Şebekeye bağlı üç fazlı sic tabanlı hibrit anpc evirici yapısının kontrolü ve tasarımı

Abstract

Enerji sistemlerinde kalitenin önemi son yıllarda gittikçe artan bir kavram haline gelmiştir. Güç sistemlerinde oluşan kirlilik sorunlarının çoğu, güç elektroniği ekipmanlarının doğrusal olmayan karakteristiklerinden ve yüksek anahtarlama frekanslarından kaynaklanmaktadır. Güç kalitesi sorunları, hassas yarı iletken elemanların daha da hassaslaşması, var olan filtreleme ve kompanzasyon yöntemlerinin neden olduğu maliyet artışı nedeniyle zamanla daha da artmaya devam edecektir. Güç kalitesinin iyileştirilmesi, yarı iletken ve diğer doğrusal olmayan cihazların son zamanlarda artması nedeniyle başlıca araştırma konularından biri haline dönüşmüştür. Herhangi bir enerji kaynağının güç kalitesi, harmonik seviyesi vs. gibi etkenler uluslararası kuruluşlar tarafından tanımlanan belirli limitler çerçevesinde sınırlandırılmaktadır. Bu limitlerin sağlanabilmesi için farklı harmonik kompanzasyon yöntemlerine başvurulmaktadır. Bu limitlere uyulması, performans ve işletme ekonomisi için büyük önem taşımaktadır. Harmonik kompanzasyon ürünleri modern enerji dağıtım sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ürünlerin geliştirilmesi için evirici tabanlı sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Üç seviyeli evirici tabanlı geliştirilen aktif harmonik filtreler (AHF), diğer harmonik kompanzasyon filtrelerinden daha iyi performansa sahip güç filtrelerinden biridir. Üç seviyeli şebeke bağlantılı tasarlanan eviriciler kaynak ve yük dengesizlikleri altında güçlü performans sağlayan doğru tasarlanmış bir kontrol algoritmasına ihtiyaç duymaktadırlar. Kontrol yöntemleri, Gerilim Kaynaklı Eviricileri (VSI) tetiklemek için gerekli referans akımlarının üretilmesinde kullanılmaktadırlar. Bu nedenle, sistemin kararlılığı büyük ölçüde kullanılan kontrol algoritmasına bağlıdır. Bu tezde, kullanılan üç seviyeli SiC-ANPC tabanlı evirici sistemleri için geniş bir literatür araştırması yapılmıştır. Bu literatür araştırması içinde; güncel uygulamalarda kullanılan farklı evirici topolojileri ve kontrol teknikleri detaylandırılmıştır. AHF sistemlerinde kullanılmak üzere tasarlanan 3L SiC-ANPC sistemi için farklı kontrol yöntemleri analiz edilmiş ve tartışılmıştır. Ayrıca, farklı evirici topolojileriyle PLECS ve Matlab/Simulink ortamında simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu evirici topolojilerinin verimlilik ve maliyet karşılaştırmaları yapılmış ve bu tezde sunulmuştur. Prototip haline getirme sürecinde yapılan PCB tasarımları Altium Designer ile gerçekleştirilmiştir. Prototip çalışması gerçekleştirilen evirici sisteminin test sonuçları tezde sunulmuştur.Bu tezde tasarlanan üç seviyeli şebeke bağlantılı evirici yapısında kullanılan SiC tabanlı evirici yapısı ile piyasada üretilen evirici yapılarının 2 katı bant genişliğine sahip bir evirici yapısı tasarlanmıştır. Aynı zamanda %98 üzerinde verimlilik sağlanmıştır. Piyasada üretilen evirici yapılarının birçoğu Si- IGBT veya Si-MOSFET tabanlı tasarlanmıştır. SiC tabanlı tasarlanan ürünlerin bant genişliği ve verimlilikleri düşük kalmaktadır. Bu tezde tasarlanan evirici yapısı ve FPGA tabanlı kontrol ile literatürde benzeri çalışması olmayan bir evirici tasarımı kazandırılmıştır. 5kHz kontrol bant genişliğine, 40kHz anahtarlama frekansına ve bu anahtarlama frekansında çalışabilmesi için 80kHz örnekleme frekansına sahip bir evirici yapısı tasarlanmıştır.