Çip üzerinde sistemli sahada programlanabilir kapı dizileri tabanlı statik senkron kompansatör kontrolü
Control of system on chip field programmable gate arrays based static synchronous compensator
Yazar: ABDURRAHMAN SÖZÜER
Danışman: DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enerji kalitesi tanımı gelişen teknolojiyle beraber zaman içerisinde değişmiştir. Eskiden enerji kalitesini iyileştirme denince sadece birim güç faktörü elde etmek anlaşılıyordu. Günümüzde güç çeviricilerinin kullanımının artması, yarı iletken teknolojisinin gelişmesi ve şebekeye bağlı dağıtık enerji sistemlerinin yaygınlaşmasıyla beraber enerji kalitesinin iyileştirilmesi için yapılması gerekenler de değişti. Eskiden reaktif güç kaynağı olan bir yüke sadece paralel kondansatör bankası, reaktör bağlayarak çözülebilirken artık sistemin bizden istediği dinamik olarak değişen yük ihtiyaçlarının hızlı bir şekilde kompanse edilmesidir. Bu tezin önerdiği STATKOM kontrol algoritması sadece kompanzasyon değil aynı zamanda 13'e kadar olan harmoniklerin filtrelenmesi ve yük dengeleme de yapabilmektedir. Geleneksel güç tanımlamalarıyla istenilen kompanse işlemi yapılamamaktadır. Anlık güç teorisi (PQ Teori) ve senkron referans eksen teorileri kullanılarak gerekli olan referans akımlar üretilmektedir. Harmonik filtreleme, kompanzasyon ve yük dengelemenin 32kHz'lik örnekleme frekansında yapılabilmesi için geleneksel işlemci tabanlı çözümler, özkaynak ve zamanlama kriteri olarak yetersiz kalmaktadırlar. Yoğun matematiksel işlemlerin kısa sürede yapılabilmesi için Xilinx Zynq SoC FPGA'i kullanılmıştır. Programlanabilir lojik tarafında analog ölçümler, referans eksen dönüşümleri, darbe genişlik modülasyonu sinyalleri üretimi ve harmonik referans akımların üretimi yapılır. Zynq çipi içerisine konulan MicroBlaze işlemcisiyle sistemin doğru akım barası gerilim kontrolü, evirici akım kontrolü ve darbe genişlik modülasyonu için gerekli referans sinyallerin üretimi yapılır. Zynq içerisinde ARM Cortex A-9 işlemcilerinden bir tanesinde ise sistem değişkenlerin izlenmesi ve dışarıdan kullanıcı tarafından parametre girişi için UART fiziksel katmanı kullanılarak MODBUS protokolü gömülmüştür.

Abstract:
The definition of energy quality has changed over time with the developing technology. In the past, when it came to improving the energy quality, it was unterstood only to obtain a unity power factor. Today, with the increase in the use of power converters, the development of semiconductor technology and disributed energy systems connected to grid, what needs to be done to improve energy quality has changed. While it could only be solved by connecting a paralled capacitor bank and reactor to a load that used to be a reactive power source, now that the system demands from us is to instantaneously compansate for the dynamically changing load needs. The STATKOM control algorithm proposed by this thesis is not only capable of compensation, but also filtering of harmonics up to 13 and load balancing. The desired compensation cannot be performed with traditional power definitions. By using instantaneous power theory (PQ theory) and synchronous reference frame theories, the required reference current values are produced. Conventional processor-based solutions are insufficient as resource and timing criteria for harmonic filtering, compensation and load balancing to be performed at 32kHz sampling frequency. Xilinx Zynq SoC FPGA is used to perform intensive mathematical operations in a short time. On the programmable logic side, analog measurements, reference axis transformations, pulse width modulation signals generation and harmonic reference currents are produced. With the MicroBlaze processor embedded in Zynq chip, the necessary reference signals are produced for the system's DC bus voltage control, inverter current control and pulse width modulation signals. In one of the ARM Cortex A-9 processors in Zynq, the MODBUS protocol is embedded using the UART physical layer for monitoring system variables and parameter input by the user.