Tek faz yarı empedans kaynaklı eviricinin tasarımı, hibrit algoritma ile kontrolü ve 2ω frekansındaki sıçramaların minimize edilmesi
Design of single phase quasi-z-source inverter, control with hybrid algorithm and minimization of 2ω frequency ripples
Yazar: SEYFETTİN VADİ
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN BAYINDIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güç elektroniği uygulamalarında DA-DA dönüşüm yapılırken çıkış gerilimini artırmak için 
yükselten dönüştürücü, DA-AA dönüşümü için ise evirici kullanılmaktadır. Ancak, 
dönüştürücü ve evirici yapısının birlikte kullanılması anahtar ve pasif devre elemanlarının 
sayısının artmasına ve ek maliyetlere neden olmaktadır. Aynı zamanda, DA-DA ya da DAAA
 dönüşüm yapıldığında anahtar sayısının fazla olmasından kaynaklı harmonik 
bozunumlar, 2ω frekansındaki sıçramalar, gerilim ve akım sinyal kalitesinin düşmesi gibi 
durumlar ortaya çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, DA-DA dönüşüm yapılırken ortaya çıkan 
olumsuz durumları minimize etmek için tek aşamada hem DA-DA yükseltici hem de DAAA evirici 
olarak çalışabilen yarı empedans kaynaklı evirici önerilmiştir. Bu topolojinin 
DA/DA dönüşümü esnasında akım sinyali üzerinde 2ω frekansında sıçramalar oluşmaktadır 
ve harmonik bozunum seviyesi artmaktadır. Bu nedenle çalışmada 2ω frekansında 
sıçramaların ilave donanım yapısı kullanılmadan hibrit kontrol yöntemi ile minimize 
edilmesi amaçlanmıştır. Bunun için, eviricinin DA tarafında gerilim kontrolü için
 oransalintegral (PI) kontrol ve akım kontrolü için üstün burulma algoritması tabanlı kayan kipli 
kontrol (ÜBAKKK)'den oluşan hibrit algoritma ile AA tarafı için oransal rezonans (PR) 
kontrol yöntemi önerilmiştir. Önerilen algoritma giriş akım sinyali üzerinde oluşan 2ω 
frekansındaki sıçramaları regüle etmiştir. Aynı zamanda kayan kipli denetleyicinin en 
önemli dezavantajı olarak görülen çatırdama etkisi azaltılmıştır. Önerilen denetleyicinin 
performansı geleneksel PI denetleyicinin performansı ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen 
sonuçlar, önerilen denetleyicinin giriş akımında, referans gerilim değişimlerinde ve çıkış 
geriliminde meydana gelen herhangi bir bozulmada daha hızlı ve gürbüz bir şekilde referansı 
yakaladığını göstermektedir. Ayrıca, tasarlanan denetleyici, kararlı durum hatasını, toplam 
harmonik bozulma (THD) ve yerleşme süresini azaltmaktadır.

Abstract:
In power electronics applications, boost converters are used to increase the output voltage 
for DC-DC conversion, while inverter is used for DC-AC conversion. However, the 
combination of the converter and inverter structures increases the number of active and 
passive circuit elements and leads to additional costs In addition, when performing DC-DC 
or DC-AC conversion, the high number of switches can cause harmonic distortion, ripples 
at the 2ω frequency, and a decrease in voltage and current signal quality. This thesis proposes 
a quasi-impedance source inverter that can function as both a DC-DC converter and a DC-AC
 inverter to minimize negative effects. During DC-DC conversion, the topology produces 
ripples in the current signal at the 2ω frequency that increase harmonic distortion. Therefore, 
the aim of this study is to minimize the ripples at the 2ω frequency using a hybrid control 
method without using additional hardware. To achieve this, the proposed hybrid algorithm 
consists of proportional-integral (PI) control for voltage control on the DC side and sliding 
mode control based on the superior twisting algorithm for current control and 
proportionalresonance (PR) control for the AC side. The proposed hybrid algorithm regulates the ripples 
at the 2ω frequency on the input current signal. Furthermore, the chattering effect, which is 
considered to be the most significant disadvantage of sliding mode control, has been reduced. 
The proposed controller's performance is compared with that of the traditional PI controller.
The results show that the proposed controller tracks the reference more quickly and robustly 
in the input current, reference voltage changes, and output voltage disturbances than the 
traditional PI controller. Additionally, the designed controller reduces the steady-state error,
total harmonic distortion (THD) and settling time.