Şebeke bağlantılı FV eviriciler için yüksek gerilim kazançlı çok katmanlı değiştirilmiş Y-kaynaklı DA-DA dönüştürücüsünün tasarımı ve analizi
Design and analysis of a high step-up interleaved modified Y-source DC-DC converter for grid-connected PV inverters
- Tez No: 889164
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET AFŞİN KULAKSIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Son yıllarda yenilenebilir enerji santrallerinin dünya üzerindeki toplam kurulu güç kapasitesi gün geçtikçe artmaktadır. Fotovoltaik (FV) santraller ise yenilenebilir enerji teknolojileri içerisinde hızlı bir şekilde yükselişe geçmiştir. Bu teknolojinin yaygınlaşmasında FV hücrelerdeki gelişmelerin yanı sıra güç elektroniği dönüştürücülerindeki gelişmelerin de büyük katkısı bulunmaktadır. Özellikle evsel uygulamalarda diğer evirici çeşitlerinden ziyade yüksek verimlilikte maksimum güç noktası takibi (MPPT) yeteneğinden dolayı mikro eviricilere ilgi oldukça artmaktadır. Fakat düşük giriş gerilimli FV modüldeki enerjinin şebekeye ya da yüke aktarılması için gerilim yükseltici dönüştürücülere ihtiyaç duyulur. Geleneksel gerilim yükseltici dönüştürücülerin aksine, empedans kaynak ağına sahip DA-DA dönüştürücüler evirici girişi için gerekli gerilim yükseltme işlemini kolayca gerçekleştirebilir. Bu nedenle, empedans kaynaklı dönüştürücüler özellikle düşük gerilimli FV sistemler için giderek daha fazla dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, iki aşamalı şebeke bağlantılı FV eviricinin birinci aşaması için çok katmanlı değiştirilmiş Y (çk d-Y) kaynaklı DA-DA dönüştürücü topolojisi geliştirilmiştir. Bu topolojinin tasarım aşamaları detaylı bir şekilde gerçekleştirildikten sonra şebeke bağlantılı ev tipi FV uygulamalar için önerilen bu topolojinin uygunluğu test edilmiştir. Önerilen bu topolojideki çok katmanlı yapı sayesinde diğer geleneksel yüksek gerilim kazançlı Y kaynaklı topolojilere kıyasla anahtarlama elemanları üzerinde daha düşük gerilim ve akım stresi meydana geldiği için daha düşük güç oranına sahip anahtarlama elemanları ve daha düşük hacimli devre bileşenleri seçilmiştir. Ayrıca giriş akım dalgalılığı ve bütün devre bileşenleri üzerindeki akım stresi azaltılmıştır. Önerilen çk d-Y kaynaklı DA-DA dönüştürücü, H köprü eviricinin gerilim yükseltme katmanında kullanılmıştır. Değişen güneş ışınımı ve hücre sıcaklığı koşulları altında önerilen topolojinin dinamik performansı test edilmiş ve stabil güç üretiminin gerçekleştirildiği kanıtlanmıştır. Sistemin güneş verimliliği değiştirme ve gözlemleme (P&O) MPPT algoritması kullanılarak arttırılmıştır. Şebekede aktif güç kontrolünün gerçekleştirilmesi için dış döngü DC link kontrolü ve iç döngü oransal rezonant (PR) akım kontrolü kullanılmıştır. Ayrıca şebekeye enjekte edilen akımdaki harmonik bileşenleri bastırmak için seçici harmonik kompanzatör (HC) kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre önerilen çk-d Y kaynaklı iki aşamalı FV eviricinin çevresel koşulların ani değişiklikleri sırasında bile %5'in altında düşük toplam harmonik bozuluma (THD) sahip bir şekilde şebekeye aktif güç transferi yapmıştır. Sonuç olarak, önerilen iki aşamalı çk-d Y kaynaklı FV eviricinin, FV giriş geriliminin geniş bir aralıkta değiştiği fotovoltaik mikro evirici uygulamaları için iyi bir seçenek olabileceği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In recent years, the total installed power capacity of renewable energy plants worldwide has been steadily increasing. Photovoltaic (PV) plants, in particular, have been rapidly rising within renewable energy technologies. The widespread adoption of this technology can be attributed to advancements in PV cells as well as significant developments in power electronics converters. Especially for residential applications, there has been a growing interest in micro-inverters due to their high-efficiency maximum power point tracking (MPPT) capability compared to other types of inverters. However, to transfer energy from a low-voltage PV module to the grid or a load, high step up DC-DC converters are required. Unlike conventional high step up DC-DC converters, impedance-source DC-DC converters can easily perform the necessary voltage step-up operation for the inverter input. Therefore, impedance-source converters are attracting increasing attention, especially for low-voltage PV systems. In this study, an interleaved modified Y-Source (i m-Y) DC-DC converter topology was developed for the first stage of a two-stage grid-connected PV inverter. After thoroughly detailing the design phases of this topology, its suitability for grid-connected residential PV applications was tested. Due to the interleaved structure in the proposed topology, lower voltage and current stress on the switching elements compared to other conventional high-voltage gain Y-source topologies allowed for the selection of lower-rated switching elements and smaller volume circuit components. Additionally, input current ripple and current stress on all circuit components were reduced. The proposed i m-Y source DC-DC converter was used in the voltage boosting stage of the H-bridge inverter. The dynamic performance of the proposed topology was tested under varying solar irradiance and ambient temperature conditions, and stable power production was demonstrated. The solar efficiency of the system was improved using the perturb and observe (P&O) MPPT algorithm. Outer loop DC link voltage control and internal loop proportional resonant current (PR) control were employed to achieve active power control on the grid. Moreover, a selective harmonic compensator (HC) was used to suppress harmonic components in the injected grid current. According to the obtained results, the proposed two-stage i m-Y source PV inverter achieved active power transfer to the grid with a total harmonic distortion (THD) below 5% even during sudden changes in environmental conditions. Consequently, the proposed two-stage i m-Y Source PV inverter can be a good option for PV micro-inverter applications where the low PV input voltage varies over a wide range.
Benzer Tezler
- Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler için tek-fazlı yeni bir devre tasarımı ve analizi
Design and analysis of a new single-phase topology for grid tied photovoltaic systems
MEHMET ALİ ÇELİK
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NACİ GENÇ
- Üç fazlı nötr noktası kenetli eviriciler için ysa tabanlı kontrolcüler tasarlanması ve uygulanması
Design and application of ann-based controllers for threephase neutral point clamped inverters
YUNUS EMRE YAĞAN
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKütahya Dumlupınar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR VARDAR
- Fotovoltaik sistemler için parçalı gölgelenme durumlarında maksimum güç noktası izleyebilen şebeke bağlantılı yeni bir evirici tasarımı ve uygulaması
A new inverter design and implementation for grid connected photovoltaic systems with maximum power point tracking under partially shaded conditions
MURAT ÜNLÜ
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SABRİ ÇAMUR
- A single-phase voltage source inverter with active power decoupling for PV system
PV sistemi için aktif güç dekuplajlı tek fazlı gerilim kaynaklı evirici
OĞUZ KABAKCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDÜL BALIKCI
- H6-II tipi transformatörsüz eviricinin reaktif güç üretim kabiliyetinin farklı modülasyon yöntemleri ile irdelenmesi
Investigation of reactive power generation capability of H6-II type transformerless ınverter with different modulation methods
PELİN TÜRKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ÖZKOP