DC-DC Dönüştürücünün Xilinx Zedboard Zynq-7000 FPGA Tabanlı Değiştir&Gözle Algoritması ile Co-Simülasyonu

Year 2022, Volume: 14 Issue: 2, 872 - 883, 31.07.2022

Ebru Doğan Göksu Görel

https://doi.org/10.29137/umagd.1037811

Abstract

Bu makalede bir fotovoltaik enerji sisteminde yer alan DC-DC yükselten dönüştürücünün değiştir & gözle algoritması ile çalışmasının co-simülasyonu gerçekleştirilmiştir. İlk olarak fotovoltaik bir güç sistemi Simulink ortamında modellenmiştir. Daha sonra farklı iklim koşullarında yük tarafına maksimum güç transferini sağlayacak olan DC-DC yükselten dönüştürücü modellenerek kontrolü sağlanmıştır. Tüm sistem Matlab/Simulink ortamında oluşturulmuştur. Enerji sistemin fotovoltaik sistem kısmı ile yükselten dönüştürücü, evirici ve yük kısımları Simulink bloklarıyla, değiştir & gözle algoritması ise Xilinx firmasının Matlab için özel olarak oluşturduğu bloklar ile oluşturulmuştur. Bu özel tasarım bloklar sayesinde FPGA kart üzerinde co-simülasyon gerçekleştirilmiştir. Co-simülasyon aşamasında değiştir & gözle algoritması FPGA kart içerisinde, diğer kısımlar ise Simulink ortamında çalıştırılmıştır. Kullanılan co-simülasyon özelliği, FPGA kartın klasik yöntemlere göre daha kolay ve hızlı programlanabilmesini ve bir test süreci elde edebilmeyi sağlamıştır. Simülasyon ve co-simülasyon çıkış değerleri karşılaştırıldığında elde edilen değerlerin aynı olduğu görülmüştür.

Keywords

Değiştir&gözle algoritması, Yükselten çevirici, FPGA, Co-simülasyon

Supporting Institution

Çankırı Karatekin Üniversitesi

Project Number

MF210621L10

Thanks

Bu çalışma Çankırı Karatekin Üniversite BAPK tarafından desteklenmiştir (Proje no: MF210621L10).

Co-Simulation of DC-DC Converter with Xilinx Zedboard Zynq-7000 FPGA Based Perturb&Observe Algorithm

Abstract

In this article, a co-simulation of the DC-DC boost converter in a photovoltaic energy system with the perturb & observe algorithm is performed. First, a photovoltaic power system is modeled in the Simulink environment. Then, DC-DC boost converter, which will provide maximum power transfer to the load side in different climatic conditions, is modeled and controlled. The whole system was created in Matlab/Simulink environment. The photovoltaic system part of the energy system and the boost converter, inverter and load parts were created with Simulink blocks, and the perturb & observe algorithm was created with blocks specially created by Xilinx company for Matlab. Thanks to these specially designed blocks, co-simulation was performed on the FPGA card. In the co-simulation phase, the perturb & observe algorithm was run in the FPGA card, while the other parts were run in the Simulink environment. The co-simulation feature used made it possible to program the FPGA card more easily and faster than the classical methods and to obtain a test process. When the simulation and co-simulation output values were compared, it was seen that the obtained values were the same

Keywords

Perturb&observe algorithm, Boost converter, FPGA, Co-simulation

Project Number

MF210621L10

References

• Adak, S., Cangi, H., & Yılmaz, A. S. (2019). Fotovoltaik Sistemin Çıkış Gücünün Sıcaklık ve Işımaya Bağlı Matematiksel Modellemesi ve Simülasyonu. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 11(1), 316-327.
• Altıntaş, N., Yılmaz, A., Demirci, A., & Tercan, S. M. (2021). Bataryalı PV Sistemlerde Maksimum Güç Noktası Takip Yöntemlerinin Karşılaştırılması. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (21), 369-377.
• Ay, S., & Arserim, M. A. (2019). Maksimum Güç Noktası İzleyicisinde Kullanılan Artan İletkenlik Algoritmasının FPGA Tabanlı Gerçeklenmesi. DÜMF Mühendislik Dergisi, 10(1), 113-120.
• Baby, J., & Varghese, J. M. (2014). Implementation of Variable Step Size MPPT Controller for Photovoltaic System on FPGA Circuit. International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT), 3(6), 320-326.
• Blange, R., Mahanta, C., & Gogoi, A. K. (2015). MPPT of Solar Photovoltaic Cell Using Perturb & Observe and Fuzzy Logic controller Algorithm for Buck-Boost DC-DC Converter. 2015 International Conference on Energy, Power and Environment: Towards Sustainable Growth (ICEPE). Shillong, India: IEEE.
• Bodur, H. (2012). Güç Elektroniği. İstanbul: Birsen Yayınevi.
• Cheddadi, Y., Errahimi, F., & Najia, E. (2018). Design and verification of photovoltaic MPPT algorithm as an automotivebased embedded software. Solar Energy, 171, 414-425.
• İşen, E., & Koçhan, Ö. (2019). Fotovoltaik Panelin Tek Diyotlu Modellenmesi. Mühendislik Bilimleri ve Araştırma Dergisi, 2(1), 1-10.
• Karafil, A., Özbay, H., & Kesler, M. (2016). Sıcaklık ve Güneş Işınım Değişimlerinin Fotovoltaik Panel Gücü Üzerindeki Etkilerinin Simülasyon Analizi. Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu.
• Khan, H. S., & Memon, A. Y. (2016). FIL simulation of sliding mode controller for DC/DC boost converter. 2016 13th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology (IBCAST). Islamabad, Pakistan: IEEE.
• Mamur, H., & Çoban, Y. (2020). Termoelektrik jeneratörler için alçaltan-yükselten çeviricili maksimum güç noktası takibi benzetimi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(5), 916-926.
• Mohammed, S. S., & Syji, B. M. (2020). Energy Management of a Standalone Low Voltage DC Microgrid Using FPGA Based Controller. Journal of Green Engineering (JGE), 10(5), 1984-2005.
• Mühendis, A. (2020, Temmuz). Maksimum Güç Noktası İzleyicili Fotovoltaik Sistemin Labview Tabanlı Kontrolü ve İzlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Konya: Konya Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü.
• Rajesh, P., Rajasekar, S., Rajesh, G., & Samuel, P. (2014). Solar Array System Simulation using FPGA with Hardware Co-Simulation. 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE) (s. 2291-2296). Istanbul, Turkey: IEEE.
• Ram, B. V., & Chidambararaj, N. (2021). Grasshopper optimization algorithm utilized Xilinx controller for maximum power generation in photovoltaic system. Evolving Systems, 12, 885-898.
• Sarıtaş, E., & Karataş, S. (2015). Her Yönüyle FPGA ve VHDL. Ankara: Palme Yayınevi.
• Yasko, M. A. (2018). Fotovoltaik Sistemlerde Düşürücü Tip DA-DA Dönüştürücülü Maksimum Güç Noktası İzleyicisinin Analizi, Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi. Kocaeli: Kocaeli Üniversitesi Fen Biimleri Enstitüsü.
• Yıldırım, Ö., Erişti, B., Erişti, H., & Demir, Y. (2012). Gerçek Zamanlı Akım ve Gerilim Sinyallerinin İzlenmesi için FPGA Tabanlı Bir Sistem Tasarımı. ELECO '2012 Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, (s. 654-658). Bursa.