Hibrit araçlarda güç elektroniği sistemlerinin genelleştirilmiş durum uzay ortalama (GSSA) yöntemiyle modellenmesi

Abstract

Hibrit elektrikli araçlar (HEA), enerjinin iki ya da daha fazla enerji kaynağından sağlandığı ve bu enerji kaynaklarından en az bir tanesinin elektrik enerjisi olduğu bir araç olarak tanımlanmıştır. Bu tezde öncelikle elektrikli ve hibrit elektrikli araçların günümüze kadar gelişiminden söz edilmiştir. Daha sonra hibrit elektrikli araçların yapısı ve araçta kullanılan alt sistemler anlatılmıştır. Hibrit elektrikli araçların alt yapısında kontrol ve aktarma işlemlerinin gerçeklenmesinde güç elektroniği devreleri kullanılmaktadır. Güç elektroniği dönüştürücüleri anahtarlamalı yapıları sebebiyle periyodik olarak zamanla değişen sistemlerdir. Bu nedenle, dönüştürücülerin dinamik davranışları doğrusal olmayan özellik gösterir. Böyle sistemlerin analizi ve tasarımı oldukça zordur. Bu durumda modelleme ve benzetişim; güç elektroniği devrelerinin analiz ve tasarım sürecinin en önemli unsurlarından biri haline gelmektedir. Bu tezde, güç elektroniği dönüştürücülerinin GSSA yöntemi ile matematiksel olarak modellenmesi incelenmiştir. Genelleştirilmiş durum uzay ortalama metodu (GSSA), sistemin doğrusal olmayan denklemlerini doğrusal durum uzay sistemine dönüştürür. Bu yöntemde, hesaplanan işaretin harmonik durum değişkenleri de belirlenmekte ve hesaba katılmaktadır. Ayrıca sistem parametrelerine tam ve hızlı bir yaklaşım başarılmıştır. Bu metot kullanılarak sistem doğrusallaştırılmıştır. Böylece sistemin durum değişkenleri arasındaki ilişki doğrusal denklemlerle açıklanabilir. Tez çalışmasının son kısmında dönüştürücülerin MATLAB SIMULINK benzetim programı ile yapılan gerçek zaman benzetimleri ile genelleştirilmiş durum uzay ortalama (GSSA) yönteminden alınan sonuçlar karsılaştırılmış ve önerilen yöntemin geçerliliği ispatlanmıştır.

Hybrid Electrical Vehicles (HEVs) are defined as a vehicle, where its energy is provided by two or more energy sources and one of these sources has to be an electrical energy in hybrid electrical vehicle. Firstly a brief history of electrical and hybrid electrical vehicles and their historical developments are mentioned in this thesis. After that, subsystems of hybrid electrical vehicles using and HEVs structure are explained in detail. Power electronics circuits are used for control and realization of transfer operations in subsystems of HEVs. These are periodic time-variant systems because of their switching operation. Therefore, converters have non-linear characteristic as dynamic behavior. Analysis and design of such systems is rather difficult. In this case, modeling and simulation is becoming one of the most important elements of power electronic circuit?s analysis and design process. In this thesis, DC/DC converter topologies have been mathematically analyzed with generalized state space averaging (GSSA) method. The non-linear equations of the system have been converted to a linear state space model by GSSA method. Also, harmonic state variables of the counted signal has been defined and calculated for the next step in this method. In addition, an exact and fast approximation to the system parameters has been achieved. Therefore the non-linearity of the system has been removed thanks to the method. Thus, the relationship between the system state variables is described by using these linear equations. In the last section of the thesis converters have been analyzed using MATLAB SIMULINK program as a sample. Then the same topology has been experimented with generalized state space averaging (GSSA) method. The results of the simulation of the GSSA models have been compared using real-time MATLAB simulations applications. Consequently, the validity of suggested method has been proved in this study.