSEIQSMJMBSQAILkHAHILGiQGHGERGSNILGAEIGQFJMHSNGEGQBXQGITQENQSkILGMSJKISILGiSUGQHTiiMXnIAkGAEIGQFJMHSNILGSiiSHAIGHABESNILGRTQQGEIJEKFSMIJBGSNILGiQAkJQXIQJEHNSQkGQUAEKAEBKTQAEBILGKGMJXIAkGpCDNILGGEGQBXQGITQEAHESIiSHHAPMGlILGQGUAMMPGJEAERQGJHGSNILGAEiTIFSMIJBGSNILGAEFGQIGQJEKJKGFAJIASESNILGkAKiSAEIiSIGEIAJMSNILGRJiJRAISQAEiTIFSMIJBGKAFAKGQCzSQGSFGQlGEGQBXRAQRTMJIASERSQQGHiSEKHISILGBGEGQJIASESNILGQGJRIAFGiSUGQlQGHTMIAEBAEILGQGKTRIASESNILGRSEFGQIGQiSUGQNJRISQJEKILGGNNARAGERXKTGISAERQGJHGKRSEKTRIASEMSHHGHCDEILGRJHGSNLABLAEiTIFSMIJBGnMJQBGiGQASKHSNGEGQBXQGITQEplILGGNNGRIHSNILGHGKQJUPJRjHRSTMKPGAEJRRGiIJPMGCEGSNILGUJXHISQGKTRGHTRLGNNGRIHAHISAERQGJHGILGRJiJRAIJERGFJMTGSNILGAEiTIFSMIJBGKAFAKGQlLSUGFGQlILJIMGJKHISJEAERQGJHGAEILGKAkGEHASEHJEKRSHISNILGRSEFGQIGQC

DDDC \[VeZDh\VDaD\g[ZSSFGQRSkGILGKAHJKFJEIJBGHSNJRSEFGEIASEJMiLJHGOHLANIGKHXERLQSESTHQGRIANAGQlILGRSEIQSMJMBSQAILkSNILGQGRIANAGQHUAIRLGHRSTMKPGkSKANAGKlJIILGHJkGIAkGjGGiAEBILGJKFJEIJBGHSNILGQGNGQGERGiLJHGOHLANIGKRSEIQSMJMBSQAILkrwwtCeHAkAMJQRSERGiINSQILGNTMMOPQAKBGRSEFGQIGQUJHNAQHIAEIQSKTRGKAErw�tCZLGiQSiSHGKJMBSQAILkiQSFAKGHiLJHGOHLANIGKRSEIQSMULGQGJHiQJRIARJMMXESGEGQBXAHQGITQEGKAEISILGiSUGQHTiiMXCZLAHAHJRLAGFGKPXAEIQSKTRAEBIUSJKKAIASEJMHUAIRLAEBHIJIGHSNILGQGRIANAGQHUAIRLGHCZLGFSMIJBGJEKRTQQGEIUJFGNSQkHSNILGRSEFGQIGQJQGiQGHGEIGKAE@ABC{UAILILGJHHSRAJIGKHUAIRLAEBHIJIGHHLSUEAE@ABC|C

@ABC{ChGEGQJMAHGKSiGQJIASEiQAERAiMGSNJiQSiSHGKRSEFGQIGQUAILJiLJHGOHLANIGKJRIAFGNTMMOPQAKBGQGRIANAGQC

Page 111: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� ������ ������ � �� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��

��� ��� ��� ��� ��� � �!"#$%$&'�(�)"*+,*��-* ).�'(*'*-���*+/�()�($0.� *11*2"+#�/�+)-�3("+#).�-2")�."+#.�1 4'�("*��*31����"-)"+#3"-.��5��6��7)(�+-"-)*(88�+�-2")�.�-9�:9;�(��*+�3�)"+#�!"#$%��$0.�/*1)�#�* ).�)(�+- *(,�('(",�(<2"+�"+#"-=>� ?�:�+��)).�*3)'3):).�/*1)�#�* ).�(��)" "�("-=>8�6@$A2")�.9B�*31���)3(+��* 2").CDA$��6��7)(�+-"-)*(88"-)3(+��* $0.�)(�+- *(,�(/*1)�#��+�>�����.�+#�).�"(-"#+�-).�-+3���(��'��")*(-�(�(��.�(#���!"#$%��$��6�;7).�-+3���(��'��")*(-�(�(��.�(#���+�).�)(�+- *(,�('(",�(</*1)�#�(���.�-6>� ?�$0.� (��2.��1"+#�"*��EF*'�+-:-)�()"+#).��+�(#<(�)3(+"+)�(/�1�+�).�)(�+-"-)*(8F�*31���*'�+��2").CGA (*,+*2*+$0.�*3)'3)/*1)�#�* ).�(��)" "�("-+*26>8�6@�!"#$%��$H+)"1).�,*,�+)�;).�'(*��--�-�*+*)�" �( (*,).��*((�-'*+�"+#*+�-"+).��*+/�+)"*+�1'.�-�4-." )��-<+�.(*+*3-(��)" "�($�;6�BI-2")�.9�"-+*2*'�+���!"#$%��$0.�/*1)�#���(*--).�)(�+- *(,�(-��*+��(<�(*'-)*J�(*�+�).�)(�+- *(,�(�3((�+)���(��-�-#(��3�11<:�-).�1*���3((�+))(�+- �(- (*,9�)*9�2").�����1",")���<).��"(�3")�K3"/�1�+)"+�3�)�+��$�B6�LI).��+�(#<(�)3(+"+)�(/�1"-*/�(:).�+�#�)"/�/*1)�#�4>8�6@"-�''1"��)*).�)(�+- *(,�(-��*+��(<�+�-2")�.9�:2."�.��+��)3(+��* +*22").CDA$&+1<-,�11,�#+�)"-"+#�3((�+)"- 1*2"+#).(*3#.).�)(�+- *(,�('(",�(<$0.�1*���3((�+) (��2.��1-).(*3#.9;:9�:MN�+�).�1*���!"#$%��$�L6�OI-2")�.9B"-*'�+���!"#$% �$0.�/*1)�#���(*--).�)(�+- *(,�(-��*+��(<�(*'-)*J�(*�+�).�)(�+- *(,�(�+�).�8F�3((�+)"+�(��-�#(��3�11<:�-

).�1*���3((�+))(�+- �(- (*,9;)*9B2").�����1",")���<).��"(�3")�K3"/�1�+)"+�3�)�+��$0.�'(*��--�-�(�).�+(�'��)��2").).��" �(�+��).�)).�)(�+-"-)*(-�+�).�'(",�(<-"���"*��-(�'1������.*).�(:-*�*-2")�.�-9�:9��+�9;:9B$0.��*+)(*1* ).�*3)'3)/*1)�#���+����."�/���</�(<"+#).��3((�+) (��2.��1"+#�3(�)"*+�@�)",�"+)�(/�1�;4�O�$0.��+�(#<(�)3(+"+)�(/�1�)",�"+)�(/�1��4�;��*31����*+-)�+)�+�-.*31���P�')�--.*()�-'*--"�1�"+*(��()*,�"+)�"+."#.'*2�( ��)*(�+�(��3���*+�3�)"*+1*--�-$QG$A&RSTSAQUVUHQTSWQVSA0."--��)"*+'(*/"��-#3"��1"+�- *().�-�1��)"*+* ).�'�(�,�)�(- *().��X'�(",�+)�1�*+/�()�(2").).�'.�-�4-." )����)"/� 3114�("�#�(��)" "�(�Y!Z[�$Q+*(��()*-",'1" <).���1�31�)"*+-")"-�--3,��).�)).�*''*+�+)-�(�1*--1�--:).�"+'3)��'��")*(-�+�).�)(�+- *(,�(,�#+�)"-"+#"+�3�)�+���(�1�(#��+*3#.�+�).�(� *(�).�"+'3)/*1)�#�("''1��+�).�,�#+�)"-"+#�3((�+)�(�+�#1"#"�1�$!*().�"+)(*�3���,*�" "���*+)(*1�1#*(").,:-"X\]R�.�++�1-�(�3-��$0.�"+/�()���*+)(*1-"#+�1-* 9��+�9��(�-." )���<).�(�)"*E(�1�)"/�)*).�)3(+4* * "+/�()�(-2")�.�-�!"#$_�$0.�"+/�()���*+)(*1-"#+�1- *(9;�+�9B�(�-." )���<).�(�)"*E@(�1�)"/�)*9��+�9�$[��)" "�(�.�++�1-.�/���*+-)�+)�3)<�<�1��+�).�*3)'3)/*1)�#�"-(�#31�)���</�(<"+#).�(�)"*E@0.�/�13�-* E�+�E@�(��� "+���- *11*2-5 8��E abcde : �a� 8�8��E @@ dcd b� $ ���0.���)"/�-)�)��3)<�<�1�E�* ).��*+/�()�(��+����1�31�)���<

Page 112: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� ������ ������ � �� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��

�� ����������� � ������� � ������ � ��� ! "#$%&'()*+)*,(-*./'0.12''3+4'55'627*&'8(--(9:1/';).*:(1< �� ����� =���� � ��>??> $" ��� @ "A$.16*&'.B+-:*)6',(-*./'.04(55*&'*4.158(4B'45'0(16.47:5 $"� ���� �������� �� �>> �� � � ! "C$%&'.,'4./'.16B.3:B)B0(--'0*(40)44'1*5(8:1,'4*'4*4.15:5*(45.4'0.-0)-.*'627 D E����� ���� ��> �FG �� � @ "H$ ���==��=���I��JK G??GG L�M @ "�$9&'4'NG��==��:5*&'8:-*'4:16)0*(4OP+'.QR*(R+'.Q0)44'1*4:++-'!%&':1,'4*'459:*0&'54';):4'.0'4*.:16'.6*:B'��*(4'0&.4/'51)22'40.+.0:*(45*(B.:1*.:1*&'STU0(16:*:(1@&'10'*&'8(--(9:1/'3+4'55:(1B)5*2'5.*:58:'6< �I��JK�� ���� G �>��� �� V ! "W$X00(46:1/*(*&:5';).*:(1@*&'B(5*6'B.16:1/+(:1*:5.**&'B:1:B)B-(.6.16*&'B.3:B)B:1+)*,(-*./'!Y'4*.:1*:B':54';):4'68(4*&'0)44'1*(8*&'4'0*:8:'459:*0&'5*(8.--*(Z'4(6)4:1/*&'1.*)4.-0(BB)*.*:(1@*&'4'8(4'*&'4'0*:8:'459:*0&'55&()-6(+'4.*'9:*&.6)*7070-'&:/&'4*&.1[!C*(B.:1*.:1*&'SYU0(16:*:(1.16'30-)6'*&'5:*).*:(19&'1(1-7(1'*4.15:5*(4:1*&'4'0*:8:'4:5*)41'6(1!%&'.66:*:(1.-*:B'4';):4'60.12'';).-8(4.--*&'4'0*:8:'459:*0&'5.16:5'5*:B.*'684(B����< ����� ����������������� �> ��FO��� �����M MV � $"��\�\ @ "]$9&'4'O�:5*&'';):,.-'1*:16)0*.10'@9&:0&:5B.:1-74'+4'5'1*'627*&'-'.Q./':16)0*.10'(8*&'*4.158(4B'45'0(16.479:16:1/!%('5*:B.*'*&'+.4.B'*'45(8*&'()*+)*8:-*'4:16)0*(4:*:5.55)B'6*&.**&'0)44'1*(8*&':16)0*(4:50(1*:1)()5<D E _abc ������� L �� � \$"� \� ������O���������==�� �������P ��PdF>�G �>>O @ "\[$

9&'4'dO:5*&'4'-.*:,'0)44'1*4:++-'(8*&'()*+)*8:-*'4:16)0*(4< ��� �����==��O F >Gd �L ! "\\$%&'0.+.0:*.10'(8*&'()*+)*8:-*'40.+.0:*(40.12'.++4(3:B.*'6.5< ����> ���O���==�����==��P >d Fd�> �G� ��� L �L @ "\�$9&'4'N>���:5*&'+'.QR*(R+'.Q()*+)*,(-*./'4:++-'.16d>:5*&'4'-.*:,',(-*./'4:++-'! ������> >>d L @ "\#$e�".$e�"2$f:/!C!g'90(1*4(-.-/(4:*&B8(4*&'0(1,'4*'49:*&.+&.5'R5&:8*'6.0*:,'4'0*:8:'4.*B.3:B.-".$.16B:1:B.-"2$:1+)*,(-*./'5!

Page 113: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� ������ ������ � �� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��

������� ! "#!#$ � %&#�'"!$��( #) "#$ "'�*&%�! +',#�,#-'%#&� ./��#0/1�234&"+#$ 5� )$ %�"�!#&# +,#6�&#�'73�889:89;89<89=>8 898? 89> 89>? 89: 89:? 89@ 89@?A BCDEA FGHI JI ������K,#�,#-'%#&� � �,%&#�'"L$&�&L# ��!#�L!.7MNO�O�P4�Q�RSTUVWXSKYWYZ[\][ ST[YXWV[RUVXRS"'�+ �#'- ��56#$ #$ '� #�L&%&���'&L$#$ ��'�'! +L'"- �# �)&!!�*,%&# +,!�"�]RST!'5#)&� �X$ !�*,%&#�'"�&�&* # �!) � ! % L# +#'#$ +&#&�� ! "# +�"X&(% S�XW_V[S]W WT[X[ RWYZKT]KY[YXRK�Xa[[\][ ST[YXWV]KXKXb][cdedfghge ijfklm ndmogpqjrgS"�,#-'%#&� sQ /� POOt��OK,#�,#-'%#&� sQ /��� uOR)�#L$�"�5� v, "L6swax y3z {OX�&"!5'�* �#,�"!�&#�' |3�|} O�PK,#�,#5�%# �L&�&L�#&"L s,� �y ��OK,#�,#5�%# ��"+,L#&"L s*a ~y {�PS"- �# �!)�#L$ 11s1� _RTuP�_{�OZV L#�5� �!)�#L$ ��2�� S\�\��Y�O] L#�5� �+�'+ KYT_ �O�POK,#�,#�') �s� ���� �OOOW!!$')"�"����us#$ !�*,%&#�'"� !,%#!) � �"5,%%&�� * "#)�#$#$ !#�*&# +)&- 5'�*!�

�>88>8:8@8;88 ?8 >88 >?8 :88���������� �����

�:;8�><8�=88=8><8:;8

8 ?8 >88 >?8 :88���������� ���������������� � ��¡¢£¤£�¥�¦¡��� §¤¥§�¦¡��

�¡�£.&4.(4����u�R�*,%&# +-'%#&� &"+L,�� "#)&- 5'�*!'5#$ 11S�_X*'+,% .&4&"+��!)�#L$.(4�X' � ��* "#&%%6-&%�+&# &#$ '� #�L&%(&Lw��',"+&!*&%%©!L&% ��'#'#6� )�#$#$ ',#�,#�') �'5{w�)&!&!! *(% +�R��"+ � "+ "#]�TL$&"" %!) � ,! +�X)'

L$&"" %!)�#$!*&%%+ &+#�* ) � ,! +#'+��- S�_X!�"#$ �"- �# �&"+5',�L$&"" %!) � ,! +#'L'"#�'%#$ � L#�5� ��W!* "#�'" +s� L#�5� �!)�#L$ !!$',%+$&- � - �! (%'Lw�"�L&�&(�%�#6�S"#$ ��'#'#6� sTKR�[X!)�#$! �� !L'"" L# ++�'+ !) � ,! +�S"��&L#�L&%&��%�L&#�'"!#$ ! !)�#L$ !L',%+( � �%&L +(6� - �! ©(%'Lw�"�S�_X!'�5&!##$6��!#'�!5'�� +,L +�') �+�!!��&#�'"+,��"�#$ '"©!#&# �X$ *&�"�&�&* # �!&"+L'*�'" "#!&� �� ! "# +�"X&(% S�X$ � ��* "#&%)&- 5'�*!&� �� ! "# +�"������W!!$')"s#$ # !#� !,%#!L'*�% # %6L'�� !�'"+#'#$ #$ '� #�L&%%6�� +�L# +)&- 5'�*!��:8�>88>8:88 ?8 >88 >?8 :88���������� �����

�:888:88;88<88=88

8 ?8 >88 >?8 :88���������� �������� .&4�>88>8:8@8;88 ?8 >88 >?8 :88���������� �����

�=88=8><8:;8

8 ?8 >88 >?8 :88���������� �������� .(4������[� ��* "#&%-'%#&� &"+L,�� "#)&- 5'�*!'5#$ 11S�_X*'+,% .&4ª��#�&"!�!#'�.(4./� N«POQªy3zN{Owaxs�OO�%'&+4��:8�>88>8:88 ?8 >88 >?8 :88���������� �����

�:888:88;88<88=88

8 ?8 >88 >?8 :88���������� ��������

Page 114: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������ ����� ������ ������ � �� ���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��

�������� !���!"#$%&'&()&)(%(*+%'*,-(./'.-'*$0'..1$%,.'+(2%+(&32,4*5�65�0,*-()+()7,)(.(0+),.18()$*+(/)'+$,*4$+#%+'*23'.,*()(*(4'9.((*()/1%1%+(:%�"#(2(%$/*,7+#(0,*-()+()4$+#%(-()'.)(0,::(*2'+$,*%'*2/;$2(.$*(%')(,;+.$*(2�",-'.$2'+(+#(+,&,.,/1<+#(%$:;.'+$,*'*2(=&()$:(*+'.)(%;.+%')(&)(%(*+(2'*22$%0;%%(2�>00,)2$*/+,+#()(%;.+%<+#(&)(%(*+(2%+(&32,4*5�65�0,*-()+()+,&,.,/14$+#'&#'%(3%#$7+(2'0+$-()(0+$7$()0,;.29(,*(,7+#(:,%+&),:$%$*/0'*2$2'+(%7,)#$/#3&,4()0,*-()%$,*%1%+(:%2;(+,$+%)(2;0(2%4$+0#$*/.,%%(%'*2'4$2()(/;.'+$,*)'*/(�?@A@?@��@!BCD>*2)$E'*,-$+F<>�G@/,),-<H�G�(#+.'<H�G�$**$I,-<5�J�(4H(+#,27,)!+'9$.$8'+$,*,7K$*2L,4()M(*()'+$,* %$*/'*@*()/1!+,)'/("(0#*,.,/1J�N,;)*'.,*>/),*,:1?(%(')0#<-,.�O<P!CQ<&&�C�3�R<H'1�SCS�B�D�'-'..'),<��G�#$:(*+,<A�GH;%;:(0$<!�G!'&;&&,<��G!'*+,*,0$+,<��J@.(0+),.1%()$*T�!(.73L),2;0$*/!1%+(:%�,**(0+(2+,5��$*I4$+#5(2$0'+(2L#'%(!#$7+�,*-()+()J<�*+()*'+$,*'.�,*7()(*0(,*�.('*@.(0+)$0'.L,4()<���@LU�SSV<&&�WX�3WXO<�C3�XH'1�SSV�BXD�'-'..'),<��G�(00,*$<��G�#$:(*+,<A�GH;%;:(0$<!�G!'*+,*,0$+,<��G!'&;&&,<��J>L#'%(3!#$7+A;..Y)$2/(�,*-()+()7,)+#(@*()/1H'*'/(:(*+,7@.(0+),.18()!1%+(:%J<�@@@�*+()*'+$,*'.!1:&,%$;:,*�*2;%+)$'.@.(0+),*$0%<�!�@Z�SSV<&&��WR�3�W[R<R3VN;*(�SSVBRD /')+(:(*2$'<N�N�G�%+,.'8'<\�GH,)(*,<��GH,.$*'<N�N�G];9$'G��JK$*2/(*()'+$,*%+'9$.$8'+$,*,77$=(2%&((24$*2+;)9$*(7'):%4$+##12),/(*9;77()J<CC+#�!&'*$%#3L,)+;/;(%(�,*7()(*0(,*@.(0+)$0'.@*/$*(()$*/PCC�T��@Q<&&�C3[<C3RN;.1�SS��B[D�$**$I,-<5�GT$:,E'<T�G>*2)$E'*,-$+%<>�G?,'%+,<��G�(#+.'<"�G_.1++'<H�J>*$:&),-(2$*+()7'0(0,*-()+()7,)':(2$;:3&,4()4$*23#12),/(*%1%+(:J<�SS��*+()*'+$,*'.�,*7()(*0(,*�.('*@.(0+)$0'.L,4()<&&�R�W3RX�<�3CCN;*(�SS��BWDM';+':<5�!�GY#'+<>�_�!�J>0,:&')$%,*,7%,7+3%4$+0#(25�3+,35�0,*-()+()%7,)(.(0+),.1%()'&&.$0'+$,*J<�SSW��*2$'�*+()*'+$,*'.�,*7()(*0(,*L,4()@.(0+),*$0%P���L@Z�SSWQ<&&��VR3�V�<C�3�C5(0��SSW�BVD>*2)$E'*,-$+%<>�G�$**$I,-<5�G?,'%+,<��GY.$*,-<>�G<J"#)((3.(-(.#'.739)$2/(]�!5�65�0,*-()+()7,)(.(0+),.18()$*+(/)'+$,*4$+#)(*(4'9.((*()/1%1%+(:%<J@*-$),*:(*+'*2@.(0+)$0'.@*/$*(()$*/P@@@��Q<�SCCCS+#�*+()*'+$,*'.�,*7()(*0(,*<-,.�<*,�<&&�C3R<O3CCH'1�SCC�BOD $*/a$]#'*/G!(*<L���GJ>*(4]�!&#'%(3%#$7+(2LKH5�65�0,*-()+()4$+#&;%#3&;..+1&(%1*0#),*,;%)(0+$7$()J<�'*'2$'*

�,*7()(*0(,*@.(0+)$0'.'*2�,:&;+()@*/$*(()$*/<�@@@��@�@ZSX<-,.�C<&&�X�[3X�O-,.�C<R3VH'1�SSX�B�DT,*/H',G>9;3b'#,;a<N�>�G!#$/;,�;,GY'+')%(#<��GJ](),3-,.+'/(3%4$+0#$*/P]�!Q+4,3%+'/('&&),'0#(%4$+#,;+&;+0;))(*+%#')$*/7,)RO�$*&;+5�35�0,*-()+()J<�$*(+((*+#>**;'.�@@@>&&.$(2L,4()@.(0+),*$0%�,*7()(*0('*2@=&,%$+$,*<>L@�cSR<-,.��<&&�CSVO3CSO�-,.��<�SSR�BCSD�#$;<T�N�G�$*<��K�GH,;<!���G�#(*<����GJ>%,7+%4$+0#(25�65�0,*-()+()4$+#0;))(*+32,;9.()%1*0#),*,;%)(0+$7$0'+$,*J<"#(R+#�*+()*'+$,*'.L,4()@.(0+),*$0%'*2H,+$,*�,*+),.�,*7()(*0(<�L@H�ZSR<-,.��<&&�[�W3[XC�,.��<CR3CW>;/��SSRBCCDY.$*,-<>�G�-'I#*,<��G]':');(-<��G�$**$I,-<5�GT;%(-<��J>�,-(.T$/#3�,.+'/(T'.73Y)$2/(�,*-()+()4$+#L#'%(3!#$7+(2>0+$-(?(0+$7$()J<�@@@�*+()*'+$,*'.�,*7()(*0(,*�*2;%+)$'.+(0#*,.,/1<���"Z�SC�<&&��WV3�VS<C�3�CH')0#�SC��BC�DH,$%%((-<!�G!,%#$*<_�G!'+,<!�GM':'/(<��G�'I',I'<H�GJ�,-(.%,7+30,::;+'+$,*5�35�&,4()0,*-()+()4$+##$/#37)(a;(*01+)'*%7,):()%(0,*2')1%$2(&#'%(3%#$7+(2LKH'0+$-()(0+$7$()J<�@@L),0((2$*/%3@.(0+)$0L,4()>&&.$0'+$,*%<-,.�C[C<*,�X<&&��WS3�WV<OH'1�SSR� defghijkielm)(0($-(2#$%Y�!0�'*2H�!0�+(0#*�$*(.(0+)$0'.2)$-(%'*2&,4()(.(0+),*$0%7),:"'..$** *$-()%$+1,7"(0#*,.,/1<"'..$**<@%+,*$'<$*�SS['*2�SSO<)(%&(0+$-(.1�A),:�SSO#(&;)%;(%2,0+,)'.%+;2$(%$*"'..$** *$-()%$+1,7"(0#*,.,/1�>*2)($Y.$*,-$%'?(%(')0#A(..,4$*+#(5(&')+:(*+,7@.(0+)$0'.5)$-(%'*2L,4()@.(0+),*$0%<"'..$** *$-()%$+1,7"(0#*,.,/1�T$%)(%(')0#$*+()(%+%')($*%$:;.'+$,*'*2)(%(')0#,7%4$+0#:,2(&,4()0,*-()+()%<%(:$0,*2;0+,)#('+2$%%$&'+$,*'*22$77()(*+0,,.$*/%1%+(:%� deendefgionelmipqr)(0($-(2Y�!0�'*2H�!0�2(/)((%$*(.(0+)$0'.(*/$*(()$*/7),:"'..$** *$-()%$+1,7"(0#*,.,/1<"'..$**<@%+,*$'<$*�SSW'*2�SSO<)(%&(0+$-(.1�!#($%&)(%(*+.1L#5%+;2(*+$*+#(5(&')+:(*+,7@.(0+)$0'.5)$-(%'*2L,4()@.(0+),*$0%<"'..$** *$-()%$+1,7"(0#*,.,/1�T())(%(')0#$*+()(%+%$*0.;2(%4$+0#:,2(&,4()0,*-()+()%<:,2(.$*/'*2%$:;.'+$,*,7&,4()%1%+(:%<'&&.$(22(%$/*,7&,4()0,*-()+()%'*22(-(.,&:(*+,7(*()/1%+,)'/(%1%+(:%�

Page 115: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

115

[PAPER-VI] Andrijanovitš, A.; Vinnikov, D.; Roasto, I.; Blinov, A. Three-Level Half-Bridge ZVS DC/DC Converter for Electrolyzer Integration with Renewable Energy Systems. 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC´11), Rome (Italy), IEEE, pp. 683 – 686, 2011.

Page 116: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 117: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ���������������������������������������������������� �����!����������"��#"$���%&'()*+&,-)./0�#���������1��2�����1 ��"�����$����� �������3���#��������������������"���4��������������"�������5�����"��������������������6������7289:;<�������2�"������#����=�����1��>����=���?@ABCDEBFGHIJKLKMNKNMJMOPJQIORIOSJTQLUVWKNTXMYPPLNSMPMRPTPHMRMZM[TK\MOPTQLSL[ZLOIYL[[]IJT[LPMRJPMKRT_OW aW YTOZMNPMNQTNM[MYPNT[]bMNIOPMSNLPITO_IPHNMOM_Lc[MMOMNS]J]JPM\JdGHMPTKT[TS]KNTKTJMRIJLPHNMM[MZM[OMePNL[KTIOPY[L\KMRHL[QcNIRSM_IPHLHISHQNMfeMOY]IJT[LPITOPNLOJQTN\MNLORLYeNNMOPRTec[MNNMYPIQIMNPHLPQe[QI[JL[[PHMPLNSMPJJMPc]PHMRMJISOMNJdWMJKIPMLOIOYNMLJMRYT\KTOMOPYTeOPPHMKNTKTJMRYTOZMNPMNIJZMN]JI\K[MIORMJISOLORTKMNLPITOdGHMKLKMNTeP[IOMJPHMRMJISO_IPHJMZMNL[NMYT\\MORLPITOJLORSeIRM[IOMJgLORL[JTRIJYeJJMJPHMMhKMNI\MOPL[NMJe[PJTcPLIOMRdijklmnopqnjrjlstujjrjnvkpkpwjxpyjujzwnmuk{jny|rwjn}szjzmr~jnwjnyzmrwnmuxjw�momumvkyj}}|z|jrzk�= ��� ��5�������������"��������3��#�"��������������"�������!��"���"���������������=���������"����������������#3���"�����������3�������������"���"�����������������������"���3����������������������"����"����"=��������������������"����""������"2���������"���������#����#�""���"�����"��������"���#������������2���"�������������������"��������8�=������������"2�#3��#�������������������!�"����������#������"������"��������!��������"�"��#"� �����"���������#�������������8���=�""���������#���"��"������������!������ ���#3��"���������������2���������"������"�"��#������������=���"���3��13�����"2����""�������������� �������!��������������������!����3����������������������������3��1��#���"����#���3�����"������2�������������!�����������������������!����3�����������=���������������������"��������������"����������<7������������������"��������������"<7��:�2��������"�3���:��:�������������������������������!������7���=���������3��3���������#����������#�����#3�����"����� "�����!������������������!�"�� ��������������3�����������������������"�����������������"����������!����3���"��3�������������������2�����������������"���������!����3���"��3��3��������������=��3�����3��2���!�"��3���������������3��������!��"����

��"����3������������������������������������������=��3������2���"����������"��������������������������#�����������"���#��2������������"�3�����#����������������������"���������#�������"�������33��������"=���#�������������������3#�������������"�����������3������""�"�����������������������"����������!������������"�3�""�!����������������������� =4������"������4���������� ���������"������

�������������� ��������$�#�"3������#3��""���� $�������� ������������ ������!�"������8=��������������3����""�"�������������!�"��������"�������;�����������"�"�����"������������������������"������ �33������������""������������#�6�������3��"�������3������"���#���������������������������������� ���������#����3�!��������"��2�2928:����������������������������������"���������������"=���"3�3��3��3�"�"�����������������"������"��3�������������������������������������������������������!��������"�"��#"����=��=���������������������3�������#3�������4�������!��������������#3��#����������3��#���"������������������������"��������������������"�������������2���"������"���������������������������������������=���4�����������������#3��"�����3��#��"�������"�"���"��!��3���������������������������������#3�����"#��������������3���"�������#���"������������2"����"6�����������������������������3��������"����""�����  �2������1�������������������"�����������"���#��=��������2�������������!��������������� ������������������3�����������"�����"��""��������������"��������"�������������������������"����������������������!�����������������������������������3���������������������������������"������"������������������������"���#��=

¡¢£¤¥¤¦§¦¦¤£¢£¥¤©¥¥©ª§«¬­­®§­¥¥°°° ±²³

Page 118: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���� ������� ���� �� �� ���� ���� �� �� ����� ���� ����������������������� �!� �"��#�� #����$%������#����$�&�� ������#��$��������# � ��

� �%&' ()�%&* ��&��+,-�./0+�1+2+3,.43�+,-�./0+�1+2+3,.43�+,-�./0+�1+2+3,.43�+,-�./0+�1+2+3,.43 56�#76 �40042�8/12,9�:94;</21

�������;.3#' �$�#�$��=#�& 2>+3.+3;.3#6;.3#�;.3#*? ?

�@ABCDE�FG�HIEJKLMNO�PQRPQ�SMOTEDIED�UMD�EVESIDMVWXED�AOIEBDYIAMO�NAIZ�DEOENY[VE�EOEDBW�\W\IE]\G��G� _a�HbcKPda_�PQRPQ�Qd_efbf�@df�gQbfdghif�_bjfkbd_�bZE�JDMJM\EL�SMOTEDIED�A\�TEDW�\A]JVE�AO�LE\ABO�YOL�MJEDYIAMOG�bZE�IED]AOYV�TMVIYBE�MU�IZE�EVESIDMVWXED�SMCVL�[E�\A]JVW�DEBCVYIEL�[W�IZE�LCIW�SWSVE�TYDAYIAMO�MU�IZE�IDYO\A\IMD\�lmnloG�_EBVESIAOB�VM\\E\�AO�SM]JMOEOI\p�IZE�TMVIYBE�qrs�SMCVL�[E�E\IA]YIEL�Y\� tuvv wvxtyz{ ||} ~� p������������������������������������NZEDE�q����q��A\�IZE�PQK[C\�TMVIYBE�MU�IZE�]YAO�\W\IE]��AOJCI�TMVIYBE�MU�IZE�SMOTEDIED�p���A\�IZE�LCIW�SWSVE�MU�IZE�AOTEDIED�\NAISZE\��lmnlo��YOL���A\�IZE�ICDO\�DYIAM�MU�IZE�A\MVYIAMO�IDYO\UMD]ED���������������������������������������� ��������vvu} p������������������������������������������F��NZEDE�ql��m�YOL�ql����YDE�IZE�Y]JVAICLE�TMVIYBE\�MU�IZE�JDA]YDW�YOL�\ESMOLYDW�NAOLAOB\�MU�IZE�A\MVYIAMO�IDYO\UMD]EDp�DE\JESIATEVWG�bM�TYVALYIE�IZE�JDMJM\EL�IMJMVMBW�IZE�E�JEDA]EOIYV�\EICJ�NAIZ�IZE�JMNED�DYIAOB�MU�F�a�NY\�Y\\E][VELG�dJEDYIAOB�JYDY]EIED\�YOL�SM]JMOEOI�TYVCE\�MU�IZE�E�JEDA]EOIYV�\EICJ�YDE�VA\IEL�AO�bY[VE�G��bk�g �G�dcfkb_j�ckfk� bfH�d@�b� ��cf� _bkg�Hb�c����������� ��� ��_M]AOYV�AOJCI�TMVIYBEp�q����q�� ¡¢£�e��fYIEL�TMVIYBE�MU�EVESIDMVWXEDp�qrs� ¤£�e��HNAISZAOB�UDE¥CEOSWp�¦� F£���X�QYJYSAIYOSE�MU��m�YOL���� ¢£�C@�QYJYSAIYOSE�MU��§� FF£�C@�OLCSIYOSE�MU�sm�YOL�s�� �GF�]��_M]AOYV�LCIW�SWSVE�MU�AOTEDIEDp��� £G£�bZE�E�JEDA]EOIYV�SMOTEDIED�NY\�SM]JDEZEO\ATEVW�IE\IEL�AO�LAUUEDEOI�MJEDYIAMO�SMOLAIAMO\�YOL�ZY\�\ZMNO�E�SEVVEOI�JEDUMD]YOSE�LE\JAIE�AI\�\A]JVE�\IDCSICDE�YOL�SMOIDMV�JDAOSAJVEG�O�IZE�UMVVMNAOB�\ESIAMO\�JDYSIASYV�OMTEVIAE\�AOIDMLCSEL�AO�IZE�SMOTEDIED�Y\�NEVV�Y\�\M]E�E�JEDA]EOIYV�DE\CVI\�NAVV�[E�JDE\EOIELp�YOYVWXEL�YOL�LA\SC\\ELG�

^G�©gK_cQ��kg@K�fPj �_efbf�ab��ieH�Qkck�gbh�ª«�¬­®�°±²���³�²�°�²µ�­�±�±­µ®�bZE�MJEDYIAMO�MU�Y�©gK_cQ�ZYVUK[DALBE�AOTEDIED�SYO�[E�BEOEDYVVW�LATALEL�AOIM�UMCD�MJEDYIAOB�]MLE\��INM�SMOLCSIAMO�YOL�INM�UDEENZEEVAOB�]MLE\G�bZE�UAD\I�K�IZE�JM\AIATE�SMOLCSIAMO�]MLE�K�MJEDYIE\�NZEO�lm�YOL�l��YDE�MO�YOL�l§�YOL�lo�YDE�MUUG�O�IZYI�]MLE�IZE�SCDDEOI�UVMN\�UDM]�IZE�AOJCI�YOL�IZDMCBZ�IDYO\A\IMD\�lm�YOL�l�p�IZE�A\MVYIAMO�IDYO\UMD]EDp�YOL�IZE�SYJYSAIMD���G�bZE�\ESMOL�]MLE�K�IZE�JM\AIATE�UDEENZEEVAOB�]MLE�K�NZEO�lm�YOL�lo�YDE�MUUp�l��YOL�l§�YDE�MO�YOL��¶�A\�SMOLCSIAOBG�bZA\�]MLE�A\�UMVVMNEL�[W�IZE�OEBYIATE�SMOLCSIAMO�]MLE��lm�YOL�l��YDE�MUU�YOL�l§�YOL�lo�YDE�MO��YOL�IZE�OEBYIATE�UDEENZEEVAOB�]MLE��lm�YOL�lo�YDE�MUUp�l��YOL�l§�YDE�MO�YOL��·�A\�SMOLCSIAOB�G�kO�E�JVYOYIMDW�IA]AOB�LAYBDY]�MU�IZE�AOTEDIED�\NAISZE\�YOL�IZE�DE\CVIAOB�JDA]YDW�NAOLAOB�TMVIYBE�MU�IZE�A\MVYIAMO�IDYO\UMD]ED�YDE�JDE\EOIEL�AO�@ABG�©G�#'�#3'#�#6#*

.¹º

»¼��½¾¿�À ºººÀ º #3'�� �½¾¿�»¼��½¾¿� �@ABCDE�©G�jEOEDYVAXEL�IA]AOB�LAYBDY]�MU�IDYO\A\IMD\�lmGGGlo�MU�©gK_cQ�ZYVUK[DALBE�AOTEDIED�YOL�IZE�DE\CVIAOB�JDA]YDW�NAOLAOB�TMVIYBE�YOL�SCDDEOI�MU�IZE�A\MVYIAMO�IDYO\UMD]EDG�HAOSE�IZE�©gK_cQ�ZYVUK[DALBE�AOTEDIED�ZY\�UMCD�IDYO\A\IMD\p�UMCD�AOLEJEOLEOI�ca��SZYOOEV\�YDE�YV\M�DE¥CADELp�NZASZ�AOSDEY\E�IZE�SM]JVE�AIW�MU�IZE�SMOIDMV�JDMBDY]�YOL�VMYL�IZE�SMOIDMVVEDG�k�OEN�SMOSEJI�IZYI�C\E\�ZYDLNYDE�[Y\EL�\ABOYV�]CVIAJVASYIAMO�SADSCAI�NY\�JDMJM\EL�AO�IZE�SCDDEOI�DE\EYDSZ�JDMÁESIG��W�C\E�MU�IZA\�]EIZMLp�MOVW�INM�AOLEJEOLEOI�ca��SZYOOEV\��ÂÃÄm�YOL�ÂÃÄ�p�@ABG�F��YDE�OEELELG�bZE�SMOIDMV�A\�]YLE�TEDW�EY\W��MCIED�IDYO\A\IMD\�lm�YOL�lo�YDE�SMOIDMVVEL�LADESIVW�UDM]�IZE�ca��BEOEDYIMD\�MU�Y�]ASDMSMOIDMVVEDp�NZAVE�

ÅÆÇ

Page 119: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������� ������ ������������������������������������������������������������� �������������������� ����������������������� ������������������ ��� ��!��� ��"��������������#$�%�&'(�)'�(*+�����������������,��������,������������� ����-./�01�-./��1�-./��1�-./�2!� ���������������� ��� ����3��.4��5����6!�� ���������� ������������3����7$���� ����,����������������5����'8��� 9:;9:<=>=?@AB;@ABC DEFGEF�HDEFGEF�I=C :=; JKK DEFGEF9LGEF 9:CM NOPCNOP; ������������� !������������������������������������������������������������!�5��,���'��#3���3�������� ����3������� �����������Q3������������� !� �������33������� �����R������,�����!������� ����3����,����5����'8!����������������������� � ������33������� ��1���� ����� ,���������3������� ������������*�#��3� ���#��������������,��������S,�������������������33������� �����R������,���� ��������,��1� ����������5����'T�������� ������ �����UVW0X�UVW�!����R����YZ[[Z\�]_\a�bcad�ecd�fghaa�iZb\j�kd]]eZk]�lm0� ���m�!��������������,��,������"�����,�����3���������������������� �� ��,������, ������n����������5����o1�����,��,������ ��������������������������������������� ��� ������ ���3����������� ������3���,�1�����,��,������ ������3� �,���������������������������� R��n���1����������������3�������������� R����� ������3������ ������� ���������p�����,��,��,���������,���������������������� �������������#���������������������%������,�� � ����������� �����3������3 ��1���� � ��������� ���qr�����3� �,�����������,������ ���qsrtuqv������������������������%� ���,�������� ������, �������uw�xyzV/Vy.�{V/|t}|~.8WV����.-z�yW�|����tU�r�z8~�tT/�4WV��y}V/.V/�������������������������3������5����6!�������������6�%��$� ��%�����������������������"���%���� �������������� ����� �������������,�� ��� ������� ���3���������5������� ����!������,�����������������������Q����� ��������� ������� �����3�����,��� ������ ������������ R ������,� ��������������� �������� ����3���3���3��������,�������3 ������ �������3������������,����"������� R �����������n���1�5������� ���������� �� �������� ��������� ��� � ����,��%���1�������,���������3 �R �����,��%������������(������1����,��������� R ������,� ������������� ������� �����3������������������o)%')������ ����������,���������������,������"���%���� ���"���%,���������������������������� ������������ ���������5��,��������Q����� ���������,������ ����������0� ����2����6�%��$� ��%������������������,�������s�)�'!��

�5��,��������Q����� ���������������� ������������ ���������6�%��$� ��%������������������,�������s�)�'!��#���#Q �n�# ���7n�Q5 7�*7�n���$�77*���� ���*7�7*$�#5#*7���w�x�|~8.�|y�./8y��|/�V/�������� ������� �����3��������S,������������� ���3 �������������������3 ��� �������� ���� ������������������� ������� ����������������� �� ������� �����������������$%���R���� �7*Q� ��������������"����������������,����� �������������� ������� �����3����,�����������������3���!� ���������p�������������������� ������ �� ¡¢£¤¥¦§¦§ ¢¢¤¢¢¨ ����o�R�������������� �����3��� ���3���������������©��� ������������,����������*�$ Q��#ª6��)'�6)���������������V�«')�33o1�¬V�­®°®±6�336!� ��� ��o'��,��������6��)�o33����"���������������3 ��� �������,���������������������� ���')�)�'33������������� ������������������3��� ������ ��� ���,������� �����3�������������������� �����3��� ����������������5����&��� �� ����������� !��������������������������������������������������������������!�5��,���&��*�����3��� ������ ��� ���,������� �����3������������ ������� �����3��p����3 ���� !� �������� �����!����������uw�m�²²~V�-³//Vy.�-8~-V~~8.�|y�V��V-.�|��rsm�����3����������������������������������� ��������������� �������������3���3�������,��������,���������������5����o!�����3 ���������3��������,��%�����������������5�7!�� ������������������������� ������������������������������� �������1���� ��� ,���������������,�������������� �����3�������� ����������� ������� �������,���������������������������������� ,����������,������ ��������������,����������������� � ��%������������������,� ���� ���������3 ������������������������������������ µ �  ¶· ¤¢   �¸ ���� ¹�º�� 1��������������������������������6!������q»���������,��,������ ��1�s��������,������1�x�����������,�����������,�����1� ������������������������S,������9¼½¾C�¿CÀHÁÂÃÄÅ�J¼½¾C����������¿;ÆÀÇÅ� 9¼½¾;�¿CÀHÁÂÃÄÅ�J¼½¾;����������¿CÈÉÇÅ�

J:Ê��¿CÀÀÇÁÂÃÄÅ�9:��¿ÉHÁÂÃÄÅ�ËÇÌ�@ÍÎO½�ÏÍÐÐOÐ� ¼E½LÑÍÒÒ��ÏÍÐÐOÐ�

J:Ê��¿CÀÀÇÁÂÃÄÅ�9:��¿ÉHÁÂÃÄÅ�ËÇÌ�@ÍÎO½�ÏÍÐÐOÐ� ¼E½LÑÍÒÒ��ÏÍÐÐOÐ�

ÓÔÕ

Page 120: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������������ ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������!����������������"�����������������������������#������������������������$%&����'(��(���'��������������������������$�')������������������������"����*��"��+,-������������������������.�/��"���0/���($11������*2345�+���$��624$1�+���$������"���$78�9���-��: 4:!4;9��������������������������%+71�$����<���������������������������������������������������������������������*=>�����=?-������7������������������������������������������������������"���������������"���������������������������������������������"��+@��<��'��������"��������"����������������������������������"��*AB1�C9-������������"������������������"������"���������������������������������������������������������8�89�����8�;���������������������������������������������"����������������������������������������������"�����������������������������������������0�������D����������������"������������������������������������������������������������������������������������/������������'������������������������������������������������������������������������������*�������������������"��������-����������������������������������������������������������"������������������������*��"��+@-���� �����������������������������*�-�������������������������������������������������������*�-���"����+������������$�')������������������*�-��������������������������������������������������������"���������������"����������������*�-��<��������������������������������������������������������������E�������������������������������������"��������"�������������������������������������������������������������������"�����"�����������F88G����������������������������������������������������������������������������������������������� H�� �IJ�KLM�IJM�<���������������������"�����������������������(�������N��������������������������E�������"�������������������������"��������<�����"������������������������������������������������"�����������������������<��������������������"�������7������������������������������������������<������(����������������������������*;K(JO�-����(����"�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������'��"������"���������������������������������������������������(�����������"���������<��������������������������P <����������������������������"�������������������������������������������������"�������"�������������������������������/������������;K(JO�����(����"�������������"���������������������O)/��������������������

���������������������������������QHM�����������������������������������������E��"���������������������������������<������������������������������"��������������������������������������������������������������������������������������������������<��'�������������������������������������������"��������"���������������������������*�����������-���������������������������"����������������������������������������������"����������������������������<���������������"�������������������������C%&������7�����������������������������������������������������������������������������������"���������0�RJI)KS�P/SJ<�<������������'��������������������S�������/����������S��������������������*O��#����M�189118T88-��S�������M������������������*P�����S<�+%;+-��S�������0�������������������*���#����U���������M��������S���"������P���������"�(VVWXY��S�S�SJ�SM�F8G�Z[\]_[abcde�ZYf�gha]abe�iYf�jklcme�iYf�n[[oabe�pY�qrks�ikcla\�����M������E���������)����O�����P����������L��"����S���"��M����"��<������"�t��u����������0"��������������������+��*M8-������8$($9��/���$181��F$G��������������v������������v�/��������M�v�M����������v�M���������������tS���������������$�M���(O�������"�M���������������������K��'���������������O���M�������������t������������������������������wmk[�gmkxc]xm�yask]e�Vwwgy�z{||}e�~~Y���{(T;+��$8($;�/���$115��F;G��������������v����������H�v������������v�/��������M�v�M��������������v�M�����������t0�O��(M��������� ���"�������������������S���"��/���"���������S��������E���M����t���SSS���������������M��������a[�V[\��c]m�gmkxc]a[x�e�V�Vg�{||}e�~~Y�{���($T%9��9(5�u����$115��F9G�L"������������u�u�v�I����E�����v�/�������H�v�/�������u�u�v�Q����v����t)����"����������������E�����������7����������������������������������"���������t��88���M����(O����"������������������S����������S�"�������"�*88��K�S-������8(%��8(9�u����$11C��F%G�M�����M���v�M����O�R�v�R����'��� ��t0������������������"������"�������������������������������������������������t��$11+��SSS�O���������S���"��M�������P�������/�����"�(���������������������������S����������S���"��������$8���������������8(+��$1($9�u����$11+��FTG�J�"����R�v�����������tS���"������"��������������������"������������������������������"��������*��O�$-��������������t��$11C��SSS�S����������O�������S���"�������������*SOS�-�����8(T��$$($;�I����$11C��F5G������M�M�v�<��"��R�u�v�H����"���������/�v�J"������<����tS���"������"���������������������"��������������t��$11+��SSS�O���������S���"��M�������P�������/�����"�(���������������������������S����������S���"��������$8���������������8(+��$1($9�u����$11+��F+G�M��������O��M������u��M���������������t0��I�����������M��������K��"(<�����������S���"��M����"�������������O�����M�����0����������t���������������������������I������������S���"�������O�������������*���SO��1+-��T�����$11+��FCG�H����'������v������#�����v�0����#��������0�v����������v�K������<�v�R�������/��t0�������������������������������������������(����������(����"�������t��$11C�����������������������������������S����������O���������9$T(9;$��C(88�u����$11C��F81G�P���������M�v� ����0�R�M��t0�����������������(���������(��(����������������������������������������t��$11T������������������������������������O�����S�����������VVwyg�{||�X������$59($5C��8C($8������$11T��F88G�u����M��v�)�����R���v�/��������H��t0������������������(��������������������������"��������"�����t��M����������0�������SSS�0�������O�����S�������������������������S7��������*0OS��$11$-�������$������+;8(+;5��$11$���

������������������������������������������ �����������������������������

� �

Page 121: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

121

[PAPER-VII] Vinnikov, D.; Husev, O.; Andrijanovitš, A.; Roasto, I. New

High-Gain Step-up DC/DC Converter for a Fuel Cell Interfacing in Hydrogen Buffer. Технiчна електродинамiка, pp. 93 – 100, 2011.

Page 122: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 123: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ���� � ��������������� ����������������������������������������������������������������������������� �

!"#�$%&$'&(%!�)*"+',+�-./-.�.0!1"2*"2�302�(�3,"4�."44�%!*"23(.%!&�%!�$5-20&"!�6,33"2��789:;9�<9==9>?@AB�CDE>FG=H;�IJFE@ABKB�L==G�L=H;9MG=?@9:NAB�O=H;E>�P?GF:?A�A7EQG;:8E=:�?R�SDET:;9TGD�7;9@EF�G=H�U?VE;�SDET:;?=9TF�WGDD9==�X=9@E;F9:Y�?R�WETZ=?D?[Y�SZ9:GMG:E�F:;\�]B�A�_B�WGDD9==B�SF:?=9G�WED\�ab cKd��K� c]B�RGe\�ab cKd��K� cAB�Ef8G9Dg�H89:;9\@9==9>?@h9EEE\?;[�K7EQG;:8E=:�?R�O=HJF:;9GD�SDET:;?=9TF�iZE;=9Z9@�j:G:E�WETZ=?D?[9TGD�X=9@E;F9:Y��jZE@TZE=>?�F:;\��]B�AkKcB�iZE;=9Z9@B�X>;G9=E�WED\�ab _�kKKd� A�]B�RGeg�ab _�kKKd� kKkkB�Ef8G9Dg�[FR>9hJ>;\=E:��lmmnopqrs�t�u�vwxxyz�{|w|}~���~v{|w��~x�xy��z��y���w���z�-./-.���~y��w�y�w|~�}�{��w�}�wx��~{�yz���y����~z����~vxw�xw�~xx�z�v����w�y|�����{�{|~�~��y�y�xy���~�����{|y�x��y����|wx���xw�y{xy�~�|y����x�����~�~x|y�����~v�y�~xxw��|y�y�y����{y{|y�|������w��'���~vwx{xy�y��x�~�|y�w���y���w��~�y�|�wx{�y��w|y�w����������|~�������{wxw�{�{|~�w����w��~x�����y�w�wxw�y��w{|}��{|yz���y{|����~y��w�y�w|~�����~���}|w|���yv~���y�wx�������{�~���~x|y���yv|�~��vw�|����~�|��xy{|}�xy�yz�|y�y�y������������� ��¡�n�p�t���w��'���~vwx{x�z��x�~�|y���|y����x�~���~�~x|���|�wx{�y��w|y����������|~�}���{|yz���y{|}��� O¢WPC7XiWOC¢�O=�;ETE=:�YEG;FB�98QDE8E=:G:9?=�?R�ZYH;?[E=f£GFEH�D?=[f:E;8�E=E;[Y�F:?;G[EF�9=�G�;E=EVG£DE�E=E;[Y�FYF:E8�aPSjd�ZGF�G::;GT:EH�8JTZ�G::E=:9?=�¤Afk¥\�SFFE=:9GD�EDE8E=:F�?R�FJTZ�G�ZYH;?[E=�£JRRE;�aI¦d�T?8Q;9FE�G=�EDET:;?DY§E;B�G�ZYH;?[E=�F:?;G[E�FYF:E8�G=H�G�RJED�TEDD�a9[\�Ad\�CJ:F9HE�QEG>�QE;9?HFB�EeTEFF�EDET:;9T9:Y�?R�G�PSj�V?JDH�£E�T?=@E;:EH�:?�ZYH;?[E=�£Y�ZEDQ�?R�G=�EDET:;?DY§E;�G=H�HJ;9=[�:ZE�QEG>�HE8G=HF�VZE=�8?;E�Q?VE;�9F�=EEHEHB�ZYH;?[E=�T?JDH�£E�T?=@E;:EH�:?�EDET:;9T9:Y�£Y�ZEDQ�?R�G�RJED�TEDD\� ©G:E;� :?� ZYH;?[E=� T?=@E;F9?=�ERR9T9E=TY�9F�G@E;G[EH�G:�]�ª�G=H�RJED�TEDD�T?=@E;F9?=�ERR9T9E=TY�9F� ]fc�ªB�VZ9TZ�Y9EDHF�G=�?@E;GDD�ERR9T9E=TY�?R�:ZE�ZYH;?[E=�£JRRE;�G:�Kfkª�¤]fc¥\��W?�GTZ9E@E�Q;?QE;�@?D:G[E�8G:TZ9=[�:ZE�8G9=�T?8Q?=E=:F�?R�:ZE�I¦�FZ?JDH�£E�T?==ET:EH�:?�:ZE�7if£JF�?R�:ZE�PSj�@9G�H9RRE;E=:�Q?VE;�EDET:;?=9T�T?=@E;:E;Fg�:ZE�EDET:;?DY§E;�9F�9=:E;RGTEH�£Y�ZEDQ�?R�G�F:EQfH?V=�7i«7i�T?=@E;:E;B�VZ9DE�:ZE�RJED�TEDD�9F�T?==ET:EH�£Y�ZEDQ�?R�G�F:EQfJQ�7i«7i�T?=@E;:E;\�

WYQ9TGDDYB�:ZEFE�T?=@E;:E;F�ZG@E�G�Z9[ZfR;E¬JE=TY�@?D:G[E�8G:TZ9=[�:;G=FR?;8E;B�VZ9TZ�T?JDH�GDF?�QE;R?;8�:ZE�RJ=T:9?=�?R�[GD@G=9T�9F?DG:9?=�HE8G=HEH�9=�F?8E�GQQD9TG:9?=F\�WZE�8G9=�:;E=H�9=�:ETZ=?D?[Y�HE@ED?Q8E=:�ZE;E�9F�:?�;EHJTE�:ZE�Q?VE;�D?FFEF�9=�:ZE�9=:E;RGTE�T?=@E;:E;F�:?�?£:G9=�:ZE�Z9[ZEF:�Q?FF9£DE�E=E;[Y�ERR9T9E=TY�?R�:ZE�I¦\���9[\�A�WZ9F�QGQE;�Q;EFE=:F�G�=EV�Z9[Zf[G9=�F:EQfJQ�7i«7i�T?=@E;:E;�R?;�RJED�TEDD�9=:E;RGT9=[�9=�G�ZYH;?[E=�£JRRE;\�WZE�:?Q?D?[Y�Q;?Q?FEH�a9[\�Kd�T?=:G9=F�:ZE�8?H9R9EH�F9=E�VG@E�¬JGF9f­fF?J;TE�9=@E;:E;�

Page 124: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������������������������������������������������������������� ����� ���������������� ���� ������� � ���

!"#$%&�'(�()*�+,-.*/(*/�0-12(�304*5�'�)06)78/*"2*-+9�3(*1721�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�'-4�'�.,:('6*�4,2<:*/�/*+(080*/�!=>?&@�%-�+,-(/'3(�(,�*'/:0*/�1/*3*-(*4�(,1,:,60*35�()*�-,.*:�+,-.*/(*/�1/,.04*3�32+)�'4.'-('6*3�'3�0-+/*'3*4�/*:0'<0:0(95�'-�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�A0()�'�/*42+*4�(2/-3�/'(0,�'-4�/*42+*4�0;1'+(�,-�()*�82*:�+*::�42*�(,�+,-(0-2,23�0-12(�+2//*-(@��BCDC?EF�GHC?EI%DB�H?%DJ%HFC�I)*�+*-(/':�04*'�0;1:*;*-(*4�0-�()*�1/,1,3*4�+,-.*/(*/�03�(,�K**1�()*�0-(*/;*40'(*�>J�:0-K�.,:('6*�!LMN&�+,-3('-(�4*310(*�.'/0'(0,-3�0-�()*�82*:�+*::�.,:('6*�LON@�P9�K**10-6�()*�LMN�+,-3('-(�()*�HQR�0-.*/(*/�+,2:4�<*�,1*/'(*4�A0()�'�80S*4�42(9�+9+:*5�()23�*-32/0-6�+,-3('-(�.,:(73*+,-4�'-4�8:2S�3A0-6�,8�()*�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�TUV@��I)*�;'0-�'4.'-('6*�,8�()*�"#$%�0;1:*;*-(*4�0-�()*�0-12(�3('6*�,8�()*�>JW>J�+,-.*/(*/�03�()'(�0(�+'-�<,,3(�()*�0-12(�.,:('6*�42/0-6�31*+0':�3),,(7()/,26)�,1*/'(0-6�3('(*3�,8�()*�HQR�0-.*/(*/@�>2/0-6�()*�3),,(7()/,26)�3('(*3�()*�1/0;'/9�A0-40-6�,8�()*�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�03�3),/(*4�()/,26)�'::�3A0(+)*3�,8�<,()�1)'3*�:*63�,8�()*�0-.*/(*/�!X06@�YZ5�3A0(+)0-6�3*"2*-+*�[&@�I)*�1'330.*�"#$7-*(A,/K�;'K*3�()*�3),,(7()/,26)�3('(*3�1,330<:*5�*88*+(0.*:9�1/,(*+(0-6�()*�+0/+20(�8/,;�4';'6*@�R,/*,.*/5�()*�3),,(7()/,26)�3('(*3�'/*�23*4�(,�3(,/*�()*�;'6-*(0+�*-*/69�0-�()*�0-42+(,/3�\��'-4�\ �A0(),2(�3),/(7+0/+20(0-6�+'1'+0(,/3�N��'-4�N @�I)*�3(,/*4�;'6-*(0+�*-*/69�0-�(2/-�1/,.04*3�()*�<,,3(�,8�.,:('6*�3**-�,-�()*�0-.*/(*/�,2(12(�42/0-6�()*�'+(0.*�3('(*3�,8�()*�0-.*/(*/�!X06@�YZ5�3A0(+)0-6�3*"2*-+*3�]�'-4� &@�I)235�<9�'4_23(0-6�()*�3),,(7()/,26)�42(9�+9+:*�M��,8�()*�0-.*/(*/�3A0(+)*3��a b�()*�LMN�+,2:4�<*�1/*/*62:'(*4�(,�3,;*�4*30/*4�.,:('6*�:*.*:�!(910+'::95�()03�:*.*:�*"2':3�()*�,1*-�+*::�.,:('6*�,8�()*�XJ&�4*310(*�.'/0'(0,-3�0-�()*�XJ�.,:('6*�A0()�'�:,'4@�E8(*/�()*�1/*/*62:'(0,-� ,8� LMN� ()*� 03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�c�03�<*0-6�3211:0*4�8/,;�()*�0-.*/(*/�A0()�'�.,:('6*�,8�+,-3('-(�';1:0(24*�'-4�42(9�+9+:*@�

I)*�1/,1,3*4�1)'3*�3)08(�;,42:'(0,-�!H$R&�+,-(/,:�1/0-+01:*�,8�()*�;,4080*4�30-*�A'.*�"#$%�03�1/*3*-(*4�0-�X06@�Yd@�%(�03�3**-�()'(�()*�3A0(+)0-6�1*/0,4�+,-303(3�,8�()/**�3('(*3e�'+(0.*5�f*/,�'-4�3),,(7()/,26)����������������� g�h iii` jjk 5������������������������!l&�A)*/*�ih5�i��'-4�ig�'/*�()*�42/'(0,-3�,8�()*�'+(0.*5�3),,(7()/,26)�'-4�f*/,�3('(*35�+,//*31,-40-6:9@�%-�()*�'+(0.*�3('(*�,-:9�,-*�3A0(+)�0-�*'+)�1)'3*�:*6�+,-42+(3�!X06@�YZ5�3A0(+)0-6�3*"2*-+*3�m�'-4� &@�%-�()*�f*/,�3('(*�()*�1/0;'/9�A0-40-6�,8�()*�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�03�3),/(*4�()/,26)�*0()*/�()*�(,17�,/�<,((,;7304*�0-.*/(*/�3A0(+)*3�!X06@�YZ5�3A0(+)0-6�3*"2*-+*3�n�'-4�o&@�%(�03�3**-�8/,;�X06@�Y�()'(�0-�()*�1/,1,3*4�+,-(/,:�;*(),4�()*�3),,(7()/,26)�3('(*3�'/*�6*-*/'(*4�42/0-6�f*/,�3('(*3@�I,�1/,.04*�'�32880+0*-(�/*62:'(0,-�;'/60-5�()*�f*/,�3('(*�(0;*�ig�3),2:4�':A'93�*S+**4�()*�;'S0;2;�42/'(0,-�,8�()*�3),,(7()/,26)�3('(*3�1*/�,-*�3A0(+)0-6�1*/0,4@�R,/*,.*/5�()*�f*/,�'-4�3),,(7()/,26)�3('(*3�'/*�31/*'4�,.*/�()*�3A0(+)0-6�1*/0,4�3,�()'(�()*�-2;<*/�,8�)06)*/�)'/;,-0+3�0-�()*�(/'-38,/;*/�1/0;'/9�+,2:4�<*�/*42+*4@�I,�/*42+*�3A0(+)0-6�:,33*3�,8�()*�(/'-303(,/35�()*�-2;<*/�,8�3),,(7()/,26)�3('(*3�1*/�1*/0,4�A'3�:0;0(*4�<9�(A,@�R,/*,.*/5�0-�,/4*/�(,�4*+/*'3*�()*�+,-42+(0,-�:,33*3�,8�()*�(/'-303(,/35�3),,(7()/,26)�+2//*-(�03�403(/0<2(*4�<*(A**-�<,()�0-.*/(*/�:*63�T�V@��I,�/*42+*�()*�(2/-3�/'(0,�,8�()*�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/�'�.,:('6*�4,2<:*/�/*+(080*/�!=>?&�A'3�0;1:*;*-(*4�,-�()*�3*+,-4'/9�304*�,8�()*�+,-.*/(*/@�>2/0-6�()*�1,30(0.*�)':8�+9+:*5�()*�+'1'+0(,/�Np�03�+)'/6*4�()/,26)�()*�40,4*�M �(,�()*�1*'K�3*+,-4'/9�.,:('6*�,8�()*�03,:'(0,-�(/'-38,/;*/@�>2/0-6�()*�-*6'(0.*�)':8�+9+:*�()*�+'1'+0(,/�Nb�03�+)'/6*4�()/,26)�()*�40,4*�Mp@�E(�*.*/9�(0;*�0-3('-(�()*�,2(12(�.,:('6*�!LMN &�8/,;�()03�+0/+20(�A0::�<*�()*�32;�,8�()*�(A,�+'1'+0(,/�.,:('6*3�,/�(A0+*�()*�1*'K�.,:('6*�!Lcqrst&�,8�()*�3*+,-4'/9� A0-40-6� ,8� ()*� 03,:'(0,-�(/'-38,/;*/e�� ������������� 3*+5u u cMN LL vk @���������������!u&�

Page 125: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ���� � ��������������� ����������������������������������������������������������������������������� �

�!"#$�%��&'(�)*+,-�+.)"/�0�/1�.,�"-/2.)"/,�)+.,-1/+3(+�"-�4(1",(4�.-�)'(�+(2.)"/,�/1�)'(�5+"3.+6�.,4�)'(�-(7/,4.+6�8",4",#�9/2).#(-:������������������� %%-(7;; <=<=>?@A>? BBBB0 CC ;� �DEF�8'(+(�B>?G@A�"-�)'(�5+"3.+6�8",4",#�9/2).#(;�B>?GHIJ�"-�)'(�-(7/,4.+6�8",4",#�9/2).#(;�B<=�"-�)'(�",)(+3(4".)(�KL�2",M�9/2).#(;�B<=��"-�)'(�.9(+.#(�/*)5*)�9/2).#(�/1�)'(�7/,9(+)(+$�N(#2(7)",#�2/--(-�",�)'(�7/35/,(,)-;�)'(�",)(+3(4".)(�KL�2",M�9/2).#(�/1�)'(�OPQ�KLRKL�7/,9(+)(+�7/*24�S(�+(#*2.)(4�-"3526�S6�)'(�9.+".)"/,�/1�.�-'//)T)'+/*#'�4*)6�7672(�<�:�������������������� �U=<= <BB %V VWXC ;� DYF�8'(+(�BU=��"-�)'(�/5(+.)",#�9/2).#(�/1�)'(�1*(2�7(22�.,4�<��"-�)'(�-'//)T)'+/*#'�4*)6�7672($�Z'(�/*)5*)�9/2).#(�/1�)'(�7/,9(+)(+�/5(+.)",#�",�)'(�-'//)T)'+/*#'�3/4(�7/*24�S(�(-)"3.)(4�.-������������������� [[\]^_ XWXXC �U=<= <0BB %V V%% $���������D F�Q&abcdc&e�faghcN�aNK�LifjkNQa&ciN�diij�KkQchN�Q",7(�)'(�5+/5/-(4�7/,9(+)(+�"-�.�'"#'(+T/+4(+�-6-)(3;�)'(�-).S"2")6�7+")(+".�.+(�.,�

"35/+).,)�"--*($�a�#//4�3()'/4�)/�)(-)�-6-)(3�-).S"2")6�.,4�46,.3"7�S('.9"/*+�"-�)'(�)+.,-"(,)�+(-5/,-(�.,.26-"-$��&'(�3.",�).-M�/1�)'(�5+/5/-(4�)/5/2/#6�"-�)/�(,-*+(�-).S2(�/*)5*)�9/2).#(�4(-5")(�/1�)'(�1*(2�7(22�9/2).#(�/+�7/,9(+)(+�2/.4�7'.,#(-$�c,�)'"-�7.-(�S/)'�)'(�-).)"7�(++/+�",�)'(�-)(.46T-).)(�3/4(�.,4�)'(�46,.3"7-�/1�)'(�)+.,-"(,)�5+/7(--�.+(�"35/+).,)$�&/�(9.2*.)(�)'(�46,.3"7�S('.9"/+�/1�)'(�7/,9(+)(+�")�"-�,(7(--.+6�)/�4()(+3",(�")-�)+.,-1(+�1*,7)"/,-$��!"#$�%�-'/8-�.�7/,)+/2�-6-)(3�)'.)�4()(+3",(-�)'(�-).)(�/1�)'(�",9(+)(+$�&'(�/*)5*)�9/2).#(�/1�)'(�7/,9(+)(+�"-�7/35.+(4�8")'�)'(�+(1(+(,7(�9/2).#(�.,4�)'(�+(-*2)",#�(++/+�"-�-(,)�)/�)'(�",5*)�/1�)'(�jc�+(#*2.)/+$�&'(�+(#*2.)/+�/*)5*)�4()(+3",(-�)'(�-'//)T)'+/*#'�4*)6�7672(�<�$��K(5(,4",#�/,�)'(�12*7)*.)"/,-�/1�)'(�",5*)�9/2).#(�)'(�-'//)T)'+/*#'�4*)6�7672(�"-�7'.,#",#$�&'.)�4()(+3",(-�)'(�#.",�1.7)/+�/1�)'(�7/,9(+)(+$�!/+�(l.352(;�8")'�.�4(7+(.-(�",�)'(�/*)5*)�9/2).#(�)'(�(++/+�-"#,.2�",7+(.-(-;�8'"7'�2(.4-�)/�.,�",7+(.-(�",�)'(�-'//)T)'+/*#'�4*)6�7672($�&'(�#.",�/1�)'(�7/,9(+)(+�",7+(.-(-�.,4;�.-�.�+(-*2);�9/2).#(�/,�)'(�/*)5*)�#+/8-$��&'(�.S"2")6�)/�7/35(,-.)(�S/)'�)'(�",5*)�9/2).#(�.,4�)'(�2/.4�9.+".)"/,-�"-�.�9(+6�"35/+).,)�46,.3"7�5.+.3()(+�/1�)'(�7/,)+/2�-6-)(3$��

Page 126: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������������������������������������������������������������� ����� ���������������� ���� ������� � ���

�!"#�������������������������������������������������������������������������������������!$#�%&'(�)�*"+,-�./�01"02�&0�&+�3.++&$4,�0.�35.3.+,�+,6,5"4�"335."71,+�.8�01,�7./05.4�+9+0,:(�;/-,5�"�+05&70�"335."71�&0�&+�/,7,++"59�0.�7./+&-,5�$.01�01,�<=�"/-�01,�>=�7.:3./,/0+�.8�01,�.?03?0�6.40"',(�@1,�+A&071&/'�3,5&.-�.8�01,�7./6,50,5�-,0,5:&/,+�01,�5&334,�.8�01,�.?03?0�6.40"',(�@.�"/"49B,�01,�+0"$&4&09�.8�01,�+9+0,:�-?5&/'�01,�-&+0?5$"/7,+�A&01�5,+3,70�0.�01,�4."-�.5�0.�01,�&/3?0�6.40"',�&0�&+�+?88&7&,/0�0.�7./+&-,5�./49�01,�>=�7.:3./,/0(�@"C&/'�&/0.�"77.?/0�01,�-&+75,0&./�.8�01,�7./6,50,52�01,�+05?70?5,�.8�"�74.+,-D7974,�7./05.4�+9+0,:�&+�+1.A/�&/�%&'(�EF(�G1,5,�01,�&/6,50,52�05"/+8.5:,52�5,70&8&,5�"/-�5,+&+0"/7,�4."-�7"/�$,�5,35,+,/0,-�"+�01,�?/&0,-�7./0&/?.?+�4&/,"5�3"50�!=HI#2�01"0�'"&/�8"70.5�&+�,J?"4�0.�KLLM NONOP QQRR (� ��������!�#�@1,�05"/+8,5�8?/70&./�.8�01,�5,'?4"0.5�&/�01,�SD+3"7,T�SMM UU� VWR XY 2�� ��������!Z#�A1,5,�MU�&+�01,�35.3.50&./"4�'"&/2�X�&+�01,�0&:,�7./+0"/0(�[0�&+�,6&-,/0�85.:�\J(�!E#�01"0�01,�05"/+8,5�8?/70&./�.8�01,�J]�7./6,50,5�!L_O abKcd#�1"+�"�+?$+0"/0&"449�/./4&/,"5�/"0?5,�!%&'(�Ee#(�@"C&/'�&/0.�"77.?/0�01,�"$.6,2�&0�&+�3.++&$4,�0.�7.:3.+,�"�$4.7C�-&"'5":�.8�01,�+9+0,:�.8�"?0.:"0&7�7./05.4�$.01�./�01,�7./05.4�"/-�./�01,�-&+0?5$"/7,�!%&'(�Ea#(�@1,�$"+&7�0"+C�&/�01,�-,0,5:&/"0&./�.8�05"/+8,5� 8?/70&./+� 85.:� 7./05.4� "/-�-&+0?5$"/7,�5,+3,70&6,49�&+�5,-?7,-�0.�01,�4&/,"5&B"0&./�.8�01,�05"/+8,5�8?/70&./�.8�01,�J]�"/-�01,�-,0,5:&/"0&./�.8�&0+�-9/":&7�35.3,50&,+(�[0�&+�C/.A/�85.:�01,�01,.59�.8�01,�$..+0�7./6,50,5+�01"0�01,9�7.?4-�A.5C�&/�01,�/"55.A�5"/',�.8�01,�N��6"4?,(�>?,�0.�4.++,+�&/�01,�7.:3./,/0+�01,�,f3,5&:,/0"4�05"/+8,5�8?/70&./�+&'/&8&7"/049�-&88,5+�85.:�01"0�01,.5,0&7"449�35,-&70,-�!%&'(�Ee#(�

Page 127: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ���� � ��������������� ����������������������������������������������������������������������������� �

!"#$

%&'()*+#,-. /01�23423�3-56(.,(. &56(.,(. 7-#89.#5:;-.<(. '(=,>;>(.2: ?@ABCD(.. ?@AD:(,?EA?@A

FGBH FGH 2:"I$ JK!L4MD:(, D(.. 2: ?@A JN ?@ABC "=$! C?EA?EA 37%

OPQR�S�TU�VWX�UYZPU[\�][VPUQ�VWX�WYYV_VW]YQW�aVb�cbc\X�P�X\XcVXa�UYV�ZY]X�VW[U�dRefR�gb�VWP�][UQX�Xhi]XPYU�jSk�c[U�lX�]Xi\[cXa�mPVW�VWX�\PUX[]�aXiXUaXUcXn�������� �opqp qrr sstu v�� � jwk�mWX]X�u�P�VWX�\PUP[]PVb�cYPxxPcPXUVR�yYUXzXUV\bv�VWX�V][UxX]�xUcVPYU�Yx�VWX�z{|�mPVWYV�cYUPaX][VPYU�Yx�VWX�abU[ZPc�i]YiX]VPX�Yx�VWX�cYU}X]VX]�c[U�lX�i]XXUVXa�PU�VWX�xY]Zn� op~�� r� stu R�� � j�k�TV�WY\a�lX�UYVXa�VW[V�VWP�[ii]Y[cW�c[U�lX�cYUPaX]Xa�cY]]XcV�mWXU�VWX�YiX][VPUQ�cbc\X�Yx�VWX�PZi\X�bVXZ�xY]�cYUV]Y\�P�cYZZXU ][VX�mPVW�VWX�VPZX�cYUV[UV�Yx�VWX�cYU}X]VX]R��WXU�PU�[�QXUX][\�xY]Z�mX�c[U�Xhi]X�V][UxX]�xUcVPYU�YU�cYUV]Y\�[Ua�aPV]l[UcXv�]XiXcVP}X\bR� ������� ������ ���� ����� ��~���~�� ��~���~�� �~��� �~���p ssss�s�s ssss�st tsss�� sss�t �� ��� k�j� k�j R���j�dk�

������� �� ���� �� ��~���~�� � �~��� �q ssss�s�s sst tsss��t �� �� k�j� R����j��k�mWX]X��p�P�PUiV�VY�YViV�V][UxX]�xUcVPYUv��q�P�\Y[a�aPV]l[UcX�YViV�V][UxX]�xUcVPYUR��TV�P��UYmU�x]YZ�VWX�QXUX][\�cYUV]Y\�VWXY]b�VW[V�VWX�bVXZ�P�VX[ab�mWXU�UYU�Yx�PV�iY\X�[]X�iYPVP}XR�TU�Y]�c[X�VWX�xP]V�Y]aX]�bVXZ�W[�YUX�iY\Xn���������� �� sss� s�t ��~�� �~�� ��� ���� R��������j�ek���PV�c[U�lX�XXU�x]YZ�VWX�Xhi]XPYU�VW[V�VWX�bVXZ�P�[lY\VX\b�VX[ab�mWXU�PV�P�iY Pl\X�VY�cYUPaX]�VWX�Q[PU��~���[�[�cYUV[UVR��WX�Z[]QPU�Yx�]X\[VP}X�\PUX[]PVb�aXVX]ZPUX�VWX�i[cX�Yx�[lY\VX�V[lP\PVbR��XV�`�UYVX�VW[V�VWX�cYXxxPcPXUV����[Ua�VWX�VPZX�cYUV[UV���PU�VWX�cYUV]Y\�bVXZ�aXVX]ZPUX�VWX�iXXa�[Ua�VWX�z[\PVb�Yx�VWX�V][UPXUV�i]YcXR�OY]�ZY]X�[cc][VX�]X \V�VWX�abU[ZPc�cYZiYUXUV�Yx�VWX�z{|�V][UxX]�xUcVPYU�VW[V�aXxPUX�VWX� iXXa�Yx�XV[l\PWPUQ�VWX�YViV�}Y\V[QX�mPVW�VWX�[PQUXa�WYYV_VW]YQW�aVb�cbc\X�Z V�lX�V[�XU�PUVY�[ccYUVR��

Page 128: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������������������������������������������������������������� ����� ���������������� ���� ������� � ���

!"#$%&'"()�*+!$%'!�',-�./01234�5675-683-9�7:�8,-�470867;�9/98-2�<-6-�-=1;>18-.�?/�8,-�,-;5�7:�932>;183709@�',-�98-5�6-95709-�7:�8,-�9/98-2�39�9,7<0�30�A3B@�C�DEF�G�H@HHIJ�K�G�H@HHHCJ�LMN�G�IH�OP@� �A3B@�C�Q>-�87�8,-�,3B,�56757683701;�B130�8,-�6-B>;1876�,19�:198�98-5�6-95709-@�"0�8,39�419-J�19�8,-�:3B>6-�9,7<9J�8,-�7>85>8�=7;81B-�,19�93B03:34108�7=-66-B>;18370@�A3B@�R�9,7<9�8,-�861093-08�5674-99�<38,�EF�G�H@HHHHIJ�K�G�H@HHSJ�LMN�G�TC�O@�',-�.-46-19-�7:�8,-�B130�:14876�7:�8,-�56757683701;�472570-08�;-1.9�87�8,-�.-46-19-�7:�8,-�75-61830B�95--.�7:�8,-�6-B>;1876�U>98�19�10�3046-19-�30�8,-�832-�47098108�7:�8,-�308-B61876@�V7<-=-6J�30�8,39�419-�=7;81B-�7=-66-B>;18370�39�6-.>4-.@� �A3B@�R�A3B@�W�9,7<9�8,-�6-148370�7:�8,-�470=-68-6�70�8,-�7=-6=7;81B-�:672�8,-�305>8�=7;81B-@�O7;81B-�=163-9�:672�IH�O�87�RH�O@�&8�8,-�272-08�7:�832-�X�G�H@S�9�?7798�=7;81B-�,19�744>66-.@�',39�39�8,-�<7698�419-�30�8-629�7:�10�199>258370�7:�.398>6?104-@�&9�39�-=3.-08J�470867;�9/98-2�9>44-99:>;;/�2198-69�8,-�=7;81B-�.398>6?104-9�DEFGH@HHIJ�KGH@HHHCP@�A672�8,-�932>;18370�6-9>;8�38�39�57993?;-�87�4704;>.-�8,18�8,-�9/98-2�4766-9570.9�87�8,-� 981?3;38/� 216B30J� <,34,� 1;;7<9�4725-0918370�7:�1�=1631?;-�305>8�=7;81B-@�

�A3B@�W��Y*('('ZY+�"0�8,39�9-48370�8,-�470986>48370�7:�1�567878/5-�199-2?;/�39�9,7<0�30�8,-�:3698�5168J�:7;;7<-.�?/�8,-�56-9-0818370�7:�-[5-632-081;�6-9>;89@�\-0-61;�95-43:34183709�7:�8,-�567878/5-�470=-68-6�16-�30.3418-.�30�'1?;-�S@�',-�5348>6-�7:�8,-�6-1;3]-.�470=-68-6�39�56-9-08-.�30�A3B@��@�',-�470867;�9/98-2�39�?19-.�70�Q!Y�'#!IHA�IIC@���

�� � ���������A3B@��@�'1?;-�S�#30321;�305>8�=7;81B-�LMN_ab�� I�O�#1[321;�305>8�=7;81B-�LMN_cd� RH�O��"08-62-.318-�Qef;30g�=7;81B-�LhN� RH�O�(>85>8�=7;81B-�LhN � RHH�O�(>85>8�57<-6�i� @C�gj�(5-61830B�:6-k>-04/�7:�8,-�kl!�0-8<76g�mno�� IH�gV]�(5-61830B�:6-k>-04/�7:�8,-�397;18370�86109:762-6�mpq� SC�gV]�NrbstqXtq�uvvtwxy�!810.16.�472570-089�4>66-08;/�1=13;1?;-�70�8,-�216g-8�<-6-�47093.-6-.�:76�8,-�470986>48370�7:�8,-�470=-68-6�567878/5-�D'1?;-�P@�',-�397;18370�86109:762-6�10.�8,-�47>5;-.�30.>4876�<-6-�?>3;8�70�8,-�+5479�

Page 129: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

��������������� ���� � ��������������� �������������������������������������������������������������������������������

!�"#$%&#"%�'()*+,*-,�.$%/0�1(22*)�3(45,�678*�9**:�'(:,4;*)*;�3()�-6*�<4:;4:=,�7:;�-6*�(2-4>75�-64'?:*,,�67,�9**:�'75'@57-*;�3()�-6*�4:;@'-()�7:;�-)7:,3()>*)�,*27)7-*5A0�!:�();*)�-(�4>2)(8*�-6*�,*)84'*�543*�(3�-6*�'(:8*)-*)�-6*�2(5A2)(2A5*:*�'727'4-(),�<*)*�4>25*>*:-*;�4:�-6*�BCD+:*-<()?�7:;�4:�-6*�8(5-7=*�;(@95*)�)*'-434*)0��E795*�F� �GHIJKLHM�KNJMGOHNPQN�RN�1()*�-A2*�� !�"#$%&#"%�S)4>7)A�<4:;4:=�-@):,�� "��S)4>7)A�<4:;4:=�<4)*� 1@+3(45�&%T%0&�>>��U-<(�4:�27)755*5V�D*'(:;7)A�<4:;4:=�-@):,� $W�D*'(:;7)A�<4:;4:=�<4)*� 1@+3(45�&%T%0&�>>�XHYZIQ[�LM[Y\KHNG�]��7:;�]��1()*�-A2*�� !�"#$%&#"%�^4:;4:=�-@):,�:@>9*)� $"�^4:;4:=�<4)*�-A2*� 1@+3(45�&%T%0"�>>�_��\JZJ\LKHNG�X��JM[�X��EA2*� 1():*55�a@9454*)��&b1b"$cW%$1adD�e7-4:=� b"%�@f#W%%�g�hij�\JZJ\LKHNG�Xk�JM[�Xl�EA2*� mS1nD�o"FbbWp$Fqr�e7-4:=� $"%%�g#Fq�@f�_��[LH[Q�i��EA2*� DEd�D'6(--?A�DESDF%%$b%Eg$�e7-4:=� $b%�g#FT$%%�s�hij�[LH[QG�i��JM[�ik�EA2*� !tuD�aDmS�FTr%+$Fs�e7-4:=� $F%%�g#FTr%�s�RNJMGLGKHNG�HO�vwx�LMyQNKQN�R�zRl�EA2*� D*>4?)(:�Dmd4t�F%Fpo%rr{a,�e7-4:=� r%%�g#F%%�s�� mtSme!dm|Es}�emD }ED�~QMQNJI��ZQNJKLM��wJyQOHNPG�E6*�'(:8*)-*)�<7,�34),-�-*,-*;�<4-6�7�5(<�f1�8(5-7=*��7-�-6*�-*)>4:75�8(5-7=*�(3�&%�g0�E(�9((,-�-6*�f1�8(5-7=*�-(�-6*�;*,4)*;�8(5-7=*�5*8*5�(3�-6*�4:-*)>*;47-*�a1+54:?�Ur%�gV�-6*�,6((-+-6)(@=6�;@-A�'A'5*�i��<7,�,*-�-(�%0$�0�E6*�7'-48*�,-7-*�;@-A�'A'5*�<7,�%0&0�f4=0��J�,6(<,�-67-�-6*�BCD!�<4-6�-6*�2)(2(,*;�'(:-)(5�75=()4-6>�*:,@)*,�-6*�;*>7:;*;�=74:�(3�-6*�f1�8(5-7=*�U��X���&%�g�7:;��iX���r%�g��7,�*T2*'-*;V0�d()*(8*)��-6*�8(5-7=*�;(@95*)�)*'-434*)�

2)(84;*,�-6*�;*>7:;*;�8(5-7=*�;(@954:=�*33*'-�(3�-6*�2*7?�8(5-7=*�(3�-6*�,*'(:;7)A�<4:;4:=�(3�-6*�4,(57-4(:�-)7:,3()>*)��-6@,�*:,@)4:=�-6*�)4225*+3)**�8(5-7=*�(3�r%%�g�a1�7-�-6*�(@-2@-�Uf4=0���V0�f()�-6*�,*'(:;�(2*)7-4:=�2(4:-�Uf4=0�$%V��<6*:�-6*�f1�8(5-7=*�*B@75,�-6*�;*,4)*;�4:-*)>*;47-*�a1+54:?�8(5-7=*��-6*�,6((-+-6)(@=6�,-7-*,�7)*�*54>4:7-*;�7:;�-6*�'(:8*)-*)�(2*)7-*,�7,�7�-)7;4-4(:75�gD!0�� ���������������������������U7V���������������������������������������������������U9V�f4=0���� �����������������������������U7V�������������������������������������������������U9V�f4=0�$%�i�MJPL\�vQNOHNPJM\Q�RQGKG�E(�*875@7-*�-6*�;A:7>4'�27)7>*-*),�(3�-6*�'(:-)(5�,A,-*>�7:;�'(>27)*�-6*>�<4-6�,4>@57-4(:�)*,@5-,�7�37>45A�(3�*T2*)4>*:-75�<78*3()>,�7)*�)*2)*,*:-*;0�E)7:,4*:-�)*,2(:,*�(3�7:�4;5*�7:;�5(7;�>(;*�7)*�,6(<:�4:�f4=,0�$$J�7:;�$$���)*,2*'-48*5A0��� �f4=0�$$�s,�4-�'7:�9*�,**:�-67-�(8*))*=@57-4(:�6722*:,�;@)4:=�4:4-475�-4>*��9@-�>@'6�5*,,�

��X����h�[Ly���iX����h�[Ly����X������[Ly���Rj�ZN����h�[Ly����X����h�[Ly���iX����h�[Ly����X������[Ly���Rj�ZN����h�[Ly��

�iX������h�[Ly���Rj�GQ\�����h�[Ly��

�iX������h�[Ly���Rj�GQ\�����h�[Ly��

Page 130: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����������������������������������������������������������������������� ����� ���������������� ���� ������� � ���

!"#$�%&'%(!%)*�+"%�,-''.%�/"#'%�01�!"%�02!'2!�30.!#4%�-/�(0$$%(!%)�5-!"�#�$0$6-)%#.�/02,(%�01�!"%�-$'2!�30.!#4%�!"#!�3#,-%/�)2,-$4�!"%�!,#$/-%$!�',0(%//*�+"2/7�(0,,%(!�(08'#,-/0$/�5-!"�/-82.#!-0$�,%/2.!/�5"%,%�30.!#4%�/!%'�2'�-/�(0$/-)%,%)�#,%�$0!�'0//-9.%*��:!�!"%�/#8%�!-8%�.0#)�)-/!2,9#$(%/�5%,%�(#,,-%)�02!�!0�("%(;�!"%�/!#9-.-!<�01�!"%�(0$!,0.�/</!%8*��=-4/*��>?�#$)��>@�/"05�!"%�,%/'0$/%�01�!"%�02!'2!�30.!#4%�-$�!"%�(#/%�01�,#'-)�(2,,%$!�-$(,%#/%*�A05%,�/!%'�2'�-/�#902!��*B�;C*�:/�-!�(#$�9%�/%%$�!"%�(0$!,0.�/</!%8�"#$).%/�/2((%//12..<�/2("�(2,,%$!�3#,-#!-0$/*�� �=-4*��>�=-4*��>@�/"05/�!"%�'05%,�),0'�',0(%//*�D0�/-4$-1-(#$!�03%,30.!#4%/�0((2,,%)�-$�!"%�',0(%//*�:/�#�,%/2.!�-!�(#$�9%�(0$(.2)%)�!"#!�!"%<�(0,,%/'0$)�!0�!"%�,%/2.!/�!"%0,%!-(#..<�',%)-(!%)*�E-11%,%$(%/�#,%�(0$$%(!%)�5-!"�.-8-!%)�/02,(%�30.!#4%�#$)�'#,#8%!%,/�01�!"%�,%42.#!0,�!"#!�5%,%�("0/%$�!0�#30-)�/-4$-1-(#$!�03%,30.!#4%�#$)�8#;%�!"%�!,#$/-%$!�',0(%//�/.05%,*�� FGDFHIJKGDJ�K$�!"-/�'#'%,�#�$%5�"-4"64#-$�/!%'62'�EFLEF�(0$3%,!%,�-/�',0'0/%)�10,�!"%�12%.�(%..�-$!%,1#(-$4�-$�"<),04%$69#/%)�.0$46!%,8�%$%,4<�/!0,#4%/�10,�,%$%5#9.%�%$%,4<�/</!%8/*�+"%�(0$!,0.�/</!%8�01�!"%�(0$3%,!%,�-/�)%/(,-9%)*�+"%�/!#9-.-!<�01�!"%�/</!%8�5-!"�,%/'%(!�!0�!"%�EF�(08'0$%$!�01�!"%�02!'2!�30.!#4%�-/�#$#.<M%)*�K!/�#9/0.2!%�/!#9-.-!<�)2,-$4�!"%�)-/!2,9#$(%/�-/�/"05$*�+"%�8#,4-$�01�!"%�,%.#!-3%�.-$%#,-!<�)%!%,8-$%/�!"%�/'#(%�01�#9/0.2!%�/!#9-.-!<*�+"%�,%/2.!/�01�/-82.#!-0$/� #$)� %&'%,-8%$!� (0$1-,8�!"%0,%!-(#.�#//28'!-0$/*��

:FNDGCHOEPOQOD+�+"-/�,%/%#,("�50,;�"#/�9%%$�/2''0,!%)�9<�!"%�O/!0$-#$�Q-$-/!,<�01�O)2(#!-0$�#$)�R%/%#,("�SA,0T%(!�J=��U���V/��W�#$)�O/!0$-#$� J(-%$(%� =02$)#!-0$� SP,#$!�O+=XBYXW*�� Z�[�\09##7�:*=*]�F%(#!-7�F*7�:�(08',%"%$/-3%�,%3-%5�0$�)-/!,-92!%)�'05%,�4%$%,#!-0$7�K$!%,$#!-0$#.�J<8'0/-28�0$�A05%,�O.%(!,0$-(/7�O.%(!,-(#.�E,-3%/7�:2!08#!-0$�#$)�Q0!-0$7�JAOOE:Q_>��V7�''*�B�U6B�X7�>Y6>V�Q#<�>��V*�Z>[�F#3#..#,07�F*]�F"-8%$!07�=*]�Q2/28%(-7�J*]�J#'2''07�F*]�J#$!0$0(-!07�F*�O.%(!,0.</%,�-$�>�J%.16A,0)2(-$4�J</!%8/�F0$$%(!%)�!0�EF�H-$;�5-!"�E%)-(#!%)�A"#/%�J"-1!�F0$3%,!%,7�K$!%,$#!-0$#.�F0$1%,%$(%�0$�F.%#$�O.%(!,-(#.�A05%,7�KFFOA�a>��b7�''*�VY>6VYX7�>�6>Y�Q#<�>��b*�ZY[�)%.�R%#.7�:*c*]�:,(%7�:*]�d0,)0$/7�F*� <9,-)�80)%.�',%)-(!-3%�(0$!,0.�01�#�!5064%$%,#!0,�'05%,�'.#$!�-$!%4,#!-$4�'"0!030.!#-(�'#$%./�#$)�#�12%.�(%..7�UV!"�KOOO�F0$1%,%$(%�0$�E%(-/-0$�#$)�F0$!,0.7�''*�BUUb6BUB>7��>6�U�E%(*�>��b*�ZU[�K9#$%M7�=*]�A%,%M6D#3#,,07�:*]�J#$("%M7�F*]�J%42,#7�K*]�d%,$#.7�O*]�A#<#7�c*�C-$)�4%$%,#!-0$�/!#9-.-M#!-0$�2/-$4�#�"<),04%$�9211%,7�O2,0'%#$�F0$1%,%$(%�0$�A05%,�O.%(!,0$-(/�#$)�:''.-(#!-0$/7�''*��6��7�>6B�J%'!*�>��b*�ZB[�F#3#..#,07�F*]�F%((0$-7�e*]�F"-8%$!07�=*]�Q2/28%(-7�J*]�J#$!0$0(-!07�F*]�J#'2''07�F*�:�A"#/%6J"-1!�=2..�d,-)4%�F0$3%,!%,�10,�!"%�O$%,4<�Q#$#4%8%$!�01�O.%(!,0.<M%,�J</!%8/7�KOOO�K$!%,$#!-0$#.�J<8'0/-28�0$�K$)2/!,-#.�O.%(!,0$-(/7�KJKO_>��b7�''*�>VUf6>VBU7�U6b�c2$%�>��b*�ZV[�I4#,!%8%$)-#7�c*c*]�G/!0.#M#7�g*]�Q0,%$07e*]�Q0.-$#7�c*c*]�\29-#]�K*�C-$)�4%$%,#!-0$�/!#9-.-M#!-0$�01�1-&%)�/'%%)�5-$)�!2,9-$%�1#,8/�5-!"�"<),04%$�9211%,7���!"*�J'#$-/"6A0,!242%/%�F0$1%,%$(%�0$�O.%(!,-(#.�O$4-$%%,-$4�S��F HKOW7�''*��6B7��6U�c2.<�>��f*�Zb[�:$),-T#$03-!h7�:*]�O40,037�Q*]�H%"!.#7�Q*]�e-$$-;037�E*�D%5�Q%!"0)�10,�J!#9-.-M#!-0$�01�C-$)�A05%,�P%$%,#!-0$�I/-$4�#$�O$%,4<�J!0,#4%�+%("$0.04<*�c02,$#.�0$�:4,0$08<�R%/%#,("7�30.*�X7�SJ�W7�''*��>6>U7�Q#<�>���*�ZX[�e-$$-;037�E*]�R0#/!07�K*�i2#/-6\6J02,(%6d#/%)�K/0.#!%)�EFLEF�F0$3%,!%,/�10,�E-/!,-92!%)�A05%,�P%$%,#!-0$7�KOOO�+,#$/#(!-0$/�0$�K$)2/!,-#.�O.%(!,0$-(/7�30.*�BX7�$0*�7�''*��f>6>��7�c#$*�>���*�Zf[�R0#/!07�K*]�e-$$-;037�E*7�:$#.</-/�#$)�%3#.2#!-0$�01�ACQ�#$)�AJQ�/"00!6!",024"�(0$!,0.�8%!"0)/�10,�30.!#4%61%)�j\JK�9#/%)�EFLEF�(0$3%,!%,/7�-$�A,0(*�01��U!"�K$!%,$#!-0$#.�A05%,�O.%(!,0$-(/�#$)�Q0!-0$�F0$!,0.�F0$1%,%$(%�OAO6AOQF_>���7�''*+Y6���6+Y6��B7�V6X�J%'!*�>���*�Z��[�:3#-.#9.%k�555*%'(0/*(08��

Page 131: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

131

[PAPER-VIII] Vinnikov, D.; Andrijanovitš, A.; Roasto, I.; Jalakas, T.

Experimental Study of New Integrated DC/DC Converter for Hydrogen-Based Energy Storage. 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC´11), Rome (Italy), IEEE, pp. 542 – 545, 2011.

Page 132: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 133: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

����������� ����������������������������������������������������������� ������������������ ��!�"���"����#����$!������ �%�������&����'� ����������������(��(������������)��������(����(��&������*������������&�(+��������+�#�����,!�-./01�&�����!������������2����� ��3����2������456789:7;�<=>?�@A@BC�@CB?BDE?�A�DBF�>DEBGCAEBH�IJKLE>@MCEN�OPQOP�RMDSBCEBC�TMC�=UHCMGBDVWA?BH�BDBCGU�?EMCAGB?X�YD�RMJ@AC>?MD�F>E=�ECAH>E>MDAL�?MLKE>MD?�WA?BH�MD�>DH>S>HKAL�RMDSBCEBC?�TMC�>DEBCTAR>DG�MT�AD�BLBRECMLU?BC�ADH�A�TKBL�RBLL�E=B�@CM@M?BH�EM@MLMGU�TBAEKCB?�CBHKRBH�BDBCGU�RMDSBC?>MD�?EAGB?X�<=B�@A@BC�ADALUZB?�ADH�H>?RK??B?�E=B�M@BCAE>DG�@C>DR>@LB�MT�E=B�DBF�RMDSBCEBCX�[BSBCAL�GK>HBL>DB?�ACB�@CB?BDEBH�TMC�E=B�DBF�RMDSBCEBC�HB?>GDX�\>DALLU]�E=BMCBE>RAL�WARGCMKDH�FA?�B_@BC>JBDEALLU�SBC>T>BHX�abcdefgh�figjeikljaf�amaenb�gbgjaogp�aqarjedqbgaep�slaq�raqqp�imjaestra�rdmuaejaep�olqjivdej�rdmuaejae��2� ���&%w�*�&�w��&+���������(��������������������x��������������(��!���(+����������x���������+������(������(�����������������������+��������������������������������x������������������y�� z�{-!�|}2�������+���������(����������������������������(���y����!�����z����������(������(��������������� 2�~�������!����(��(�������(������������x#�(���+�������!��+�(+����������������������x��(���������{�}2�&+�����������(����+�������x�������������������+��������������������������+���+���� 2�������(�������!����������������+��������x�����������������������������������x������������������+���(�����(+�������{|!����}2�&���(���!�+������(��������������(+����������������(��������y��z!��+�����������������������������(����y��z2� ��(��+�����+��������������������������������������x���������������(����������!��x���������������������������������������������������(��������+���� �������������2�&���������!�����������(��������������������������������(�������+��������������������������+��+��������x�����2��������(����!����x��(�������(����������������(��x����������������������������(������������(����������(�������2�"���+����(����������+�����+����+��+��������(���������(+�������������!��+�(+�(���������������������(������������(�������������������������������(����2�����������������(�����������(�����������������+��+��+����x�������������(��������������!�(�������(�������������(�������(���(�2��&+�����������������+��������������������(������������+��������x�����������(������������x������������������

y���2�-z2�&+� ����+���������������������(��������(��(���y���2�|z�+�����x�������������(�������������������������(��������(��2�&+���������������������+���(���������(���(��������(���!�������(��!����(������������(��2�~�������!�+����������(���������(+����������x�����������������������(���������!�����(����+������������!�(���(��( ����!����(���������(������������������{0!�.}2�&+�����������(�������������������+���������(��!�����(���(����������x��������+��+��������x��������������������x�����������������2����������-2��)�����������(�������+�������x�������������������+�+��������x�����������(��������������������(�������2���2� w)�%"&����)%����)���w��������&��%"&����������w���%&�%�&+����������y�������z����(�������������������2�|�(�����x����(+��(��������x����������������������(����� !�����(��������x���������������(�����������������(���������������������������(���(�����+��+��������x�����2�&+�����(����������������(������������(����(���������+�+�����x��������(��������x��+���������������������������(+�������������2�&+��!����+����������+�������(��(����������������(����������!��+�(+�(�����x���(������������������������������������������ �����(����2�&+�����������(��������(����������+��������������������(����������������������������(����(����������(����������������(�����������+��+�������x�����(�����������������(����(�������+��������x��������+�+���������x��������� 2�

�������������������������������������� ���

Page 134: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������� �� �������������������������������������������� ������������������������������������������������ ����� ������������������������� ������������������������� �������������������� ����������������� �����������������������������������������������!"�#���!$���������������%��������������� &��������������������� ��� ������������������������� ����#��������������������%�'()*��+,�-.�/012345/6�7/81��������!$�������������������� ���������� ��������������������������������������������� ���������������������������� ����������������������9������������������������������������� ����������������� �������#����:%������������������������������������������������������ ����������������� �������������������������������������������������� �������������������������������������������:������� �� ���� ����������������������� ���������#!$%������;���!$��������� ��������������� ���������������������� � ��������������������������������;(�����;��<���� ��������������� ���������9�������������=-.������������!$������#����:%����>6== ?=@>A-. BBC D(� 9��������������������������������#(%�������=>AE?=@�����������������������������������������9�>������������� � ����������F"������ ����#;(�����;�%������������������������#�����%�������� �������������������� ����� ����������������������������������������G�����������(�����:9������ �������#����:%����������������������������������������������������������6H��� �

������������������������������ :9(9( I2I2==6C 9������������������������������������#�%�������=I2JH�����=I2JK������������������������������������������#������������9������������%��������������#�����������9�!$�����%��������������������������������������9������ �������?,�LA�/012345/6�7/81������������������������������ ���������� ������������������������������� �������������������������������������������������������������������9����������������������������� &������� �����;��� �������������������������� �� �����������������������������������M����������M������� �� ���� ������������������������� ����#��%������;������������������������������������������� �����������������N������������ ������ �����������#NO"�%�;�����������������������������������(������������������������������;(�����;���������������� ��� �������(��������� ��������������������������� ���������� ������������� �����������������������������������������=I2JP���������� �����������������������������������������������&���� ���������������������������������������������������������������� ��������������NO"��;��������������������� ������������������������������� ���� ����������������� ���������������������������������NO"��;�������� �������������������������������������������������������� �� ������������ �������� ���������������������������������NO"�9������������������������������������������������������� ������������������

QRS

Page 135: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

�������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������� ����!"#$%�������������������������������������������������������������&'()�* +��,����-.������������ �������/01������������� �������� ������&'()����������������������������������������2�������������2����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������)������������������������ ������������������3����������������������������������������� ������������1�����3������������������������������ ������������������3������������������������������������������������ ����������������� �4���������������������� ���������������/01������������� ����������������,����-5��)���� ����������6��������������������������������� ������������������������ ������������� �������/01������ ����������789:;�����89:%<���������������������������������������������� ����������������������������������0���������� ��������������������������������������������� ���!83����������������������7� ��������������������<������������������������ ��������� ������� ������������ ���!=3���������������������������������������2��������� �������������7��������-<���������������� ����������������������������������� ����������������������������������������7�<�������������������������������������������������7�<�,������-���&'()���� ��������� ���������������������������������� ��� �7,�<����6�/01������������� �������� ��7�<����������� �2���� �4������������������������ ���������7�<��>�� ������ ���������������3����� ����!?@AB!C�����������,������7,�����<��� ��������� �������������������������������������� ��?C6�D ECF@B!C?@ ?G !! HIHHJI � �� 3��������������������������������7�<�������!F@���������� ��� �� ���3�?C����������������������� �������&'()���������7��3���3��-������K<��,������������L(����������������������������������� ����� �������������� �������������M�������������������������������3���������� ��7,�����<�������������������������������� ��������������G%���6����� 3�3� "#"#!!GJ 3������������������������������������������7�<�

������!"#$;�����!"#$%���������� ������ ������������������7������ ���3������������<��������������7 ��� ���3�,������<����������������� �������������3���������� ���)))��LN/LO)1L>�P��(�Q�R�S,�/OS/S(L���S>TLO�LO�)���������������������� ����4����������U�������� ������������������������������40����������� ��������������������������������������,�������)����������������������������������������������������40�� ��� ����3������������ ����������� �>���7 VVV� ����<����������������������,��� ������������������������������������������������� ���40���� ��� ��������� ����������� ������ ����������������������L(�����-KV�T���7�������������� �����W�VV�P�����<��S������������������������U�������� ������������� ����������� ��)����PX�L�)���L()OL��S/LOP�)>Y�/POP1L�LO(�S,��ZL�LN/LO)1L>�P���S>TLO�LO�[\]\ _ _]� a\bc_�deGe#.f���� ��4�� �������������������3�!?@AB!C� -KV�T��O����� ������� ��� ����3�!gh� iV�T������� ���,��� ���3�!F@$j.k� lV�T�,� � ���,��� ���3�!F@$jmG� �K�T�S�����������&���������� �������������3�n� -�4Z2�>������������������� ���������������������3�="#$;o�="#$%o�="#$p� ���q�K�q� -��������������� �������� KV��,������������������������ iV��,�)������������ �������� K-��Z�)��������������������� ����Z�gh�rse#.tmrG�jrue�������� ����T()���������7� �������<3�?� V��-�F@�rse#.tmrG�jrue���������� ������� �������������������������� ��43�!;� lV�T�������� ��������������3�?v� V���������� �������������������������3�?C�� V���V� l�vw�gh�rse#.tmrG�jrue�,���3���������������������������� ��� ���������������������U������������� ����������� ����������������������� ���������T()������������������������������������������ ��?�x�V��-��,�����K�����l���������U�������� ������������������������������������L�������)���������������������������������� �3�������������� �������� ����!gh�x�iV�T������������ �������� ��� ������������������������������� ���������������������������� ���� �������������������������������������������� �7,����l5<��� �����������������������������7�<�����������������������������������������������������������7�<�,������K���LU�������� ������������������������������������L�����6���� ��4�� ������������������������������������7�<y�� ������������������������������������������ ����������������������7�<��

z{|}~z������������������������ z���������������������������������

Page 136: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

� ����������������������������������������������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������ �!"�#$�%&'()*+%,�-%.'�/��������������������������������������������������������������������0��������1�������������������������������23�4 �5�������������0��������������������������������������������������������/06���7���8�4�����������6����������������9:������������8 ;� �<������������������������������������������������������������������������������������������8 2 ���� �=)����������������>?@<������������������������������������������������������������������0����������A#$B-+,�C�23�4�����AD�C��8�41������������� �E�����1���������������������������������������������������������������������������������7����������������������������������������������������������1���������������������6���������������F38�4�/0��������/06���7������������������������ �=G� ���������������������������������� �H�1�����������0����������>���������������������������/06���7��������1����������6��������������������������1�����������������������������������������4@< �� ����������������������������������������������������������������������������������������������������= ������������������������������������������������������0����������������������0����������������������/06���7��������1���������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������/06���7������������������������������� �� ����������������������������������������������������������������������������������������������������H ������������������������������������������������������0����������������������0����������������������/06���7��������1���������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������/06���7������������������������������� �

<4 �0IJ0�K@<IJ@�5�������������������������������������������/0L/0�������������������6������������������� �5�������������������������������������������������4@<����1����������������4@<������������������������>?@<���� �5����������������������������������������������������������������������� �/����������������������������������������������������������������������4@<6����������6�����/0L/0��������1�������������������M���������������������������������� �<��������������76�������������������������������������������>?@<6����������6��/0L/0���������������������������������������������/06������������������������������������������������������������� �5�����������������������������������������������������������������������M������������������������ �N0OJIP��/QE�J5�5�������������7������������������������������E�����������������������R��������S�T����@�8;288;3�;;���������������@������������������Q�����5�=FU=� �R���R�J0�@�V;W�?����1�N � �0�����1�0 1�XN�����������������������������������������������X1�<������������@�����������S��������������1�����������/����1�N�������������E�����1�@S��/NEYZ8831��� �F;26F;=1�ZU6Z3�E���Z883 �VZW�0�������1�0 �0�������1�� �E�����1�@ �@�����1�0 �@����������1�0 �X��������������[Z�@���6S�������@�������0������������/0����7������/���������S�����@�����0������X1�<������������0������������0���������������S���1�<00�S�\Z88�1��� �3UZ63U=1�Z;6ZU�E���Z88� �VUW�����R���1�N ] �N��1�N ������1�0 �X[������������������������������������6����������������������������������������������������������������X1�23���<����0������������/������������0�����1��� �F22�6F2FZ1�;Z6;2�/�� �Z88� �V2W�<����M1�� �S��M6J����1�N �@�����M1�0 �@���1�< �����1�� �S���1�] �XP���������������������M�������������������������X1��������0������������S�������������������N�����������1��� �;6;81�Z6F�@��� �Z88� �VFW�0�������1�0 �0������1�4 �0�������1�� �E�����1�@ �@����������1�0 �@�����1�0 �XN�S����6@��������������0��������������������E���������������������M��@������X1�<����<������������@�����������<������������������1�<@<�YZ88�1��� �Z32H6Z3F21�26��]���Z88� �V3W�K����������1�] ] �I�����M�1�_ �E����1�4 �E�����1�] ] �?��� �< �XP���������������������M������������������������������������������������������X1�;;�� �@������6S�������0����������������������������������;;0[�<��1��� �;6F1�;62�]���Z88H �V�W�N���T������1�N ������1�E �������1�E �4����7��1�/ �XJ���E���������@������M���������P����S����Q���������K��������������@������5���������X �]��������N�������R������1���� �=1��@;�1��� �;Z6Z21�E���Z8;8 �V=W�5��1�[ �O���������1�N �/���1�] � �[�����1�E N E �X�������������������������������/06/0���������X1�<���S���������������������S����N�����������1���� �;FU1��� �U1��� �2F;6�2F=1�;�E���Z883 �VHW�5��1�[ �/���1�] � �[�����1�E N E �XE�����������������������������������X1�<����S���������������@�����������0��������1�S�@0YZ88=1��� �U2;Z6U2;=1�;F6;H�]���Z88= �V;8W�4����7��1�/ �N���T������1�N �R�����1�< �������1�5 �XJ���<���������0����������[������� ����<�������������/���������������@������X1�<������������0������������R���������������������S����a�������<0R�Sab;;��c����������������������� �V;;W�4����7��1�/ �R�����1�< �Xa���6?6@���6�����<��������/0L/0�0�����������/���������S����Q��������X1�<����5��������������<������������������1���� �F=1��� ;1��� �;HZ6Z8;1�]�� �Z8;; ��

def�ghijklmno�dp�ghijklmno�qef�ghirklmno�dstuv�ghijklmno�def�ghijklmno�dp�ghijklmno�qef�gvirklmno�dstuv�ghijklmno�

dwfxydz�gvhijklmnodstup�gvhijklmno

dwfxydz�gvhijklmnodstup�gvhijklmno

d{|�ghijklmno�dstu}�gvhijklmno� q{|�gpirklmnoqstu}�gpirklmno

~�~

Page 137: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

137

[PAPER-IX] Andrijanovits, A.; Blinov, A.; Vinnikov, D.; Martins, J.

Magnetically Coupled Multiport Converter with Integrated Energy Storage. Przeglad Elektrotechniczny, Vol. 88(7b), pp. 171 – 176, 2012.

Page 138: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...
Page 139: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������� ��� ���������������������������� !"�#$��%&&��$'("�)"*+*

,--.,/0123,/4526789,-:;<=>?2/45890@=A;=52//2B45893CDCE,162/7FGHIIJKKLKJMNOPJQRSTGNUVKSISWRX*YZLKJMNOPJ[H[N\SMH[N]JPSH_aG_bccHK[L\d\efg_aGhXiYE.j-<A=k.llmnCopl<:EolA=pC;AnC-q<;A<;r=As2-A<j;.A<:t-<;jm7AC;.j<uvwxyz{x|}~����������������������������������������������~���������������������������|����������������������������������������������������������������������������������������������������~������������������������������������������������������|�����������������~����������������~�~���������������������������������������~����������������������~�����������������~�����������~�������������|}~���������������������������~����������������������~��������������������������������������������|���������~�������������������������������������������|�xy�w { �¡¢�£¤������������������������¥�����������¥�����������¦���������������§���������������������|¤���§������������������~�����¥��©���������������������������������������������������������������������¥��������¦���~��������������������������������������|¤���������������������������������������������������������ª������������������������������������������������«�����������������������������ª������������ª��������|¤���������������������������¦���§���������������ª�������������������ª��������������������������������������|¤��©������¦«���������������������������������������������¥����ª�¬���������������­®¢�°x�y±¢¡z°²z³y �x²°y¡¢{z°w³y µ�¡¢¶±z·¡�x{ ¡±  ¢¡x�·y°²z¡± zw°v¡¢¹¢�±�¡�y·¢¢ºB<mrC;:»¼NINUQOSIR½NOZT¾NIUNIIZVR[OSWNK¾TTNOZ¿¾IQJÀSOQUSKMNOQNOÁ7ÂCr.ÃlokÄCr<¼NINÅQOSIJ½NOZSWKJÆSÀHIJÆSÆNZ¾TSOÆS[SO¾ZÀO½NÅP½QHÇQKJÅÆJNISÀSOQSÆRÁ2-A;C:okA=C- dKONUNKQRNHOPZVR[OSWNK_HPN[ISKW_QNO¿NKNOWRPQSOHWNPJ¿ÀIN¿NKQN[JKHONKNÆHINNKNOWRPRPQN¿XÈchYVHMNHQQOHUQN[¿¾UVHQQNKQJSKÉ*_ÊËÁcPPNKQJHININ¿NKQPSTP¾UVHVR[OSWNK¾TTNOXÌÍYHONHKNINUQOSIR½NOXc]YZHVR[OSWNKPQSOHWNPRPQN¿HK[HT¾NIUNIIXaYÁGSHUVJNMNÀOSÀNOMSIQHWN¿HQUVJKWQVN¿HJKUS¿ÀSKNKQPSTQVNÌÍPVS¾I[NUSKKNUQN[QSQVNba_¾PSTQVNÈchMJH[JTTNONKQÀSÆNONINUQOSKJUUSKMNOQNOPÎQVNc]JPJKQNOTHUN[RVNIÀSTHPQNÀ_[SÆKbaÏbaUSKMNOQNOZÆVJINQVNaJPUSKKNUQN[RVNIÀSTHPQNÀ_¾ÀbaÏbaUSKMNOQNOÁÐSONSMNOZQVNHQQNORPVS¾I[VHMNHPÀNUJHIUVHOWNOUJOU¾JQQVHQJKQNWOHQNPJQQSQVNba_¾PSTHbchÁdQTJKHIIRINH[PQSUS¿ÀINÑ¿¾IQJUSKMNOQNOPRPQN¿PÆJQVHVJWVK¾¿ NOSTNKNOWRUSKMNOPJSKPQHWNPZUS¿ÀINÑUSKQOSIHK[ON[¾UN[NTTJUJNKURÁGVN¿HJKQONK[JKQNUVKSISWR[NMNISÀ¿NKQVNONJPQSON[¾UNQVNÀSÆNOISPPNPJKQVNJKQNOTHUNUSKMNOQNOPQSSQHJKQVNVJWVNPQÀSPPJINNKNOWRNTTJUJNKURSTQVNÌÍÁ ÈNUNKQIRHKNÆJKQNWOHQN[X¿¾IQJÀSOQYbaÏbaUSKMNOQNOTSOÌÍJKQNOTHUJKWJKQVNÈchÆHPÀOSÀSPN[ÉÒËÁGVHKÅPQSQVNJ¿ÀIN¿NKQN[¿¾IQJÀSOQUSKMNOQNOUSKUNÀQXJWÁ*YQVNK¾¿ NOSTNKNOWRUSKMNOPJSKPQHWNPÆHPPJWKJTJUHKQIRON[¾UN[ÁJWÁ*ÁGRÀJUHIPQO¾UQ¾ONSTQVN[JPQOJ¾QN[NKNOWRPRPQN¿ÆJQVQVNVR[OSWNK¾TTNOJKQNOTHUN[MJH¿¾IQJÀSOQbaÏbaUSKMNOQNO

GVNONP¾IQJKWH[MHKQHWNPSTQVNÀOSÀSPN[PSI¾QJSKJKUI¾[NON[¾UN[US¿ÀSKNKQUS¾KQZISÆNOUSPQZHK[USKQOSIPJ¿ÀIJUJQRÁ¾OQVNO¿SONZQVN¿¾IQJÀSOQUSKMNOQNOQNUVKSISWR¿HR NPQPHQJPTRJKQNWOHQN[ÀSÆNOUSKMNOPJSKZNTTJUJNKQQVNO¿HI¿HKHWN¿NKQZUS¿ÀHUQÀHUÅHWJKWZHK[UNKQOHIJ½N[USKQOSIONÓ¾JON¿NKQPÉÔZ+ËÁGVNPNH[MHKQHWNPUHKÀSQNKQJHIIRJ¿ÀOSMNQVNSMNOHIIUSPQZNTTJUJNKURHK[TINÑJJIJQRSTQVNVR[OSWNK¾TTNOP¾PN[JKQVNÈchÁ GVJPÀHÀNO[JPU¾PPNPHÀSPPJJIJQRTSOT¾OQVNOJ¿ÀOSMN¿NKQSTQVNVR[OSWNK¾TTNOÆJQV¿¾IQJÀSOQbaÏbaUSKMNOQNOÀOSÀSPN[JKÉÒËRJKQNWOHQJKWQVNHQQNORJKQSQVNT¾NIUNIIPJ[NÀSOQÁGS[NUONHPNPÆJQUVJKWISPPNPHK[J¿ÀOSMNQVNSMNOHIIÀNOTSO¿HKUNSTQVNUSKMNOQNOQVNVHIT_OJ[WNÈch_PJ[NJKMNOQNOÆHPONÀIHUN[ÆJQVHQVONN_INMNIKN¾QOHIÀSJKQUIH¿ÀN[XÕ]_\ÖaYMSIQHWNPS¾OUNJKMNOQNOÁ>.»=k»C×sm:;Cj<-Øo××<;» ÌR[OSWNKJPSKNSTQVNÀOS¿JPJKWHIQNOKHQJMNPQVHQUHKN¾PN[HPHKNKNOWRUHOOJNOÁGVN¾KJMNOPHIJQRSTVR[OSWNKJ¿ÀIJNPQVHQJQUHKONÀIHUNSQVNOT¾NIPTSOPQHQJSKHORWNKNOHQJKW¾KJQPTSOÀSÆNOWNKNOHQJSKJKMHOJS¾PJK[¾PQOJNPÁÌHMJKWHIIQVNH[MHKQHWNPSTTSPPJIT¾NIPZVR[OSWNKJPTONNSTVHO¿T¾IN¿JPPJSKPÆVNK¾PN[ÆJQV[SPN[H¿S¾KQSTSÑRWNKZQV¾PON[¾UJKWQVNWONNKVS¾PNNTTNUQÉÙËÁ ÌR[OSWNKHPN[NKNOWRPQSOHWNPRPQN¿SOÌÍJKUI¾[NPQVNTSIISÆJKW¿HJKPQHWNPÎVR[OSWNKÀOS[¾UQJSKZVR[OSWNKPQSOHWNHK[NINUQOJUJQRÀOS[¾UQJSKÉ*ÒËÁdKQVNNÑUNPPNKNOWRÀNOJS[PQVNVR[OSWNKWNKNOHQJSKPRPQN¿JPUSKKNUQN[QSQVNba_¾PSTQVNÈchÁdKQVJPPQHWNNINUQOJUHINKNOWRTOS¿QVNÈchJPUSKMNOQN[JKQSUVN¿JUHINKNOWRR¾PJKWÆHQNONINUQOSIRPJPHK[QVJPNKNOWRJPPQSON[JKHQHKÅÁdKSO[NOQSPQHJIJ½NNKNOWRÀOS[¾UQJSK[¾OJKWQVNHPNKUNSTQVNONKNÆHINNKNOWRÆVNK¿SONÀSÆNOJPKNN[N[ZPQSON[VR[OSWNKUS¾I[NON_¾PN[ÁdKQVJPPQHWNZVR[OSWNKJPUSKMNOQN[JKQSNINUQOJUHINKNOWRR¾PJKWHaÁGVNaQHÅNPQVNVR[OSWNKTOS¿QVNQHKÅPQSWNKNOHQNNINUQOJUJQRZÀI¾PÆHQNOHK[VNHQHPR_ÀOS[¾UQPÁaS¿ JKHQJSKSTHKNKNOWRPQSOHWNPRPQN¿HK[HKÈchHIISÆPUSKQOSIIHINÀSÆNOÀOS[¾UQJSKÁ ÚHQNOQSVR[OSWNKUSKMNOPJSKNTTJUJNKURJPHMNOHWN[HQÔÒÛHK[aUSKMNOPJSKNTTJUJNKURJPÔÒ_+ÜÛZÆVJUVRJNI[PHKSMNOHIINTTJUJNKURSTQVNÌÍHQiÜ_ÊÜÛÉÝ_**ËÁhJKUNQVNaVHPHPISÆONPÀSKPNQJ¿NHK[ÀONTNOPQSNSÀNOHQN[¾K[NOUSKPQHKQÀSÆNOZH HQQNORJPSTQNK¾PN[HPHKH[[JQJSKHINKNOWRPQSOHWNÁ

Page 140: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������������������������������������������������������ ��������������������������������� ��!!��""##$%"&' ��(�))����'*+%",%�

-./012/3-456 51657 517 52 51258 51895:;.95:;3 9</94=>?@ABCD�EFGH IJ@ABCD�EFGH

>K@ABCD�EFGH/./491/LM9N 545. 95:;453 51350 51051.5141/-41/-. -3 -0 /61O 14P 9Q-R RS LMTUUV:W

�XYZ[��[�\] _�aYabYc�def]bc�]g�ch_�ibdcYj]c�a]kl_c_�Ych�Ykc_Zec_m�_k_Zf�nc]eZ_��opqprstuvpw�xyprszuxq�yruq{uytp�x|�z}p�~�tzuyxrz�{xq�przpr��uz}�uqzp�rszpw�pqpr����zxrs�p��k�ch_�j]j]n_m�ibdcYj]c�ncbacb_��XYZ[����ch_����ekm�ch_�X��e_�ieZk_cYaeddf�a]bjd_m�Ych�ch_�����nYm_�a]kl_c_��f�h_dj�]g�e�ibdcYYkmYkZ�l]dceZ_�iecahYkZ�cekng]i_[��hbn��edd�ch_�j]cn�]g�ch_�a]kl_c_�e_�ZedlekYaeddf�Yn]dec_m��hYah�a]bdm��_�e�a]ijbdn]f�_�bY_i_kc�g]�neg_cf�_en]kn�Yk�����ejjdYaecY]kn[��h_�j]j]n_m�a]kl_c_�a]knYncn�]g�ch__�j]cn��c]�bkYmY_acY]ked�d] �l]dceZ_�j]cn�g]�ch_�Ykc_a]kk_acY]k�]g�ch_����ekm�ch_�X��ekm�]k_�hYZh�l]dceZ_��YmY_acY]ked�j]c�g]�ch_�Ykc_a]kk_acY]k�]g�ch_�hfm]Z_k��bgg_�Ych�ch_�ieYk�����bn�]g�e����[��h__�e_�c]�ieYk�]j_ecY]k�i]m_n�]g�ch_�Ykc_Zec_m�a]kl_c_������h_����]j_ecY]k�i]m_[��k�chYn�i]m_�ch_�nbjdbn�j] _�g]i�ch_�����bn�]g�e�����Yn�nbjjdfYkZ�ch_�_d_ac]df�_�ekm�ch_�ibdcYj]c�a]kl_c_�eacn�en�e�nc_j�m] k�a]kl_c_[�*���h_�X��]j_ecY]k�i]m_[��k�chYn�i]m_�_d_acYaYcf�Yn�Z_k_ec_m��f�ch_�gb_d�a_dd�c]�a]l_�ch_�j] _�m_gYaY_kaf�Yk�ch_�����bn�]g�ch_�����ekm�ch_�ibdcYj]c�a]kl_c_�eacn�en�e�nc_j�bj�a]kl_c_[��k�ch_�X��]j_ecY]k�i]m_�n_l_ed�nb�i]m_n�a]bdm�edn]��_�mYncYkZbYnh_m����� �ecc_f�ennYnc_m�i]m_��ch_�X��ekm�ch_��ecc_f�j]lYm_��]ch�ch_�j] _�c]�ch_�����bn�c]�iekeZ_�ch_�j_e��j] _�m_iekm[���� �ecc_f�aheZYkZ�i]m_��X��j] _�Yn�hYZh_�chek�ch_�d]em�m_iekm_m�j] _��ch_��ecc_f��_YkZ�aheZ_m�g]i�ch_�X�[���� �ecc_f�ncekm��f�i]m_��ch_��ecc_f�Yn�gbddf�aheZ_m�ekm�ch_�gb_d�a_dd�j]lYm_n�gbdd�j] _�]kdf�c]�ch_�����bn[���� �������xyprszuxq�~xwp�� �k�ch_����]j_ecY]k�i]m_�ch_�a]kl_c_�eacn�en�e�cemYcY]ked�nc_j�m] k�Yn]dec_m�������a]kl_c_�Ych�e�����\��l]dceZ_�n]ba_�Ykl_c_��������e�nc_j�m] k�Yn]decY]k�cekng]i_�ekm�e�ab _kc�m]b�d_� _acYgY_��XYZ[���[��ijd_i_kcecY]k�]g�e�ch__�d_l_d�hedg��YmZ_�Ykl_c_�Ych�ch_�\ ¡�a]kc]d�edZ]Ychi�j_n_kc_m�Yk�¢��£�edd] n�edd�ceknYnc]n�]g�ch_�Ykl_c_�c]��_�]j_ec_m�bkm_�ch_�¤���Ych]bc�emmYcY]ked�a]ij]k_kcn�i__df�bcYdY�YkZ�jeenYcYa�_d_i_kcn�]g�ch_�aYabYc��nbah�en�¥bkacY]k�ekm�g__ h__dYkZ�mY]m_�aejeaYceka_n�ea]nn�_eah��¦����ekm�d_e�eZ_�Ykmbaceka_�]g�ch_�Yn]decY]k�cekng]i_[��k�emmYcY]k��ch_�ab _kc�m]b�d_�_acYgY_�Ykc]mba_m�Ych�a]bjd_m�Ykmbac]n�]gg_n�d]nn�_mbacY]k�Yk�ch_�n_a]kmef�nYm_�]g�ch_�a]kl_c_�Yk�a]kcenc�c]�ch_�cemYcY]ked�gbdd��YmZ_�_acYgY_�mb_�c]�ch_�cYa_�_mba_m�]j_ecY]k�ab _kc�]g�ch_�_acYgY_�mY]m_n�ekm�ch_�n_a]kmef�YkmYkZ�]g�ch_�cekng]i_[��

��XYZ[�[�\] _�aYabYc�a]kgYZbecY]k�Yk�ch_�_d_ac]dfn_������i]m_��� �h_����l]dceZ_�a]bdm��_�a]kc]dd_m��f�ch_�mbcf�afad_�leYecY]k�]g�ch_�ceknYnc]n�§©§ª[��_Zd_acYkZ�d]nn_n�Yk�ch_�a]ij]k_kcn��ch_�l]dceZ_�«¬­�mbYkZ�ch_����i]m_�Yn������� � ®¯°° ±°²®³µ ¶¶· ¸,% ��h__�«¹º»¼«½�Yn�ch_�����bn�l]dceZ_�]g�ch_�ieYk�nfnc_i��Ykjbc�l]dceZ_�]g�ch_�a]kl_c_�����Yn�ch_�mbcf�afad_�]g�ch_�Ykl_c_�nYcah_n��§©§ª��ekm�¾�Yn�ch_�cbkn�ecY]�]g�ch_�Yn]decY]k�cekng]i_�YkmYkZn���ekm��������� � # , , ¿À¿À°°¯· ��h__�«§ÁÂ�ekm�«§ÁÂÃ�e_�ch_�eijdYcbm_�l]dceZ_n�]g�ch_�jYief��hYZh�l]dceZ_������bn�nYm_��ekm�c_cYef��d] �l]dceZ_�����nYm_�� YkmYkZn�]g�ch_�Yn]decY]k�cekng]i_��_nj_acYl_df[��Ä��ÅÆ�xyprszuxq�~xwp�� �k�ch_�X��]j_ecY]k�i]m_�ch_�a]kl_c_�eacn�en�e�nc_j�bj�Yn]dec_m�������a]kl_c_�ekm�ch_�j] _�gd] n�g]i�ch_�X��c]�ch_�hYZh�l]dceZ_�����bn��chbn�j_g]iYkZ�ch_�j] _��ea��bj�gbkacY]k[��h_�a]kgYZbecY]k�]g�ch_�j] _�aYabYc�Yk�X��i]m_�Yn�j_n_kc_m�Yk�XYZ[��[�� �h_�j] _�gd] �g]i�ch_�X��c]�ch_�����bn�Yn�a]kc]dd_m��f�ch_��benY�Yij_meka_�n]ba_�Ykl_c_���¤���[��hYn�Ykl_c_�Yn�]j_ec_m� Ych�a]kcYkb]bn�Ykjbc�ab _kc�¢��£��hYah�Yn�e�l_f�Yij]cekc�j]j_cf�nYka_�X��nfnc_in�e_�dYiYc_m�j] _�n]ba_n�ekm�aekk]c�hekmd_�ejYm�ahekZ_n�Yk�ch_�ab _kc�ch_f�j]mba_[��h_�Ykc_Zec_m�g__ h__dYkZ�mY]m_n�§¹ ©§¹ª�]g�ceknYnc]�i]mbd_n�§©§ª�c]Z_ch_�

Page 141: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������� ��� ���������������������������� !"�#$��%&&��$'("�)"*+,

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aIb:A5.9?/0<FGH4:<14A>:B<5<?A>2/<:BM/0<=25.2/.494C26044/@/054A?0:A/M1M1><_bc\,] d efghijfkh kl jj mnmmon ")"" S-0<5<Ip7.6/0<CA<>1<>>=4>/2?<S_b.6/0<6044/@/054A?0:A/M1M1><4C/0<OPQE6-./10<6\JVqJr]DFG@6.:<29:stQ@6.:<345/64C/0<149=<5/<525<H2?9</.12>>M14A3><:/054A?0/0<.64>2/.49/5296C45H<5u66<149:25M29:35.H25M-.9:.9?6S5<63<1/.=<>M\F.?DY]29:/0<:<6.5<:/A59652/.44C/0<.64>2/.49/5296C45H<5v;.6\Y] )�"�" wxwxjjlo S-0<5<IJKL829:IJKL;25</0<2H3>./A:<=4>/2?<64C/0<35.H25M\0.?0@=4>/2?<STG@BA66.:<]29:6<149:25M\>4-@=4>/2?<SFG6.:<]-.9:.9?64C/0<.64>2/.49/5296C45H<5S5<63<1/.=<>MD R414H3<962/</0<6045/@/<5H3<2N34-<5:<H29:64C/0<TG@BA6:A5.9?/0<FG43<52/.49H4:</0<34-<5C54H292::./.492><9<5?M6/452?<:<=.1<H2MB<5<OA.5<:DyB2//<5MH.?0/B<A6<:.9/0.6126<Dz<9<52>>MS/4233>M2B2//<5M292::./.492>1025?.9?1.51A./.65<OA.5<:S><2:.9?/4.915<26<:14H3><{./M4C/0<149=<5/<5D|4-<=<5SBMA/.>.}.9?/0<3543<5/M4C/0<OPQES/0<B2//<5M14A>:B<1499<1/<:-./04A/29M2::./.492>1.51A./6S26604-9.9F.?D*DR0<2=<52?<=4>/2?<215466/0<B2//<5M/<5H.92>6<OA2>6/0<2=<52?<12321./457W=4>/2?<c\~] ghffhi jkkjj mmnoo ")� D |<91<S/0<6/2/<@4C@1025?<\Q�G]4C/0<B2//<5M.6149/54>><:BM=25M.9?/0<6044/@/054A?0:A/M1M1><_b4C/0<OPQE6-./10<6DR0<B2//<5M1A55<9/:<3<9:649/0<=4>/2?<6I7W29:Ia26-<>>2649./6.9/<592>5<6.6/291<Ka\F.?D~]c

\�] i hii xjj� �no S-0<5<Ia.6/0<=4>/2?<52/.9?4C/0<B2//<5MD|<91<S/0<6/2/<4C1025?<4C/0<B2//<5M:<3<9:649/0<=4>/2?<c\+] �hif�h jjj no D F.?D~DQ.H3>.C.<:<OA.=2><9/1.51A./4C2B2//<5M E945:<5/4N<<3/0<6M6/<H.9149/.9A4A6149:A1/.49H4:<\GG�]/0<1A55<9/4C/0<:.4:<_�604A>:9<=<55<210}<54:A5.9?/0<949@6044/@/054A?06/2/<29:/0<C4>>4-.9?<{35<66.49604A>:B<62/.6C.<:c\�] "�wxi ��� S-0<5<�JKL;.6/0<1A55<9/4C/0</5296C45H<56<149:25M-.9:.9?D<{/S/0<34-<5<OA2/.496C45325/.1A>256ABH4:<64C/0<FG43<52/.49H4:<25<�A6/.C.<:c*D�2//<5M266.6/<:H4:<c�p7��_7���R0<FG29:/0<B2//<5M354=.:</0<34-<5/4/0<TG@BA6�/0<34-<5<OA2/.49.6\�] �o�n n i���khgh ��� S-0<5<�p7.6/0<34-<54C/0<CA<>1<>>S�_7aIb.6/0<34-<5C>4-.9?.9/4/0<TG@BA629:�a.6/0<34-<5354=.:<:BM/0<B2//<5MDE9/0.6126<�U8��U;�D�2//<5M1025?.9?H4:<c�p7��_7���R0<FG6A33>.<6B4/0/0<B2//<5M29:/0<[email protected]/0.6126<�U8��U;29:/0<34-<5<OA2/.49.6\*�] �onn n i���khgh ��� D,D�2//<5M6/29:@BMH4:<c�p7��_7���R0<CA<>1<>>354=.:<6CA>>34-<5/4/0<TG@BA629:/0<B2//<5M.6CA>>M1025?<:DE9/0.6126<�U8��U;29:/0<34-<5<OA2/.49.6\**] �on n���khgh �� D����� ¡�¢£¤¥¦�� § ¤£ ©¢ R4=2>.:2/</0<354346<:/434>4?M/0<<{3<5.H<9/2>6</A3-./0/0<34-<552/.9?4C*D�Nª-26266<HB><:\F.?«�]D�3<52/.9?3252H</<5629:14H349<9/=2>A<64C/0<<{3<5.H<9/2>6</A325<>.6/<:.9R2B><ED ¬­®®°±²³µ¶®·°¹µº¬»¼ ½¾¿À

ÁÂÃÄÅƶǰ®°»°­¶ÀÈ°¼ °Å¾°°¶®½¾É¿°°Ê®ÆÈÆ° F.?D�Dt{3<5.H<9/2>*D�Nª6</A34C/0<354346<:HA>/.345/149=<5/<5

Page 142: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������������������������������������������������������ ��������������������������������� ��!!��""##$%"&' ��(�))����'*+%",%�

-./01��2�3145617�8916.:5;<�9.6.=1:164�8>�:?1�1@9165=1;:.0�A8;B16:16� C.6.=1:16� D.0E1�FGHGIJK�3LM05;N�B80:.<1�8>�:?1�=.5;�4O4:1=P�QRSTUQV� WXY�D��Z.:17�B80:.<1�8>�:?1�101A:680O[16P�Q\]� Y�D��_5<?:M08.7�L�B80:.<1P�QaSbcJd� �Y�D�E00M08.7�L�B80:.<1P�QaSbceH� �X�D�f916.:5;<�>61gE1;AO�8>�:?1�5480.:58;�:6.;4>86=16P�h� �W�Ni[�jE=/16�8>�:E6;4�8>�:?1�B80:.<1�=.:A?5;<�:6.;4>86=16P�klIbm�n�klIbo�n�klIbp� q��r�X�r��W�L.9.A5:.;A1�8>�L��.;7�Lq� XY�E�L.9.A5:.;A1�8>�Ls�.;7�L�� �Y�E�t;7EA:.;A1�8>�_��.;7�_q� XW�Ei�t;7EA:.;A1�8>�_s�.;7�_�� �2q�=i�\]�cuvG�3E:O�AOA01�8>�Dwt�4x5:A?14P�R� Y2�W�aS�cuvG�3145617�B80:.<1�.=905:E71�8>�:?1�5;:16=175.:1�3LM05;NP�Qm� �Y�D�3E:O�AOA01�8>�.A:5B1�4:.:14P�Ry� Y2��3E:O�AOA01�B.65.:58;�8>�4?88:M:?68E<?�4:.:14P�RV�� Y222Y2���z.::16O�{D|Z-|�}~�� �Y�|?r�q�D����������������������� 564:P�:?1�4O4:1=�x.4�4:E7517�5;�:?1�101A:680O[16�=8712�3E65;<�:?1�1@9165=1;:�;8�A8;:680�8>�:?1�8E:9E:�B80:.<1�x.4�916>86=17�.;7�s_MjCL�Dwt�8916.:17�x5:?�:?1�A8;4:.;:�7E:O�AOA012�-?1�1@9165=1;:.0�B80:.<1�.;7�AE661;:�x.B1>86=4�8>�:?1�Z}wM�.;7�}_M4571�986:4�.61�96141;:17�5;�5<��2�-?1�s_MjCL�?.0>M/657<1�5;B16:16�?.7�:?1�[168MB80:.<1�4x5:A?5;<�8>�.00�:6.;454:864�x5:?8E:�.;O�.775:58;.0�A8=98;1;:4�{5<42��.;7�~�2����������*��5<2��2�}@9165=1;:.0�x.B1>86=4�8>�:?1�96898417�A8;B16:16�5;�:?1�}_�=871��5;9E:�B80:.<1�.;7�AE661;:�8>�:?1�Z}wM4571�986:�{.��.;7�8E:9E:�B80:.<1�8>�:?1�}_M4571�986:�{/��

�5<2�2��Dw�8916.:58;�8>�8E:16�:6.;454:864�{-��.;7�-���8>�:?1�96898417�A8;B16:16�5;�:?1�}_�=871�{7E:O�AOA01�3�Y2����

�5<2�~2��Dw�8916.:58;�8>�5;;16�:6.;454:864�{-q�.;7�-s��8>�:?1�96898417�A8;B16:16�5;�:?1�}_�=871�{7E:O�AOA01�3�Y2���� t:�x.4�>8E;7�:?.:�.�4E>>5A51;:�A8;75:58;�>86�:?1��Dw�54�:?.:�:?1�5480.:58;�:6.;4>86=16�4?8E07�?.B1�610.:5B10O�?5<?�01.N.<1�5;7EA:.;A1�8>�x5;75;<4�.;7�:?1�71.7�:5=1�5=901=1;:17�4?8E07�/1�4=.0016�:?.;�:?1�:5=1�;11717�:8�E:505[1�:?1�01.N.<1�1;16<O2�5;.00OP�5:�x.4�>8E;7�:?.:�/O�?109�8>�:?1�96898417�A8;>5<E6.:58;�:?1�:8:.0�084414�5;�41=5A8;7EA:864�5;�:?1�Z}wM4571�986:�A8E07�/1�71A61.417�/O�.:�01.4:�qW��5;�A8=9.6548;�x5:?�:?1�:89808<O�96141;:17�5;��W�2������������������������ 3E65;<�:?1�>E10�A100�=871�:?1�A8;B16:16�x.4�:14:17�x5:?�:?1�=5;5=.0�L�B80:.<1P�:?E4�?.B5;<�:16=5;.0�B80:.<1�8>��X�D2�-8�/884:�:?1�L�B80:.<1�:8�:?1�7145617�B80:.<1�01B10�8>�:?1�5;:16=175.:1�3LM05;N�{�Y�D��:?1�4?88:M:?68E<?�7E:O�AOA01�3w�x.4�41:�:8�Y2��W2�t;�.A:5B1�4:.:14�:?1�5480.:58;�:6.;4>86=16�x.4�4E990517�x5:?�B80:.<1�9E0414�x5:?�.�7E:O�AOA01�8>�Y2sW2�|4�54�411;�>68=�5<2��YP�:?1�g�wt�1;4E614�:?1�71=.;717�<.5;�8>�:?1�L�B80:.<1�{QaSbceH��������.;7�Qm�������P�.4�1@91A:17�2��

�5<2��Y2�}@9165=1;:.0�x.B1>86=4�8>�:?1�96898417�A8;B16:16�5;�:?1�L�=871�.:�:?1�=5;5=.0�L�B80:.<1��5;:16=175.:1�3LM05;N�B80:.<1P�B80:.<1�8>�:?1�41A8;7.6O�x5;75;<�8>�:?1�B80:.<1�=.:A?5;<�:6.;4>86=16�.;7�>E10�A100�AE661;:�

��� ¡�¢�£¤¥¦§©ª«¬�­­®�£¤ ©ª«¬��°±�£¥¦§©ª«¬��²³µ�£¤¥¦§©ª«¬� �¶�£¥¦§©ª«¬�·£¥¦§©ª«¬­¶��£¥¦ ©ª«¬��²³¤�£¥¦§©ª«¬�

Page 143: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

���������������� ��� ���������������������������� !"�#$��%&&��$'("�)"*+,

-./012/345662/27089::5;5<5052:96012-=982/>0597?942@2/202:024AB0@>:>::.?2401>0012>C>5<>;<2-=89@2/D>7790?22001257D/2>:257012<9>4AE12:F:[email protected];>002/FG-5HA**>I1>4>7>88/2D5>;<2C9<0>H24/98>0012J=K;.:3@15<2012:F:02?@501012;>002/F@>:>;<209D9//2:89740901257D/2>:24<9>4D.//270>748/9C5424D97:542/>;<F?9/2:0>;<29.08.0C9<0>H2G-5HA**;IA L::.?57H>757505><9.08.089@2/M96*NO30120/>7:69/?2/D.//2704./57H015:02:0D>7;2D><D.<>024;FG*PI QRQSQR ��)%)T�")�"� UV WXY Z[ \] _27D23012;>002/FD.//270:19.<47902D224015:C><.2579/42/09N228012:F:02?57==aAb:57HcdAG,I@2D>79;0>5701257505><C9<0>H2>D/9::012;>002/FGefghijkglIAm57D2012;>002/F@>:6.<<FD1>/H24350:57505><D.//270@>:D<9:209n2/9A L602/012<9>4D1>7H209*APNO3012;>002/FD.//27057D/2>:2409*oLA_>C57H012;>002/F5702/7></2:5:0>7D296po?q3@29;0>57rG*sI ��t%))��T u^YVV vvv[ RQSR % L::.?57H0125702/?245>02J=K<57NC9<0>H2C>/5>05974.209012;>002/F@50157*w30129.08.0C9<0>H2C>/5>05975:G*pI ��&" "�)� uxxVV ]]yYz{W[vV\W[ RQ|QR| SS �@15D15:>DD280>;<2@50157012/2d.5/24/>7H296,}A E12s~K��=1><6K;/54H20989<9HF982/>057H57012/2D05652/?9428/9C542401242?>7424C9<0>H249.;<57H2662D09601282>NC9<0>H296012:2D974>/F@57457H960125:9<>05970/>7:69/?2/301.:27:./57H012/588<2K6/22C9<0>H296,�owJ=>0012J=K;.:96>�cmG-5HA**;I3@15<2012?>5?><C9<0>H2>D/9::B��E?94.<2:@>:>88/95?>02<F972K1><6960129.08.0C9<0>H2G-5HA*PIA

���������������������������������������������������������� �'�-5HA**Ac82/5?270><@>C269/?:960128/989:24D97C2/02/57012-=?942>0012?575?><-=C9<0>H2>74<5?5024D.//270@127012<9>457D/2>:2:[email protected];>002/FG>I�@501012;>002/FG;I

-5HA*PAc82/5?270><@>C269/?:960128/989:24D97C2/02/57012-=982/>057H?942>0012?575?><-=C9<0>H2r6/22@122<57H45942��i>74��jC9<0>H2>74D.//270 -5HA*s:19@:012;>002/F:0>02D1>7H57H6/9?D1>/H57H0945:D1>/H57H4./57H012982/>0597@501<5?5024-=D.//270@127012<9>4:.4427<F57D/2>:2:AL:2:05?>02434./57HD1>/H57H��i���j>74@127012;>002/F:.88<52:012<9>4��i���jAm57D2012;>002/FC9<0>H2/2?>57:/2<>05C2<FD97:0>704./57H012982/>059730125702/?245>02J=K<57NC9<0>H296012d�mB5::0>;<2A-5HA*sAB702/?245>02J=K<57NC9<0>H23D.//27096012574.D09/:�i>74�j>74;>002/FD.//2704./57H012982/>0597@501<5?5024D.//270@127012<9>457D/2>:2: ¡¢£¤¥¦§¡¢¦ E128/989:2479C2<5702H/>024?.<0589/0J=J=D97C2/02/69/1F4/9H27K;>:24272/HF:09/>H2:5:D>8>;<29627:./57H:0>;5<5n24:.88<FC9<0>H269/0122<2D0/9<Fn2/>:@2<<>:8/9C5457H012/2H.<>024C9<0>H297012J=K;.:42:8502012C>/5>0597960126.2<D2<<C9<0>H2@501012<9>4AJ./57H0121F4/9H278/94.D0597?942G2<2D0/9<Fn2/?942I012D97C2/02/>D0:>:>wmBK;>:24:028K49@7J=J=D97C2/02/@15<25701289@2/;>DNK.8G6.2<D2<<I?942012D97C2/02/982/>02:>:>d�mBK;>:24:028K.8J=J=D97C2/02/AE12;>002/F5702H/>02409012-=K:54289/0@5<<12<809;><>7D201289@2/45662/27D2;20@227012-=>74012<9>4>74657><<F5?8/9C20124F7>?5D/2:897:2960121F4/9H27;.662/A B7012/2:2>/D150@>:69.7401>0>s~K��=0989<9HF@501>4245D>024D970/9<><H9/501?57>�cmK:54289/0><<9@:<9::2:57012:2?5D974.D09/:09;2/24.D24;F>0<2>:0P,}AE125702H/>059796>;>002/F57>-=K:54289/0/2d.5/279>4450597><D1>/H57HD5/D.50AL0012:>?205?2:0>;5<5n249.08.0C9<0>H24./57H:19/0K02/?15H189@2/42?>74:5:8/9C5424@127012>C>5<>;<2-=89@2/D>7790?22001257D/2>:257012<9>4A

Page 144: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

������������������������������������������������������������ ��������������������������������� ��!!��""##$%"&' ��(�))����'*+%",%�

-./01234567408�� 9:;<�=><>?=@:�AB=C�:?<�D>>E�<FGGB=H>I�DJ�K<HBE;?E�L;E;<H=J� BM� KIF@?H;BE� ?EI� N><>?=@:� OP=BQ>@H�RSTUVTTUW<UUXY�K<HBE;?E�R@;>E@>�SBFEI?H;BE�OZ=?EH<�K9S[\][X�?EI�KF=BG>?E�RB@;?�SFEI�OG=BQ>@H�_B@HB=?�R@:BB�BM�KE>=aJ�?EI�Z>BH>@:EBBaJ�bbcXd�� efgfefhifj�k�l�mnoppq�rsgst�iuvpwxq�isq�yr�vnz{|u}u~�x�u�|u�xu��n~��x�w|xo�wu��{n�u|��u~u|pwxn~yq��~wu|~pwxn~p��j�z{n�x�z�n~��n�u|�f�uvw|n~xv�q�f�uvw|xvp���|x�u�q�r�wnzpwxn~�p~���nwxn~q�j�ff�r������q�{{s��������q��������p������s�k�l�ip�p��p|nq�ist�i}xzu~wnq�gst�����zuvxq�jst�jp{�{{nq�ist�jp~wn~nvxwnq�is�yf�uvw|n���u|�x~����ju����|n��vx~��j��wuz��in~~uvwu��wn��i��x~���xw}��u�xvpwu���}p�u�j}x�w�in~�u|wu|yq��~wu|~pwxn~p��in~�u|u~vu�n~�i�up~�f�uvw|xvp���n�u|q��iif�������q�{{s��������q��������p������s�k�l��u��eup�q�rs�st�r|vuq�rst��n|�n~�q�is�y��o|x��zn�u��{|u�xvwx�u�vn~w|n��n��p�w�n��u~u|pwn|�{n�u|�{�p~w�x~wu�|pwx~��{}nwn�n�wpxv�{p~u���p~��p���u��vu��yq���w}��fff�in~�u|u~vu�n~��uvx�xn~�p~��in~w|n�q�{{s����������q��������uvs�����s�k�l��op~u�q�gst��u|u��hp�p||nq�rst�jp~v}u�q�ist�ju��|pq��st��u|~p�q�fst��p�pq��s�y�x~���u~u|pwxn~��wpox�x�pwxn~���x~��p�}��|n�u~�o���u|yq�f�|n{up~�in~�u|u~vu�n~��n�u|�f�uvw|n~xv��p~��r{{�xvpwxn~�q�{{s�����q�����ju{ws�����s�k�l��x~~x�n�q��st�r~�|x�p~n�xw�q�rst�enp�wnq��st��p�p�p�q��st��yf�{u|xzu~wp���w����n��~u��x~wu�|pwu���i �i�vn~�u|wu|��n|�}��|n�u~�op�u��u~u|����wn|p�uqy��������w}��~wu|~pwxn~p��in~�u|u~vu�n~�f~�x|n~zu~w�p~��f�uvw|xvp��f~�x~uu|x~��¡fff�i¢q�{{s����q�������p�������k�l��pnq��st�£nw�n{n��n�q�rst���p|wuq��s�st��u~�|x�q��srs�s�ygpzx���n��z��wx{n|w�ox�x|uvwxn~p���i��i�vn~�u|wu|�yq��ff��|nvuu�x~���n~�f�uvw|xv��n�u|�r{{�xvpwxn~�q��n�s����q�~ns��q�{{s���������q����p������s�k�l��pnq��st���p|wuq��s�st��u~�|x�q��srs�s�y���wx{n|w�vn~�u|wu|���n|�}�o|x��{n�u|��n�|vu�yq��fff��n�u|�f�uvw|n~xv��j{uvxp�x�w��in~�u|u~vuq��fji�����q�{{s����������q�����¤���~u�����s�k�l�r~�|x�p~n�xw¥q�rt�f�n|n�q��t��u}w�pq��t��x~~x�n�q��s�yr����|n�u~��uv}~n�n���p������u|��n|�jwpox�x�pwxn~�n���x~���n�u|�¦u~u|pwxn~yq��w}��~wu|~pwxn~p��j�z{n�x�z�y�n{xvp���|no�uz��x~�w}u�gxu���n��f�uvw|xvp��p~���n�u|�f~�x~uu|x~�yq��nvwn|p��jv}nn��n��f~u|���p~��¦unwuv}~n�n��q�{{s������q�����s�k¤l�ip�p��p|nq�ist�iuvvn~xq��st�i}xzu~wnq�gst�����zuvxq�jst�jp~wn~nvxwnq�ist�jp{�{{nq�is�yr��}p�u�j}x�w�g�����|x��u�in~�u|wu|��n|�w}u�f~u|����p~p�uzu~w�n��f�uvw|n���u|�

j��wuz�yq��fff��~wu|~pwxn~p��j�z{n�x�z�n~��~���w|xp��f�uvw|n~xv�q��j�f�����q�{{s����¤�����q�������~u�����s�k��l�§�p|wuzu~�xpq��s�st� �wn�p�pq�©st��n|u~nq�st��n�x~pq��s�st�m�oxpt��s�y�x~���u~u|pwxn~��wpox�x�pwxn~�n���x�u���{uu���x~��w�|ox~u��p|z���xw}�}��|n�u~�o���u|yq���w}s�j{p~x�}��n|w���u�u�in~�u|u~vu�n~�f�uvw|xvp��f~�x~uu|x~��¡��i���f¢q�{{s����q�������������¤s�k��l�r~�|x�p~n�xw¥q�rst�f�n|n�q��st��u}w�pq��st��x~~x�n�q��s�yhu���uw}n���n|�jwpox�x�pwxn~�n���x~���n�u|�¦u~u|pwxn~�§�x~��p~�f~u|���jwn|p�u��uv}~n�n��ys��n�|~p��n~�r�|n~nz��eu�up|v}q��n�s��q�¡j�¢q�{{s������q��p������s�k��l�r~�|x�p~n�xw�q�rst��x~~x�n�q��st�enp�wnq��st���x~n�q�rst�q�y�}|uu��u�u��}p���o|x��u�m�j��i �i�vn~�u|wu|��n|�u�uvw|n���u|�x~wu�|pwxn~��xw}�|u~u�po�u�u~u|������wuz�qy��������w}��~wu|~pwxn~p��in~�u|u~vu�n~�f~�x|n~zu~w�p~��f�uvw|xvp��f~�x~uu|x~��¡fff�i¢q�{{s����q�������p������s�k��l�ix~w|n~�ex�u|pq��s¦st�ª�p~��xt�j}�px��xp~�t��u~�q�gsmst�y«�p�x�m�jn�|vu�x~�u|wu|��xw}�u~u|����wn|p�u��n|��}nwn�n�wpxv�{n�u|��u~u|pwxn~����wuz�qy��������u~w��jx�w}�r~~�p���fff�r{{�xu���n�u|�f�uvw|n~xv��in~�u|u~vu�p~��f�{n�xwxn~�¡r�fi¢q�{{s�������q�������p|v}�����s�k��l��x~~x�n�q��st�enp�wnq��s�y«�p�x�m�jn�|vu��p�u����n�pwu���i �i�in~�u|wu|���n|��x�w|xo�wu���n�u|�¦u~u|pwxn~yq��fff��|p~�pvwxn~��n~��~���w|xp��f�uvw|n~xv�q��n�s���q�~ns�q�{{s��¤�����q��p~s�����s�k��l��p|wx~�q��s�gst��n�vuq�rst�ep~�u�q�ist�jnwnzp�n|q��st�ip�w|nq�est��x|u�q�rst�ip|�p�}ux|nq��st�jx��pq�es�rst��xp~pq�jst�¬eu~���­�jwp~��r�n~u�f~u|���j��wuz�j�{{n|wu��o���nwp����eu~u�po�u����|n�u~��|n��vwxn~®t��|nvs�n��� �fefh¦�����q�r{|x�������q�����q�juwop�q��n|w��p�s����-°8±1²³�LdR@d�µEE?�µEI=;Q?EB¶;H<Y�9?;EE�·E;¶>=<;HJ�BM�9>@:EBBaJY� >Gd�BM�K>@H=;@?� =;¶><�?EI�PBA>=�K>@H=BE;@<Y�K:;H?Q?H>� H>>� \Y� UT[W� 9?;EEY� K<HBE;?Y� K¹º?;�?EE?d?EI=;Q?EB¶;H<»;>>>dB=a¼� Ld�R@d� µEI=>;� ½;EB¶Y� 9?;EE�·E;¶>=<;HJ�BM�9>@:EBBaJY� >Gd�BM�K>@H=;@?� =;¶><�?EI�PBA>=�K>@H=BE;@<Y�K:;H?Q?H>�H>>�\Y�UT[W�9?;EEY�K<HBE;?Y�K¹º?;�?EI=>;dD;EB¶»;>>>dB=a¼� =d� º;H=;�¾;EE;CB¶Y�9?;EE�·E;¶>=<;HJ�BM�9>@:EBBaJY� >Gd�BM�K>@H=;@?� =;¶><�?EI�PBA>=�K>@H=BE;@<Y�K:;H?Q?H>� H>>� \Y� UT[W� 9?;EEY� K<HBE;?Y� K¹º?;�Iº;H=;d¶;EE;CB¶»;>>>dB=a¼�=d�¿BÀB�L?=H;E<Y�·E;¶>=<;I?I>�ÁB¶?�I>�Â;<DB?¹SÃ9¹KK�?EI�·ÁbÁľµ¹Ã9RY�P¹Å[Ź\UW�LBEH>�I>�Ã?G?=;@?Y�PB=HFa?Y�K¹º?;�QMdº?=H;E<»M@HdFEdGH����

Page 145: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

145

DISSERTATIONS DEFENDED AT TALLINN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ON

POWER ENGINEERING, ELECTRICAL ENGINEERING, MINING ENGINEERING

1. Jaan Tehver. Boiling on Porous Surface. 1992. 2. Salastatud. 3. Endel Risthein. Electricity Supply of Industrial Plants. 1993. 4. Tõnu Trump. Some New Aspects of Digital Filtering. 1993. 5. Vello Sarv. Synthesis and Design of Power Converters with Reduced Distortions Using Optimal Energy Exchange Control. 1994. 6. Ivan Klevtsov. Strained Condition Diagnosis and Fatigue Life Prediction for Metals under Cyclic Temperature Oscillations. 1994. 7. Ants Meister. Some Phase-Sensitive and Spectral Methods in Biomedical Engineering. 1994. 8. Mati Meldorf. Steady-State Monitoring of Power System. 1995. 9. Jüri-Rivaldo Pastarus. Large Cavern Stability in the Maardu Granite Deposit. 1996. 10. Enn Velmre. Modeling and Simulation of Bipolar Semiconductor Devices. 1996. 11. Kalju Meigas. Coherent Photodetection with a Laser. 1997. 12. Andres Udal. Development of Numerical Semiconductor Device Models and Their Application in Device Theory and Design. 1998. 13. Kuno Janson. Paralleel- ja järjestikresonantsi parameetrilise vaheldumisega võrgusageduslik resonantsmuundur ja tema rakendamine. 2001. 14. Jüri Joller. Research and Development of Energy Saving Traction Drives for Trams. 2001. 15. Ingo Valgma. Geographical Information System for Oil Shale Mining – MGIS. 2002. 16. Raik Jansikene. Research, Design and Application of Magnetohydrodynamical (MHD) Devices for Automation of Casting Industry. 2003. 17. Oleg Nikitin. Optimization of the Room-and-Pillar Mining Technology for Oil-Shale Mines. 2003. 18. Viktor Bolgov. Load Current Stabilization and Suppression of Flicker in AC Arc Furnace Power Supply by Series-Connected Saturable Reactor. 2004. 19. Raine Pajo. Power System Stability Monitoring – an Approach of Electrical Load Modelling. 2004. 20. Jelena Shuvalova. Optimal Approximation of Input-Output Characteristics of Power Units and Plants. 2004. 21. Nikolai Dorovatovski. Thermographic Diagnostics of Electrical Equipment of Eesti Energia Ltd. 2004. 22. Katrin Erg. Groundwater Sulphate Content Changes in Estonian Underground Oil Shale Mines. 2005.

Page 146: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

146

23. Argo Rosin. Control, Supervision and Operation Diagnostics of Light Rail Electric Transport. 2005. 24. Dmitri Vinnikov. Research, Design and Implementation of Auxiliary Power Supplies for the Light Rail Vehicles. 2005. 25. Madis Lehtla. Microprocessor Control Systems of Light Rail Vehicle Traction Drives. 2006. 26. Jevgeni Šklovski. LC Circuit with Parallel and Series Resonance Alternation in Switch-Mode Converters. 2007. 27. Sten Suuroja. Comparative Morphological Analysis of the Early Paleozoic Marine Impact Structures Kärdla and Neugrund, Estonia. 2007. 28. Sergei Sabanov. Risk Assessment Methods in Estonian Oil Shale Mining Industry. 2008. 29. Vitali Boiko. Development and Research of the Traction Asynchronous Multimotor Drive. 2008. 30. Tauno Tammeoja. Economic Model of Oil Shale Flows and Cost. 2008. 31. Jelena Armas. Quality Criterion of road Lighting Measurement and Exploring. 2008. 32. Olavi Tammemäe. Basics for Geotechnical Engineering Explorations Considering Needed Legal Changes. 2008. 33. Mart Landsberg. Long-Term Capacity Planning and Feasibility of Nuclear Power in Estonia under Certain Conditions. 2008. 34. Hardi Torn. Engineering-Geological Modelling of the Sillamäe Radioactive Tailings Pond Area. 2008. 35. Aleksander Kilk. Paljupooluseline püsimagnetitega sünkroongeneraator tuuleagregaatidele. 2008. 36. Olga Ruban. Analysis and Development of the PLC Control System with the Distributed I/Os. 2008. 37. Jako Kilter. Monitoring of Electrical Distribution Network Operation. 2009. 38. Ivo Palu. Impact of Wind Parks on Power System Containing Thermal Power Plants. 2009. 39. Hannes Agabus. Large-Scale Integration of Wind Energy into the Power System Considering the Uncertainty Information. 2009. 40. Kalle Kilk. Variations of Power Demand and Wind Power Generation and Their Influence to the Operation of Power Systems. 2009. 41. Indrek Roasto. Research and Development of Digital Control Systems and Algorithms for High Power, High Voltage Isolated DC/DC Converters. 2009. 42. Hardi Hõimoja. Energiatõhususe hindamise ja energiasalvestite arvutuse metoodika linna elektertranspordile. 2009. 43. Tanel Jalakas. Research and Development of High-Power High-Voltage DC/DC Converters. 2010. 44. Helena Lind. Groundwater Flow Model of the Western Part of the Estonian Oil Shale Deposit. 2010. 45. Arvi Hamburg. Analysis of Energy Development Perspectives. 2010.

Page 147: New Converter Topologies for Integration of Hydrogen Based ...

147

46. Mall Orru. Dependence of Estonian Peat Deposit Properties on Landscape Types and Feeding Conditions. 2010. 47. Erik Väli. Best Available Technology for the Environmentally Friendly Mining with Surface Miner. 2011. 48. Tarmo Tohver. Utilization of Waste Rock from Oil Shale Mining. 2011. 49. Mikhail Egorov. Research and Development of Control Methods for Low-Loss IGBT Inverter-Fed Induction Motor Drives. 2011. 50. Toomas Vinnal. Eesti ettevõtete elektritarbimise uurimine ja soovituste väljatöötamine tarbimise optimeerimiseks. 2011. 51. Veiko Karu. Potential Usage of Underground Mined Areas in Estonian Oil Shale Deposit. 2012. 52. Zoja Raud. Research and Development of an Active Learning Technology for University-Level Education in the Field of Electronics and Power Electronics. 2012. 53. Andrei Blinov. Research of Switching Properties and Performance Improvement Methods of High-Voltage IGBT based DC/DC Converters. 2012. 54. Paul Taklaja. 110 kV õhuliinide isolatsiooni töökindluse analüüs ja töökindluse tõstmise meetodid. 2012. 55. Lauri Kütt. Analysis and Development of Inductive Current Sensor for Power Line On-Line Measurements of Fast Transients. 2012. 56. Heigo Mõlder. Vedelmetalli juhitava segamisvõimaluse uurimine alalisvoolu kaarleekahjus. 2012. 57. Reeli Kuhi-Thalfeldt. Distributed Electricity Generation and its Possibilities for Meeting the Targets of Energy and Climate Policies. 2012. 58. Irena Milaševski. Research and Development of Electronic Ballasts for Smart Lighting Systems with Light Emitting Diodes. 2012.