Investigation of phase locked loops in microinverters
Mikroeviricilerde faz kilitlemeli döngülerin incelenmesi
- Tez No: 610020
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Yenilenebilir enerjinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Küresel çapta karbon emisyonunun azaltılması hedeflenmektedir. Bu bağlamda rüzgar ve güneş enerji santralleri kurulmaktadır. Devletler yenilenebilir enerjiye dair yatırımlarda ve teşviklerde bulunmaktadır. Bu teşvikler sadece santral bazında kalmayıp bireysel/çatı bazında kurulumları da kapsamaktadır. Güneş enerjisi kullanımının pazar payı genişledikçe verimlilik, güvenilirlik gibi konular da gün yüzüne çıkmış, önemleri vurgulanmaya başlanmıştır. Güneş enerjisi dönüşümünde kullanılan ekipman ve cihazlar da verimlilik ve güvenilirlik açısından değerlendirilmektedir. Bu ekipmanlardan biri olan eviriciler, merkezi eviriciler gibi büyük olabilmekle beraber mikroeviriciler gibi daha küçük ve kompakt da olabilmektedirler. Bu çalışmada mikroeviriciler irdelenmiştir. Mikroeviriciler yapısal anlamda tek aşamalı ve çift aşamalı olarak ikiye ayırabilir. Tek aşamalı mikroeviriciler giriş gerilimini aynı anda hem yükseltip hem de alternatif forma çevirirler. Çift aşamalılar ise önce giriş gerilimini yükseltip sonra alternatif forma geçirirler. Bir mikroeviriciyi tasarım açısından iki kısımda inceleyebiliriz: Güç katı ve kontrol katı. Güç katının gerçeklemesi bu çalışma kapsamının dışında tutulmuştur, yalnızca simulasyonu yapılmıştır. İlk aşamada gerilim 10 ila 20 kat arasında artırılmalıdır. Bu yüzden transformatörlü bir çevirici tercih edilmelidir. Hem anahtar sayısının az olması, anahtar sürme devrelerinin kolay olması hem de diğer alternatiflere göre daha küçük bir trafo kullanılması özelliklerinden dolayı çevirici push-pull topolojisinde düşünülmüş, ikinci aşama ise yüksek frekanslı sinizoidal dalga genişlik modulasyonlu evirici olarak tasarlanmıştır. Harmonik içeriğin azaltılabilmesi için evirici çıkışına şebeke bağlantısı öncesinde bir LC filtre bağlanmıştır. Kontrol katında ise kontrolü alt seviye kontrol ve fonksiyonel kontrol olarak ikiye ayırabiliriz. Alt seviye kontrole DA-DA dönüştürücünün çıkış gerilimi kontrolü ve eviricinin anahtarlanma kontrolü, evirici akım kontrolü dahil edilebilir. Fonksiyonel kontrol olarak da maksimum güç noktası takibi, faz kilitlenme döngüsü ve adalama özellikleri sayılabilir. Maksimum güç takip noktası, değişken güneş paneli çıkışını maksimum güçte tutmaya çalışan bir algoritmadır. Bir fotovoltaik panelin çıkış gücü belirli bir ışınım değerinde yüke bağlı olarak değişkenlik gösterir. Maksimum güç takip eden algoritmalar çıkış gücünün maksimum olduğu noktayı ararlar. Çok panelli sistemlerde kısmi gölgelenme durumlarında güç eğrisinin birden fazla maksimum noktası oluşabilir. Böyle durumlarda kompleks optimizasyon algoritmaları kullanmak gerekir. Ancak tek panelli uygulamalarda tepe tırmanma algoritmaları yeterlidir çünkü çıkış gücünün tek bir maksimum noktası oluşur. Çalışma dahilinde iki adet tepe tırmanma algoritması incelenmiştir. Bu algoritmalar Gözle \& Boz ve artımlı iletkenliktir. Bahsi geçen simülasyonda gözle \& boz algoritması kullanılmıştır. Simulasyon sonuçları ilgili kısımda sunulmuştur. İkinci bir üst seviye kontrol de faz kilitlemeli döngülerdir. Şebeke gerilimi EPDK tarafından yayımlanan yönergelere göre düzenlenir, bu yönergelere göre şebeke frekansı 49.8Hz ila 50.2Hz arasında olmalıdır. Bu değişen frekansa göre mikroevirici frekansı da ayarlanmalıdır. Mikroeviricinin çıkışında bir alternatif gerilim üretilir ve şebekeye verilir. Mikroevirici ve şebeke tek noktada birbirlerine bağlı oldukları için mikroevirici ile gerilimi kontrol etmek olanaksızdır. Ancak çıkış akımı şebekeye göre kontrol edilebilir. Çıkış akımının genliği gücü, fazı da güç faktörünü belirler. Güç faktörünün bir olması hedeflenmektedir. Güç faktörünün bir olabilmesi veya kontrol edilebilmesi için faz kilitlemeli döngüler kullanılır. Bu çalışmanın odak noktası faz kilitlemeli döngülerdir. Faz kilitlemeli döngü(FKD) kendi içinde geri besleme mekanizması olan yapılardır. Çıkış gerilimini giriş olarak alır ve çıkış olarak birim genlikli bir sinüs dalgası üretir. Üretilen bu sinüs dalgası maksimum güç takibi algoritmasından gelen bir çarpanla çarpılarak referans akımını oluştururlar. Çıkış filtresinden alınan akım bu referans akımdan çıkartılarak bir kontrolöre, ardından da sinuzoidal darbe genişlik modülasyon bloğuna gönderilir. Bir FKD donanımsal veya yazılımsal olarak tasarlanabilir. FKD'nin donanımsal ve yazılımsal olmasından bağımsız olarak üç ana bileşeni vardır: Faz saptama, döngü filtresi, gerilim kontrollü osilatör. Faz saptama bileşeni şebeke gerilimi ile giriş geriliminin arasındaki fazı ortaya çıkarmaya çalışır. Bunun için bu iki sinyal direk olarak çarpılabilir veya bir takım dönüşümlere tabi tutulabilirler(ortogonal sinyal üretimi). Bu bloğun çıkışında faz farkı bilgisi mevcuttur. İkinci blok olan loop filter genellikle PI kontrolör yapısında seçilip sürekli hal hatasını gidermeyi hedefler. Aynı zamanda bir alçak geçiren filtre görevi görür. Son blok olan gerilim kontrollü osilatör ise elde edilen ve sıfırlanmaya çalışılan faz farkı bilgisini şebeke gerilimi ile toplayarak sinüzoidal olan çıkış sinyalini üretir. Çalışma içerisinde tüm bloklar anlatılmış olup matmatiksel anlamda ele alınmıştır. Ayrıca blok diyagramları da verilmiştir. Detaylı benzetimleri MATLAB ortamında yapılmıştır. FKD'nin Notch filtresi eklenmiş varyasyonu farklı durumlar için simüle edilmiştir. Bu farklı durumlar şebekedeki bir faz atlamasını veya şebekedeki bir frekans değişimini yansıtmaktadır. Bu şartlar altında faz kilitleme döngülerinin sistemsel cevabı incelenmiştir. Ayrıca Texas Instruments C2000 modelinde bir DSP üzerinde algoritmalar yazılmış, simüle edilen şebeke olayları bir fonksiyon üreteci ile üretilmiş ve algoritmalar test edilmiştir. Yapılan tüm testlerde Notch filtresi kullanan faz kilitlemeli döngünün hataları hızlıca kapatabildiği ve fazı/frekansı kilitlediği saptanmıştır. Üçüncü bir fonksiyonal kontrol olan adalama konusuna değinilmiştir. Literatürdeki aktif ve pasif adalama metodları gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Solar energy is growing with momentum in the world. New solar products are being produced. Every new product brings a new challenge. Solar inverters are no exception. To increase efficiency and reliability, different designs and control algorithms are being employed. To increase efficiency new power topologies and maximum power tracking(MPPT) algorithms are being researched. To increase reliability, phase-locked loop(PLL) and anti-islanding algorithms are being developed. In this study, a two-staged microinverter is analyzed. A push-pull converter is employed in the first stage and a PWM inverter is employed in the second stage. DC-DC converter and inverter are analyzed, their input-output relations are produced. A whole system is simulated. Simulation includes PV panel, push-pull converter and a grid connected inverter with a LC filter. Simulation is enriched with MPPT studies and PLL studies. For inverter, phase of the grid is obtained, then that phase is used in generating reference signal for switch gating. Phase locked loop is an important requirement that ensures a unity power factor. It also eliminates potential circulating current at the grid terminals. A mathematical background for phase-locked loops is presented. Hardware and software versions are examined. General block diagrams are presented. Software PLL is selected for implementation. Texas Instruments' C2000 series DSP is used in the experiments. Design steps for phase detect, loop filter, notch filter and voltage controlled generation are presented. PLL is simulated separately using MATLAB for varying grid conditions. Grid phase and frequency variation conditions are tested in simulation and also experimentally validated using the DSP. The results indicate that the notch filter based PLL algorithm can lock to the grid in both phase and frequency variations.
Benzer Tezler
- Agresyon alt boyutlarının olaya ilişkin potansiyeller (OİP) ve olaya ilişkin salınımlar (OİS) ile incelenmesi
Investigation of sub-types of aggression with event-related potentials (ERP) and event-related oscillations (ERO)
MUSTAFA YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizyolojiİstanbul ÜniversitesiSinir Bilimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAMER DEMİRALP
- Experimental investigation of the helicopter blade tip shape effects on aerodynamic performance and tip vortex characteristics
Helikopter pal ucu şeklinin aerodinamik performans ve uç girdabı karakteristiği üzerine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi
SİNEM ULUOCAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiUzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA PERÇİN
PROF. DR. OĞUZ UZOL
- Taban malzeme ile emaye kaplama arasındaki difüzyon mekanizmasının araştırılması ve düşük metal migrasyonuna sahip emaye geliştirilmesi
Investigation of diffusion mechanisms at substrate enamel interface and development of new enamel surface with low metal migration
ÖZGE IŞIKSAÇAN
Doktora
Türkçe
2020
Besin Hijyeni ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Dynamics of eutectic growth in a three-phase system
Üç fazlı sistemde ötektik büyüme dinamikleri
SAMIRA MOHAGHEGHI
Doktora
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELİS ŞEREFOĞLU KAYA
DR. MEHMET SOMER
- Olaya ilişkin beyin potansiyellerinin (OİP) tek EEG dilimlerinde analizi
Analysis of event related potentials (ERP) in single EEG trials
MEHMET ERGEN