ATEŞBÖCEĞİ ALGORİTMASI TABANLI PI DENETLEYİCİ İLE ÜÇ FAZLI DGM DOĞRULTUCULARIN PERFORMANS İYİLEŞTİRİLMESİ

Zehra Aygün; Ö. Fatih Keçecioğlu

doi:10.17780/ksujes.1716673

TR EN

ATEŞBÖCEĞİ ALGORİTMASI TABANLI PI DENETLEYİCİ İLE ÜÇ FAZLI DGM DOĞRULTUCULARIN PERFORMANS İYİLEŞTİRİLMESİ

Öz

Elektrikli araçlar hızlı şarj istasyonlarında şarj edilirken güç elektroniği topolojilerden alternatif akım-doğru akım (AA-DA) doğrultucu ve doğru akım- alternatif akım (AA-DA) eviriciden faydalanılmaktadır. Bu makale çalışmasında, AA-DA üç fazlı gerilim kaynaklı AA-DA doğrultucunun denetimi yapılmış ve Matlab/Simulink ortamında tasarımı gerçekleştirilmiştir. Gerilim kaynaklı doğrultucunun çıkış DA-bara geriliminin denetimini gerçekleştirmek için Ateş böceği algoritması tabanlı klasik PI denetleyici (ABA-PI) tasarlanmış, bu denetleyicinin optimizasyonu ateş böceği algoritması ile yapılmış ve modelleme için klasik oransal + integral (PI) denetleyici kullanılmıştır. Modellenen klasik PI ve ABA-PI denetleyicilerinin çalışmalarındaki başarımları kapsamlı ölçekte farklı benzetim çalışmaları oluşturularak detaylı olarak gözlemlenmiştir. Yapılan bu benzetim çalışmalarının neticesinde klasik Oransal + İntegral (PI) denetleyici ve ABA-PI denetleyicinin başarımları performans kriterleri bakımından mukayese edilmiştir. Tasarlanan her senaryo için performans kriterlerinden aşım, yükselme ve yerleşme zamanı bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar, ABA-PI denetleyicinin klasik PI denetleyiciye kıyasla daha başarılı olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

PERFORMANCE IMPROVEMENT OF THREE-PHASE DGM RECTIFIERS USING FIREFLY ALGORITHM-BASED PI CONTROLLER

Abstract

In the fast-charging process of electric vehicles, power electronics topologies such as alternating current–direct current (AC–DC) rectifiers and direct current–alternating current (DC–AC) inverters are employed.In this study, the control of a three-phase voltage-source AC-DC rectifier has been carried out, and its design has been implemented in the Matlab/Simulink environment. To regulate the output DC-link voltage of the voltage-source rectifier, a firefly algorithm based proportional–integral (ABA-PI) controller was designed, its optimization was carried out using the firefly algorithm, and a conventional proportional–integral (PI) controller was employed for modeling purposes.. The performance of the modeled classical PI and ABA-PI controllers was extensively evaluated through a series of detailed simulation studies. As a result of these simulation studies, the performance of the classical PI controller and the ABA-PI controller was compared in terms of performance criteria. For each designed scenario, performance metrics such as overshoot, rise time, and settling time were determined. The results obtained have demonstrated that the ABA-PI controller outperforms the conventional PI controller.

Keywords

References

Acikgoz, H., Coteli, R., Tanyildizi, E., Dandil, B., & Kayisli, K. (2023). Advanced Control of Three-Phase PWM Rectifier Using Interval Type-2 Fuzzy Neural Network Optimized by Modified Golden Sine Algorithm. Electric Power Components and Systems, 51(10), 933-948. https://doi.org/10.1080/15325008.2023.2185838
Acikgoz, H., Kececioglu, O. F., Gani, A., Yildiz, C., & Sekkeli, M. (2016). Improved control configuration of PWM rectifiers based on neuro-fuzzy controller. SpringerPlus, 5(1), 1142. https://doi.org/10.1186/s40064-016-2781-5
Acikgoz, H., Yildiz, C., Coteli, R., & Dandil, B. (2020). DC-link voltage control of three-phase PWM rectifier by using artificial bee colony based type-2 fuzzy neural network. Microprocessors and Microsystems, 78(August), 103250. https://doi.org/10.1016/j.micpro.2020.103250
Akbaş, M. (2022). Üç fazlı vi̇enna doğrultucunun bulanık mantık tabanlı deneti̇mi̇. Yüksek Lisans Tezi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Kahramanmaraş 94s.
Akyol, S., & Alataş, B. (2012). Güncel Sürü Zekâsı Optimizasyon Algoritmaları. Nevşehir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitü Dergisi, 1, 36-50. https://dergipark.org.tr/en/pub/nufbed/issue/27853/294758
Al-Ogaili, A. S., Aris, I. Bin, Ramasamy, A., Hashim, T. J. T., Marsadek, M. B., & Sabry, A. H. (2020). Integrating Internal Model Controller (IMC) into Electric Vehicle Charger of Multiple Charging Mode: DC and AC Fast Charging. Applied Sciences, 10(12), 4179. https://doi.org/10.3390/app10124179
Aydilek, İ. B. (2017). Değiştirilmiş ateşböceği optimizasyon algoritması ile kural tabanlı çoklu sınıflama yapılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(4), 1097-1108. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.369406
Bouafia, A., Krim, F., & Gaubert, J.-P. (2009). Design and implementation of high performance direct power control of three-phase PWM rectifier, via fuzzy and PI controller for output voltage regulation. Energy Conversion and Management, 50(1), 6-13. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.09.011

Boz, A. F., & Çimen, M. E. (2017, December,). PID Controller Design Using Improved FireFly Algorithm. In International Advanced Technologies Symposium (IATS’17) (pp.19-22)
Chen, H. (2009). Research on the control strategy of VSC based HVDC system supplying passive network. 2009 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 1-4. https://doi.org/10.1109/PES.2009.5275968
CUMA, M. U., & SAVRUN, M. M. (2021). Performance Benchmarking of Active-Front-End Rectifier Topologies Used in High-Power, High-Voltage Onboard EV Chargers. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 36(4), 1041-1050. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1048344
Demirdelen, T. (2018). Kuru Tip Transformatör Optimizasyonuna Yeni Bir Yaklaşım: Ateş Böceği Algoritması. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(1), 87-96. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.420675
Doğmuş, O., Kılıc, E., Şit, S., & Güneş, M. (2017). PSO Algoritması ile Optimize Edilmiş PID Denetleyicinin Fotovoltaik MPPT Sistemine Uyarlanması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(4), 1-8. https://doi.org/10.17780/KSUJES.362618
Fan, Y. (2000). Voltage Stability of Small Integrated AC/DC Power Systems: Modeling, Power Flow and Bifurcation Studies Yüksek Lisans Tezi. Drexel Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı, Pensilvanya 18s.
Ferreira, A., Carvalho, A., Martins, A., Pereira, F., & Sobrado, V. (2013). Dynamic Performance of Voltage Oriented Control Method Applied in a Voltage Source Converter. 2, 1-2. https://repositorio-aberto.up.pt/handle/10216/78841
İŞEN, E. (2021). Comparatıve Study Of Sıngle-Phase Pwm Rectıfıer Control Technıques. Mugla Journal of Science and Technology, 7(1), 44-51. https://doi.org/10.22531/muglajsci.870989
Kapil, Pattath. N., & Dhrangadharia, C. M. (2014). Design and Simulation of Three-Phase Voltage Source Based Converter for HVDC Applications. International Journal of Electronic and Electrical Engineering, 7(6), 573-580. http://www.irphouse.com
Kar, P. (2023). Voltage Regulation of Cuk Converter Using Fire Fly Algorithm. Computing & Intelligent Systems,SCRS, 823-832. https://doi.org/10.52458/978-81-955020-5-9-77
KEÇECİOĞLU, Ö. F., & AÇIKGÖZ, H. (2020). Ateş Böceği Algoritması Tabanlı PI Denetleyici Kullanarak Üç Fazlı Vienna Doğrultucunun Dinamik Performansının İncelenmesi. Dicle Unıversity Journal Of Engineering (DUJE), 1(3), 933-944. https://doi.org/10.24012/dumf.699156
Ke-xin, W., & Shui-ming, W. (2008). Modeling and Simulation of Three-Phase Voltage Source PWM Rectifier. 2008 International Conference on Advanced Computer Theory and Engineering, 2, 982-986. https://doi.org/10.1109/ICACTE.2008.36
Kılıç, E. (2019). DA-DA YÜKSELTEN DÖNÜŞTÜRÜCÜ İLE ELEKTRİKLİ ARAÇ BATARYA ŞARJ CİHAZI TASARIMI. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(4), 281-287. https://doi.org/10.17780/KSUJES.652998
Kılıç, E. (2023). Elektrikli Araçlar için DA Hızlı Şarj Cihazı Tasarımı ve Simülasyonu. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 13(4), 1322-1337. https://doi.org/10.31466/KFBD.1247810
Merugumalla, M. K., & Navuri, P. (2018). PSO and firefly algorithms based control of BLDC motor drive. In 2018 2nd International Conference on Inventive Systems and Control (ICISC) (s. 994-999). IEEE. doi: 10.1109/ICISC.2018.8398951.
Mitra, A., Bhowmik, P. S., & Chowdhuri, S. (2016). Performance analysis of a three-phase Active Front-End PWM Rectifier without current loop PI controller. 2016 2nd International Conference on Control, Instrumentation, Energy & Communication (CIEC), 343-347. https://doi.org/10.1109/CIEC.2016.7513752
Mohan, Ned, Undeland, Tore M., & Robbins, W. P. (2003). Power electronics: converters, applications, and design. Içinde Power electronics: converters, applications, and design. John wiley & sons.
Özbay, H., & Karafil, A. (2020). Üç Fazlı DGM Doğrultucunun Doğrudan Aktif-Reaktif Güç Kontrolü. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 8(3), 616-631. https://doi.org/10.29109/gujsc.735266
Paduani, V. (2019). Design , Modeling , and Simulation of a Bidirectional Three-Phase PWM AC / DC Converter Yüksek Lisans Tezi. Vıllanova Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı, Pensilvanya 86s.
Pashaeı, A. (2016). Endüstriyel uygulamalar için darbe genişlik modülasyonlu doğrultucu tasarımı ve gerçekleştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara 128s.
Sandoval, J. J. (2017). Analysis and Design of New Three-Phase Ac-Dc Rectifier Systems With Higher Frequency Isolation. Doktora Tezi. Texas A&M Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı, Teksas 240s.
Shuvo, S., Hossain, E., & Khan, Z. R. (2020). Fixed Point Implementation of Grid Tied Inverter in Digital Signal Processing Controller. IEEE Access, 8, 89215-89227. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2993985
Singaravelu, S., & Seenivasan, S. (2014). Modelling and simulation of monopolar HVDC transmission system feeding a strong AC network with firefly algorithm based optimal PI controller. International Journal of Computer Applications. Doı=10.5120/17850-8799
Takauchi, Toshihiko., Fukuda, Shoji., & Moki, Atsushi. (2002). Control of a three-phase voltage source rectifier with buck-boost operation. Proceedings of the Power Conversion Conference-Osaka 2002 (Cat. No.02TH8579), 2, 638-642. https://doi.org/10.1109/PCC.2002.997592
Wang, J., Yin, H., & Xu, S. (2012). A New Control Strategy of Three Phase Voltage Source PWM Rectifiers. Physics Procedia, 24, 997-1005. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2012.02.149
Wang, Y. (2021). Analysis of Three-phase Rectifier via Three Different Control Methods and Switch Power Loss Comparison. Yüksek Lisans Tezi. Minnesota State Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı, Mankato 103s.
Xu, W., Kaizheng, H., Shijie, Y., & Bin, X. (2008). Simulation of Three-Phase Voltage Source PWM Rectifier Based on Direct Current Control. 2008 Congress on Image and Signal Processing, 5, 194-198. https://doi.org/10.1109/CISP.2008.705
Yang, X. S., Cui, Z., Xiao, R., Gandomi, A. H., & Karamanoglu, M. (2013). Swarm Intelligence and Bio-Inspired Computation: Theory and Applications. https://books.google.com.tr/books?hl=tr&lr=&id=J0VcBQxtcwsC&oi=fnd&pg=PP1&dq=Swarm+Intelligence+and+Bio-Inspired+Computation&ots=s9dAl9e0kT&sig=F0cMLO2bHinAKGjVZbrMh4qMJxc&redir_esc=y#v=onepage&q=Swarm Intelligence and Bio-Inspired Computation&f=false
Yang, X.-S. (2009). Firefly Algorithms for Multimodal Optimization. Içinde Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics): C. 5792 LNCS (ss. 169-178). https://doi.org/10.1007/978-3-642-04944-6_14
Yu, H., Ruan, X., Wang, X., Zhang, H., & Teng, Y. (2014). Stability analysis of cascade AC system based on three-phase voltage source PWM rectifier. 2014 International Power Electronics and Application Conference and Exposition, 847-852. https://doi.org/10.1109/PEAC.2014.7037969
Yüksek, H. İ. (2019). Uzay vektör darbe genişlik modülasyonu yöntemi ile üç faz üç seviyeli doğrultucunun matlab/simulink ortamında modellenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Sakarya 120s.
Zhou, Z., Song, J., Yu, Y., Xu, Q., & Zhou, X. (2023). Research on High-Quality Control Technology for Three-Phase PWM Rectifier. Electronics, 12(11), 2417. https://doi.org/10.3390/electronics12112417

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Electrical Circuits and Systems , Energy Generation, Conversion and Storage (Excl. Chemical and Electrical)

Journal Section

Research Article

Authors

Zehra Aygün ^*
0000-0002-5421-4093
Türkiye

Ö. Fatih Keçecioğlu
0000-0001-7004-4947
Türkiye

Publication Date

December 3, 2025

Submission Date

June 10, 2025

Acceptance Date

August 21, 2025

Published in Issue

Year 2025 Volume: 28 Number: 4

DOI

https://doi.org/10.17780/ksujes.1716673

IZ

https://izlik.org/JA34TT42LS

Cite

RIS / Bibtex

APA

Aygün, Z., & Keçecioğlu, Ö. F. (2025). ATEŞBÖCEĞİ ALGORİTMASI TABANLI PI DENETLEYİCİ İLE ÜÇ FAZLI DGM DOĞRULTUCULARIN PERFORMANS İYİLEŞTİRİLMESİ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(4), 1812-1828. https://doi.org/10.17780/ksujes.1716673