Güneş panellerinin şebeke bağlantısının kaskat H-köprü çok seviyeli evirici topolojisiyle gerçekleştirilmesi
Implementation of grid-tied PV panels with cascaded H-bridge multilevel inverter topology
Yazar: ÖMER KOCA
Danışman: PROF. DR. MÜZEYYEN SARITAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günlük hayatın birçok alanında DA-AA dönüştürücüler şebekeye güç aktarma ve motor hız-tork kontrol uygulamalarında kullanılmaktadır. Artan enerji tüketimi ve buna bağlı olarak azalmakta olan fosil kaynaklar sebebiyle alternatif enerji kaynaklarına yönelim günden güne artmaktadır. Bu tezde DA-AA dönüştürücü topolojileri çeşitli yönlerden incelenerek, kaskat h-köprü çok seviyeli evirici topolojisi seçildi. Tasarlanan evirici, girişinde bulunan 1.2kW gücündeki 5 özdeş güneş paneli grubundan aldığı gücü(6kW) 11-seviyeli AA formuna çevirerek, şebekeye %96 verimle aktarmaktadır. Her güneş paneli grubu için bağımsız Değiştir&Gözle metodunda çalışan maksimum güç noktası takipçi (MPPT) tasarımı gerçekleştirildi. Şebekeye enerji aktaran sistemlerde, anahtarlama işaretlerinin şebeke gerilim formu ile eş zamanlı oluşturulması gerekmektedir. Faz kitlemeli döngüler (PLL) eş zamanlı genlik ve faz açısı takibinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada iletim gecikmesi metodu sağladığı avantajlar sebebiyle tercih edildi. Tasarlanan FKD ile 50ms içinde şebeke ile senkronizasyon sağlandı. Literatür çalışmalarında maliyet, ağırlık ve verim bakımından sağladığı avantajlar sebebiyle trafosuz evirici topolojilerinin revaçta olduğu görülmektedir. Yüksek verimli ve güvenilir evirici yöntemi (HERIC) ve H-5 topolojileri ile birlikte DA-AA dönüştürücüsü ile şebeke arasında standartlara uygun düzeyde yalıtım sağlanabilmektedir. Tasarlanan evirici akımı %3 toplam harmonik bozunuma sahiptir. Bu çalışmada kullanılan h-köprü dönüştürücüler H-5 topolojisine göre güncellenerek, anahtar kapı işaretleri sinüzoidal darbe genişlik modülasyonuna göre oluşturuldu. Güneş paneli gruplarının dengeli yüklenebilmesi amacıyla kod tasarlanarak, güneş panellerinin eş zamanlı sıralanması sağlandı. Şebeke bağlantılı eviricilerin normal şartlarda şebekeye reaktif güç aktarması beklenmemektedir. Tasarlanan evirici droop kontrol metodu ile birlikte kullanıcının belirlediği miktarda şebeke ile reaktif güç alışverişi yapabilmektedir. Tasarlanan evirici talep edilmesi durumunda şebeke ile +1000 VAr /-1000 VAr aralığında reaktif güç sağlayabilmektedir. Tasarlanan eviricinin farklı sıcaklık ve ışıma yoğunluğu senaryoları altındaki tepkisi çeşitli yönlerden incelenerek çıkış gücünün matematiksel ifadeleri elde edildi.

Abstract:
In many parts of life, DC-AC inverters are used in power transfer to the grid and motor speed-torq control applications. The use of alternate energy sources are increasing day by day because of increasing power demand and decreasing fossil sources. In this thesis, it is decided to use and design a DC-AC inverter which generate 11-level AC output voltage with solar panel array inputs after comparing many DC-AC topologies from various aspects. Designed inverter which is supplied with 5 identical 1.2kW powered solar arrays transfers the output power (6kW) to the grid by %96 efficiency while inverting DC voltage waveform to AC voltage waveform. In order to increase efficiency, independent maximum power point trackers which use perturb & observation method designed for each solar panel arrays. Grid tied inverters require synchronization with grid to generate switches gate signals. Phase locked loop is used for synchronization with grid and measure RMS voltage of the grid. In this thesis, transport delay method is selected because of advantages of design simplicity and adapted in control system. Designed PLL performs synchronization with the grid in 50 ms. In literature review, it has been seen that transformerless inverters are more common and in demand subject for its advantages of low cost, low weight and high efficiency. With high efficient reliable inverter control (HERIC) and H-5 topologies, enough isolation level between inverter and grid can be achieved compatible with standards. Inverter supplies current with below %3 THD, well below %5 compatible with standards. H-bridges and gate signals of the bridges are updated related to H-5 method, gate signals of the all switches generated by sinusoidal pulse with modulation technic. To achieve power balancing of the solar arrays, a code designed to sort solar arrays order. Designed inverter can achieve reactive power sharing is with grid by adapted droop control method. Inverter can share reactive power between +1000 VAr and -1000 VAr related to users requirement. Simulation results are examined with the different temperature and  solar irradiance cases. Inverter output power related to solar irradiance and temperature of the solar array graphs and mathematical equations are generated.