Yarı Empedans Kaynaklı İnverterlerde Farklı PWM Kontrol Tekniklerinin Performans Etkisinin İncelenmesi

Yıl 2020, Cilt: 2 Sayı: 1, 12 - 26, 30.06.2020

Mustafa Sacid Endiz , Ramazan Akkaya

Öz

Klasik gerilim ve akım kaynaklı inverterlere alternatif olarak ortaya çıkan empedans kaynaklı inverterler (Z-Kaynaklı İnverter), üstün özelliklerinden dolayı güç koşullandırma devrelerinde sıklıkla tercih edilmektedir. Empedans kaynaklı inverterler, geleneksel inverterlerin sahip olduğu kavramsal ve teorik sınırlamaları ortadan kaldırarak gelişmiş bir güç dönüşüm konsepti sağlar. Empedans kaynaklı inverter devresi, anahtarlama elemanlarının bulunduğu güç katını girişte bulunan besleme katına bağlayan bir çift kondansatör ve bobinden meydana gelen özel bir empedans ağına sahiptir. Son yıllarda empedans kaynaklı inverterlere kıyasla daha yüksek verime sahip yarı empedans kaynaklı inverter topolojisi ortaya konmuştur. Bu çalışmada, yarı empedans kaynaklı inverterde farklı darbe genişlik modülasyon (PWM) kontrol tekniklerinin gerilim kazancına ve çıkış akım sinyalinin harmonik açıdan kalitesine etkisi incelenmiştir. Basit yükseltici kontrol, maksimum yükseltici kontrol, 3. harmonik ilaveli maksimum yükseltici kontrol, maksimum sabit yükseltici kontrol ile 3. harmonik ilaveli maksimum sabit yükseltici kontrol teknikleri için belirli bir yükseltme faktöründe modülasyon indeksi ve gerilim kazancı, ilgili denklemler ile hesaplanmıştır. Her bir kontrol tekniğinin çalışma prensibi ve temel özellikleri açıklanmış ve Matlab/Simulink ortamında benzetim çalışmaları yardımıyla karşılaştırmalı analiz yapılmıştır. Gerçekleştirilen benzetim sonuçları ile yapılan teorik analizlerin uyumlu olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Yarı empedans kaynaklı inverter, Gerilim kazancı, Modülasyon indeksi, Harmonik bozulma

Destekleyen Kurum

Bu araştırma; kamu, ticari veya kar amacı gütmeyen herhangi bir kuruluş tarafından desteklenmemiştir.

Kaynakça

• A. O. Özkan, H. B. Demir, Fotovoltaik Panellerde Sıcaklık ve Zenit Açısının Panel Güç Üretimine Etkisi. Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 1 (1) (2019), 1-9.
• M. S. Endiz, Ş. Erel, M. Yağcı, Comparative Study of Single Phase Power Inverters Based on Efficiency and Harmonic Analysis, i-Manager's Journal on Instrumentation & Control Engineering, 4 (1) (2015), 1-9. doi: 10.26634/jic.4.1.3773
• F. Z. Peng, Z-Source Inverter, IEEE Transactions on Industry Applications, 39 (2) (2003), 504-510. doi: 10.1109/TIA.2003.808920
• F. Z. Peng, M. Shen, Z. Qian, Maximum Boost Control of the Z Source Inverter, IEEE Trans. Power Electron., 20 (4) (2005), 833–838. doi: 10.1109/TPEL.2005.850927
• M. Shen, Jin Wang, A. Joseph, F.Z. Peng, L.M. Tolbert, D.J. Adams, Maximum Constant Boost Control of the Z-Source Inverter”, Industry Applications Conference (IEEE/IAS), USA, 2004, 142–147.
• O. Ellabban, H. Abu-Rub, Z-source inverter: Topology improvements review, IEEE Industrial Electronics Magazine, 10 (1) (2016), 6-24. doi: 10.1109/MIE.2015.2475475
• M. Shen, A. Joseph, J. Wang, F. Z. Peng, D. J. Adams, Comparison of Traditional Inverters and Z-Source Inverter, IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC), Brazil, 2005, 1692-1698.
• A. Florescu, O. Stocklosa, M. Teodorescu, C. Radoi, D. A. Stoichescu, S. Rosu, The Advantages, Limitations and Disadvantages of Z-Source Inverter, Semiconductor Conference (CAS), Romania, 2010, 483-486.
• Y. Huang, M. Shen, F. Z. Peng, and J. Wang, Z-Source Inverter for Residential Photovoltaic Systems, IEEE Trans. Power Electron., 21 (6) (2006), 1776–1781. doi: 10.1109/TPEL.2006.882913
• P. C. Loh, D. M. Vilathgamuwa, Y. S. Lai, G. T. Chua, Y. Li, Pulse-Width Modulation of Z-Source Inverters, IEEE Conference on Industry Applications, USA, 2004, 148-155.
• J. Anderson, F. Z. Peng, Four Quasi-Z-Source Inverters, IEEE Power Electronics Specialists Conference, Greece, 2008, 2743-2749.
• Y. Liu, H. Abu-Rub, B. Ge, Z-source/quasi-Z-source inverters: Derived networks, modulations, controls and emerging applications to photovoltaic conversion, IEEE Industrial Electronics Magazine, 8 (4) (2014), 32–44. doi: 10.1109/MIE.2014.2307898
• Y. Liu, B. Ge, F. J. Ferreira, A. T. de Almeida, H. Abu-Rub, Modelling and SVPWM control of Quasi-Z-source inverter, International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, Portugal, 2011, 1–7.
• Y. Li, J. Anderson, F. Z. Peng and D. Liu, Quasi-Z-Souree Inverter for Photovoltaic Power Generation Systems, Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, USA, 2009, 918-924.
• H. J. Park, H. G.Kim, E. C. Nho, T. W. Chun, J. Choi, Grid-connected PV system using a quasi-Z-source inverter, Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, USA, 2009, 925-929.