Comparative Performance Analysis of Sinusoidal Pulse Width and Space Vector Pulse Width Modulations for Off-Grid Inverters

Abstract

Abstract Since alternating current is widely used in many systems, it is desired to convert the direct current input voltage to a symmetrical alternating current output voltage with the desired amplitude and frequency. For this purpose, first of all, information about inverters and multilevel inverters is given in the study. Then, pulse width modulation techniques are explained and the working logic of Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) and Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) techniques are examined in detail among these modulation techniques. Finally, the simulations of the inverters on R (Resistive) and R-L (Resistive-Inductive) loads are modeled using the grid-independent two-level SPWM and three-level SVPWM control method in MATLAB/Simulink environment. These measurements made in the Simulink environment were compared with the theoretical calculations and it was tried to determine which of the models showed the best performance in terms of power quality.

Keywords

• Multi-level inverters
• inverters
• sinusoidal pulse width modulation
• space vector pulse width modulation

Şebekeden Bağımsız Sinüzoidal Darbe Genişlik ile Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonlarının Karşılaştırılmalı Performans Analizi

Abstract

Birçok sistemde yaygın olarak alternatif akım kullanıldığından doğru akım giriş geriliminin istenilen genlik ve frekansta simetrik bir alternatif akım çıkış gerilimine dönüştürülmesi istenmektedir. Bu amaçla, çalışmada öncelikle eviriciler ve çok seviyeli eviriciler hakkında bilgi verilmiştir. Daha sonra, darbe genişlik modülasyon teknikleri açıklanmış ve bu modülasyon teknikleri içerisinden Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyon (SDGM) ve Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyon (UVDGM) tekniklerinin çalışma mantığı detaylıca incelenmiştir. Son olarak, MATLAB/Simulink ortamında şebekeden bağımsız iki seviyeli SDGM ile üç seviyeli UVDGM kontrol yöntemi kullanılarak eviricilerin, R (Rezistif) ve R-L (Rezistif-Endüktif) yükleri üzerindeki benzetimleri modellenmiştir. Simulink ortamında yapılan bu ölçümler, teorik hesaplamalarla kıyaslanmış ve modellerden güç kalitesi açısından en iyi performans gösterenin hangisi olduğu belirlenmeye çalışılmıştır.

Keywords

• Çok seviyeli eviriciler
• eviriciler
• sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu
• uzay vektör darbe genişlik modülasyonu

References

1. Akmaz, D., Mamiş, M.S., Gülan, H., Şeker, B. (2016). İki farklı darbe genişlik modülasyonlu evirici tasarımı ve bu eviricilerin akıllı şebekeler için kıyaslanması. 1st International Mediterranean Science and Engineering Congress (IMSEC), Çukurova Üniversitesi, Adana / Türkiye Ekim 26-28.
2. Arslanoğlu İ. (2019). Şebekeden Bağımsız Sinüzoidal Darbe Genişlik ile Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonlarının Karşılaştırmalı Performans Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Munzur Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tunceli
3. Asker, M. E., Özdemir, M., Bayındır, M. I. (2009). Sinüzoidal DGM ile uzay vektör DGM yöntemlerinin karşılaştırılmalı incelenmesi. 5. Uluslararası ileri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, Türkiye.
4. Beşer, E. (2009). Anahtarlama elemanı sayısı ve harmonik optimizasyonu ile bir fazlı çok seviyeli evirici tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.
5. Canbaz, R. (2014). Üç seviyeli diyot kenetlemeli evirici ile çıkış geriliminin sabitlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
6. Deniz, E. (2010). Uzay vektör darbe genişlik modülasyonu kullanan üç seviyeli H-köprü evirici tabanlı D-statkom’un tasarımı ve gerçekleştirilmesi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
7. Eskin, A. (2012). Alternatif enerji sistemlerinde kullanılan çok seviyeli eviricilerin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
8. Fidanboy, H. (2011). Farklı darbe genişlik modülasyon teknikleri ile sürekli mıknatıslı senkron motorun performans analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.

9. Kang D.W., Lee Y.H., Suh B.S., Choi C.H., Hyun D.S. (2000). An improved carrierwavebased SVPWM method using phase voltage redundancies for generalized cascaded multilevel inverter topology, Applied Power Electronics Conference and Exposition. APEC 2000. Fifteenth Annual IEEE, February, 542-548.
10. Kerem A. (2012). 6 Anahtarlı 3 seviyeli evirici tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara
11. Kocalmış A. (2005). Uzay vektör PWM kontrollü çok seviyeli inverterin modellenmesi ve benzetimi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
12. Kocalmış Bilhan, A. (2012). Bölge ve sektör tespitinde yapay sinir ağları kullanan uzay vektör darbe genişlik modülasyon kontrollü kaskat bağlı üç seviyeli evirici tasarımı, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
13. Kocatepe, C., Uzunoğlu, M. ve Yumurtacı, R. (2003). Elektrik Tesislerinde Harmonikler, Birsen Yayınevi, İstanbul.
14. Önder, H. İ. (2010). Basamaklı çok katlı eviricilerin asenkron motorlarda uygulanmasının analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
15. Rathnakumar, D., Perumal, J.L., Srinivasan, T. (2005). A new software implementation of space vector PWM, IEEE Southeast Conference, India, 8-10 April, 131-136.
16. Sünter, Z. (2013). Tek fazlı gerilim kaynaklı eviricilerde harmonik eiminasyonueliminasyonu için yeni bir yaklaşım, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
17. Tuncer, S. (2004). Uzay vektör darbe genişlik modülasyonu kullanan beş seviyeli inverter tasarımı ve uygulaması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği, Elazığ.
18. Yumurtacı, M. (2007). Çeşitli modülasyon tekniklerinin harmonik bozulma üzerindeki etkileri, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe