Endüstriyel uygulamalar için yeni bir elektronik güç transformatörünün tasarımı ve optimal denetimi
Optimal control and design of a new electronic power transformer for industrial applications
Yazar: HAKAN AÇIKGÖZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ŞEKKELİ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yüksek verim ve güvenirliğe sahip olan güç transformatörleri, enerji dağıtım sistemlerinin en vazgeçilmez bileşenlerinden biridir. Güç elektroniği ve yarı iletken teknolojisindeki hızlı ilerlemelerle birlikte, gelecekte klasik güç transformatörlerinin yerini alması beklenen Elektronik Güç transformatörleri (EGT'ler) geliştirilmekte ve tasarlanmaktadır. EGT'ler uygun tasarlanmaları durumunda klasik transformatörlere göre daha az hacim ve ağırlığa sahip olmaktadır ve reaktif güç kompanzasyonu, harmonik kompanzasyon, gerilim düşmesi/yükselmesi kompanzasyonu gerçekleştirebilmektedir. Bu tez çalışmasında, giriş, izolasyon ve çıkış kısımlarına sahip EGT'nin deneysel kurulumu gerçekleştirilmiştir. EGT, şebekedeki bozucuları giriş kısmında bulunan DA-baralar sayesinde kompanze edebilme yeteneğine sahiptir. Bu nedenle, tez çalışmasında giriş kısmının denetimi üzerine odaklanılmıştır. Giriş kısmında, DA-bara geriliminin denetimi için Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) tabanlı doğrultucular yaygın olarak kullanılmaktadır. Genellikle, basit yapılarından dolayı Oransal+İntegral (PI) denetleyiciler, DA-bara gerilim denetiminde tercih edilmektedir. Fakat bu denetleyiciler, doğrusal olmayan sistemlerde zayıf dinamik performansa sahiptir. EGT'nin bozucu girişlere karşı dayanıklılığını iyileştirmek için Sinirsel Bulanık Denetleyici (SBD) kullanılmıştır. EGT için oluşturulan denetim algoritmaları, Matlab/Simuink ile gerçek zamanlı çalışabilen DS1104 denetleyici kartı sayesinde geliştirilmiştir. Benzetim çalışmaları için dört denetleyici yapısının performansı aynı şartlar altında incelenmiştir. SBD ile denetlenen EGT'nin gerilim düşmesi, yükselmesi, harmonik ve reaktif güç kompanzasyonu performansını göstermek için gerçek zamanlı çalışma durumları hazırlanmış ve deneysel sonuçlar verilmiştir.

Abstract:
Power transformers with high efficiency and reliability are one of the most indispensable components in energy distribution systems. Together with the rapid advances in power electronics and semiconductor technology, Electronic Power Transformers (EPTs), which are expected to replace conventional power transformers in the future, are being developed and designed. EPTs have less volume and weight than conventional power transformers if they are designed appropriately. In addition, EPT structures can perform reactive power compensation, harmonic compensation, voltage sag/swell compensations. In this thesis study, experimental setup of the EPT with input, isolation and output stages has been carried out. EPT has the ability to compensate for the disturbances in the grid thanks to DC-bus in input stage. For this reason, the thesis study has also focused on the control of the input stage. Pulse Width Modulation (PWM) based rectifiers are widely used for controlling DC-bus voltage in the input stage. Generally, Proportional+Integral (PI) controllers are preferred in DC-bus voltage control because of their simple structure. However, these controllers have poor dynamic performance in nonlinear systems. Neuro Fuzzy Controller (NFC) is used to improve the robustness of EPT against disturbances. The control algorithms created for EPT have been developed thanks to the DS1104 controller card, which can work in real time with Matlab/Simuink. For the simulation studies, the performances of the four controller structures are investigated under the same conditions. Real-time operating conditions are prepared to show the voltage sag, swell, harmonic and reactive power compensation performance of EPT controlled by NFC and experimental results are given.