Paralel aktif güç filtresi için bulanık uyarlamalı kesirli PI kontrolör tasarımı

Abstract

Doğrusal olmayan yükleri besleyen şebekelerden istenmeyen harmonikli akımlar çekilmektedir. Gerilim ve akımın ideal sinüs dalga şeklinden uzaklaşılması olarak bilinen bu harmonikler enerji kalitesini önemli ölçüde düşürmektedir. Harmonikler elektrik güç sistemleri üzerinde ek kayıplara, cihazlarda aşırı ısınmalara, gerilim düşümlerine, ölçme ve kontrol sistemlerinin hatalı çalışmasına neden olabilmektedir. Bu harmonikler elektrik şebekesinden beslenen doğrusal veya doğrusal olmayan tüm yüklerde zararlara yol açabilmektedir. Bu nedenle şebekenin istenmeyen bu harmoniklerden arındırılması gerekmektedir. Şebekeden çekilen harmoniklerin azaltılması için farklı yapılarda pasif ve aktif güç filtreleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, doğrusal olmayan yük tarafından şebekeden çekilen akım harmoniklerinin azaltılması için Paralel Aktif Güç Filtresi (PAGF) kullanılmıştır. Sistemde doğrusal olmayan yük olarak üç fazlı doğrultucu kullanılmıştır. Kullanılan PAGF'nin çıkışındaki DC link kapasitörü üzerine düşen geriliminin istenen seviyede tutulmasıyla filtre performansı iyileştirilmiş ve toplam harmonik distorsiyonu (THD) değerinin azaltılması sağlanmıştır. DC link geriliminin referans değerinde tutulması için bulanık uyarlamalı kesirli PI denetleyici kullanılmıştır. Ayrıca, farklı zaman aralıklarında doğrusal olmayan yükün tetikleme açıları değiştirilerek, denetleyici performansının incelenmesi için akım harmoniklerinin farklı değerlerde üretilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde elde edilen veriler kullanılarak, önerilen denetleyicinin performansı farklı zaman aralıklarında farklı harmonik değerleri için incelenmiştir. Matlab/Simulink ortamında oluşturulan benzetim çalışmalarıyla, DC link geriliminin denetlenmesinde, önerilen bulanık uyarlamalı kesirli PI denetleyicinin, klasik PI denetleyiciye göre THD değerini daha çok azalttığı ve bu nedenle performansının daha iyi olduğu görülmüştür.

Unwanted harmonic currents are drawn from grid that feed non-linear loads. These harmonics, known as the distinction of voltage and current from the ideal sine wave shape, significantly reduce the energy quality. Harmonics can cause additional losses on electrical power systems, overheating in devices, voltage drops, and malfunctioning of measurement and control systems. These harmonics can cause damages in all linear or non-linear loads fed from the electrical grid. Therefore, the grid should be free of these unwanted harmonics. Passive and active power filters of different structures are used to reduce these harmonics drawn from the grid. In this thesis, Parallel Active Power Filter (PAPF) is used to reduce the current harmonics drawn from the grid by a nonlinear load. A three phase rectifier is considered as the nonlinear load in this system. The filter performance is improved and the total harmonic distortion (THD) value is reduced by keeping the voltage on the DC link capacitor at the output of the used PAGF. Fuzzy adaptive fractional order PI controller is used to keep the DC link voltage at reference value. In addition, by changing the triggering angles of the nonlinear load at different time intervals, current harmonics are generated at different values to analyze the controller performance. Using the data obtained in this way, the performance of the proposed controller was evaluated for different harmonic values at different time intervals. With the simulation studies created in Matlab/Simulink environment, it has been observed that in controlling DC link voltage, the proposed fuzzy adaptive fractional order PI controller decreases THD value more than the classical PI controller and therefore its performance is better.