Seçici Harmonik Giderimi için İnverterdeki Anahtarlama Açılarının Genetik Algoritma Tabanlı Optimizasyonu

Creative Commons License

AFIFI A. W. H. M. H., Yalman Y.

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, cilt.26, sa.3, ss.641-653, 2026 (TRDizin)

Özet

Modern elektrik sistemlerinde güç elektroniği dönüştürücülerinin artan entegrasyonu, harmonik bozulma ve genel güç kalitesi konusundaki endişeleri artırmıştır. Bu endişeler özellikle hassas veya kritik yüklerin bulunduğu sistemlerde verimliliği, güvenilirliği ve dinamik kararlılığı olumsuz etkilemektedir. Bu sorunlara çözüm olarak, bu çalışmada gerilim kaynaklı eviriciler (VSI) için genetik algoritma (GA) tabanlı yeni bir kontrol yöntemi kullanan seçici harmonik elimine etme (SHE) tekniği önerilmektedir. Önerilen GA tabanlı kontrol yöntemi, temel bileşeni korurken belirli düşük mertebeli harmonikleri yok etmek amacıyla, temel genlik sabit tutulacak ve anahtarlama açıları çeyrek dalga simetrisi altında 0°–90° aralığında kalacak şekilde en uygun anahtarlama açılarını belirlemektedir. SHE yönteminde yer alan doğrusal olmayan transandantal denklemler önemli hesaplama zorlukları oluşturmaktadır. Newton–Raphson (NR) gibi geleneksel yöntemler doğru başlangıç değerlerine ihtiyaç duymakta ve yakınsama koşullarına duyarlıdır. Buna karşın, önerilen GA tabanlı kontrol yöntemi başlangıç değerine ihtiyaç duymadan daha güvenilir bir global optimizasyon süreci sunmaktadır. Önerilen kontrol tekniği MATLAB/Simulink ortamında modellenmiş ve simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar NR yöntemiyle karşılaştırılmıştır. Hem GA hem de NR yöntemleri başarıyla yakınsamış ve hedeflenen harmonikleri etkin biçimde yok etmiştir; ancak GA tabanlı kontrol yöntemi, başlangıç değerine ihtiyaç duymadan daha iyi bir yakınsama davranışı göstermiştir.
The increasing integration of power electronic converters in modern electrical systems has raised growing concerns about harmonic distortion and overall power quality, which negatively impact efficiency, reliability, and dynamic stability, especially in systems with sensitive or critical loads. To address these issues, this study presents a selective harmonic elimination (SHE) technique for voltage source inverters (VSI) using a new control method based on a genetic algorithm (GA). The proposed GA- based control determines the optimal switching angles to retain the fundamental component while eliminating specific lower- order harmonics, under constraints such as maintaining a fixed fundamental amplitude and keeping switching angles within 0°– 90° under quarter-wave symmetry. The nonlinear transcendental equations in SHE presents significant computational challenges. Traditional methods like Newton– Raphson (NR) require accurate initial guesses and are sensitive to convergence conditions. In contrast, the proposed GA-based control eliminates the need for an initial guess and provides a more reliable global optimization process. MATLAB/Simulink simulations were conducted to implement and evaluate the proposed control technique, and the results were compared with those obtained using NR. Both GA and NR successfully converged and effectively eliminated the targeted harmonics; however, the GA-based control demonstrated improved convergence behaviour without relying on an initial guess.