Tek fazlı 7 seviyeli kaskatlı yarı empedans kaynaklı tam köprülü eviricinin tasarım ve analizleri
Design and analysis of single phase 7-level cascade full bridge inverter with half impedance source
Yazar: HİDAYET TALHA ULUŞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SADIK ÖZDEMİR
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Günümüzde enerji, artık her alanda kullanılan önemli ve vazgeçilmez bir kaynaktır. Geçmiş dönemlerde insanlar fosil kaynaklarla üretilen enerjiyi daha çok kullanırlarken artık fosil yakıtların artan fiyatları, çevre kirliliği sonucu çevre bilincinin oluşması, otomotiv sektöründe karbondioksit salınımının azaltılma hedefleri, genel olarak fosil enerji rezervlerinin tükenişi, teknolojik gelişmeler, artan enerji talebi gibi durumlar insanları yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları güneş, jeotermal, rüzgâr, biokütle ve hidroelektrik olarak sıralanabilir. Yenilenebilir enerji üretiminin ve elektrikli taşıtların giderek daha popüler hale gelmesiyle birlikte, çok seviyeli eviricilerin avantajları ve büyük güç ölçeği/yüksek voltajlı şebeke bağlantısı talepleri nedeniyle çok seviyeli evirici tabanlı güç sistemlerinin uygulamaları ve araştırma çalışmaları sürekli artmaktadır. Kaskatlı çok seviyeli evirici (CMLI) güç sistemine uygulandığında birçok avantajlara sahiptir, çünkü sistem verimliliğini artırmak ve transformatör olmadan yüksek voltajlı / yüksek güçlü şebeke çıkış gerilimi elde edilmesini sağlayabilir. Bununla birlikte, geleneksel CMLI tabanlı güç sisteminde, her modül bir buck eviricidir ve dc-link gerilimi giriş gerilimi ile değişir. Z kaynak (ZS)/quasi-Z kaynak (qZS) CMLI'lar (ZS/qZS-CMLI'lar), ZS/qZS eviricilerin (ZSI/qZSI) tek bir aşamada buck/boost ve inversiyonu sayesinde ZS/qZS ağı ve H-köprü modülünü bir araya getirerek geleneksel CMLI'ın yukarıda bahsedilen dezavantajının üstesinden gelebilmek için çözüm üretebilmektedir.
Bu tezde yarı-empedans kaynaklı, tam köprülü kaskatlı 7-seviyeli bir evirici devresinin tasarımı ve Matlab/Simulink ortamında simülasyon analizleri yapılmıştır. Tasarlanan evirici kaskat yapısıyla, modül eklenerek veya çıkarılarak istenilen seviyede çıkış gerilimi üretebilme kapasitesine sahiptir. Yarı-empedans kaynaklı bir evirici olması verimli, düşük maliyetli ve boyut avantajı sağlayan çıkışta gerilimi tek kademede yükseltip/alçaltabilen bir evirici olmasını sağlamıştır. Ayrıca, çok seviyeli bir evirici olması çıkış geriliminin sinüse yakın olmasını, böylece çıkışta kullanılacak filtre boyutunun azaltılmasını sağlayacaktır.

Abstract:
Energy is an essential and indispensable resource used in every field. While people used the energy produced by fossil resources more in the past, nowadays, the increasing prices of fossil fuels, the emergence of environmental awareness due to environmental pollution, the targets of reducing carbon dioxide emissions in the automotive sector, the depletion of fossil energy reserves in general, technological developments, and increasing energy demand have directed people to renewable energy sources. Renewable energy sources are solar, geothermal, wind, biomass and hydroelectric. With the increasing popularity of renewable energy production and electric vehicles, the applications and research studies of multi-level inverter-based power systems are constantly increasing due to the advantages of multi-level inverters and the demands for significant power scale/high voltage grid connection. Cascade multi-level inverter (CMLI) has many benefits when applied to the power system because it can increase the system efficiency and provide high voltage/high power grid output voltage without a transformer. However, in the traditional CMLI-based power system, each module is a buck inverter, and the DC-link voltage varies with the input voltage. Z source (ZS)/quasi-Z source (qZS) CMLIs (ZS/qZS-CMLIs) can overcome the disadvantages mentioned above of traditional CMLI by combining the ZS/qZS network and the H-bridge module through the buck/boost and inversion of the ZS/qZS inverters (ZSI/qZSI) in a single stage.
In this thesis, a half-impedance source, full bridge cascade 7-level inverter circuit is designed and its simulation analysis is done in Matlab/Simulink environment. The designed inverter has the capacity to produce the desired output voltage by adding or removing modules with its cascade structure. Being a half-impedance source inverter has provided an efficient, low-cost and size advantageous inverter that can increase/decrease the voltage at the output in a single step. In addition, being a multi-level inverter will ensure that the output voltage is close to the sinusoid, thus reducing the size of the filter to be used at the output.