Kayan kipli kontrol yöntemiyle şebeke bağlantılı tek fazlı beş seviyeli nötr nokta kenetlemeli eviricinin modellenmesi
Modelling of grid-connected single-phase five level neutral point clamped inverter with sliding mode control method
Yazar: MUHAMMET CENGİZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TURGAY DUMAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Temiz ve sürdürülebilir enerji sağlayan yenilenebilir enerji sistemlerinin önemi her geçen gün artmaktadır. Yenilenebilir enerji sistemleri içerisinde fotovoltaik sistemler, gelecekteki enerji ihtiyacının önemli bir kısmını karşılayacağı öngörüsüyle öne çıkmaktadır. Fotovoltaik panelden elde edilen doğru akımın (DA) alternatif akıma (AA) dönüştürülerek elektrik şebekesine aktarılmasında eviriciler oldukça önemli görev üstlenmektedir. Şebeke bağlantılı eviricilerin tasarımı hem gerekli şebeke standartlarının sağlanması hem de istenen kontrol hedeflerinin karşılanması bakımından zorlu bir iştir. Bu nedenle, hızlı dinamik tepki, mükemmel referans takibi, parametre değişimlerine karşı sağlamlık, kolay uygulanabilirlik, düşük maliyet gibi kontrol hedefleri ve düşük toplam harmonik bozulum, şebekeye düşük DA aktarımı, düşük sızıntı akımı gibi şebeke standartlarının karşılanması amacıyla, bu tezde, tek faz şebeke bağlantılı H-köprü nötr nokta kenetlemeli eviricinin kayan kipli kontrol yöntemiyle modellemesi ve analizi sunulmuştur. Kayan kipli kontrol yönteminin ana problemi olan çatırtı etkisi, sınır tabaka yöntemi kullanılarak azaltılmıştır. Çatırtı uygun bir şekilde azaltılırken oransal rezonans kontrolör kullanılarak kayan kipli kontrol yönteminin parametre değişimlerine karşı sağlamlık özelliği korunmuştur. Ayrıca, filtre parametrelerinin sistem üzerindeki etkisini incelemek için ölçülen şebeke akımı ile referans şebeke akımı arasında bir transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Dahası, önerilen kontrol yöntemi LCL filtrede oluşan rezonans problemini doğal olarak sönümlemektedir. Son olarak, sızıntı akımını azaltmak için simetrik LCL filtre ve özel bir modülasyon tekniği kullanılmıştır. Şebeke bağlantılı H-köprü nötr nokta kenetlemeli evirici önerilen kontrol yöntemiyle birlikte MATLAB/Simulink® programında modellenmiş olup kararlı durum, geçici durum, parametre değişimlerine karşı sağlamlık ve sızıntı akımı analizleri incelenmiştir. Benzetim sonuçları, kontrol hedeflerinin ve şebeke standartlarının sağlandığını doğrulamaktadır.

Abstract:
The importance of renewable energy systems that provide clean and sustainable energy is increasing day by day. Photovoltaic systems stand out among renewable energy systems since it is predicted that they will meet a considerable amount of future energy needs. Inverters play an important role in converting the direct current (DC) obtained from the photovoltaic panel into alternating current (AC) and transferring it to the electricity grid. The design of grid-connected inverters is a challenging task both in terms of meeting the required grid standards and the desired control objectives. Therefore, in order to meet control objectives such as fast dynamic response, excellent reference tracking, robustness against parameter variations, easy applicability, low cost, and grid standards such as low total harmonic distortion, low DC transfer to the grid, and low leakage current, this thesis presents the modeling and analysis of a single-phase grid-connected H-bridge neutral point clamped inverter using sliding mode control. The chattering effect, which is the main problem of the sliding mode control method, is reduced by using the boundary layer method. The robustness of the sliding mode control approach against parameter variations is maintained by utilizing a proportional resonant controller while chattering is appropriately controlled. In addition, a transfer function between the measured grid current and the reference grid current was obtained to analyze the effect of the filter parameters on the system. Moreover, the proposed control method naturally dampens the resonance problem in the LCL filter. Finally, a symmetrical LCL filter and a special modulation technique are used to reduce the leakage current. The grid-connected H-bridge neutral point clamped inverter is modeled in MATLAB/Simulink® with the proposed control method, and steady state, transient, robustness to parameter variations, and leakage current analyses are investigated. The results of the simulation demonstrate that the control objectives and grid standards are achieved.