YARI ANAHTARLAMALI YÜKSELTEN EVİRİCİLER İÇİN GEÇİCİ REJİM PERFORMANSININ İYİLEŞTİRİLMESİNE YÖNELİK İLERİ KONTROL YAKLAŞIMLARI

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının artan entegrasyonu ile birlikte, güç elektroniği dönüştürücüleri modern güç sistemlerinde önemli bir rol oynamaktadır. Bununla birlikte, bu sistemlerde yer alan evirici topolojilerinde hedeflenen kalıcı durum ve dinamik performans kriterlerini sağlamak, kontrol tasarımı açısından önemli zorluklar barındırmaktadır. Giriş gerilimindeki dalgalanmalar ve yük değişimleri, çıkış geriliminde sapmalara neden olarak sistem kararlılığını ve güç kalitesini olumsuz etkileyebilmektedir. Bu tez çalışmasında, bir empedans kaynaklı evirici türü olan yarı anahtarlamalı yükselten evirici topolojisinin geçici rejim performansını iyileştirmeye yönelik ileri kontrol yaklaşımları ele alınmıştır. Öncelikle sistemin çalışma prensibi incelenmiş, farklı anahtarlama durumlarına ilişkin dinamik denklemler elde edilerek sistemin durum-uzay modeli oluşturulmuştur. Ayrıca, empedans ağında yer alan pasif elemanların tasarım kriterleri belirlenmiş ve kontrol tasarımına temel teşkil edecek küçük sinyal modellemesi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen model temel alınarak sistem için farklı kontrol stratejileri tasarlanmıştır. Bu kapsamda, kısa devre anahtarlama oranının denetlenmesi amacıyla oransal-integral kontrol, Lyapunov fonksiyonu tabanlı kontrol ve model öngörülü kontrol yöntemleri uygulanmıştır. Çıkış gerilimi referansının doğru bir şekilde takip edilmesini sağlamak amacıyla oransal-rezonans kontrolör kullanılmıştır. Önerilen kontrol yöntemlerinin performansı, yük ve giriş gerilimi değişimi senaryoları altında gerçekleştirilen benzetim çalışmaları ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, model öngörülü kontrol yaklaşımının özellikle geçici rejim hatasını azaltma, referans izleme doğruluğunu artırma ve sistem kararlılığını iyileştirme açısından daha üstün performans sergilediğini göstermiştir.

Power electronic converters play a key role in modern power systems with the increasing integration of renewable energy sources. The inverter topologies used in these systems introduce various control challenges in terms of achieving the required steady-state and dynamic performance. In particular, input voltage fluctuations and load variations can lead to undesirable output voltage deviations, adversely affecting system stability and power quality. In this thesis, advanced control approaches are proposed to enhance the transient response of the quasi-switched boost inverter, a class of impedance-source inverters. First, the operating principles of the system are analyzed, and dynamic equations for different switching states are derived to obtain a state-space model. Furthermore, design criteria for the passive components in the impedance network are determined, and small-signal modeling is performed for control design purposes. Based on the developed model, various control strategies are implemented to regulate the shoot-through duty cycle, including PI control, Lyapunov function-based control, and model predictive control, while a proportional-resonant controller is utilized to ensure accurate tracking of the output voltage reference. The performance of the proposed control methods is investigated through simulations under load variation and input voltage fluctuation scenarios. The results demonstrate that the model predictive control approach exhibits superior performance, particularly in terms of reducing transient error, improving reference tracking accuracy, and enhancing overall system stability.