Yakıt hücre sistemleri için çift katlı yükselten DA-DA      dönüştürücünün kontrolü
Control of DA-DA cascade boost converter based fuel cell systems
Yazar: SUDE KART
Danışman: PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN ; PROF. DR. NACİ GENÇ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde kullanılan yenilenebilir enerji kaynaklarındaki dezavantajlardan biri, üretilen elektrik geriliminin düşük seviyelerde olmasıdır. Bu çalışmada, doğal ve temiz enerji kaynaklarından biri olan PEM yakıt hücresinin çıkış gerilimini yükseltmek için, çift katlı yükselten DA-DA dönüştürücü kullanılmıştır. Çift katlı yükselten DA-DA dönüştürücünün en büyük avantajı, görev çarpanını çok büyük tutmadan, çıkış gerilimini  yükseltme işlemini yapabilmesidir. Bu sistemin optimum verimlilikte çalışabilmesi için, sistemi kontrol etmek önemlidir. Bu sebeple sistemi maksimum verimlilikte çalıştırabilmek için, ilk önce sisteme Maksimum Güç Noktası İzleme (MGNİ) algoritmalarından biri olan uç noktası arama (UNA) kontrolörü uygulanmıştır. Ancak UNA kontrolörün de bir dezavatajı bulunmaktadır. Bu dezavantaj, maksimum güç noktası etrafındaki salınımlardan dolayı sistemin çıkış geriliminde dalgalanmaların oluşmasıdır. Bu dalgalanmaların, sistemin üzerinde olumsuz etkileri olacağından dolayı bu dalgalanmaları azaltmaya yönelik farklı kontrolörler, UNA kontrolörüne seri olarak eklenmiştir. Bu amaçla, UNA kontrolörüne seri olarak ayrı ayrı PI, PD, PID ve Ortalama Kayan Kipli Kontrolör (OKK) eklenerek benzetim sonuçları elde edilmiştir. PI, PD ve PID kontrolörler kendi aralarında karşılaştırması yapılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda üstün çıkan PI kontrolör,  OKK kontrolör ile karşılaştırılmıştır. Benzetim sonuçlarına göre sistemin çıkış geriliminin oturma ve aşma süresinin uzun olduğu görülmüştür. Bu durum bizi, yeni bir lyapunov tabanlı kontrolör tasarlamaya götürdü. Bu yeni kontrolör literatüre getirilen bir yeniliktir. PI kontrol sinyalinin sıfıra eşit olması gerektiği ilkesinden yola çıkıldığı için lyapunov tabanlı PI kontrolör olarak adlandırılmıştır. Bu yeni kontrolörün sisteme uygulandığı benzetim sonuçları Matlap/SİMULİNK ortamında başarı ile test edilmiştir. Tüm sistemin deneysel sonuçları PI kontrolör için elde edilmiştir.

Abstract:
One of the disadvantages of renewable energy sources used today is that the generated electrical voltage is low. In this study, in order to increase the output voltage of the PEM fuel cell, one of the natural and clean energy sources, cascade boost DA-DA converter is used. The biggest advantage of the cascade boost DA-DA converter is that it can increase the output voltage without keeping the duty cycle too large. It is important to control the system so that it can operate at optimum efficiency. For this reason, in order to operate the system with maximum efficiency, firstly, the extremum seeking (UNA) controller, one of the Maximum Power Point Tracking (MGNI) algorithms, was applied to the system. However, the UNA controller has one disadvantage. This disadvantage is ripples in the output voltage of the system due to oscillations around the maximum power point. Since these ripples will have negative effects on the system, different controllers to reduce these ripples have been added to
the UNA controller serially. For this purpose, simulation results were obtained by adding PI, PD, PID and Average Sliding Mode Controller (OKK) to the UNA controller separately in series. Comparison of PI, PD and PID controllers has been made. As a result of this comparison, the superior PI controller was compared with the OKK controller. According to the simulation results, it has been observed that the output voltage of the system has a long
settling and exceeding time. This situation led us to design a new lyapunov based controller. This new controller is an innovation brought to the literature. It is named as a lyapunov based PI controller because it is based on the principle that the PI control signal must equal zero. Simulation results of this new controller applied to the system were successfully obtained in Matlap / SIMULINK environment. Experimental results of the whole system are obtained for the PI controller.