Fotovoltaik uygulamalar için çok seviyeli eviricide modülasyon tekniklerinin karşılaştırmalı analizi
A comparative analysis of modulation techniques in multilevel inverter for pv applications
Yazar: NAZLICAN ÇAVLİ
Danışman: DOÇ. DR. EMRE ÖZKOP
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Eviriciler = Inverters

Özet:
Güç sistemlerinde sağlanması gereken güç kalitesi şartlarının gün geçtikçe günün koşullarına bağlı olarak değişime uğradığı gözlemlenmektedir. Güç kalitesini olumsuz yönde etkileyen etmenlerden ön plana çıkanlar gerilim ve/veya akım harmonik bozunumlardır. Bu harmonikler genel itibariyle doğrusal olmayan ve anahtarlamalı sistemler tarafından üretilmektedir. Dağıtık üretim birimleri, reaktif güç ve gerilim kompanzatörlerinde kullanılan şebeke bağlantılı güç elektroniği çeviricileri, çeşitli harmonik üreten sistemlerden biridir.
Güç elektroniği çeviricilerinden olan eviriciler iki seviyeli ve çok seviyeli olarak sınıflandırılabilirler. İki seviyeli eviriciler genellikle şebeke ve küçük ölçekli endüstri uygulamalarında, çok seviyeli eviriciler ise orta ve yüksek güç dönüşümü talebi olan yapılarda kullanılmaktadır. İki seviyeli eviricilerle karşılaştırıldığında çok seviyeli eviriciler, düşük elektromanyetik uyumluluk, yüksek gerilim kapasitesi, düşük anahtarlama kayıpları ve yüksek güç kalitesinde dalga şekilleri gibi birçok üstünlüğe sahiptir. Çok seviyeli bir eviricinin temel hedefi, daha az harmonik bozunum ve yüksek kaliteli çıkış gerilimi dalga formudur.
Bir güç elektroniği çevirici sisteminin verimini artırmak, sebep olduğu harmonik bozunumları azaltmak ve standartların gereksinimlerini karşılamak için yapılabilecekler üç kategoride isimlendirilebilir: Topolojik iyileştirilme, yeni modülasyon tekniğini düşünme ve uygun kontrol stratejilerini kullanma. Literatürde temel üç farklı modülasyon tekniği çok seviyeli eviriciler için kullanılmaktadır. Bunlar: Çok seviyeli sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu (SDGM), uzay vektör darbe genişlik modülasyonu (UV-DGM) ve çok seviyeli seçmeli harmonik elemeli darbe genişlik modülasyonu (SHE-DGM). 
Bu araştırma çalışmasının amacı çeşitli modülasyon teknikleri ile fotovoltaik uygulamalar için çok seviyeli eviricinin performans analizini gerçekleştirmektir. Bu çalışmada evirici çıkış akım ve gerilim dalga şekilleri, evirici verimi (Normal verim, Avrupa verimi ve Kaliforniya verimi), aktif evirici giriş ve çıkış güçleri ve toplam harmonik bozulma (THB) miktarı gibi performans parametrelerini değerlendirmek için tek fazlı 5-seviyeli Hköprü diyot kenetlemeli (DK) evirici için sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu (SDGM),üçüncü harmonik eklemeli darbe genişlik modülasyonu (ÜHE-DGM), uzay vektör darbe genişlik modülasyonu (UV-DGM) ve hibrit darbe genişlik modülasyonu (HDGM) teknikleri uygulanmaktadır.

Abstract:
It is observed that the power quality requirements that must be provided in power systems change day by day depending on the conditions of the day. The prominent factors that negatively affect power quality are voltage and/or current harmonic distortions. In general, voltage and/or current harmonics are generated by non-linear and switched systems. Grid-connected power electronics converters used in distributed generation units, reactive power and voltage compensators are one of the systems that generate various harmonics. Inverters, which are among the power electronics converters, can be classified as two level and multilevel. Two-level inverters are generally used in grid and small-scale industry applications, and multilevel inverters are used in structures with medium and high power conversion demands. Compared to two-level inverters, multilevel inverters have many advantages such as low electromagnetic compatibility (EMC), high voltage capability, low switching losses and high power quality waveforms. The main purpose of a multilevel inverter is less harmonic distortion and a high quality output voltage waveform. It can be named in three categories that can be done to increase the efficiency of a power electronic converter system, to reduce the harmonic distortions caused and to meet the requirements of the standards: Topological improvement, considering new modulation technique and employing suitable control strategies. In the literature, three basic modulation techniques are used for multilevel inverters. These are: Multilevel sinusoidal pulse width modulation (SPWM), space vector pulse width modulation (SVPWM) and multilevel
selective harmonic elimination pulse width modulation (SHE-PWM).
The aim of this research study is to perform performance analysis of multilevel inverter for photovoltaic applications with various modulation techniques. In this study, to evaluate performance parameters such as inverter output current and voltage waveforms, inverter efficiency (Normal efficiency, European efficiency and California efficiency), active inverter input and output powers and total harmonic distortion (THD) value, sinusoidal pulse width modulation (SPWM), third harmonic injected pulse width modulation (THI-PWM), space vector pulse width modulation (SVPWM) and hybrid pulse width modulation (HPWM) techniques are applied for single phase 5-level H-bridge diode clamped (DC) inverter.