Empedans kaynaklı inverterler için yeni bir kontrol yönteminin geliştirilmesi ve uygulanması
Development and implementation of a novel control strategy for impedance source inverters
Yazar: ÖZGÜN GİRGİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA HADİ SARUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik mühendisliği = Electricity engineering

Özet:
Güç elektroniği dönüştürücülerinden biri olan inverterler, yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretim sistemlerine, ev tipi uygulamalardan havacılık sistemlerine kadar uzanan bir yelpazede kullanım alanına sahiptirler. İnverterler, geleneksel olarak gerilim kaynaklı ve akım kaynaklı olarak sınıflandırılır. Son zamanlarda araştırmacılar, gerilim ve akım kaynaklı inverterlerin dezavantajlarını barındırmayan sistemler üzerine çalışmalar yapmaktadırlar. Empedans kaynaklı inverter tasarımı fikri ilk kez 2002 yılında ortaya atılmıştır ve bu inverter geleneksel inverterlerden farklı özelliklere sahiptir. İnverter devresi girişinde endüktans, kondansatör ve diyottan oluşan bir empedans ağı bulunan bu devre yükseltici modda çalışabilmektedir. Böylelikle, dc-dc dönüştürücü ve inverter grubu ile oluşturulan enerjinin iki aşamalı olarak dönüştürüldüğü sistemler yerine tek aşamalı enerji dönüşümü yapılmasına imkan sağlamıştır.
3 fazlı gerilim kaynaklı inverter devresinin kontrolünde 6 adet aktif, 2 adet sıfır vektörü kullanılır. Empedans kaynaklı inverterlerde ilave olarak sıfır vektörler kullanılarak aynı faz kolundaki anahtarlar iletim durumuna geçirilebilmektedir. Aynı faz kolundaki anahtarların iletime geçirilmesine geleneksel inverterlerde izin verilmemektedir. Empedans kaynaklı inverterlerde ise, empedans ağının bulunması ve aynı faz koluna ait alt ve üst sıra güç elemanlarının aynı anda iletimde olması inverterin yükseltici çalışmasına olanak sağlamaktadır. Geleneksel inverterlerde kullanılan tüm darbe genişlik modülasyon teknikleri, empedans kaynaklı inverterde uygulanabilir ve çıkış bağıntıları geleneksel inverterler ile aynıdır. Aynı faz koluna ait alt ve üst sıra güç elemanlarının aynı anda iletimde olması, empedans kaynaklı inverterlere ilave kontrol yöntemlerinin geliştirilmesini sağlamıştır. Empedans kaynaklı inverterlerde, aynı faz kolundaki güç elemanlarının iletim sürelerindeki değişimler, çıkış geriliminde salınımlara neden olmakta ve dinamik performansı yüksek kontrol yüntemleri geliştirilmeye ihtiyaç duyulmaktadır. Dinamik performansı iyileştirmeye yönelik literatürde bir çok kontrol yöntemi bulunmaktadır ve ayrıca yeni çalışmalar da devam etmektedir.
Bu tez çalışmasında öncelikle lineer yük durumunda çalışabilen empedans kaynaklı inverter devreleri için kontrol yöntemleri üzerinde çalışılmış ve empedans kaynaklı inverterler için uzay vektör modülasyonu tabanlı yüksek performanslı bir kontrol yöntemi elde edilmiştir. Tez çalışmasının bir sonraki aşamasında ise, lineer olmayan yük durumunda çalışabilen empedans kaynaklı inverterler için yüksek performanslı bir kontrol yöntemi elde edilmiştir.

Abstract:
Over the years, inverters of various topologies have found wide applications including distributed generation in renewable energy resources (wind, hydro and solar energy, etc.) Traditional inverters are voltage source inverters(VSI) and current source inverters(CSI). Both the VSI and CSI have conceptual and theoretical limitations. Therefore, elimination of these limitations is important issue to investigate. The Z‐source power converter concept was initially presented in 2002. The concept has both buck and boost capability using a single‐stage power conversion. It works such the circuit is combined the dc‐dc buck-boost converter and inverter. Z-Source inverters have six power semiconductors likewise the traditional VSIs. ZSIs need an impedance network which includes two inductor, two capacitors and one diode. Thanks to the impedance network, ZSIs can operate the buck-boost modes. VSIs have two operation states(active and zero states). On the other hand, ZSIs have an extra state different from the VSIs. It is called " shoot-through state". In the shoot-through states, any phase leg of the inverter becomes short-circuit. The shoot-through states are not suitable for the traditional voltage-source inverter because VSIs have immune the short-circuit across the source. Moreover, all the traditional pulse width modulation(PWM) techniques can be used to control the Z-source inverter. Changes in ZSI boosting ratio causes oscillation in ZSI output voltage. Therefore, dynamic performance of ZSI is poor, and it does not give a stable output voltage. There are some researches in literature which try to solve these problems and new researches are continuing to be published. 
In this thesis work, firstly, a novel space vector modulation based control strategy for z source inverter has been provided. Then, a novel control strategy for impedance source inverters under nonlinear load conditions has been developed.