Asimetrik çok seviyeli kaskad evirici tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of asymmetric multilevel cascaded inverter
Yazar: GÖKHAN KEVEN
Danışman: PROF. DR. İLHAMİ ÇOLAK ; PROF. DR. ERSAN KABALCI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, asimetrik çok seviyeli kaskad bir eviricinin tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının artmasıyla birlikte, bu kaynaklarda üretilen enerjinin dönüşümü önem kazanmıştır. Çok seviyeli eviricilerde seviye sayısının artışı, çıkış gerilimindeki dV/dt oranını azaltarak, çıkışta elde edilen alternatif akımın sinüse yakın olmasını sağlamaktadır. Asimetrik çok seviyeli kaskad evirici yapısı daha az anahtarlama elamanı kullanılarak, çıkışta daha fazla gerilim seviyesi elde edilmesine imkân vermektedir. Bununla birlikte eviricinin anahtarlama işaretlerinin üretilmesi karmaşıklaşmaktadır. Çok seviyeli eviricilerin anahtarlamasında uzay vektör ve sinüsoidal darbe genişlik modülasyon teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Evirici tasarımında öncelikle benzetim sonuçları alınmış, sonra donanım tasarımı gerçekleştirilerek, akım ve gerilime ait çıkış toplam harmonik değerleri incelenmiştir. Toplam harmonik bozulmayı düşürmek için sisteme geri besleme kontrol yöntemi eklenmiştir. Toplam harmonik bozulma değerinin azaltılması için kullanılan geri besleme tekniklerinden birisi olan oransal rezonans (PR) kontrol yöntemi, çıkıştan alınan örnekleme işaretini bir referans değerle karşılaştırılarak, istenilen frekansta maksimum kazanç sağlarken, diğer frekansları bastırabilmektedir. Özellikle düşük dereceli harmoniklerin bastırılması konusunda başarılı bir kontrol yöntemidir. Asimetrik çok seviyeli kaskad evirici yapılarında PR kontrol tekniği daha önce uygulanmamış bir tekniktir. Ayrıca gerçekleştirilen bu tez çalışmasında, literatürde akım kontrol yöntemi olarak kullanılan PR kontrolden farklı olarak gerilim geri beslemesiyle kontrol işlemi gerçekleştirilmiştir. Özellikle çıkış akımının geri beslemede kullanılamayacak kadar düşük olduğu sistemlerde, örnekleme işareti gürültü oluşturacağı için akım yerine gerilim kullanılarak geri besleme sisteminden kaynaklanan hataların azaltılması sağlanmıştır. Yapılan bu tez çalışması ile çıkış akım ve gerilim toplam harmonik bozulma değerleri IEEE 519-2014 standardına uygun olan asimetrik çok seviyeli kaskad bir evirici ve kontrol yöntemi geliştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, an asymmetric multilevel cascaded inverter design and implementation has been realized. The transformation of the energy, which is produced from renewable energy sources, has gained importance with the increasing use of these sources. The increasing number of levels in multi-level inverters decreases the ratio of dV/dt at output voltage, so that the achieved alternative current at the output is obtained as close to the sinusoidal. The asymmetric multilevel cascaded inverter structure allows the voltage level to be increased by using less component. However, the generation of switching signals of the inverter becomes more complicated. Space vector and sinusoidal pulse with modulation techniques are widely used in switching multilevel inverters. At first, the simulation results are obtained, then total harmonic values of current and voltage have been examined by implementing hardware design in implementation of inverter. Feedback control method has been added to the system in order to reduce the total harmonic distortion. Proportional resonance (PR) control method which is one of the feedback techniques, used to decrease the total harmonic distortion value, while providing maximum gain at the desired frequency by comparing the sampling signal obtained from the output with a reference value, PR control techniques is able to suppress other frequencies. Especially, it is a successful control technique for suppressing lower order harmonics. It has not been applied before in asymmetric multilevel inverter structures. Also, in this thesis, voltage feedback control process is performed unlike PR control which is used as a current control in literature. It is provided to reduce errors caused by feedback system by using voltage instead of current, particularly in systems where output current is too low to be used in feedback since the sampling signal will generate noise. It is developed an asymmetric multilevel cascade inverter and control method, which is the output current and voltage total harmonic distortion values, are suitable for IEEE 519-2014 standard.