Tip-2 sinirsel bulanık denetleyici kullanarak DSP tabanlı bir elektronik güç transformatörünün deneysel kurulumu

Güç transformatörleri, enerji iletim ve dağıtım sistemlerinin en vazgeçilmez bileşenlerinden biridir. Güç elektroniği ve mikroişlemci teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, yakın bir gelecekte klasik güç transformatörlerinin yerini alması beklenen Elektronik Güç transformatörleri (EGT’ler) geliştirilmekte ve tasarlanmaktadır. EGT’ler uygun tasarımlarla klasik güç transformatörlere göre daha az hacim ve ağırlığa sahip olmaktadır. Ayrıca, uygun EGT yapısı ile reaktif güç kompanzasyonu, harmonik kompanzasyon, gerilim çökmesi/yükselmesi kompanzasyonu gerçekleştirebilmektedir. Bu çalışmasında, giriş, izolasyon ve çıkış kısımlarından oluşan üç-fazlı bir EGT’nin deneysel kurulumu gerçekleştirilmiştir. Bu EGT yapısı ile şebekedeki bozucular, giriş kısmında bulunan DA-baralar sayesinde kompanze edebilmektedir. Genellikle, EGT’nin giriş kısmında Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) tabanlı doğrultucular yaygın olarak kullanılmaktadır. DGM tabanlı doğrultucuların denetiminde ise basit yapılarından dolayı PI ya da PID denetleyiciler tercih edilmektedir. Fakat bu denetleyiciler sabit kazanç parametrelerine sahip oldukları için doğrusal olmayan sistemlerde tatmin edici performans gösteremezler. Bu nedenle, bu çalışmada giriş kısmındaki DA-bara ve dq-eksen akımlarının denetimi için Tip-2 Sinirsel Bulanık Denetleyici (T2SBD) önerilmiştir. Ayrıca, önerilen denetleyici yapısı ile EGT’nin bozuculara karşı performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. EGT’nin giriş ve çıkış kısımları için geliştirilen denetim algoritmaları dSPACE DS1104 denetleyici kartı ile sağlanmıştır. T2SBD ile denetlenen EGT’nin gerilim çökmesi, yükselmesi, harmonik ve reaktif güç kompanzasyonu performansını göstermek için gerçek zamanlı çalışma durumları hazırlanmış ve deneysel sonuçlar elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Güç Transformatörü, Elektronik güç transformatörü, Tip-2 sinirsel bulanık denetleyici, Dayanıklı denetim

PDF

___

[1] Kulkarni S.V. and Khaparde, S.A. “Transformer Engineering Design and Practice”, Marcel Dekker, 2004.
[2] Zhao T., Wang G., Bhattacharya S., Huang A.Q. “Voltage and Power Balance Control for a Cascaded H-Bridge Converter-Based Solid-State Transformer”, IEEE Transactions on Power Electronics, 28(4), 1523-1532, 2013.
[3] McMurray W. “Power Converter Circuits Having A High-Frequency Link”, U.S Patent 3.517.300, 1970.
[4] Kang M., Enjeti P.N., Pitel I.J. “Analysis And Design Of Electronic Transformers For Electric Power Distribution System”, IEEE Transactions on Power Electronics,14(6), 1133-1141, 1999.
[5] Huber J.E. and Kolar J.W. “Volume/Weight/Cost Comparison of a 1 MVA 10 kV/400 V Solid-State Against a Conventional Low-Frequency Distribution Transformer”, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 4545–4552, 2014.
[6] Xu S., Huang A.Q., Burgos R. “Review of Solid-State Transformer Technologies and Their Application in Power Distribution Systems”, IEEE Journal Of Emerging and Selected Topics In Power Electronics, 1(3), 186-198, 2013.
[7] Falcones S., Mao X., Ayyanar R. “Topology Comparison For Solid State Transformer Implementation”, IEEE Power and Energy Society General Meeting, USA, 1-8, 25-29 July 2010.
[8] Iman-Eini H., Schanen J.L., Farhangil S., Barbaroux J., Keradec J.P. “A Modular Power Electronic Transformer Based On A Cascaded H-Bridge Multilevel Converter”, Electric Power Systems Research, 79(12), 1625-1637, 2009.
[9] Feng J., Shang J., Zhang Z., Liu H., Huang Z. “Solid-State Transformer-Based New Traction Drive System and Control”, Frontiers of Mechanical Engineering, 13(3), 411-426, 2018.
[10] Liu B.L., Zha Y.B., Zhang T. “Sliding Mode Control of Solid State Transformer Using A Three-Level Hysteresis Function”, Journal of Central South University, 23, 2063-2074, 2016.
[11] Beiranvand H. and Rokrok E. “Asymptotically Stable Controller For SSTs Based on Lyapunov Direct Stability Method”, IET Power Electronics, 10(15), 2065-2075, 2017.
[12] Hooshmand R.A., Ataei M., Rezaei M.H. “Improving The Dynamic Performance of Distribution Electronic Power Transformers Using Sliding Mode Control”, Journal of Power Electronics, 12(1), 145-156, 2012.
[13] Liu H., Mao C., Lu J., Wang D. “Optimal Regulator-Based Control Of Electronic Power Transformer For Distribution Systems”, Electric Power Systems Research, 79(6), 863-870, 2009.
[14] Acikgoz H., Kececioglu O.F., Yildiz C., Gani A., Sekkeli M. “Performance Analysis of Electronic Power Transformer Based on Neuro-Fuzzy Controller”, SpringerPlus, 5: 1-21, 2016.
[15] Zadeh L.A. “Fuzzy Sets”, Information and Control, 8(3), 338-353, 1965.
[16] Gani A., Acikgoz H., Kececioglu O.F., Sekkeli M. “Fuzzy Logic Controller Design Based On Sugeno Inference Method for Nonlinear Inverted Pendulum Dynamical System”, Sigma Journal of Engineering and Natural Sciences, 8(1), 19-30, 2017.
[17] Gunes M, Dogru N. “Fuzzy control of brushless excitation system for steam turbogenerators”, IEEE Transaction Energy Conversion, 25(3), 844-852, 2010.
[18] Deniz E., Çöteli R., Dandıl B., Tuncer S. “Üç-Seviyeli H-Köprü Evirici Tabanlı D-STATKOM’un Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 26(2), 289-298, 2011.
[19] Zadeh L.A. “The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning-I”, Information Sciences, 8(3), 199-249, 1975.
[20] Coteli R., Acikgoz H., Ucar F., Dandil B. “Design and implementation of type-2 fuzzy neural system controller for PWM rectifiers”, International Journal of Hydrogen Energy, 42(32), 20759-20771, 2017.
[21] Mendel J.M., John R.I.B. “Type-2 fuzzy sets made simple”, IEEE Transaction Fuzzy Systems, 10(2), 117-127, 2002.
[22] Abiyev R.H. and Kaynak, O. “Type 2 fuzzy neural structure for identification and control of time-varying plants”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 57(12), 4147-4159, 2010.
[23] Mendel J., Hagras H., Tan W.W., Melek W.W., Ying H. “Introduction to Type‐2 Fuzzy Logic Control: Theory and Applications”, IEEE Press Series on Computational Intelligence, 2014.
[24] Hassan S., Khanesar M.A., Kayacan E., Jaafard J. Khosravie A. “Optimal design of adaptive type-2 neuro-fuzzy systems: a review”, Applied Soft Computing, 44, 134–143, 2016.
[25] Lin FJ, Shieh PH, Hung YC. “An intelligent control for linear ultrasonic motor using interval type-2 fuzzy neural network”, IET Electric Power Applications, 2(1), 32-41, 2008.