Hiyerarşik Kontrol ile Güç Regülasyonlu DC/DC Sürücü Tasarımı



Benzer belgeler
PRATİK TASARIM METODLARIYLA DÜŞÜRÜCÜ TİP DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜNÜN GELİŞTİRİLMESİ The Development of DC-DC Buck Converter with Practical Design Methods

DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (DA Kıyıcı, DA Gerilim Ayarlayıcı) DA gerilimi bir başka DA gerilim seviyesine dönüştüren devrelerdir.

İnönü Bulvarı No:27, 06490, Bahçelievler / Ankara-Türkiye hasan.tiryaki@euas.gov.tr, mehmet.bulut@euas.gov.tr. ikocaarslan@kku.edu.

GÜÇ SİSTEMLERİNDE KADEME DEĞİŞTİRİCİ TRANSFORMATÖRLERİN KAOTİK OSİLASYONLARI

BÖLÜM YARIM DALGA DOĞRULTMAÇ TEMEL ELEKTRONİK

GEFRAN PID KONTROL CİHAZLARI

Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, TOK2013, Eylül 2013, Malatya AKILLI ENERJİ ŞEBEKELERİ VE GÜÇ SİSTEMLERİ

Eş Zamanlı Yazılımlarda Güvenilirlik Analizi : Literatür Taraması

Darbe Genişliği Modülasyonlu PID Kontrolör İle Rotor Kontrolü Rotor Control by Pulse Width Modulated PID Controller

ZAMAN GECİKMELİ ANALOG BENZETİM-UYARTIM ARAYÜZÜNÜN DC MOTOR KONTROLÜNE UYGULANMASI VE KARARLILIK ANALİZİ

BİRİM KÖK TESTLERİNDE YAPISAL KIRILMA ZAMANININ İÇSEL OLARAK BELİRLENMESİ PROBLEMİ: ALTERNATİF YAKLAŞIMLARIN PERFORMANSLARI

KADEME DEĞİŞTİRİCİ TRANSFORMATÖRLERN ÇATALLAŞMA ANALİZİ İLE DİNAMİK GERİLİM KARARLILIĞI

BÖLÜM 7 GÜÇ (POWER) YÜKSELTECİ KONU: GEREKLİ DONANIM: ÖN BİLGİ: DENEYİN YAPILIŞI:

ELM201 ELEKTRONİK-I DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

ELM201 ELEKTRONİK-I DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

T.C. YILDIZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ RÜZGÂR ENERJĠ SĠSTEMLERĠNDE GÜÇ KONTROL YÖNTEMLERĠ MERTCAN ATALAN

ANALOG ELEKTRONİK - II

NL lmk : NU t k : Y t lmk : TEF t : E ijmlk : Q t mlk :

YAPAY SİNİR AĞLARI İLE NİĞDE BÖLGESİNİN ELEKTRİK YÜK TAHMİNİ

YAPAY SİNİR AĞLARI İLE DOĞALGAZ TÜKETİM TAHMİNİ

DENEY-6 LOJİK KAPILAR VE İKİLİ DEVRELER

TÜRKİYE ELEKTRİK PİYASASİNDA RÜZGAR ENERJİSİ

EEM211 ELEKTRİK DEVRELERİ-I

KONYA İLİ SICAKLIK VERİLERİNİN ÇİFTDOĞRUSAL ZAMAN SERİSİ MODELİ İLE MODELLENMESİ

YAPAY SİNİR AĞLARI VE ARIMA MODELLERİNİN MELEZ YAKLAŞIMI İLE ZAMAN SERİLERİNDE ÖNGÖRÜ

Kocaeli Üniversitesi

BAŞLAYINIZ DENİLMEDEN SORU KİTAPÇIĞINI AÇMAYINIZ.

Mentor II - DC Sürücü

Su Yapıları II Aktif Hacim

Enerji tasarrufu için yer altına gömülü çelik borularda yalıtımın ekonomik faydaları

OFF-GRID veya STAND-ALONE INVERTER NEDİR?

ZAMAN SERİLERİ TAHMİNİNDE ARIMA-MLP MELEZ MODELİ

SİVİL DENİZCİLİK İÇİN ENERJİ ÇÖZÜMLERİ

BELİRSİZ FİYAT VE TALEP KOŞULLARI ALTINDA SATINALMA POLİTİKALARI. Ercan ŞENYİĞİT*

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü Bahar Dönemi. Optoelektronik. Doç. Dr. Hüseyin Sarı

Modern endüstri tesislerinde yer alan en önemli

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi * Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Anabilim Dalı * Elektronik Laboratuarı I

BAŞLAYINIZ DENİLMEDEN SORU KİTAPÇIĞINI AÇMAYINIZ.

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fizik Mühendisliği Bölümü FZM450. Elektro-Optik. Doç. Dr. Hüseyin Sarı

Güneş Enerjisi ve Isı Pompası Destekli IsıtmaKurutma Sisteminin Modellenmesi. Modeling of Heating-Drying System Assisted Solar Energy and Heat Pump

AŞIRI AKIM KORUMA RÖLELERİ Trafolarda Meydana Gelen Aşırı Akımların Nedenleri

Genel Bakış. Dünyanın yalnızca 30 dakika boyunca aldığı güneş ışınımı, dünya üzerinde harcanan toplam yıllık enerjinin tamamını karşılayabilir.

Onur ELMA TÜRKIYE DE AKILLI ŞEBEKELER ALT YAPISINA UYGUN AKILLI EV LABORATUVARI. Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği

Rüzgar Türbinlerinde Kapasite Faktörü ve Türbin Sınıfı ĠliĢkisi

ELEKTRİK DAĞITIM BÖLGELERİNDE UYGULANACAK FİYAT EŞİTLEME MEKANİZMASI HAKKINDA TEBLİĞ

SÜREKLİ PARAMETRELİ GENETİK ALGORİTMA İLE UYDU LİNK TASARIMI

DEMİRYOLU HİBRİD ÇEKİŞLİ BATARYA SİSTEMİ

Cengiz ÖZYÜREK 1 Yunus PINARKAYA 2 Erol TAŞ 3. Geliş Tarihi: / Düzenleme Tarihi: / Kabul Tarihi:

ENDA ETM742 DİJİTAL ZAMAN RÖLESİ

KAYNAK ve KESME MAKiNELERi

MÜZĐK VE KONUŞMA ĐŞARETLERĐNĐN DALGACIK ÖZNĐTELĐKLERĐ ĐLE SINIFLANDIRILMASI

ZM-2H606 İki Faz Step. Motor Sürücüsü. Özet

Giriş DÜZCE ŞARTLARINDA BİR KONUTUN ENERJİ İHTİYACININ GÜNEŞ ENERJİSİ İLE KARŞILANMASI İÇİN EN UYGUN SİSTEMİN BELİRLENMESİ VE KURULUMU

ZM-2H504 İki Faz Step. Motor Sürücüsü. Özet

ELN3304 ELEKTRONİK DEVRELER LABORATUVARI II DENEY ZAMANLAMA DEVRESİ

ZM-2H2080 İki Faz Step. Motor Sürücüsü. Özet

SÜREKLİ, KARIŞTIRMALI POLİMERİZASYON REAKTÖRÜNÜN BENZETİMİ VE KONTROLÜ

Makine Öğrenmesi 8. hafta

Bölüm 9 FET li Yükselteçler

AC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarına Geçiş Sürecinin Planlanmasında Doğrusal En İyileme Tekniğinin Kullanılması

SÜREKLİ ZAMANLI KAOTİK SİSTEMİNİN DURUM GERİ BESLEME İLE DOĞRUSALLAŞTIRILMASI VE DENETİMİ

GÜÇ KAYNAKLARI. Doğrultma Devresi

Mevsimsel Kointegrasyon Analizi: Güney Afrika Örneği. Seasonal Cointegration Analysis: Example of South Africa

GENEL MOTOR DURUM DEĞERLENDİRME RAPORU

ELEKTRİKLİ TAŞITLAR. Şarj İstasyonları

Yumuşak Yolvericiler. Kalkış için kontrollü yol verme fonksiyonları. Duruş için özellikle pompa uygulamalarına yönelik yumuşak duruş fonksiyonları

İNVERTER ENTEGRELİ MOTORLAR

Statik güç eviricilerinin temel görevi, bir DA güç kaynağı kullanarak çıkışta AA dalga şekli üretmektir.

BOBĐNLER. Bobinler. Sayfa 1 / 18 MANYETĐK ALANIN TEMEL POSTULATLARI. Birim yüke elektrik alan içerisinde uygulanan kuvveti daha önce;

EKONOMÝK GÖSTERGELERÝN VE DIÞ ORTAM SICAKLIÐININ ETKÝLERÝ

Ç A L I Ş M A N O T L A R I. Haberleşme Teknolojileri Dr.Aşkın Demirkol İşaret tipleri

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜÇ ELEKTRONİĞİ 9. HAFTA

C L A S S N O T E S SİNYALLER. Sinyaller & Sistemler Sinyaller Dr.Aşkın Demirkol

BİR ELEKTROMEKANİK SİSTEMİN STATİK DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

GÜÇ SİSTEM ANALİZLERİNİN ENERJİ VERİMLİLİĞE ETKİLERİ

İnersiyal Algılayıcı Tabanlı Hareket Yakalama Inertial Sensor Based Motion Capture

BANKA KREDİ PORTFÖYLERİNİN YÖNETİMİNDE ÖDEMEME RİSKİ ANALİZİ: KALMAN FİLTRESİNE DAYANAN ALTERNATİF BİR YÖNTEM ÖNERİSİ

Endüstriyel Tesislerde Verimlilik ve Güneş Enerjisi Kullanımı. Prof. Dr. Mehmet Salih MAMİŞ Öğr. Gör. Mehmet Sait CENGİZ

GEPA BAR-24X2 24 V AKÜ REDRESÖR GRUBU

GELİŞTİRİLMİŞ DGA İŞARETLERİNİN PIC MİKRODENETLEYİCİLERLE ÜRETİLMESİ

LEVELUPS. 96% Yüksek Verim 3 UPS. SERİSİ kva FAZ kva ONLINE UPS 3:3 3:1 FAZ VFI TYPE. Yeni Nesil 3 Level Teknolojisi

DEMK-V Serisi. Diko Elektrikli Cihazlar San. ve Tic. A.Ş

AC FAZ YÜKSEK GERİLİM KORUMA CİHAZI KULLANIM KILAVUZU

2.5 Kritik bölgelerdeki Aşıkların kontrolü

OLASI HATA DURUMLARINDA ARIZA ANALİZİ (TS HD 638 S1 Madde 5.2.4)

PIC İŞLEMCİ DENETİMLİ ADIM MOTOR MİKROADIM SÜRÜCÜSÜ. Erhan AKDOĞAN Marmara Üniversitesi Teknik Bilimler MYO, 81040, Göztepe

Türkiye Cumhuriyet Merkez Bankası Sayı: / 24 Mayıs 2010 EKONOMİ NOTLARI

NİĞDE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜH. BÖLÜMÜ HABERLEŞME TEORİSİ FİNAL SINAVI SORU-CEVAPLARI

TRİFAZE VOLTAJ REGÜLATÖRLERİ

YAPAY SİNİR AĞLARI İLE TÜRKİYE ELEKTRİK ENERJİSİ TÜKETİMİNİN 2010 YILINA KADAR TAHMİNİ

Belirsiz Katsayılar Metodu ile PWM Kontrollü Buck Tipi Dönüştürücü Devre Analizi

GÜNEŞ ENERJİ DESTEKLİ ABSORBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN TERMODİNAMİK İNCELEMESİ

İŞSİZLİK VE İNTİHAR İLİŞKİSİ: VAR ANALİZİ Ferhat TOPBAŞ *

Genişletme modülleri EM-TRF-USV. EASYLAB'in 230 V şebekeye bağlantısı ve kesintisiz güç kaynağı için K /2012 DE/tr

Online teknik sayfa VICOTEC410 TÜNEL SENSÖRLERI

FORECASTING TOURISM DEMAND BY ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS AND TIME SERIES METHODS: A COMPARATIVE ANALYSIS IN INBOUND TOURISM DEMAND TO ANTALYA

Modüler Hibrid Enerji İstasyonu- MOHES

İŞARETLER ve SİSTEMLER (SIGNALS and SYSTEMS)

Transkript:

Hiyerarşik Konrol ile Güç egülasyonlu Tasarımı B. Baykan Alagöz, Cemal Keleş, Asım Kaygusuz, Yusuf Kaplan, Abdulkerim Karabiber ElekrikElekronik Mühendisliği Bölümü İnönü Üniversiesi, Malaya cemal.keles@inonu.edu.r Özeçe Günümüzde yarı ileken güç elekroniği elemanlarında sağlanan gelişmeler ile birlike DC güç sisemleri daha yaygın kullanım alanı bulmuşur. dönüşürücüler, DC güç sisemlerinin emel bileşeni durumundadır ve DC güç dağıım sisemlerinde, gerilim regülasyonunda önemli role sahipirler. Bu çalışmada, dönüşürücülerin kamanlı konrol yönemi ile anlık maksimum çıkış gücü sınırlaması konrolü sağlayan güç sürücülerine dönüşmesi sağlanmışır. Gelişirilen güç regülasyonlu sürücüler, yükün çekebileceği gücü bir üs limiin alında uarak sisemde güç dağıımını daha emniyeli ve konrol edilebilir duruma geirir. Önerilen güç sürücüsü ile inşa edilen elekrikli araç DC güç dağıım sisemi uygulaması, Malab/Simulink benzeimi yardımı ile incelenmişir. Benzeim sonucunda, sürücülerin elekrikli araçlar için baarya çıkışı güç enjeksiyonu yöneimine imkân sağladığı görülmüşür. Aşırı güç çekimine yol açan arıza durumlarında, sisemin korunmasına imkan vermesi iibarı ile aracın enerji verimliliğini ve güvenliğini arırabileceği görülmüşür.. Giriş Günümüzde ükeici elekroniği, oomasyon sisemleri, elekrikli ulaşım araçları gibi birçok sisem DC güce ihiyaç duymakadır. Yarı ileken güç elekroniği elemanlarında sağlanan gelişmeler sonucunda DC güç dağıım sisemleri yaygınlaşmaya başlamışır. DC güç dağıım ve depolama sisemlerinin avanajları göz önüne alındığı zaman, geleceke güç dağıımı ve yöneiminin büyük oranda DC sisemler ile sağlanacağı öngörülebilmekedir. Günümüzde DC enerjinin dağıımı ve yöneimi, uzun mesafe elekrik enerji ileiminde [,], fabrikalarda ve evlerde [5], gemilerde [68], elekrikli araçlarda [9,] kullanım alanı bulmuşur. Geleceğin akıllı şebeke mimarilerinde DC dağıım haların (DC Bus) bulunması muhemeldir [,]. DC güç dağıımı birçok avanaja sahipir []. Elekromanyeik salınıma yol açmaması nedeni ile canlılar için daha sağlıklıdır. Elekronik cihazlar açısından elekromanyeik uyumluluğu (Elecromagneic Compaibiliy) [4] daha yüksekir. Bu nedenle, güç haları üzerinden haberleşme uygulamaları için uygun bir ileim kanalı sağlar [5]. AC sisemlerde harmonik ve reakif güç konrolü [6] önemli bir sorun iken DC güç dağıımında bu ür problemler mevcu değildir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının (Güneş panelleri, rüzgâr ürbinleri) DC enegrasyonu daha kolaydır [7]. DC abanlı güç sisemlerinde, modern enerji depolama sisemlerinin (baaryalar, yakı hücreleri) kullanımı daha verimlidir [8]. DC dağıım ve yöneim sisemlerinin en emel elemanı dönüşürücülerdir [9]. dönüşürücüler, sisemde DC gerilim seviyelerini farklı DC gerilim seviyelerine dönüşürülmesini sağlayan elemanlardır. DC dağıım halarında kullanılan dönüşürücüler, AC enerji halarında kullanılan ransformaörler gibidir. dönüşürücülerin gerilim kararlılıklarının yüksek olması ve gerilim seviyelerinin yöneilebilir olması, akıllı enerji dağıım mimarileri için çok önemlidir. ieraürde dönüşümü için düşürücü (buck) [,] ve yükselici (boos) [] olmak üzere iki ip emel çevirici yapısı söz konusudur. Praike düşürücüyükselici (buckboos), flyback [], forward çeviriciler, yarım köprü çevirici ve am köprü çeviriciler kullanılmakadır. Flyback ipi dönüşürücülerde, önce AC gerilime dönüşüm sağlanır, sonra ransformaör yardımı ile isenen gerilim seviyesi elde edilir. Düşürücü ve yükselici ip dönüşürücülerin çalışması ise anaharlama (swiched mode) ekniğine dayanır. Burada giriş gerilimi Darbe Genişliği Modülasyonlu (DGM) işare yardımı ile kıyılır (chopping) ve isenen gerilim düzeyi bir kapasiif elemen üzerinde oluşurulur. dönüşürücülerin gerilim kararlılığını iyileşirmek için PID (ProporionalInegral Derivaive) konrolör veya kayan mod konrolör (Sliding Mode Conrol) önerilmişir []. Çok kaynaklı yenilenebilir enerji sisemlerinde enerji yöneimi için hiyerarşik konrol sraejilerinin uygulanabileceği göserilmişir [4]. Kamanlı konrol mimarisi ile farklı üreim karakerisiklerine sahip kaynaklardan gelen enerjilerin farklı yük iplerine en uygun şekilde ransfer edilebileceği görülmüşür. Böylece, karma enerji sisemlerinin akıllı yöneimi sağlanabilmişir [4, 5]. Bu çalışmada, düşürücü ip dönüşürücünün daha akıllı ve yöneilebilir bir güç sisemi bileşenine dönüşmesi için maksimum güç sınırlaması konrolü önerilmişir. Bu amaçla, hiyerarşik (çok kamanlı) bir konrol mimarisi kullanılmışır. Al kamanda, darbe genişliği modülaörünü konrol eden PI konrolör yardımı ile çıkışa DC gerilim kararlılığı sağlanırken, üs kamanda, maksimum güç sınırlaması konrolü modifiye edilmiş sigmoid fonksiyonu ile gerçekleşirilmişir. PI konrolör praik uygulama kolaylığı ve yeerli derecede gerilim kararlılığı sağlaması nedeni ile ercih edilmişir. PI abanlı al konrol kamanının üs kaman arafından yöneimi ile dönüşürücünün akımgerilim karakerisiğinin sigmoid fonksiyonuna uygun sürülmesi sağlanmışır. Böylece, dönüşürücü çıkış gücü için bir epe gücü nokası regülasyonu söz konusu olmuşur ve sisemin güç sürücüsüne dönüşümü sağlanmışır. Önerilen sürücü ile yükün çekebileceği maksimum güç, konrol edilebilir bir epe gücü ile sınırlanır. Tepe gücü nokasının yöneimi ile sürücülerin bağlı olduğu sisemlerde güç akışının daha güvenli ve konrol edilebilir

olması sağlanır. Örnek uygulama olarak, önerilen sürücülerin elekrikli araçlarda baarya güç dağıımı yöneimi uygulaması göserilmişir. Bu amaçla, Malab/Simulink güç sisemleri benzeimi kullanılmışır. Simulink benzeimlerinde, sürücüler ile asarlanan DC güç dağıım mimarisinde, yüksek enerjili baarya çıkışından araç bileşenlerine enjeke olan gücün yöneimi incelenmişir. Benzeimlerde, elekrikli araç güç sisemlerinde, hem enerji verimliliğinin hem de sisem güvenliğinin arırılabileceği görülmüşür.. Yönem ve Tasarım.. Güç egülasyonlu Tasarımının Genel Yapısı Tasarlanan güç regülasyonlu sürücü, Şekil de görülen iki kamanlı konrol mimarisine sahipir. Birinci kamanda, Şekil da görülen Düşürücü ip dönüşürücü sisem kullanılmışır. Düşürücü ip dönüşürücünün modeli, lim e( ) = lim ( Fg( ) V( )) sağlanır ve Denklem () uyarınca çıkış gücü sınırlaması gerçekleşir. Sigmoid fonksiyonu, yapay sinir ağlarında akivasyon fonksiyonu olarak yaygın kullanım alanı bulmuş ve nöron çıkışlarını belli değer aralıklarında sınırlamışır. Denklem () de ifade edilen α parameresi, sürücü çıkış geriliminin ( V ) düşüş karakerisiğini ayarlar. Şekil de güç sınırlayıcı fonksiyonun sağladığı akımgerilim ve güçakım karakerisikleri, farklı α değerleri için karşılaşırılmışır. Şekilde görüldüğü üzere, sürücüden çekilen akımın ( I ), P = VI ile belirlenen epe gücüne yaklaşması durumunda, sürücü çıkış gerilimi Denklem () uyarınca düşmeye başlar. Çıkış geriliminin konrollü düşürülmesi, yük akımının ve nihayeinde çıkış gücünün konrollü düşmesini sağlar. Bu mekanizma ile sürücü çıkış gücünün P epe güç nokasını aşması önlenir. Şekil de görüldüğü gibi, α parameresi azaldıkça epe gücü nokası yumuşar ve çıkış gerilimi daha erken ve daha yavaş düşer. Yumuşak sınırlama cevabı gereken uygulamalar için α ya küçük değerler verilmelidir. di d = ( AV I V ) DGM dv d I V = C C şeklinde ifade edilir []. Burada VI ve I I sırası ile dönüşürücü giriş gerilimi ve akımı, V ve I dönüşürücü çıkış gerilimi ve akımıdır. A anaharlama durumudur ve DGM arafından sürülmekedir. Anahar kapalı iken A=, açık iken A= değerini alır. ÖlçülenI akım değerleri, Şekil de görülen üs konrol kamanı içinde geri besleme sağlamakadır. V gerilimi, yükü sürmeke ve al konrol kamanı için geri besleme sağlamakadır. Birinci konrol kamanında (Al Konrol Kamanı), darbe genişliği modülasyonlu dönüşürücü devresi PI konrolör yardımı ile konrol edilmişir. Bu kaman, sürücünün çıkış gerilim seviyesinin ( V ), hedeflenen bir gerilim seviyesinde ( V ) kalmasını sağlar. Gerilim haası e= V V ), PI konrolör ( k = 5, k = ) arafından ( sıfırlanır ve çıkış gerilim kararlığı sağlanır. İkinci konrol kamanı (Üs Konrol Kamanı), birinci kamanı yöneir ve sürücünün çıkış gücünü sınırlar. Yükün çekiği akımın ( I ) arması sonucu sürücü çıkış gücünün ( P ) belirlenmiş bir epe gücünü ( P ) yaklaşması durumunda, çıkış gerilimi düşer, böylece sürücüden siseme enjeke olan gücün ( P ), epe gücü sınırının alında kalması sağlanır. Bu çalışmada güç sınırlayıcı fonksiyon olarak modifiye edilmiş sigmoid fonksiyonu kullanılmışır. Bu fonksiyon yük akımına, referans akımına ve gerilimine bağlı olarak, V Fg( I( ), V, I, α ) = () α( I( ) I ) e denklemi ile ifade edilmişir. Bu çalışmada al konrol kamanı, V = Fg( I( ), V, I, α) fonksiyonu ile yöneilmişir. Uygun bir PI konrolör asarımı ile gerilim haası, p i Şekil : Düşürücü ip dönüşürücü devresi. Tasarlanan güç regülasyonlu sürücüsünün konrol mimarisi. Tasarlanan güç regülasyonlu sürücünün operasyon modları Tablo de özelenmişir. Tablo : Güç regülasyonlu sürücü operasyon modları Koşul Operasyon Açıklama V = veya I = Güç kesme V = V I I I Üs Konrol Kamanı V Al Konrol Kamanı e PI Konrolör V ve I ve P < P V ve I ve P > P A C I V Sigmoid Fonksiyonu DGM çalışma modu Güç regülasyonu çalışma modu I V P Buck Tipi Dönüşürücü Buck ipi dönüşürücü olarak çalışır. Çıkış gücü sınırlanır. V I I V

4 DC DC g m C E IGBT/Diode C Dönüşürücü 4 v 4 F g α= α= α=.4 Scope DGM >= elaional Operaor Sauraion PI 5 Gain s 4 5 6 epeaing Sequence Inegraor x 4.5 α= α= α=.4 I Tepe Gücü Vm Im Consan Fark Volaj Dusus Hizi Alfa Divide Üs Konrol Kamanı e u Exponansiyel P i I.5 DC g m C E IGBT/Diode 4 DC C v Scope 4 6 8 Şekil : V = Fg( I; V, I, α) güç sınırlayıcı fonksiyonu ile elde edilen VI karakerisiği ve P I karakerisiği... Sisemin Tasarımı ve Benzeim Sonuçları I Şekil da PI konrolörlü dönüşürücü asarımı (Al konrol kamanı) görülmekedir []. Şekil de bu dönüşürücü için epe güç sınırlayıcı fonksiyon (Üs konrol kamanı) uygulanarak elde edilen güç regülasyonlu sürücü görülmekedir. Şekil 4 de geleneksel dönüşürücü (Şekil ) ve sürücü (Şekil ) için benzeim sonuçları karşılaşırılmışır. Bu benzeimlerde, V = 4V, I = A ve dolayısı ile P = 8kW ayarlanmışır.. saniyede, yükün aniden 45 A çekmeye başlaması ile yükün çekiği güç 8 kw düzeylerine çıkmışır. Bu aşırı güç koşullarında, geleneksel dönüşürücü yapı (Yeşil çizgili karakerisikler), yükü beslemeye devam emişir. Önerilen sürücü ise referans güç aşımını algılamış ve normal çalışma modundan güç regülasyonu çalışma moduna geçerek çıkış gücünü düşürmüşür. Böylece sisemin uzun süreli aşırı güç çekimine maruz kalması önlenmişir.. Elekrikli Araçlarda Güç Dağıımı Yöneimi Uygulaması Örnek uygulama olarak, önerilen güç regülasyonlu sürücüler ile inşa edilen elekrikli araç DC güç dağıım sisemi Şekil 5 de görülmekedir. Yöneim kolaylığı nedeni ile seri bağlı baarya modeli ercih edilmiş ve V düzeyinde çıkış alınmışır. Güç regülasyonlu ha sürücüsü ile V baarya gerilimi 6 V düzeyine düşürülmüş ve DC dağıım haı üzerinden, elekrikli araç bileşenlerine güç akışı sağlan Şekil : PI konrolörlü düşürücü ip dönüşürücü asarımı ( k p = 5, k i = ) Güç regülasyonlu sürücü asarımı ( α = ). >= elaional Operaor Al Konrol Kamanı Sauraion epeaing Sequence Inegraor mışır. Her bir araç bileşeni için gerekli bağımsız gerilim ve güç konrolü, 6 V DC dağıım haına bağlı sürücüler ile gerçekleşirilmişir. Şekilde verilen, araç bileşenlerinin maksimum akım değeri öngörüleri, referans [6] daki elekrikli araç asarımı dikkae alınarak belirlenmişir. Yüksek gerilim değerli dağıım haı, alçak gerilim halarına göre, aynı yükleri beslemek için daha küçük kesili kablolara ihiyaç duyar. Ancak gerilim değeri yükseldikçe yolcu ve araç güvenliğini sağlamak zorlaşır. Bu nedenle hem güvenlik hem de verimlilik açısından en uygun gerilim olan 6 V DC dağıım haı kullanılmışır. DC dağıım haı üzerinden al bileşenlerin oplamda maksimum A akım alep edebileceği varsayılmışır. Elekrikli araçlarda baarya siseminin güç regülasyonlu sürücü ile yöneimi önemli avanajlar sağlayacakır. Bu avanajlardan başlıcaları şunlardır: (i) Araç bileşenlerinin güç ihiyacına göre güç dağıımının akif yöneimi: Elekrikli aracın güç ihiyacı, çalışma durumlarına göre değişmekedir. Park durumunda sadece güvenlik sisemleri için düşük güce ihiyaç duyulurken, sürüş durumunda, yol koşullarına göre değişen yüksek güç alebi açığa çıkabilmekedir. Bununla birlike, klima ve mulimedya gibi sürüş konforunu arırmaya dönük sisemlerde devreye girdiği zaman, güç gereksinimi daha da armakadır. Sürüş koşullarına göre farklılaşan güç alebine göre, baaryadan güç çekiminin akif yöneimini sağlayabilecek olan sürücü, 5 Gain s

<Volage (V)> <SOC (%)> V V V V DC DC DC DC DC DC i DC DC DC DC DC DC V V V V V V v baaryanın hem daha verimli kullanımını hem de sisemde meydana gelebilecek olası arıza veya haa durumunda, çekilebilecek yüksek güçen korunmasına olanak sağlayacakır. sürücü, baaryadan sadece aracın çalışma koşullarına göre ihiyaç duyabileceği kadar güç çekilmesine müsaade edebilecekir. (ii) Baaryanın korunması ve kullanım ömrünün uzaılması: Elekrikli araçlarda, baaryalardan yüksek güç çekimi söz konusu olabilmekedir. Uzun süren yüksek güç çekimi (yüksek akım), baaryanın aşırı ısınmasına ve yapısal bozulmalara neden olmakadır. Bu sorunun önlenmesi ve baarya ömrünün uzaılması için çekilen gücün baaryanın dayanabileceği sınır içinde uulması gerekmekedir. Bu nedenle baarya ısı ve enerji durumlarına göre, baaryadan çekilen gücün akif yöneimine ihiyaç duyulmakadır. I 5 4 5 4 4 6 8 baaryadan çekilen akım, baarya sıcaklığı gibi paramereler sürekli olarak ölçülebilmekedir [7]. Bu sisemden ölçülen veriler değerlendirilerek, sürücüler yardımı ile baarya siseminden çekilen gücün isenen düzeylerde uulması sağlanabilecekir. Baarya Şarj Sisemi Baarya Takımı ( V) Şekil 5: Elekrikli araç için DC güç dağıım haı mimarisi. Benzeimlerde, gerilim ve akım epe değerleri Canerbury Üniversiesi elekrikli araç çalışmalarında kullanılan değerler dikkae alınarak öngörülmüşür [6]. Şekil 5 de genel mimarisi verilen elekrikli araç DC güç dağıım siseminin Malab/Simulink benzeim modeli Şekil 6 da görülmekedir. Coninuous powergui ef_volaj Carpim Sol Teker Elekrik Moor ( 5 A) (6 V48 V) ( V6 V) 6 V DC (6 V48 V) Sağ Teker Elekrik Moor ( 5 A) eferans Guc imii Aydınlama Sisemleri ( 45 A) (6 V V) (6 V4 V) Tüm Araç Elekroniği ( 4 A) Ha Akim Fanlar Isıma ve Soğuma ( 5 A) (6 V48 V) Dağıım Haı Ha Gerilim 6 V PilGerilim PilSarjDurum ef_akim m _ Baery Diyo Pil Desarj DC /DC surucu Yuk Akimi Carpim Gerilim Ha Gucu ef_volaj ef_volaj 48 48 4 6 8 x 4 (c) Sag Teker Tum Arac Elekronik DC /DC surucu DC /DC surucu 5 ef_akim 5 ef_volaj 5 4 ef_akim5 4 ef_akim 5 ef_volaj ef_akim 45 ef_volaj 4 48 ef_akim4 5 DC /DC surucu DC /DC surucu Sol Teker Aydinlama Sisemi.5 DC /DC surucu 4 Fan, Isima Soguma P Şekil 6: Elekrikli aracın DC güç dağıım sisemi Malab/Simulink benzeim modeli..5 4 6 8 Şekil 4:. saniyede aniden aran yük akımına karşılık, düşürücü ip dönüşürücünün cevabı (Yeşil çizgi: eikei ) ve asarlanan sürücünün cevabı (Mavi çizgi: eikei). Güç regülasyonlu sürücüler, epe gücü ayarlaması ile akif baarya yöneimine imkân sağlayabilecekir. Çoklu baarya sisemlerinde, verimin arırılması ve baarya ömrünün uzaılması için baarya dengeleyici (baery balance) sisemler kullanılmaka ve modüler baarya yöneim sisemleri ile Benzeim senaryosunda, Şekil 5 e anımlanan büün sisemlerin akif çalışığı varsayılmış ve sisemleri süren sürücüler için kullanılan referans akım, gerilim ve epe gücü değerleri Tablo de özelenen değerlerden alınmışır. Bu senaryoda,. saniyede sol eker elekrik moorunda meydana gelen arıza sonucu yüksek akım çekimi başlaılmış ve bu arıza durumunda güç sisemin cevabı incelenmişir. Şekil 7 ve Şekil 8 de bu benzeimden alınan bazı sonuçlar verilmişir. Şekil 7 de, sağ eker ve sol eker DC sürücü çıkışları karşılaşırmalı olarak verilmişir. Sol ekerde. saniyede başlayan, yüksek akım çekimine yol açan arıza nedeniyle, sürücünün epe gücü olarak ayarlanan.4 kw değeri hızla aşılmışır. sürücü, bu arıza koşulunda çıkış gerilimini yeerince düşürmüş ve çekilen gücü epe değerinin alına çekmiş, böylece çekilen yüksek akımı konrol

alına almışır. Böylece hem sorunlu eker siseminin izin verilen güç bölgesinde çalışmasını sürdürmesine müsaade edilmiş, hem de bu sorunun diğer sisemlerin çalışmasını ekilemesi önlenmişir. Tablo : Elekrikli araç bileşenlerini süren sürücü yöneim değerleri Bileşen sü 6 V DC ha sürücü Sol Teker DC sürücü Sağ Teker Aydınlama Tüm araç için Klima için I 7 6 5 4 Operasyon Durum Akif Akif.sn.de arıza durumu Akif Akif Akif Akif eferans Akım ( I ) eferans Gerilim ( V ) Tepe Gücü Sınırı ( P ) A 6 V. kw 5 A 48 V.4 kw 5 A 48 V.4 kw 45 A V.5 kw 4 A 4 V.9 kw 5 A 48 V.6 kw.5.5.5 6 5 DC dağıım haı elekriksel değerleri çizilmişir. Arıza durumunda ( bölgesi) DC dağıım haı çalışmasını sağlıklı bir şekilde sürdürebilmişir. Böyle ciddi bir arıza durumunda, elekrikli araç, çalışır durumunu sürdürebilir ve güvenli bir duruşu sağlayabilir. P I V 5 4.5.5.5 8 6 4.5.5.5 5 5 (c) V 4 P 5 5 5.5.5.5 5 P (c).5.5.5 Şekil 7: Sol eker (Mavi düz çizgi: eikei) ve sağ ekere (Yeşil kesikli çizgi: eikei) ai sürücü akım, gerilim ve güç (c) çıkış karakerisikleri. Şekil 8 de geçici rejim ( bölgesi), normal çalışma rejimi ( bölgesi) ve sol eker arızası durumunda ( bölgesi), 6 V 5.5.5.5 Şekil 8: Elekrikli araç 6 V DC dağıım haı (Baaryaya bağlı sürücü çıkışı) akım, gerilim ve güç karakerisikleri için üç ayrı çalışma bölgesi göserilmişir:. bölge geçici rejim bölgesi,. bölge normal durumda çalışma,. bölge sol eker arıza durumunda çalışma. 4. Sonuçlar Bu çalışmada, hiyerarşik konrol mimarisine sahip güç regülasyonlu sürücü devre asarlanmış ve elekrikli araçlar için güç yöneimi uygulamasında kullanımı göserilmişir. Önerilen sürücü, geleneksel dönüşürücülere nazaran daha akıllı ve yöneilebilir güç dağıım sisemlerinin inşasına imkan sağlamakadır. sürücü asarımında, iki kamanlı konrol mimarisi uygulanmışır. Al kamanda, PID abanlı konrolör ile hedeflenen çıkış gerilim kararlılığı sağlanırken, üs kamanda modifiye sigmoid fonksiyonu ile epe gücü yöneimi sağlanmışır. Böylece, elekrikli araç sisemleri gibi yerel arızaların üm sisemi ekileme riski olan sisemlerde, sisem güvenilirliğinin arırılmasına önemli kakılar sağlanmışır.

Önerilen hiyerarşik konrol kamanına sahip akıllı sürücüleri, sadece elekrikli araçlar için değil, her ölçeke DC güç dağıım siseminde, koruma ve yöneim bileşeni olarak görev yapabilir. Bu sürücüler, dağıım haı üzerinde, güç regülasyonu ve gerilim konrolü gereken her nokaya bağlanarak, DC dağıım haının akif güç yöneimi gerçekleşirilebilir. Kaynakça [] N. Hingorani, Highvolage DC ransmission: a power elecronics workhorse, IEEE Specrum Cil:, s: 6 7, 996. [] M. Chaves, E. Margao, J. Fernando Silva, S. F. Pino, J. Sanana, HVDC ransmission sysems: Bipolar backoback diode clamped mulilevel converer wih fas opimumpredicive conrol and capacior balancing sraegy, Elecric Power Sysems esearch, Cil: 8, s: 46445,. [] E. Cein, A. Yilanci, H.K. Ozurk, M. Colak, I. Kasikci, S. Iplikci, A microdc power disribuion sysem for a residenial applicaion energized by phoovolaicwind/fuel cell hybrid energy sysems, Energy and Buildings, Cil: 4, s: 445,. [4] H. Kakigano, M. Nomura, T. Ise, oss evaluaion of DC disribuion for residenial houses compared wih AC sysem, Inernaional Power Elecronics Conference, Sapporo, Japan, s: 48486,. [5] W. i, X. Mou, Y. Zhou, C. Marnay, On volage sandards for DC home microgrids energized by disribued sources, IEEE 7h Inernaional Power Elecronics and Moion Conrol Conference, Harbin, China, s: 886,. [6]. impaecher, Novel converers for elecric ship propulsion sysem and shipboard power disribuion, 4 h Power Modulaor Symposium, Norfolk, USA, s: 89 96,. [7] S.J. Dale, Ship power sysem esing and simulaion, Elecric Ship Technologies Symposium, Philadelphia, USA, s: 5, 5. [8] B. Song,. McDowell, A. Bushnell, A hreelevel DC DC converer wih wideinpu volage operaions for ship elecric power disribuion sysems, IEEE Transacions on Plasma Science, Cil:, s:85686, 4. [9] C. Chan, An overview of elecric vehicle echnology, Proceeding of he IEEE, USA, s:, 99. [] K. ClemenNyns, E. Haesen, J. Driesen, The impac of vehicleogrid on he disribuion grid, Elecric Power Sysems esearch, Cil: 8, s: 859,. [] A. Karabiber, C. Keles, A. Kaygusuz, B. B. Alagoz, An approach for he inegraion of renewable disribued generaion in hybrid DC/AC microgrid, enewable Energy, Cil: 5, s: 559,. [] W. i, X. Mou, Y. Zhou, C. Marnay, On volage sandards for DC home microgrids energized by disribued sources, IEEE 7h Inernaional Power Elecronics and Moion Conrol Conference, Harbin, China, s: 886,. [] M. Amin, Y. Arafa, S. undberg, S. Mangold, ow volage DC disribuion sysem compared wih V AC, IEEE Elecrical Power and Energy Conference, Winnipeg, Canada, s: 445,. [4] J. Geng,. Jin, Y. Fan, B. iu, J. i, Y. Cheng, Z. Wang, The sudy on elecromagneic compaibiliy of DC elecric moor in HAPS, Aerospace Science and Technology, Cil: 9, s: 6765, 5. [5] E. Kabalci, Y. Kabalci, I. Develi, Modelling and analysis of a power line communicaion sysem wih QPSK modem for renewable smar grids, Elecrical Power and Energy Sysems, Cil: 4, s: 98,. [6] E.B. Makram ve S. Varadan, Analysis of reacive power and power facor correcion in he presence of harmonics and disorion, Elecric Power Sysem esearch, Cil: 6, No:, s: 8, 99. [7] G.C Bakos ve N.F Tsagas, Technoeconomic assessmen of a hybrid solar/wind insallaion for elecrical energy saving, Energy and Buildings, Cil: 5, No:, s: 9 45,. [8] O.M. Toledo, D.O. Filho, A.S.A.C. Diniz, Disribued phoovolaic generaion and energy sorage sysems: A review, enewable and Susainable Energy eviews, Cil: 4, s: 565,. [9] V. Cosa, P.M. dos Sanos, B. Borges, A design mehodology for inegraed inducorbased DC DC converers, Microelecronics Journal, Cil: 4, s: 4 49,. [] M. Hedlund, Design and consrucion of a bidirecional DCDC converer for an EV applicaion, UPPSAA Universiy UPTEC F. [] M.S. Banu, S. Vinod, S. akshmi, Design of DCDC converer for hybrid wind solar energy sysem, Inernaional Conference on Compuing, Elecronics and Elecrical Technologies, India, s: 4945,. [] S.S. Saha, Efficien sofswiched boos converer for fuel cell applicaions, Inernaional Journal of Hydrogen Energy, Cil: 6, s: 779,. [] H. iu, J. Elmes, K. Zhang, T.X. Wu, I. Baarseh, ow volage flyback DCDC converer for power supply applicaions, Proceedings of he IEEE Naional Aerospace and Elecronics Conference (NAECON), Dayon, Ohio, USA, s: 58,. [4] A.B. Mboup, P.A. Ndiaye, F. Guerin, D. efebvre, Conrol design for hybrid elecrical energy sysems based on dc/dc converers duy cycle value, EVE Ecological Vehicles enewable Energies Conference, Monaco, s: 7, 9. [5] F. Valenciaga ve P. F. Puleson, Supervisor Conrol for a SandAlone Hybrid Generaion sysem Using Wind and Phoovolaic Energy, IEEE Transacions on Energy Conversion, Cil:, No:, s: 9845, 5. [6] W. Chen, S. ound,. Duke, Design of an Auxiliary Power Disribuion Nework for an Elecric Vehicle, Inernaional Workshop on Elecronic Design, Tes & Applicaions, New Zealand, s: 576,. [7] T. Suar, F. Fang, X. Wang, C. Ashiani, A. Pesaran, A Modular Baery Managemen Sysem for HEVs, DOE s Office of Advanced Transporaion Technologies, Naional enewable Energy aboraory and Daimler Chrysler, AG, s: 9,.