Hesaplama Yükü Azaltılmış Model Öngörülü Kontrol Yönteminin Üç Seviyeli T Tipi Evirici için Uygulanması - Bıçak, Aykut
Gerilim kaynaklı eviriciler; elektrikli araçlardan motor sürücülerine, kesintisiz güç kaynaklarından yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynaklarının şebeke entegrasyonuna kadar geniş bir alanda yer almakla beraber kapsamlı bir şekilde araştırılmaktadır. Özellikle enerji kaynakları ve yükler arasında köprü görevi gören eviricilerin; verimlilik, harmonik, elektromanyetik girişim, kontrol edilebilirlik ve güvenilirlik gibi gereksinimleri karşılaması beklenmektedir. Alçak gerilim uygulamalarında üç seviyeli T tipi evirici yapısı, yaygın olarak kullanılan iki seviyeli eviricilerin basit çalışma prensibi, düşük iletim kayıpları gibi avantajlarını üç seviyeli eviricilerin çıkış gerilimi ve akımında düşük harmonik içerik üretme, azaltılmış dv/dt oranı, anahtarlar üzerindeki gerilim stresinin azaltılması, düşük ortak mod gerilimi, anahtarlama kayıplarının azaltılması gibi üstünlükleri ile birleştirmektedir. Eviricinin yapısının yanı sıra eviriciye uygulanacak kontrol yöntemi de performans kriterleri açısından önemli rol oynamaktadır. Klasik kontol yöntemleri genellikle dar bir çalışma aralığında iyi bir performans elde etmek için ayarlanmaktadır. Ancak, son yıllarda popüler hale gelen model öngörülü kontrol yöntemi; karmaşık ve doğrusal olmayan sistem dinamiklerini kontrol edebilirken, tasarım kriterlerinin de etkili bir şekilde kontrol yapısına eklenebilmesini mümkün kılmaktadır. Hesaplama yeteneği artan mikrodenetleyici teknolojisi ile model öngörülü kontrol yöntemi, güç elektroniği uygulamalarında önemli bir yer kazanmıştır. Bununla beraber, model öngörülü kontrol yönteminin çok seviyeli eviricilerde artan anahtarlama sayısı nedeniyle hesaplama yükü de artmaktadır. Literatürde, model öngörülü kontrol yönteminin üstün özelliklerini koruyarak hesaplama yükünün azaltılması araştırmacıların dikkatini ve ilgisini çekmektedir. Bu tez çalışmasında klasik model öngörülü kontrol yönteminin oluşturduğu hesaplama yükünü azaltmak için uzay vektör diyagramını belirli bölgelere bölen ve sınırlı sayıda aday vektör kullanan bir algoritma önerilmiştir. Önerilen algoritamada nötr nokta gerilimini dengelemek, ortak mod gerilimini kısıtlamak gibi kriterleri değerlendiren farklı aday vektör gruplarına sahip iki strateji sunulmuştur. Önerilen model öngörülü kontrol yöntemi, mimarisi SiC MOSFET yarıiletken anahtarlar ile oluşturulan üç fazlı üç seviyeli T tipi eviriciye uygulanmıştır. Deneysel prototip oluşturularak önerilen algoritmaların etkinliğini doğrulamak için kararlı ve dinamik durumlarda davranışları incelenmiş ve ilgili uluslararası standartlara göre performansları analiz edilmiştir. Önerilen algoritmalardan 8V-MPC yöntemi klasik model öngörülü kontrol yöntemine göre hesaplama yükünü %54,2 azaltırken bir diğer önerilen yaklaşım olan 7V-MPC yöntemi hesaplama yükünü %58,8 azaltmaktadır. Son olarak her iki yaklaşımda klasik yönteme göre toplam harmonik bozulma, ortak mod gerilimi, nötr nokta dengesizliği gibi kriterlerde benzer ya da üstün performans göstermektedir. Hesaplama yükü azaltılmış önerilen yaklaşımlar ile model öngörülü kontrol yöntemine yeni kısıtlar ya da hedefler eklenmesi mümkün hale gelmektedir.