Evirici arayüzlü ada modlu mikro şebekelerin tasarımı, kontrolü ve dijital kontrol zaman gecikmesinin kararlılığa etkisinin incelenmesi
Grid forming inverter based islanded microgrid design, control and investigation on digital control time delay effect on stability
- Tez No: 982961
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ FUAT BOZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Güç çeviriciler, Mikro şebeke sistemi, Power converters, Microgrid system
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikro şebekeler, dağıtık enerji kaynaklarından elde edilen elektrik enerjisini güç elektroniği eviricileri arayüzü ile ana şebekeye veya yerel tüketicilere sağlayan ana şebekeye göre daha küçük ölçekli bir şebeke türüdür. Bu anlamda mikro şebekeler önemli çevresel, ekonomik ve teknolojik faydalar sunmaktadır. Bununla birlikte, çok sayıda sistem parametresi mikro şebekenin kararlılığını etkilediğinden, evirici arayüzlü mikro şebekelerin tasarımı, kontrolü ve kararlılık analizi önemli zorluklar içermektedir. Mikro şebekelerin kararlılık analizi üzerine, ağırlıklı olarak özdeğer tabanlı durum-uzay modelleri aracılığıyla kapsamlı araştırmalar yapılmış olsa da, kontrol algoritmalarının mikrokontrolcüde koşturulmasından (dijital kontrol) kaynaklanan zaman gecikmesinin etkisi üzerine yapılan çalışmalar kısıtlıdır. Zaman gecikmesi, akım kontrol döngüsünün band genişliğini düşürür. Bu durumda kontrolcü tasarımı hassas bir şekilde yapılmadığında, sistemi kararsızlığa götürecek şekilde dış gerilim döngüsü ve droop kontrol ile etkileşimler meydana gelebilir. Bu sebeple daha hassas kararlılık analizi için dijital kontrol kaynaklı zaman gecikmesinin yüksek doğrulukla modellenmesi ve kararlılık analizine dahil edilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması, özellikle ada modlu çalışan, paralel bağlı şebeke oluşturan eviricilere odaklanılarak, dijital kontrol kaynaklı zaman gecikmesinin küçük sinyal kararlılık analizine dahil edilmesiyle, mikro şebekelerin kapsamlı ve ayrıntılı bir kararlılık analizini sunmaktadır. Bu tezde, paralel bağlı şebeke oluşturan eviricilerin küçük-sinyal kararlılık analizi için yeni ve yüksek doğrulukta bir zaman gecikmesi modeli önerilmektedir. Tüm kritik sistem parametreleri göz önünde bulundurularak, mikro şebekenin tam dereceli bir durum uzay ve küçük sinyal modeli elde edilmiştir. Bu durum uzay ve küçük sinyal modeli elde edilirken; droop kontrolcüsü, dış gerilim kontrolcüsü, iç akım kontrolcüsü, dijital kontrol kaynaklı zaman gecikmesi, sanal empedans, LCL filtre, iletim hatları ve yükler gibi sistemde var olan tüm kontrol ve donanım parametreleri dikkate alınmıştır. Elde edilen küçük sinyal modelinde, zaman gecikmesi yüksek doğrulukta modellendiği için, özdeğer tabanlı kararlılık analizinin daha hassas sonuçlar vermesi sağlanmıştır. Sonuç olarak, bu tez çalışması mikro şebekelerin kararlılık sınırlarını belirleyen kritik kontrol parametrelerinin sınırlarını hassas bir şekilde ortaya koymaktadır. Bu çalışmada gerçekleştirilen teorik analiz, gerçek zamanlı simülasyon ve döngüde donanım benzetimi (HIL) sonuçları, önerilen modelin, geleneksel zaman gecikmesi modeline kıyasla daha doğru ve güvenilir kararlılık tahminleri ortaya koyduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Microgrids are a type of grid that is smaller in scale than the main grid, providing electrical energy from distributed energy sources to the main grid or local consumers through power electronic inverters. In this sense, microgrids offer significant environmental, economic and technological benefits. However, the design, control, and stability analysis of inverter-interfaced microgrids present significant challenges, as numerous system parameters influence the overall stability of the microgrid.. While extensive research has been conducted on MG stability, predominantly through eigenvalue-based state space models, further refinement is necessary for more precise stability assessments. Time delay reduces the bandwidth of the current control loop. In this case, if the controller design is not precise, interactions with the outer voltage control loop may occur, leading to system instability. Therefore, for more accurate stability analysis, the digital control-induced time delay must be modelled with high accuracy and included in the stability analysis. This thesis presents a comprehensive and detailed stability analysis of microgrids by incorporating digital control-induced time delay into the small-signal stability analysis, with a particular focus on parallel-connected inverters operating in islanded mode. In this thesis, a novel and highly accurate time-delay model for small-signal stability analysis of parallel-connected grid-forming inverters is proposed. By considering all critical system parameters, a full-order state space and small-signal model of the microgrid is obtained. While obtaining this state space and small signal model, all control and hardware parameters such as droop controller, outer voltage controller, inner current controller, digital control induced time delay, virtual impedance, LCL filter, transmission lines and loads are considered. In the resulting small signal model, the time delay is modeled with high accuracy, which makes the eigenvalue-based stability analysis more accurate. Consequently, the study identifies critical control parameter limits that guarantee MG stability. Theoretical analysis, real-time simulation, and hardware-in-the-loop (HIL) results are presented to validate the accuracy of the proposed time delay model, highlighting its superior precision compared to conventional time delay models in stability analysis.
Benzer Tezler
- Evirici arayüzlü dağıtık enerji kaynakları tabanlı mikro şebekelerde güç paylaşımı ve kararlılık analizi
Power sharing and stability analysis in microgrid based on distributed energy resources with inverter interface
ALİ KUYUMCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT KARABACAK
- Dağıtık üretim tesisleri içeren şebekeler için akıllı ve adaptif bir koruma metodunun geliştirilmesi
Development of a smart and adaptive protection method for grids including distributed generation plants
YAVUZ ATEŞ
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET UZUNOĞLU
- Yazılım kontrollü orta frekanslı DA nokta kaynak sistemi tasarımı ve gerçeklenmesi
Software controlled medium frequency DC spot welding system design and implementation
CAN ÖZENSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT UYAR
- Yeni ve gelişmekte olan yarı iletken cihazlar için teknoloji gerçeklemesi, modelleme, devre tasarımı ve simülasyonu: Organik ince film transistör ve dört-uçlu anahtar cihazları
Technology implementation, modeling, circuit design and simulation for emerging semiconductor devices: Organic thin film transistor and four-terminal switch devices
NİHAT AKKAN
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HERMAN SEDEF
DOÇ. DR. MUSTAFA ALTUN
- Evirici çıkış transformatörlerinin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of inverter output transformers
SELAMİ BALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM SEFA