Üç seviyeli NPC inverterlerde UVDGM ile sektör ve bölge tahmin tabanlı modelleme ve donanım gerçeklemesi
Modelling and hardware implementation of sector and region prediction based on SVPWM in three-level NPC inverters
- Tez No: 988903
- Danışmanlar: DOÇ. DR. RANA ORTAÇ KABAOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ TARIK VELİ MUMCU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımındaki hızlı artış, enerji dönüşüm sistemlerinin verimliliğini artırmaya yönelik çalışmaların önemini belirgin biçimde artırmaktadır. Bu bağlamda inverterler, toplam harmonik bozulmanın (THD) azaltılması ve güç kayıplarının en aza indirilmesinde kritik bir öneme sahiptir. Bu çalışmanın amacı, Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu (UVDGM) tekniği kullanılan üç seviyeli Nötr Nokta Kenetlemeli (NPC) inverterlerde sektör ve bölge tespitini hem hesaplama yükünü düşürecek hem de yüksek doğruluk sağlayacak yöntemlerle etkin şekilde gerçekleştirmektir. Bu kapsamda regresyon modelleri, yapay sinir ağları (YSA) ve derin öğrenme (DÖ) mimarileri bütüncül bir yaklaşımla incelenmiş, geliştirilen modeller ise karşılaştırmalı analizler ile kapsamlı bir biçimde değerlendirilmiştir. Regresyon temelli ilk aşamada doğrusal regresyon modeli, 0,9722 R², 0,2452 RMSE ve 0,2846 MAE değerleriyle en yüksek performansı göstermiş; benzetim ve deneysel çalışmalarda sırasıyla %0,29 ve %1,9 olarak elde edilen THD değerleri ise modelin çıkış kalitesini doğrulamıştır. İkinci aşamada, klasik yaklaşımların sınırlılıklarını aşmak amacıyla YSA tabanlı sektör ve bölge tespiti gerçekleştirilmiş olup, elde edilen sonuçlar Narrow ve Wide YSA modellerinin sektör tespitinde %99,97 doğrulukla öne çıktığını; bölge tespitinde ise Wide YSA modelinin %98,81 doğruluk oranına ulaştığını göstermektedir. Üçüncü aşamada, endüstriyel uygulamalar açısından kritik önem taşıyan gerçek zamanlı çalışmaya uygun çözümler geliştirmek amacıyla DNN, 1D-CNN, LSTM ve GRU mimarileri incelenmiştir. DÖ tabanlı tahmin sonuçları, düşük parametre sayısı ve yüksek performansıyla GRU tabanlı modelin sektör tespitinde %99,27, bölge tespitinde ise %97,62 doğruluk elde ederek en güçlü aday olarak öne çıktığını göstermektedir. Elde edilen tüm bulgular, üç seviyeli NPC inverterlerde sektör ve bölge tespitinin regresyon, YSA ve DÖ yöntemleriyle yüksek doğrulukla gerçekleştirilebildiğini ve özellikle GRU tabanlı yaklaşımın gerçek zamanlı donanım uygulamaları için güçlü bir potansiyel sunduğunu açık biçimde ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The rapid increase in the utilization of renewable energy sources has markedly heightened the significance of efforts aimed at enhancing the efficiency of energy conversion systems. In this context, inverters have become critical components, as they play a key role in reducing total harmonic distortion (THD) and minimizing power losses. The objective of this study is to achieve efficient and highly accurate sector and region detection in three-level Neutral Point Clamped (NPC) inverters employing the Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) technique, while simultaneously reducing computational burden. To this end, regression models, artificial neural networks (ANN), and deep learning (DL) architectures were comprehensively evaluated, and the developed models were examined through comparative analyses. In the regression-based first stage, the linear regression model exhibited the best performance with R², RMSE, and MAE values of 0.9722, 0.2452, and 0.2846, respectively, while THD values of 0.29% in simulations and 1.9% in experimental studies verified the quality of the inverter output. In the second stage, ANN-based sector and region detection was conducted to overcome the limitations of classical approaches, and the results indicated that the Narrow and Wide ANN models achieved a leading accuracy of 99.97% in sector detection, whereas the Wide ANN model reached an accuracy of 98.81% in region detection. In the third stage, DNN, 1D-CNN, LSTM, and GRU architectures were analyzed to develop solutions suitable for real-time operation, which is crucial for industrial applications. The DL-based prediction results revealed that the GRU model, distinguished by its low parameter count and high performance, achieved accuracies of 99.27% in sector detection and 97.62% in region detection, making it the most promising candidate. Overall, the findings clearly demonstrate that sector and region detection in three-level NPC inverters can be performed with high accuracy using regression, ANN, and DL methods, and that the GRU-based approach, in particular, offers substantial potential for real-time hardware implementations.
Benzer Tezler
- Üç seviyeli NPC ara devreli DC/DC dönüştürücünün kontrolü ve MMA kaynak makinesi uygulaması
Control of three level NPC DC/DC converter and application of MMA welding machine
MERVE SABRİYE SELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
- Field oriented control of permanent magnet synchronous motors using three-level neutral-point-clamped inverter
Kalıcı mıknatıslı senkron motorların üç seviyeli nötr noktası bağlantılı evirici ile alan yöneltimi kullanılarak denetimi
HÜSEYİN MEŞE
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN ERSAK
- Üç seviyeli T-tipi izole iki yönlü DA-DA dönüştürücü tasarımı ve gerçek zamanlı uygulaması
Three level T-type isolated bidirectional DC-DC converter design and real-time application
ONUR DEMİREL
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR ARİFOĞLU
- Üç seviyeli şebeke bağlantılı eviricilerde anahtarlama frekansına bağlı olarak verim karşılaştırması
Efficiency comparison by switching frequency in three-level grid-tied inverters
ÖMER FARUK KOZARVA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CENGİZ POLAT UZUNOĞLU
- Şebeke ile senkron çalışmada çok seviyeli güç elektroniği devreleri üzerinden okyanus dalga enerjisinin dönüştürülmesinin matematiksel modellemesine katkılar
Contributions to the mathematical modelling of the ocean wave energy conversion through multilevel power electronics converters for on-grid operation
İLKNUR ÇOLAK
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ