Şebeke bağlı yakıt hücrelerinin güç devresi için çok seviyeli eviriciler ve akıllı kontrol yöntemlerinin araştırılması
Investigation of multi-level inverters and intelligent control methods for power circuit of grid-connected fuel cells
Yazar: BEYZANUR GÖNCÜ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜNAL YILMAZ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Şebeke bağlantılı enerji üretim sistemlerinde enerji kayıplarını azaltmak, gerilim dalgalanmalarını sönümlemek ve kararlı bir enerji akışı sağlamak için dc-bağlantı gerilim kontrolüne ihtiyaç vardır. Ayrıca evirici yardımı ile güç faktörünün kontrolü de üretilen enerjinin verimli kullanılmasını destekleyen bir işlemdir. Şebekeye enjekte edilen akımdaki toplam harmonik bozunumun (THB) IEEE-519 harmonik standartlarına (<%5) uygun olması, elektrik akımının kalitesini artıracak ve olası elektriksel arızaları minimize edecektir. Bu tez çalışmasında, çok seviyeli eviricilerin devre yapısı ve toplam harmonik bozunum performanslarının yanında dc-bağlantı kontrolü için,  üç farklı yöntem (kademeli pi tabanlı, adaptif ağ tabanlı bulanık çıkarım sistem (ANFIS) ve yapay sinir ağları (YSA) tabanlı kontrol yöntemleri) araştırılmıştır. Ek olarak, yüksek güç faktörü ve düşük harmonik bozunum performansı nedeniyle, şebekeye bağlı proton değişim membranlı yakıt hücreleri (PEMFC) için üç seviyeli nötr nokta kenetlemeli (NPC) bir evirici modellenmiştir. Ayrıca, bu tez çalışmasında, şebeke bağlı yakıt hücresi üç fazlı devre topolojisi modellenmiştir. Önerilen sistemin anma gücü 50 kW olup, sistem beş farklı çalışma senaryosu altında test edilmiştir. Performans sonuçlarına göre, şebeke akımındaki THB, geleneksel yöntemlere göre ortalama olarak, %8,02'den %3,52'ye düşürüldüğü, dc-bağlantı gerilim dalgalanmasının 1V (<%1) civarında olduğu ve ayrıca güç faktörü düzenleme performansının (>0.99) olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In grid-connected power generation systems, dc-link voltage control is needed to prevent energy losses, reduce voltage fluctuations and provide a stable energy flow. In addition, control of the power factor via the voltage source inverter is a process that supports the efficient use of the energy produced. Moreover, keeping the total harmonic distortion (THD) of the current injected into the grid in accordance with IEEE-519 harmonic standards (<5%), will increase the quality of the grid electrical current. In this thesis, the circuit structure and total harmonic distortion performances of multilevel inverters and also, three different methods for dc-link control (cascade pi-based, adaptive network-based fuzzy inference system (ANFIS) and artificial neural networks (ANN)-based control methods) were investigated. In addition, a three-level neutral point clamping (NPC) inverter is modeled for grid-connected proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) due to its high power factor and low harmonic distortion performance. Moreover, the grid-connected fuel cell three-phase circuit topology is modeled. The rated power of the proposed system is 50 kW and the system was tested under five different operation scenarios. According to the performance results, the THD in the grid current has been reduced from 8.02% to 3.52% on avarage compared to traditional methods, dc-link voltage ripple was observed to be around 1V (<1%), and also the power factor regulation performance increased as unity (>0.99).