DA mikroşebekede sabit güçlü yüklerin kararsızlık problemi için ikinci dereceden kayan kipli denetleyici tasarımı ve uygulaması
Second order sliding mode controller design and application for instability problem of constant power loads in DC microgrid
Yazar: FERHAT BODUR
Danışman: DOÇ. DR. ORHAN KAPLAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Burulma = Torsion ; Empedans = Impedance ; Kayan kipli denetim = Sliding mode control ; Mikro şebeke sistemi = Microgrid system ; Çeviriciler = Converters

Özet:
DA mikroşebekede kullanılan çoklu-çevirici sistemleri, çoğu durumda klasik elektrik yüklerinin yanı sıra sabit güç yüklerini de besler. Buna ilaveten kaskad bağlanan çeviriciler de sabit güç yükü davranışı sergilemektedir. DA/DA çeviriciler tek başına kullanıldıklarında kararlı çalışmasına rağmen, kaskad bağlı iken kararsız çalışma eğilimindedirler. Sabit güç yükleri sahip olduğu negatif empedans etkisinden dolayı doğrusal olmayan bir yük olarak davranmaktadır. Sabit güç yükü besleyen çevirici sistemleri kararlı çalışırken giriş geriliminde veya yük gücünde harici bir bozulma meydana gelirse, kararlı çalışma noktasından uzaklaşmaktadır. Doğrusal olmayan bir kontrol yöntemi olan kayan kipli kontrol, PI ve PID gibi geleneksel doğrusal kontrol yöntemlerine göre dış etkilere ve belirsizliklere karşı daha gürbüz cevaplar vermektedir. Bu tezde, sabit güç yükü besleyen DA/DA alçaltıcı çeviricinin çıkış gerilimini regüle etmeyi amaçlayan bir üstün burulma algoritmasına dayalı ikinci dereceden kayan kipli denetleyici önerilmiştir. Önerilen denetleyici ile yük değişimleri ve parametrik belirsizlikler altında çıkış gerilimi referans değerde kalmayı korurken aynı zamanda kayan kipli denetleyicinin en önemli dezavantajı olarak görülen çatırdama etkisi azaltılmaktır. Önerilen denetleyici ve geleneksel kayan kipli denetleyicinin performansı Matlab/Simulink ortamındaki benzetimlerle ve laboratuvarda kurulan deney düzeneğiyle yük gücü, giriş gerilimi ve referans gerilim değişimleri gibi farklı koşullar altında karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, önerilen denetleyicinin giriş gerilimi ve yük gücünde meydana gelen herhangi bir bozulmada daha hızlı ve gürbüz bir şekilde referansı yakaladığını göstermektedir. Buna ilaveten, tasarlanan denetleyici, değişiklikler sırasında çatırdama etkisini, kararlı durum hatasını ve yerleşme süresini azaltmaktadır.

Abstract:
Multi-converter systems used in DC microgrids supply constant power loads as well as conventional electrical loads in most cases. In addition, cascading converters also exhibit constant power load behavior. Although DC/DC converters are stable when used alone, they tend to operate unstable when cascaded. Constant power loads behave as a non-linear load due to the negative impedance effect they have. If an external deterioration occurs in the input voltage or load power while the converter systems feeding the constant power load are working stable, they move away from the stable operating point. Sliding mode control, which is a non-linear control method, provides more robust responses to external influences and uncertainties compared to traditional linear control methods such as PI and PID. In this thesis, a second order sliding mode controller based super twisting algorithm is proposed, which aims to regulate the output voltage of a DC/DC buck converter feeding a constant power load. With the proposed controller, the output voltage remains at the reference value under load changes and parametric uncertainties, while at the same time reducing the chattering effect, which is the most important disadvantage of the conventional sliding mode controller. The performance of the proposed controller and the conventional sliding mode controller are compared with simulations in Matlab/Simulink environment and with the experimental setup set up in the laboratory under different conditions such as load power, input voltage and reference voltage variations. The obtained results show that the proposed controller catches the reference faster and more robustly in case of any deterioration in input voltage and load power. In addition, the designed controller reduces the chattering effect, steady-state error and settling time during changes.