Şebeke Bağlantılı Tek Fazlı Transformatörsüz Evirici için Modifiye Edilmiş Taşıyıcı Temelli DGM Kontrolü

Makale Türü: Araştırma Makalesi Makale Gönderilme Tarihi: 2022-09-25

Kabul Tarihi: 2022-10-10

Şebeke Bağlantl Tek Fazl Transformatörsüz Evirici için Modifiye Edilmiş Taşyc Temelli DGM Kontrolü

Modified Carrier Based PWM Control for Grid-Connected Single Phase Transformerless Inverter

Emre Özkop Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Karadeniz Teknik Üniversitesi Trabzon, Türkiye [email protected], ORCID: 0000-0002-9395-9899

Öz

Bu çalşmada ayn anahtarlama frekans için şebeke bağlantl tek fazl H6-II tipi transformatörsüz evirici için farkl taşyc işaret temelli modülasyon tekniklerinin performans karşlaştrlmas sunulmaktadr. Burada çok seviyeli ve çoğunlukla üç fazl eviricilerde kullanlmakta olan taşyc işaretleri ve bunlardan türetilmiş yeni taşyc işaretler tek fazl H6-II tipi eviricin kontrolü için sunulmaktadr. Oluşturulan taşyc temelli darbe genişlik modülasyonu (DGM) kontrol teknikleri için sistem performans, gözlemlenen evirici çkş gerilim ve akm dalga şekilleri, ölçülen akm ve gerilim ve hesaplanan verim ve toplam harmonik bozunum (THB) ile değerlendirilmiştir. Test sonuçlar, modifiye edilmiş taşyc tabanl DGM kontrol tekniklerinin verimlilik, THB ve kaçak akm açsndan geleneksel teknikten daha iyi performans sergilediğini göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Darbe genişlik modülasyonu (DGM), taşyc temelli DGM, transformatörsüz evirici, modülasyon ve kontrol.

Abstract

In this paper, the performance comparison of different carrier signal based modulation techniques is presented for grid-connected single phase H6-II type transformerless inverter for same switching frequency. Here, carrier signals used in multi-level and mostly three-phase inverters and new carrier signals derived from them are extended for controlling single-phase H6-II type inverter. System performance is evaluated with observed inverter output voltage and current waveforms, measured current and voltage, and calculated efficiency and total harmonic distortion (THD) for the created carrier-based pulse width modulation (PWM) control techniques. Test results show that modified carrier based PWM control techniques performs better than the traditional technique in terms of efficiency, THD and leakage current. Keywords: Pulse width modulation (PWM), carrier based PWM, transformerless inverter, modulation and control.

1. Giriş

Pandeminin hayatn her noktasna olumsuz etkilere ve yenilenebilir enerji tedarik zincirini kran ve projelerini sekteye uğratan küresel emtia fiyatlarndaki artşa rağmen başta fotovoltaik olmak üzere arz edilen yenilenebilir enerji kapasitesi artmaya devam etmektedir [1]. 2021 ylnn sonlarnda enerji fiyatlarnn keskin bir şekilde artş ve 2022 ylnn başlarnda Rusya Federasyonu'nun Ukrayna'y işgali, milyarlarca insan için

enerji yoksulluğu tehdidi ile karş karşya kalmasna yol

açabileceği ve bunun önüne geçmek ve enerjinin güvenliği ve

sürekliliği için fotovoltaik ve rüzgâr teknolojisi gibi

yenilenebilir enerji kaynaklarnn daha fazla hayatn merkezine

alnmas gerektiği öngörülmektedir [2], [3].

Fotovoltaik (FV) güç sistemlerinin, uygulama alanlar

çeşitlilik göstermekte olup FV modül ve güç elektroniği

çeviricileri bu sistemlerin ana omurgasn oluşturmaktadr. FV

modüller, şebekeden bağmsz veya şebeke bağlantl sistemler

olarak çalştrlabilir ve bu durumlarn gerçekleştirilmesi için

DA gücünü AA gücüne çevirecek bir eviriciye ihtiyaç duyulur

[4], [5]. Evirici topolojisi, temelde transformatörlü ve

transformatörsüz olarak snflandrlabilir. Transformatörlü

yap, galvanik yaltm sağlamakta ve sistemde emniyet ve

güvenilirliğin artmasna pozitif katk vermektedir. Fakat bir FV

sistemde transformatörün olmas sebebiyle FV sistemin verimi

azalmakta, sistemin hacmi, ağrlğ ve toplam maliyeti

artmaktadr [6]. Transformatörsüz yapda ise FV dizinlerin

karaaçsakndaakkmi plaarra(z?????????i???�ti�k)köanpeamsiltieb, ikramçeaksealekdmir.

FV dizinler ile toprak değerini artrr ve bu

da sistemin emniyetini ve güvenilirliğini azaltabilir.

Kaçak akm FV sistemi içinde dolaşr, şebeke akmnn

bozulmasna, yaylan veya iletilen elektromanyetik girişime ve

FV paneller üzerinde korozyon etkilerine sebep olur [7].

Dolaşmdaki kaçak akm, kayb artrr ve DA bağlant

dalgalanma gerilimini artrr. VDE0126-1-1 standardna göre

kaçak akmn RMS değeri 300 mA’i aşarsa, FV eviricinin

şebekeden bağlants 0.3 sn’den daha ksa sürede kesilmelidir

[8]. Bunun için kaçak akmn ortadan kaldrlmas elzemdir. DA

bağlant dalgalanma gerilimi, şebeke bağlantl FV evirici

sisteminde ortak mod asimetrik AA gerilimini

ügreertiilri.mBinuior(ta??????k??????��mo) d

ortaya çkarr ve geriliminin ayrca

kaçak akmna katks mevcuttur [9]. Bunun yannda şebeke

bağlantl eviricilerde şebekeye enjekte edilen akm için toplam

harmonik bozunum (THB) değeri %5’i aşmamaldr [10].

Şebeke bağlantl transformatörsüz eviricilerin performans

iyileştirmek (akm ve gerilime ait THB ve kaçak akm azaltmak,

verimi artrma, ideal ortak mod gerilime yaklaşma, vb.)

literatürde önerilen çözüm teknikleri: i) topolojik iyileştirmeler,

ii) yeni modülasyon tekniklerinin dikkate alnmas, iii) uygun

kontrol stratejilerinin kullanlmas [11]. Darbe genişlik

modülasyon (DGM) teknikleri, evirici topolojisinin yaps,

seviyesi ve amaçlanan (uygulanş kolaylğ, verim, THB, kaçak

akm, ortak mod gerilim, vb.) iyileştirmelere bağl olarak

çeşitlilik göstermektedir.

Şebeke bağlantl üç fazl transformatörsüz eviricide kaçak

akm bastrmak için iyileştirilmiş büyük orta uzay vektör

modülasyonu (ILMSVM) yöntemi önerilmiş ve geleneksel uzak

vektör darbe genişlik modülasyonu (CSSVPWM) ve büyük orta

pozitif/negatif küçük vektör modülasyon yöntemleri ile

karşlaştrlmas yaplmştr [12]. Üç fazl iki, üç ve beş seviyeli

transformatörsüz evirici için ortak mod gerilimi düşürümü için

farkl yapda uzay vektör modülasyon (SVM) yöntemleri

kullanlmştr [13], [14], [15]. Şebeke bağlantsz tek fazl

kaskad bağl on bir seviyeli transformatörsüz eviricide

EMO Bilimsel Dergi 2022 Cilt:12 Sayı: 2 maksimum darbe genişliğine dayal gerilim seviyesi yöntemi tercih edilmiş ve gerilim ve akma ait THB değerlerinde iyileşmeler gözlemlenmiştir [16]. Seviye kaydrmal darbe genişlik modülasyonu (LS-PWM) tekniğinin şebeke bağlantl tek fazl beş seviyeli eviricide hem benzetim hem de deneysel olarak kullanlmas sonucunda sistemin performansnn arttğ, kaçak akm ve anahtarlama elemanlar üzerindeki stresin azaldğ vurgulanmştr [17]. Genellikle çok seviyeli eviricilerde uygulamalar olan modülasyon tekniğinin temelini oluşturan referans sinüs dalgas ve taşyc işaretlerinden taşyc işaretinin temel üçgen taşyc işaretinden farkllaştrlarak (faz kaydrma, seviye kaydrma, vb.) oluşturulan yeni taşyc işaretini barndran modülasyon teknikleri mevcut olup bu tür modülasyon yöntemine hibrit/modifiye edilmiş modülasyon tekniği ismi verilmektedir [18-23]. Modifiye edilmiş sral seviye kaydrmal DGM tekniği, yarm-köprü alt modüllerden oluşturulmuş üç fazl beş seviyeli eviricinin kontrolünde önerilmiş ve alt modül kapasitör üzerindeki stresin azaldğ tespit edilmiştir [19]. Şebeke bağlantl tek fazl yar empedans kaynak temelli kaskad beş seviyeli evirici için alternatif faz-karşt kaydrlmş DGM teknikler önerilmiştir. Taşyc tek, iki ve üç döngü taşyc rotasyonlu yapya sahiptir. Gerçekleştirilen benzetimsel ve deneysel çalşmalar sonucunda modifiye edilmiş DGM tekniklerinin eviricide daha yüksek verim sağladğ ifade edilmiştir [20]. Daha yüksek ve daha düşük taşyc hücreler alternatif faz karştl (HLCCAPO) DGM ve taşyc faz kaydrmal DGM kontrol teknikleri şebeke bağlantsz hibrit kenetlemeli yedi seviyeli evirici için önerilmiş ve (HLCCAPO) DGM kontrol tekniği ile anahtarlama kayplarnn azaldğ ve harmonik performansnn iyileştiği gözlemlenmiştir [21]. Bu çalşmada modifiye edilmiş sral seviye kaydrmal, tek, iki ve üç döngü taşyc rotasyonlu, HLCCAPO, taşyc faz kaydrmal ve bunlardan türetilmiş farkl DGM tekniklerinin şebeke bağlantl tek fazl H6-II tipi transformatörsüz evirici üzerinde test edilmektedir. Bu çalşma şu şekilde düzenlenmiştir. H6-II tipi transformatörsüz eviricinin çalşma prensibi, uygulanacak modifiye edilmiş temel taşyc işaret (TTİ) temelli modülasyon teknikleri, FV sisteminin kontrol yaps ve FV eviricideki kaçak akm Bölüm 2’de ele alnmştr. Evirici için önerilen modifiye edilmiş TTİ temelli DGM tekniklerinin geçerliliğini doğrulamak için benzetim sonuçlar Bölüm 3’te sunulmuştur.

2. Sistem tasarm

Literatürde farkl yapda H6 tipi evirici mevcut olup bu çalşmada H6-II tipi transformatörsüz evirici topolojisi kullanlacaktr. 2.1 H6-II tipi evirici ve çalşma prensibi

Şekil 1’de H6-II tipi eviricinin temel dört çalşma durumu gösterilmiştir.

S2 S4

Lf1

Vaa Lf2 E

(a) N

(b) N

S4 Lf2

E Vda

(c) N

(d) N

Şekil 1. H6-II tipi evirici çalşma durumlar.

Şebekenin sadece yarm döngüsü ele alrsa, pozitif yarm daakOnnöoFaannFhhguttümaadkrrulleoaannmrSdu�aam,saüufdnrrniaeeğdhkkeatalrainrasoonlnsldaaüdhurraatğeakkukrllnoiaOdmrOaF(üNF??????t???e???a�nsk,kydoo?????????oü???n�nnku,uatmm???ö?????????�rguu)innravdedkreaa.dmdi??????k???r???i�y.e,???no??????ş??????�???t???a??????l�??????ar,???�jrv,?????????e???(???�???o?????????�???l????????????u???�v???�vr,ee???O????????????v?????????�???N?????????��e) endüktör gerilimi (????????????�� � ????????????�� için) aşağdaki gibi hesaplanabilir:

????????????��� � ????????????��� � 0.5�????????????�� � ????????????���

(1)

Çkş gerilimi ????????????�� ise

????????????�� � ????????????��. ????????????. ???????????????????????????????????? ????????????????????????

(2)

burada, indeksi

????????????��:

DA link : Şebeke

agçersialilmfriekans????????????if�ade????????????e��tm��e�k�t:edMiro. dülasyon

Temel modülasyon indeks değeri, referans sinüs dalgas tepe

difeağdeeriendiinle(b??????i??????�li)r

taşyc [24].

dalgann

tepe

değerine

(????????????�)

oran

olarak

????????????������

????????????� ????????????�

(3)

Nötr hat ve toprak arasndaki hat frekansndaki empedans ihmal edilirse hem şebeke pozitif hem de negatif yarm döngüsünde eviricinin ???????????? noktas ile şebeke tarafnda bulunan ???????????? noktas arasndaki gerilim aşağdaki gibi elde edilebilir.

????????????��� � 0.5????????????���1 � �???????????? sin� ????????????????????????���

(4)

2.2. Modülasyon tekniği

H6-II tipi eviricinin temel darbe genişlik modülasyonuna (DGM) ait anahtarlama işareti Şekil 2’de gösterilmiştir.

SS61

S4

SS25

S3

Şekil 2. Temel DGM yaps (anahtarlama işaretleri)

Bu çalşmada anahtarlama işareti üretiminde referans modülasyon işareti (RMİ) olarak sinüzoidal dalga şekli kullanlacaktr. Temel taşyc işaret (TTİ) olarak farkl yapdaki dalga şekilleri tercih edilmiş olup bunlar biçimleri Şekil 3’te gösterilmiştir.

(a) TTİ-1

1.0 0.5

0 (b) TTİ-2 [18-20]

Şebeke Bağlantılı Tek Fazlı Transformatörsüz Evirici için Modifiye Edilmiş Taşıyıcı Temelli DGM Kontrolü Modified Carrier Based PWM Control for Grid-Connected Single Phase Transformerless Inverter Emre Özkop

(c) TTİ-3 [20]

(d) TTİ-4 [20]

(e) TTİ-5

(f) TTİ-6 [21]

(g) TTİ-7

(h) TTİ-8 [21]

Şekil 3. Temel taşyc işareti dalga şekilleri

Buradaki taşyc işaretlerin çoğu çok seviyeli üç fazl eviricilerde kullanlmakta olup diğerleri ise bu taşyc işaretlerinden türetilmiş yeni taşyc işaretleridir. Temelde transformatörsüz tek fazl evirici ailesinde kullanlan temel taşyc işareti testere biçimindedir. Şekil 3’te gösterilen diğer taşyc işaretlerinin transformatörsüz tek fazl eviricilerde kullanm literatürde gözlemlenmemiştir.

2.3. Aktif güç kontrolü

Şebeke gerilimi (????????????ş) ve şebekeye enjekte edilen akmnn (????????????ş) dq döner referans eksenindeki değerleri kullanlarak aktif güç hesab yaplr ve ilgili kontrol gerçekleştirilebilir. Şebeke enjekte edilen akm ve şebeke gerilimi aşağdaki gibi ifade edilebilir [25]:

????????????ş�????????????� � Vş cos�????????????????????????�

(5)

????????????ş�????????????� � Iş cos� ???????????????????????? � �� � Iş� cos�????????????????????????� � �Iş� sin�????????????????????????�

(6)

Denklem (6)’dan enjekte edilen şebeke akmnn dq döner referans eksenindeki bileşenleri aşağdaki gibi ifade edilebilir:

????????????� � Iş cos���

(7)

????????????� � �Iş sin���

(8)

Denklem (5)-(8) dikkate alndğnda şebeke bağlantl eviricinin aktif gücü aşağdaki gibi hesaplanabilir:

1 2

(9)

ile

Aktif güç kontrolü, şebeke akmnn gerçekleştirilebilir. Şekil 4’te

????????????�

bileşeninin kontrolü şebeke bağlantl

transformatörsüz H6-II tipi evirici kontrol blok diyagram

gösterilmiştir.

vş iş

vda - PI vrdefa iqref

idreaf+ i-d Rff + -Lff + Rff + Lff +

-iq

PIvrdef +vd

αβ vαref

vq

+vrqef dq vβref

PI θ

ab αβ

f ω

FKÇ

vd 1s vq

αβ dq

vα vβ

θ

iα iβ

vαref m= (vαref)2+ (vβref )2 m

vβref

φ=tan-1(

vβref vαref

)

φ

Şekil 4. Kontrol blok diyagram

+ +

dq id αβ iq sin θ

uref

Şebekeye enjekte edilen akmn ????????????ş ve eviricinin filtre sonras şebeke bağlant noktas geriliminin ?????????ş??? ilgili dönüşüm

denklemleri kullanlarak ???????????????????????? bileşenleri ( ????????????� , ????????????� , ????????????� , ?????????�??? ) elde edilir. Faz kilitlemeli çevrim (FKÇ) bloğu yardm ile şebekeye

ait frekans (????????????) ve açsal hz (????????????) bilgileri ve evirici girişi bara

gerilimi akmn ????????????

(b???i??????l???�e�şe, ni?????????�???(�???�??????�???�����))

değerlerinden elde edilir.

faydalanlarak

referans

Denetim yaps akm ve gerilim kontrol döngülerine sahip

olup bu döngüler ileri besleme ve kompanzasyon (????????????�� , ????????????�� ) özelliklerini barndrmaktadr. Döngü çktlar referans gerilim

işaretinin elde edilmesi için ters ???????????????????????? dönüşümüne uğratlrlar ve

???????????????????????? uzaynda referans gerilim uzay vektörleri (?????????�???���, ?????????�???���) elde edilir. Bu gerilim vektörleri kullanlarak büyüklüğü ve açs belli

osilnaynarlei,fererafenrsangsermiloimdüilşaasryeotin(i??????ş??????�a�r�et)i

elde edilir. Referans gerilim (RMİ) olan sinüzoidal dalga

şeklini oluşturmaktadr.

2.4. Kaçak akm Transformatörsüz evirici yapsnda FV panel ile şebeke sistemi arasnda galvanik izolasyon bulunmamas sebebiyle panel ile şebeke arasnda ksa devre meydana gelir ve Şekil 5’te gösterildiği gibi bir kaçak akm akş gözlemlenir.

P

FV C

N Cfv

Cfv

A Lf1 Vş

B Lf2 icm

Şekil 5. Transformatörsüz FV eviricide kaçak akm akş.

FV hücreler/panel ile toprak arasndaki parazitik kapasiteler

(????????????�� ) gerilim dalgalanmalar ile şarj ve deşarj olurken Kaçak

abkilemşe(n?????????l???�e�ri)nşieibçeekrier

alçak frekans ve anahtarlama yüksek frekans ve bu bileşenler şebeke akmna harmonik

enjekte eder, sistem kaybn artrr, elektromanyetik uyumluluğu

zayflatr ve elektrik çarpmas gibi güvenlik problemlerine sebep

olabilir [26, 27]. Bu sebeple kaçak akm değeri Tablo 1’de

verilen değerleri aşmamaldr:

Tablo 1. Kaçak akm snr değerleri (VDE 0126-1-1)

Kaçak Akm

Arza Süreksizlik Süresi

(mA)

(ms)

Kaçak akm değerini azaltmak için birçok yöntem literatürde önerilmiş olup bunlardan bir tanesi, uygun modülasyon stratejisi kullanarak toprak ve FV arasnda gerilim dalgalanmalar azaltarak ve kaçak akm düşürmektir [27-29].

3. Benzetim çalşmas

Benzetim çalşmasnda kullanlacak sistemin temel blok diyagram Şekil 6’da gösterilmiştir. Şebekeye enjekte edilen akm (????????????ş�, eviricinin filtre sonras şebeke bağlant noktas gerilim (?????????ş??? ) ve evirici girişi bara gerilim (????????????��) bilgileri kontrol bloğunda işlendikten sonra elde edilen referans gerilim işareti (????????????���) bir başka ifade ile referans modülasyon işareti (RMİ) ve seçilecek

olan TTİ bilgisi kullanlarak uygun anahtarlama işaretleri

eviricinin üretilir.

anahtarlar

(????????????�

????????????�)

için

Kaynak Filtre-I P

Cda

N

Cfv S4

+ + + +

H6-II tipi Evirici

S1

B

A

S3 D1 D2 S4

Filtre-II

Lf1 Cf

Lf2

Şebeke

Iş Vş

icm S1S6 S2 S5 S3

-1

Rg

Vda Vş Iş uref Kontrol

Şekil 4

TTİ-1 TTİ-2 TTİ-3 TTİ-4 TTİ-5 TTİ-6 TTİ-7 TTİ-8

Şekil 6. Benzetim çalşmas blok şemas.

Benzetim çalşmas Matlab/Simulink ortam kullanlarak gerçekleştirilmiş olup sistem parametreleri Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 2. Sistem benzetim parametreleri.

Parametre

Değer

DA bara gerilimi (????????????��) Çkş gerilimi (?????????�??? �, ?????????ş??? )

400 V 220√2 V

Şebeke frekans (?????????ş??? )

50 Hz

Nominal Güç

4 kW

Anahtarlama frekans (?????????�??? �) 10 kHz Filtre endüstans (????????????��, ????????????��) 1.6 mH

Filtre kapasitörü (????????????�)

2.0 nF

Parazitik kapasitör (????????????��) 18 nF

Anahtarlar (SCT3080ALGC11)

V��� � 650 V, R������ � 80 mΩ, V�� � 3.2 V

Diyotlar (APT15D60B) PI (???????????? ve ???????????? döngüsü)

V� � 600 V, V� � 1.9 V K� � 0.5, K� � 5

PI (????????????��)

K� � 0.1, K� � 1.1

Benzetim çalşmasnda irdelenecek haller Tablo 3’te özetlenmiştir. Bu çalşmada farkl temel taşyc işaretlerinin şebeke bağlantl tek fazl transformatörsüz H6-II evirici sistem performans üzerindeki etkileri irdelenecektir.

Tablo 3. Benzetim çalşmas halleri

Hal Temel Taşyc İşareti (TTİ)

I

TTİ-1

II

TTİ-2

III

TTİ-3

IV

TTİ-4

V

TTİ-5

VI

TTİ-6

VII

TTİ-7

VIII

TTİ-8

Şekil 7’de gösterilen ölçüm noktalarndan alnan akm ve gerilim bilgileri kullanlarak evirici giriş gücü (????????????����ş) ve çkş gücü (????????????ç���ş) ve bunlar ile ilişkili evirici verimi (????????????), çkş akmna ataeiktmmTeHl (B?????????v???�,e�orri)mtadkiemğ(eor???di??????n??? gi)n,ereilatikşmainğindidnaekğoiertralvelaremirihlaeendseağpdelaerinna(k???c???l???e???�am�kt)drev.keEikvaigçriiabckii hesaplanabilir [30].

????????????

���ö ���ö

????????????ç���ş�????????????� ????????????����ş�????????????�

???????????????????????? ????????????????????????

(10)

Burada; ????????????����ş�????????????�: Kaynaktan çekilen (evirici girişi) anlk güç değeri ????????????ç���ş��: Yüke aktarlan (evirici çkş) anlk güç değeri ????????????ö: Ölçüm periyodu

Şekil 7-14’te Hal I-VIII için maksimum evirici çkş gücünde (????????????ç���ş � ????????????����), evirici çkş gerilimi, yük akm ve gerilimi dalga şekilleri ve Şekil 15-22’de ortak mod gerilimi, ortak mod geriliminin ortalama değeri ve kaçak akm dalga şekilleri gösterilmiştir.

Şekil 7. Gerilim-akm (Hal-I)

-40

Şekil 8. Gerilim-akm (Hal-II)

Şekil 9. Gerilim-akm (Hal-III)

Şebeke Bağlantılı Tek Fazlı Transformatörsüz Evirici için Modifiye Edilmiş Taşıyıcı Temelli DGM Kontrolü Modified Carrier Based PWM Control for Grid-Connected Single Phase Transformerless Inverter Emre Özkop

Şekil 10. Gerilim-akm (Hal-IV)

Şekil 11. Gerilim-akm (Hal-V)

Şekil 12. Gerilim-akm (Hal-VI)

Şekil 13. Gerilim-akm (Hal-VII)

Şekil 14. Gerilim-akm (Hal-VIII)

Şekil 15. VCM ve icm (Hal-I) Şekil 16. VCM ve icm (Hal-II) Şekil 17. VCM ve icm (Hal-III) Şekil 18. VCM ve icm (Hal-IV) Şekil 19. VCM ve icm (Hal-V)

Şekil 20. VCM ve icm (Hal-VI)

Şekil 21. VCM ve icm (Hal-VII)

Vcm

1000.16

Vcm (ortalama) 200

00.16

-0.02.16

Şekil 22. VCM ve icm (Hal-VIII)

Hal-V, VII ve VII DGM kontrol yaplarna ait şebekeye enjekte edilen akm dalga şekillerinin ideal sinüzoidal biçimin uzağnda olduğu ve Hal-I-IV ve VI DGM kontrol yapsnda ise akmn sinüzoidal dalga şekli biçimine sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Şekil 15-22’de görüldüğü üzere ortak mod gerilimi ile kaçak akm ayn noktalarda dalgalanmalara sahip olduğu ve Hal-V DGM kontrole ait kaçak akm dalga şeklindeki dalgalanmalarn diğer kontrol yaplarna göre daha az olduğu gözlemlenmiştir.

Şekil 23’te uygulanan farkl TTİ şekillerinin meydana getirdiği Hal türü ile evirici verimi (????????????) arasndaki ilişki hem şekilsel olarak hem de saysal değerler ile gösterilmiştir.

Hal ???????????? I 98.113 II 98.110

III 98.109 IV 98.136 V 98.076 VI 98.112 VII 98.068 VIII 97.882

Şekil 23. Hal-verim sonuçlar Bu çalşma koşullarnda TTİ-VIII dalga şeklini içeren HalVIII DGM ile kontrol sonucunda evirici verimi en düşük değerde olduğu, TTİ-IV dalga şeklini içeren Hal-IV DGM ile kontrolü gerçekleştirilmesi durumunda ise verimin en yüksek değere sahip olduğu gözlemlenmiştir. Şekil 24’te uygulanan farkl TTİ şekillerinin meydana getirdiği Hal DGM kontrol türüne bağl evirici çkş akmna ait THB değeri Şekil 24’te gösterilmiştir.

????????????????????????????????????????????????��� 4.54 4.39 4.14 4.00 5.30 4.00 11.53 42.20

Şekil 24. Hal-THB�ç���� sonuçlar Öncelikli olarak Hal-V, VII ve VIII DGM ile kontrol sonucunda gözlemlenen çkş akmndaki THB değerleri standartlarda belirtilen %5 snr değerin üzerinde olduğu tespit edilmiştir. Hal-VI ve VIII DGM kontrol ile srasyla THB değerinin en küçük ve en büyük olduğu gözlemlenmiştir. Şekil 25’te Hal DGM kontrol türüne bağl ölçülen ortak mod geriliminin (????????????��) ortalama değeri gösterilmiştir.

(o???r????????????t????????????a?????????la(Vm)a) 201.360 201.330 201.140 201.155 201.420 201.230 201.360 201.260

Şekil 25. Hal-V�� sonuçlar

İdeal beklenir.

Gduerrçuemkdleaşt???i??????r???�i�lendefağrekrlinisnen??????a??????�r�y/o2çadleşğmerailnaer

eşit olmas sonucunda

Hal-III DGM kontrol uygulanan evirici sisteminde ölçülen

değerinin diğer Hal durumlarna göre ideale daha yakn olduğu

tespit edilmiştir. Şekil 26’da farkl Hal DGM kontrol yapsna

bağl olarak kaçak gösterilmiştir.

akm

( ????????????�� )

değerinin

etkin

değeri

Şebeke Bağlantılı Tek Fazlı Transformatörsüz Evirici için Modifiye Edilmiş Taşıyıcı Temelli DGM Kontrolü Modified Carrier Based PWM Control for Grid-Connected Single Phase Transformerless Inverter Emre Özkop

???????????????????????????(??????r??? m(ms)A) 5.4026 4.2614 3.5589 3.3615 2.0210 5.4592 4.5998 7.7225

Şekil 26. Hal-I�� sonuçlar Tüm Hal DGM kontrol türlerine ait ölçülen kaçak akm değerlerinin standartlarda belirlenen 300 mA snr değerinin altnda olduğu gözlemlenmiştir. Hal-V ve Hall-VIII DGM kontrol yaplar ile srasyla en düşük ve en yüksek kaçak akm değerlerinin elde edildiği tespit edilmiştir.

4. Sonuç

Bu çalşmada şebeke bağlantl tek fazl H6-II tipi transformatörsüz eviricinin kontrolü için taşyc işaret temelli modülasyon teknikleri kullanlmştr. Bunun yannda bu çalşma, benzer çalşma koşullar altnda Hal-I-VIII DGM kontrol teknikleri arasnda bir performans karşlaştrmas sunmuştur. Geleneksel temel taşyc işareti (TTİ-1) ile karşlaştrldğnda birçok modifiye edilmiş TTİ türünün daha iyi performans sergilediği gözlemlenmiştir. Anahtarlama frekans ayn olmasna rağmen kullanlan TTİ türüne bağl olarak ayn zaman diliminde bir anahtarn tam açk ve tam kapal durum saysnn TTİ-IV kullanlan DGM kontrolünde diğerlerine göre fazla olmas, evirici verimi ve çkş akmna ait THB değeri olarak TTİ-IV kullanlan DGM kontrolünün diğerlerin göre ön plana çkmasn sağladğ tespit edilmiştir. Diğer yöntemlere göre ortak mod geriliminin zamanla değişiminin TTİ-V’li DGM kontrol yöntemi kullanlmas durumunda daha az olmas sebebiyle en düşük kaçak akm değerine sahip olan yap ise TTİV’li DGM kontrol yöntemidir.

5. Kaynaklar

[1] World Energy Outlook 2021, IEA, International Energy Agency, IEA Publications, October 2021

[2] Renewables 2022 Global Status Report, REN21. 2022, REN21 Secretariat, Paris, 2022.

[3] B. Çavdar, Ö. Akyaz, E. Sahn ve F. Nuroglu, "Büyük Ölçekli Fotovoltaik Santrallerde Aktif Güç Kontrol Yöntemlerinin Frekans Kararllğ Analizi", EMO Bilimsel Dergi, c. 11, say. 21, ss. 17-27, 2021.

[4] M. Mohan, J. Joy, G. James and S. Paulose, "Switched Inductor Based Transformerless Boost Inverter", Materials Today: Proceedings, vol. 58, no. 1, pp. 496-503, 2022.

[5] H. Aydnöz, "Fotovoltaik Güç Santrallerinin Elektrik Şebekesine Harmonik Etkisinin Modellenmesi ve Analizi", EMO Bilimsel Dergi, c. 11, say. Özel Say, ss. 56-63, 2021.

[6] T. Ahmadzadeh, E. Babaei, M. Sabahi and T. Abedinzadeh, "Design and Control of an Improved Z-H8 Inverter for Photovoltaic Applications", International Journal of Circuit Theory and Applications, vol. 50, no. 10, pp. 1-30, 2022.

[7] G. Kamurthy and S. B. Veeranna, "Hybrid Bypass Technique to Mitigate Leakage Current in the Grid-Tied Inverter", International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), vol. 12, no. 1, pp. 131-140, 2022.

[8] M. Bahrami-Fard et al., "A New Topology and Modulation Strategy to Suppress the Leakage Current in Transformerless

Cascaded H-Bridge Inverters in PV Application", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, doi: 10.1109/JESTPE.2022.3158424. [9] I. Atawi and S. Zaid, "Model Predictive Control of H7 Transformerless Inverter Powered by PV", Intelligent Automation and Soft Computing, vol. 31, no. 1, pp. 449-469, 2022. [10] A. Karafil , "Bir Fazl Şebeke Etkileşimli Eviricide LCL Filtre Parametre Değerlerinin ve Seri Sönümleme Direnç Değerinin Değişim Etkisi", EMO Bilimsel Dergi, c. 10, say. 1, ss. 37-42, 2020. [11] S. B. Santra et al., "A Modified Carrier-Based PWM Technique for Minimization of Leakage Current in Transformer Less SinglePhase Grid-Tied PV System", Electrical Engineering, vol. 103, no. 1, pp. 447-461, 2021. [12] J. Qiu et al., "An Improved LMSVM Method for Leakage Current Suppression and Neutral-Point Voltage Control in Transformerless NPC Three-Level Inverters", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 10, no. 3, pp. 3100-3113, 2022. [13] T. D. Duong et al., "Topology Review of Three-Phase Two-Level Transformerless Photovoltaic Inverters for Common-Mode Voltage Reduction", Energies, vol. 15, no. 9, 3106, pp. 1-18, 2022. [14] G. Vazquez-Guzman et al., "Hybrid PWM Techniques for a DCM-232 Three-Phase Transformerless Inverter with Reduced Leakage Ground Current", Micromachines, vol. 13, no. 1, 36, pp. 1-16, 2021. [15] X. Li et al., "Neutral-Point Voltage Oscillation Mitigation Scheme for Transformerless Three-Level PV Inverter in LVRT Operation with Selective Space Vector Modulation", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 10, no. 3, pp. 2776-2789, 2022. [16] M. Irwanto et al., "The Technique of Voltage Level Time Division Based on Maximum Pulse Width to Reduce Total Harmonic Distortion on Multilevel Transformerless Photovoltaic Inverter (MLTPVI) System", Journal of Electrical Engineering & Technology, vol. 17, no. 3, pp. 1715-1730, 2022. [17] K. Jena, C. K. Panigrahi, K. K. Gupta and D. Kumar, "A Generalized Transformerless Switched-Capacitor Inverter for Photovoltaic Application", Electrical Engineering, vol. 104, pp. 3435-3444, 2022. [18] I. Sarkar and B. G. Fernandes, "Modified Hybrid Multi-Carrier PWM Technique for Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter", IECON 2014 - 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2014, pp. 4318-4324. [19] D. Ronanki and S. S. Williamson, "Voltage Ripple Minimization in Modular Multilevel Converters using Modified Rotative PWM Scheme", 2018 AEIT International Annual Conference, 2018, pp. 1-6. [20] M. Meraj, S. Rahman, A. Iqbal and N. Al Emadi, "Novel Level Shifted PWM Technique for Unequal and Equal Power Sharing in Quasi Z-Source Cascaded Multilevel Inverter for PV Systems", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 9, no. 1, pp. 937-948, 2021. [21] J. Zhao, X. He and R. Zhao, "A Novel PWM Control Method for Hybrid-Clamped Multilevel Inverters", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, no. 7, pp. 2365-2373, 2010. [22] S. Podder, M. M. Biswas and M. Z. R. Khan, "A Modified PWM Technique to Improve Total Harmonic Distortion of Multilevel Inverter", 2016 9th International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE), 2016, pp. 515-518. [23] S. K. Yadav et al., "Modified SPWM Technique for Improved Harmonic Performance of Single PV Array Fed Grid-Tied FiveLevel Converter", IET Power Electronics, vol. 13, no. 19, pp. 4498-4506, 2020. [24] D. T. Kureve, N. Y. Goshew and S. T. Awuhe, "Amplitude Modulation Index Based Equation for Predicting Total Harmonics Distortion in Seven Level Cascaded H-Bridge", International

Journal of Scientific and Technology Research, vol. 6, no. 7, pp. 196-199, 2017. [25] Z. Ahmad and S. N. Singh, "Improved Modulation Strategy for Single Phase Grid Connected Transformerless PV Inverter Topologies with Reactive Power Generation Capability", Solar Energy, vol. 163, pp. 356-375, 2018. [26] M. N. H. Khan et al., "Transformerless Inverter Topologies for Single-Phase Photovoltaic Systems: A Comparative Review", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 8, no. 1, pp. 805-835, 2020. [27] M. Shayestagan et al., “An Overview on Prospects of New Generation Single-Phase Transformerless Inverters for GridConnected Photovoltaic (PV) Systems”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 82, pp. 515-530, 2018.

[28] R. Gonzalez, J. Lopez, P. Sanchis and L. Marroyo, "Transformerless Inverter for Single-Phase Photovoltaic Systems", IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, no. 2, pp. 693-697, 2007.

[29] A. Khan, L. Ben-Brahim, A. Gastli and M. Benammar, "Review and Simulation of Leakage Current in Transformerless Microinverters for PV Applications”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 74, pp. 1240-1256, 2017.

[30] B. Bletterie, R. Bründlinger and G. Lauss, "On the Characterisation of PV Inverters’ Efficiency-Introduction to the Concept of Achievable Efficiency", Progress in Photovoltaics: Research and Applications, vol. 19, pp. 423-435, 2011.

Özgeçmişler

Emre ÖZKOP, lisans derecesini 2003 yılında Gazi Üniversitesi elektrik-elektronik mühendisliği bölümünden, yüksek lisans ve doktora derecelerini 2006 ve 2012 yıllarında Karadeniz Teknik Üniversitesi elektrik-elektronik mühendisliği ana bilim dalından almıştır. Halen Karadeniz Teknik Üniversitesi elektrik-elektronik mühendisliği bölümünde öğretim üyesi olarak görev yapmaktadır.