Yenilenebilir Enerji Sistemleri İçin Çok Seviyeli Bir Eviricinin Gerçekleştirilmesi

Abstract

Güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları düzensiz bir güç karakteristiği sergilemektedir. Bu kaynaklardan elde edilen düzensiz enerjinin düzenli hale getirilmesi gerekmektedir. Bu tez kapsamında değişken giriş geriliminden sabit frekans ve genlikli alternatif akım şebekesine güç aktarımını sağlayacak evirici tasarlanmıştır. Değişken gerilimli giriş kaynağından alınan güç çok seviyeli evirici topolojilerinden “Üç Fazlı Üç Seviyeli Diyot Kenetlemeli Evirici” yapısı kullanılarak şebekeye aktarılmaktadır. Daha düzgün çıkış gerilimi üretebilmesi, yüksek verim ve düşük anahtar zorlanması gibi özellikleri nedeniyle evirici yapısı olarak çok seviyeli evirici kullanılmıştır. Sistemde evirici çıkış gerilimi vektörü çok seviyeli sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu ile kontrol edilmiştir. Faz kilitlemeli döngü algoritması ve PI kontrolör kullanılarak evirici çıkış akımı şebekeye senkron hale getirilmiştir. Ayrıca doğru bara gerilimi kontrol algoritmasıyla evirici girişinde bulunan kondansatörlerin gerilimlerinin birbirine eşit olması sağlanmıştır. Sistemde evirici fazları birbirinden bağımsız olarak kontrol edilerek, fazlardan bir ya da ikisinin kesilmesi durumunda da eviricinin şebekeye güç aktarabilmesi sağlanmıştır. Sistemin tasarımı ve benzetimi yapıldıktan sonra bir laboratuvar prototipi üretilmiştir. Eviricinin kontrolü sayısal işaret işleyici kullanılarak yazılımsal olarak gerçekleştirilmiştir. Şebeke senkronizasyonu haricinde devre şebeke bağlantısız çalıştırılarak eviricinin şebeke bağlantısız uygulamalar için de çalışma performansı incelenmiştir.

Renewable energy sources such as solar and wind energy exhibits irregular power source characteristics which must be converted into a regular form. In this thesis, a grid connected inverter is designed to transfer energy from a variable amplitude DC voltage source to a constant voltage/frequency AC utility voltage. This power conversion is realized using a “Diode Clamped Multilevel Inverter”. A multilevel topology is preffered instead of traditional inverter structures due to high efficiency, ability to produce smoother output voltage and low semiconductor switch stresses. Output voltage vector of the inverter is controlled by multilevel sinusoidal pulse width modulation technique. Output current of the inverter is synchronized to the grid using phase locked loop algorithm and PI controller. In addition, a DC bus controller algorithm ensures that the input DC bus capacitor voltages to be equal. Each phase of the inverter is controlled independently from each other enabling continuous operation of the inverter during interruption of one or two phases. A laboratory prototype of the inverter is constructed and real time control is realized digitally by using a digital signal processor. In addion to on grid operation, system is operated as standalone and the performance of inverter is investigated for offline applications.