Üç fazlı gerilim kaynaklı da/aa eviriciler için kesir dereceli kontrol sistemi tasarımı
Design of fractional-order control systems for three-phase voltage source DC/AC inverter
Yazar: OZAN GÜL
Danışman: PROF. DR. NUSRET TAN
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Üç fazlı gerilim kaynaklı DA/AA eviriciler, bir bataryadan gelen DA gücünü geleneksel AA gücüne dönüştüren bir güç elektroniği cihazıdır. DA/AA çıkışında üretilen AA güç, kullanılan transformatörlere, anahtarlama ve kontrol devrelerine bağlı olarak herhangi bir genlikte ve frekansta olabilir. Üç fazlı DA/AA eviriciden istenilen genlik ve frekansta AA gerilimi elde etmek, eviricinin kontrol parametrelerinin hassas bir şekilde belirlenmesiyle mümkündür.
DA/AA eviricilerin kontrolü için çeşitli kontrol yöntemleri önerilmiştir. PI ve PID kontrolörler, kontrol yapılarının basit ve kullanışlı olması nedeniyle DA/AA eviricilerin kontrol edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda, bilgisayar teknolojisinin gelişimi ve kesir kontrol yapılarının birçok avantajı nedeni ile kesir dereceli PI ve PID kontrolörler, geleneksel PI ve PID kontrolörlerin yerini almaktadır. Akademide ve endüstride yapılan araştırma ve çalışmalar kesir dereceli kontrol yapılarının DA/AA evirici sistemleri kontrol etmekte klasik kontrol yapılarına kıyasla daha başarılı olduğunu göstermiştir. Bu tez çalışmasında, üç fazlı DA/AA evirici sisteminde gerilim kontrolü için kesir dereceli PI ve PID kontrolörleri tasarlanmıştır. Bunun için DA/AA evirici sisteminin matematiksel modellemesi üzerinde çalışılmış ve evirici sisteminin transfer fonksiyonu elde edilmiştir. İlk olarak, rüzgâr ve güneş enerji sistemleri entegre edilen mesken bir binada gerilimin kalitesini arttırmak için üç fazlı gerilim kaynaklı bir DA/AA evirici geleneksel ve kesir dereceli PI/PID yaklaşımlarıyla ayrı ayrı kontrol edilmiştir. Ayrıca BIPv/Wt sistemi için FOPI-PD/PI-PD ve FOPI-I/ PI-I kontrolörleri tasarlanmış ve bu kontrol yapılarının evlerde kullanılan elektriksel gücün kalitesini belirlemedeki avantajları araştırılmıştır. Bir sonraki çalışmada ise kesir dereceli ve geleneksel PI/PID kontrolörler kullanılan DA/AA eviricilerin rezistif, kapasitif ve endüktif yük altında performansları incelenmiştir. Yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçlar kesir dereceli kontrol yapılarının başarısını göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Üç fazlı gerilim kaynaklı DA/AA eviriciler, kontrol sistemleri, kesir dereceli kontrolör tasarımı, rüzgâr türbinleri ve güneş panelleri entegre bina.

Abstract:
Three phase voltage sourced DC/AC inverters are a power electronic device that converts DC power from a battery into conventional AC power. The AC power produced at the DC/AC output can be of any amplitude and frequency depending on the used transformers, switching and control circuits. It is possible to obtain AC voltage at the desired amplitude and frequency from the three-phase DC/AC inverter by precisely determining the control parameters of the inverter.
Various control methods have been proposed for the control of DC/AC inverters. PI and PID controllers are widely used in controlling DC/AC inverters because their control structures are simple and useful. Recently, due to the development of computer technology and many advantages of fraction control structures, fractional-order PI and PID controllers have replaced traditional PI and PID controllers. Research and studies in academia and industry have shown that fractional-order control structures are more successful in controlling DC/AC inverter systems than classic control structures. In this thesis study, fractional-order PI and PID controllers are designed for voltage control in the three-phase voltage source DC/AC inverter system. For this purpose, mathematical modeling of DC/AC inverter system was studied and transfer function of the inverter system was obtained. Firstly, a three-phase voltage sourced DC/AC inverter was controlled individually with traditional and fractional-order PI/PID approaches to improve the quality of the voltage in a residential building, where wind and solar energy systems are integrated. In addition, FOPI-PD/PI-PD and FOPI-I/PI-I controllers were designed for the BIPv/Wt system and the advantages of these control structures in determining the quality of electrical power used in homes were investigated. In the next study, the performance of DC/AC inverters with fractional-order and traditional PI/PID controllers was investigated under resistive, capacitive and inductive load. The results obtained from the studies show the success of fractional order control structures.

Keywords: Three-phase voltage sourced DC/AC inverters, control systems, fractional-order controller design, building integrated wind turbine and solar panels.