Bu tədqiqat, zayıf paylayıcı şəbəkələrne bağlanan elektrikli avtomobil şarj stansiyalarındaki şəbəkə formalaşdıran çeviricilərin (grid-forming converter, GFM) qısaqapanma və gərginlik çökməsi sırasında oluşturabileceği həddindən artıq cərəyanı sərhədlərken gərginlik dəstəyi qabiliyyətini korumayı məqsədlayan uyarlanabilir bir kontrol üsulu geliştiriyor. Yöntem, çevirici cərəyanını gerçek zamanlı kimi sınıflandırıyor; orta səviyyəli həddindən artıq cərəyanda virtual reaktansı xətti və qeyri-xətti terimlerle kademeli şəkildə artırarak “yumuşak” sərhədlama, şiddətli həddindən artıq cərəyanda ise virtual reaktansı daha fazla yükseltip gerektiğinde ilgili IGBT körpü qolunun sürme siqnallerini bloke ederek “sert” sərhədlama uyguluyor. StarSim-RCP + StarSim-HIL platformaundaki testlerde orta səviyyə arızada ən yüksək faz cərəyanı 50 A'dan 42 A'ya, şiddetli arızada ise 90 A'dan 62 A'ya düşürülmüş; arıza sonrası nominal cərəyana qayıdış süresi sırasıyla 55 ms'den 35 ms'ye və 65 ms'den 45 ms'ye kısalmıştır. Bununla birlikdə nəticələr tam miqyaslı bir real şarj stansiyası sahə təcrübəsi değil, RCP/HIL tabanlı elektromanyetik geçici durum doğrulamasıdır; asimmetrik arızalar və çok düşük qısaqapanma nisbətina sahip şebekeler bu tədqiqatda doğrulanmamışdır.

Türkiyə baxımından tədqiqat, xüsusilə yüksək güclü elektrikli avtomobil şarj obyektlərinin zayıf dağıtım noktalarına bağlanması durumunda çevirici koruması ilə şebeke gərginlik dəstəyini birlikdə dəyərlendiren kontrol arxitekturaleri baxımından mühümdür. Ancaq tədqiqatdaki 20 kVA çevirici, 380 V şebeke, cərəyan hədləri, hat empedansları və arıza senaryoları Türkiyə'deki real bir şarj tesisine birbaşa aktarılmamalıdır. Yerel tətbiq üçün paylayıcı şəbəkənin qısaqapanma gücü/SCR dəyəri, mühafizə koordinasiyası, çevirici yarımkeçirici sərhədləri, şarj gücü, bağlantı topolojisi və real sahə arızalarıyla yeniden doğrulama gerekir.

Tədqiqatın əsas problemi nedir?

Yüksek güçlü elektrikli avtomobil (EV) şarj stansiyaları, besleme noktasının hat sonlarında və ya qısaqapanma tutumsi məhdud baralarda bulunması halinde şebekeyle güçlü dinamik qarşılıqlı təsirlere girebilir. Tədqiqatda xüsusilə düşük qısaqapanma nisbətlı zəif şəbəkələrdə GFM çeviricinin gərginlik dəstəyi ilə xətt impedansı arasındaki qarşılıqlı təsirin qısaqapanma və ya gərginlik çökməsi sırasında çevirici cərəyanını sürətlə yükseltebileceği ele alınmaktadır.

Aşırı cərəyan yalnız yarımkeçirici açarların termal və elektriksel zorlanmasını artırmakla kalmayabilir; tədqiqatın çerçevesinde DC bara gərginliki dalgalanmaları, AC tarafında gərginlik pozulması və idarəetmə qeyri-sabitliyi riski də nəzərə alınmaktadır. Temel tasarım problemi bu nedenle yalnız “cərəyanı mümkün olduğu kadar küçültmek” değildir. Dönüştürücü eyni zamanda GFM işlevinin mühüm parçası olan gərginlik dəstəyini mümkün olduğunca sürdürebilmelidir.

Neden sabit virtual impedans yerine adaptiv virtual reaktans?

Tədqiqatda incelenen literatür çerçevesine görə sabit virtual impedans kullanımı, seri bir reaktorün cərəyan məhdudlaşdırıcı etkisini proqram təminatısal kimi taklit esərflir. Fakat virtual impedansın gereğinden böyük seçilmesi daxili cərəyan dövrəsinün zolaq enini və dinamik sönümləməyi olumsuz etkileyebilir; düşük seçilmesi ise ağır arızalarda yeterli cərəyan məhdudlaşdırması sağlamayabilir.

Tədqiqatçıların çözümü, virtual reaktansı sabit bırakmak yerine ölçülen həddindən artıq cərəyanın şiddetine görə hissə-hissə değiştirmektir. Böylece orta səviyyə arızada kontrol yapısına ani böyük müdahala yapılmazken, ciddi arızada daha güçlü bir koruma katmanı devreye sokulmaktadır.

Şebeke oluşturan çevirici nasıl kontrol ediliyor?

Tədqiqatın elektriksel topolojisinde iki səviyyəli üç fazlı çevirici bir LC filtr üzərindən paylayıcı şəbəkəne bağlanmaktadır. Ortak bağlantı noktasındaki (PCC) üç faz gərginlik və cərəyanları senkron dönen dq0 referans sistemine dönüştürülür. Aktif və reaktiv güc bu böyüklüklerden hesaplanarak virtual sinxron generator (virtual synchronous generator, VSG) kontrolüne beslenir.

VSG'nin aktiv güc döngüsü virtual ətalət və sönüm davranışını şu əlaqəyle temsil eder:

\[ \frac{P_{ref}}{\omega_0} - \frac{P_e}{\omega_0} - D_0(\omega-\omega_0) = J_0\frac{d\omega}{dt} \]

Burada \(P_{ref}\) aktiv güc referansı, \(P_e\) ölçülen/çıktı aktiv güc, \(\omega_0\) nominal açısal tezlik, \(J_0\) virtual ətalət və \(D_0\) virtual sönümləmə əmsalıdır.

Reaktiv güc və gərginlik düzenleme kısmında:

\[ Q^{*}=Q_{ref}+K_u(U_0-U_g) \]

və

\[ \frac{d(E_v-U_0)}{dt} = K_0(Q^{*}-Q_e) \]

əlaqəleri kullanılır. \(Q_{ref}\) reaktiv güc referansını, \(U_g\) PCC gərginlik böyüklüğünü, \(U_0\) gərginlik referansını, \(E_v\) virtual daxili elektromühərrik qüvvəini, \(K_u\) gərginlik droop əmsalını və \(K_0\) integral kazancını ifade eder.

Bu yapı, GFM çeviricinin yalnız şebekeyi takip etmesi yerine sanal bir sinxron maşın davranışı oluşturmasını və zəif şəbəkə şərtlərində gərginlik dəstəyine katkı vermesini məqsədlər.

Sanal reaktans döngüsü ne yapıyor?

Tədqiqatda daxili elektromühərrik qüvvə droop'u ilə virtual reaktans dövrəsi dq oxlarınde şu şəkildə ifade edilmiştir:

\[ 0-u_{gq} = -i_{dref}\omega_0L_v \]

\[ E_v-u_{gd} = i_{qref}\omega_0L_v \]

Sanal reaktans, real devreye fiziksel kimi eklenen yeni bir bobin değildir. Kontrol algoritması üzərindən çeviricinin gərginlik referansında eşdəyər bir reaktiv gərginlik düşümü oluşturularak arıza sırasında cərəyanın yükselme eğilimi sərhədlandırılır.

Aşırı cərəyan nasıl sınıflandırılıyor?

Öncelikle dq ox cərəyanlarından çevirici çıkış cərəyanı böyüklüğü hesaplanmaktadır:

\[ I_m(t) = \sqrt{i_{gd}^{2}(t)+i_{gq}^{2}(t)} \]

Tədqiqatda nominal cərəyan \(I_N\), orta həddindən artıq cərəyan eşiği \(I_{th1}=1,5I_N\) və maksimum izin məlumatlen cərəyan \(I_M=2I_N\) kimi müəyyən edilmişdir. Buna görə:

\[ S_I(t)= \begin{cases} 0, & I_m(t)\leq I_{th1}\\ 1, & I_{th1}I_M \end{cases} \]

Orta səviyyə həddindən artıq cərəyanda “yumşaq məhdudlaşdırma” nasıl çalışıyor?

Normal tədqiqat üçün başlanğıc virtual reaktansı çeviricinin nominal şebeke gərginliki \(U_N\) və nominal görünür gücü \(S_N\) istifadə edilərək:

\[ X_0 = 0,13\frac{U_N^2}{S_N} \]

kimi hesablanmışdır.

Akımın orta həddindən artıq cərəyan eşiğini ne kadar aştığı:

\[ \Delta I(t)=I_m(t)-I_{th1} \]

ilə tanımlanır. \(\Delta I>0\) olduğunda virtual reaktans artımı şu doğrusal və üstel bileşimle hesaplanmaktadır:

\[ \Delta X_{AVR}(t) = k_{x1}\Delta I(t) + k_{x2} \left( 1-e^{-\gamma\Delta I(t)} \right) \]

\(k_{x1}\) cərəyan həddən artıq yüksəlməına karşı doğrusal duyarlılığı, \(k_{x2}\) ilə \(\gamma\) ise eksponensial komponentin böyüklüğünü və değişim hızını belirler. Üstel terimin amacı virtual reaktans değişimini hamarlamak və iç cərəyan kontrol döngüsüne ani bir bozucu etki uygulanmasını önlemektir.

Bu bölgəde toplam virtual reaktans:

\[ X_v(t) = X_0+\Delta X_{AVR}(t) \]

olur.

Şiddetli həddindən artıq cərəyanda neden ikinci bir koruma katmanı gerekiyor?

\(I_m>I_M\) olduğunda tədqiqatçılar yalnız yumuşak virtual reaktans artımının güvenli cərəyan sərhədinı korumaya yeterli olmayabileceğini kabul etmektedir. Bu nedenle çeviricinin virtual daxili elektromühərrik qüvvəi ilə PCC gərginliki arasındaki fərqtan gerekli eşdəyər reaktans hesaplanır:

\[ X_{REQ}(t) = \frac{ \left| |E_v(t)|-U_{samp}(t) \right| } {I_M} \]

Ardından şiddətli həddindən artıq cərəyan bölgəsinin virtual reaktansı, orta bölgədeki sərhədlama dəyərinin sərhəddaki maksimum dəyəriyle sürekli olacak şəkilde:

\[ X_v(t) = X_0+ \Delta X_{AVR}^{max} + \Delta X_{REQ}(t) \]

kimi oluşturulur.

IGBT körpü qolu bloklama mantığı ne işe yarıyor?

Tədqiqatın şiddetli arıza korumasında ikinci təhlükəsizlik katmanı, virtual reaktans kontrolüne eklenen açar sürmə bloklaması mekanizmasıdır. Cihaz pik cərəyanı eşiği:

\[ I_{max}=1,2I_M \]

kimi müəyyən edilmişdir. Her fazın ani cərəyanı bu həddle karşılaştırılır:

\[ en_a(t)=H(I_{max}-|i_A(t)|) \]

\[ en_b(t)=H(I_{max}-|i_B(t)|) \]

\[ en_c(t)=H(I_{max}-|i_C(t)|) \]

Buradaki \(H\) pillə funksiyasıdur. Akım izin məlumatlen dəyəri aştığında ilgili fazın etkinleştirme siqnali sıfıra düşer. Bu siqnal PWM gate impulslarıyle mantıksal AND əməliyyatinden geçirilerek ilgili faz kolundaki üst və alt açarların sürme siqnalleri birlikdə kesilebilir.

Bu mekanizma sürekli normal cərəyan düzenleme üçün değil, kontrol gecikməleri və ya modulyasiya doyumu nedeniyle oluşabilecek şiddetli ani cərəyan tepe dəyərlərine karşı yardımcı koruma katmanı kimi tasarlanmıştır.

Arıza sonrasında çevirici nasıl normale dönüyor?

Yüksek virtual reaktansın arıza temizlendikten sonra uzun süre korunması dinamik toparlanmayı yavaşlatabileceğinden tədqiqatçılar ayrı bir bərpa həddi tanımlamıştır:

\[ I_{rec}\approx1,05I_N \]

Akım bu seviyeye və ya altına indiğinde virtual reaktansın normal tədqiqat dəyərine geri döndürülmesi başlatılır. Bu mekanizma tədqiqatın yalnız arıza pik cərəyanını değil, arıza sonrası toparlanma süresini də hedeflemesinin əsas nedenidir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Akım şiddetine görə parçalı virtual reaktans kontrolü, incelenen HIL arıza senaryolarında pik cərəyanını azaltmıştır.
• Orta səviyyə həddindən artıq cərəyan şərtinda tövsiyəlen üsul pik faz cərəyanını 50 A'dan 42 A'ya düşürmüştür.
• Şiddetli həddindən artıq cərəyan şərtinda pik faz cərəyanı 90 A'dan 62 A'ya düşürülmüştür.
• Arıza sonrası nominal cərəyana toparlanma süresi orta senaryoda 55 ms'den 35 ms'ye, şiddetli senaryoda 65 ms'den 45 ms'ye kısalmıştır.
• Tədqiqatçılar üsulun cərəyan sərhədlərken GFM çeviricinin gərginlik dəstəyi qabiliyyətini mühüm ölçüde bozmadığını bildirmektedir.
• Yumuşak virtual reaktans kontrolü ilə sert cərəyan məhdudlaşdırma/gate bloklama mekanizmasının eyni parça tabanlı strateji üçünde birleştirilebildiği göstərilmişdir.

Tədqiqatın destoynaqediği və ya test etmediği nəticələr

• Yöntemin bütün şarj stansiyası güçlerinde və bütün çevirici topolojilerinde eyni nəticələri vereceği gösterilmemiştir.
• Tədqiqat tam miqyaslı ticari bir EV şarj stansiyasında real paylayıcı şəbəkə sahə təcrübəsi sunmamaktadır.
• Asimetrik şebeke arızaları eksperimental doğrulama əhatəına alınmamıştır.
• Son derece düşük qısaqapanma nisbətina sahip çok zəif şəbəkələrdə üsulun performansı doğrulanmamışdır.
• Uzun dönem IGBT termal ömrü və ya yarımkeçirici güvenilirlik artımı birbaşa ölçülməmişdir.
• Tədqiqat müəyyən bir ülkenin şarj altyapısında koruma mevzuatına uyum doğrulaması sunmamaktadır.
• Verilen cərəyan hədləri real bir ticari çeviriciye birbaşa tasarım dəyəri kimi aktarılmamalıdır.

Tədqiqatın Yöntemi və Bulguları

RCP + HIL doğrulama platformau

Yöntem, StarSim-RCP və StarSim-HIL tabanlı bir təcrübə platformaunda oluşturulan elektrikli avtomobil şarj çeviricisü elektromanyetik geçici durum modeli üzərində dəyərlendirilmiştir. Platform Rapid Control Prototyping birimi, hardware-in-the-loop gerçek zamanlı simülatör, I/O interfeys kartları, osiloskop və ana kompüterdan oluşmaktadır.

Deneylerde aktiv güc referansı \(P_{ref}=15\) kW, reaktiv güc referansı \(Q_{ref}=0\) və nominal faz cərəyanı \(I_N=20\) A kimi müəyyən edilmişdir.

Orta səviyyə həddindən artıq cərəyan testi

Birinci senaryoda PCC yakınındaki K arıza noktasında keçid müqaviməti 4 Ω olan üç faz-torpaq arızası oluşturulmuş və arıza 10 ms sonra temizlenmiştir.

Tepe faz cərəyanındaki azalma:

\[ \frac{50-42}{50}\times100 = 16\% \]

olmaktadır. Bu yüzde, qaynaqta həmçinin raporlanan yeni bir təcrübə ölçməü değil, cədvəlda məlumatlen iki tepe dəyərin birbaşa müqayisəsıdır.

Şiddetli həddindən artıq cərəyan testi

İkinci senaryoda üç faz-torpaq arızasının keçid müqaviməti 0,7 Ω'a düşürülmüş və arıza süresi 25 ms kimi tətbiq edilmişdir.

Tepe faz cərəyanının iki təcrübə sonucu üzərindən karşılaştırılan azalması təxminən:

\[ \frac{90-62}{90}\times100 \approx31,1\% \]

olmaktadır. Bu nisbət da yalnız qaynaqta məlumatlen 90 A və 62 A tepe dəyərlərinin hesaplanmış müqayisəsıdır.

Arıza sonrası toparlanma baxımından nəticə

Orta arıza senaryosunda nominal cərəyana qayıdış süresi 55 ms'den 35 ms'ye, ağır arızada ise 65 ms'den 45 ms'ye düşmüştür. Her iki senaryoda da qaynaqta bildirilen mutlak iyileşme 20 ms'dir. Tədqiqatın tasarladığı reaktans geri kazanım mekanizması, arıza temizlendikten sonra yüksek virtual reaktansın çeviriciyü gereksiz yere yavaşlatmasını önlemeyi hedeflemektedir.

Akım eşiği yorumunda dikkat edilmesi gereken qaynaq ayrıntısı

Tədqiqatın kontrol tanımında nominal cərəyan \(I_N=20\) A olduğundan \(I_{th1}=1,5I_N=30\) A və \(I_M=2I_N=40\) A'dır. Bununla birlikdə ağır arıza təcrübəinde tövsiyəlen üsul üçün 43 A RMS dəyərinin “\(2,2I_N=44\) A'nın altında” olduğu xüsusilə belirtilmektedir. Kaynak, daha əvvəl tanımlanan \(I_M=2I_N\) eşiği ilə təcrübə bölümündeki \(2,2I_N\) müqayisəsının neden fərqli olduğunu həmçinin açıklamamaktadır. Bu nedenle 43 A dəyəri burada üsulun tanımlı 40 A sərhədinı kesin kimi sağladığı şeklinde yorumlanmamıştır.

Aynı şəkilde gate bloklama bölümünde Denklem (15) fazların anlık \(|i_A(t)|\), \(|i_B(t)|\) və \(|i_C(t)|\) dəyərlərini kullanırken açıklamanın bir cümlesinde “RMS dəyər” ifadesi geçmektedir. Bu terminolojik tutarsızlık nedeniyle tepe, anlık və RMS cərəyan böyüklükleri makalede birbirinin yerine kullanılmamıştır.

Yöntemin mühəndislik baxımından güçlü və məhdud yönleri

Yöntemin güçlü tarafı, bütün arıza şərtlərı üçün tek və sabit yüksek virtual reaktans kullanmak yerine koruma şiddetini ölçülen cərəyana görə değiştirmesidir. Orta həddindən artıq cərəyanda daha yumuşak davranılması GFM'nin dinamik destek özelliğini mümkün olduğunca korumayı, şiddətli həddindən artıq cərəyanda ise virtual reaktans ilə yarımkeçirici gate bloklamasının birlikdə kullanılması ekipman korumasını güçlendirmeyi məqsədlamaktadır.

Başlıca doğrulama sərhədi ise üsul nəticələrinın iki simetrik üç faz-torpaq arızası üzərindən RCP/HIL ortamında gösterilmiş olmasıdır. Tədqiqat gələcəkte asimmetrik arızaların və çok düşük SCR dəyərlərine sahip çox zəif şəbəkəlerin həmçinin araştırılması gerektiğini açıq şəkildə belirtmektedir.

Mənbə və Metod Qeydi

Tam özgün tədqiqat adı: Adaptive Virtual-Reactance-Based Fault-Current Limiting Method for Grid-Forming Converters in EV Charging Stations

Müəlliflər: Hongyang Liu, Zhifei Chen.

Yazar sırası: Kaynaktaki sıra aynen qorunmuşdur. Eş birinci və ya bərabər töhfə beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazar: Hongyang Liu.

Kurum: School of Electrical and Control Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China.

Dergi: Vehicles

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland

Cilt / sayı / makale numarası: 2026, 8(3), 65

DOI: 10.3390/vehicles8030065

Resmî nəşr bağlantısı:https://doi.org/10.3390/vehicles8030065

Yayın tarihçesi: Alınma 4 Şubat 2026; revizyon 2 Mart 2026; kabul 6 Mart 2026; nəşr 19 Mart 2026.

Kaynak türü və rəy statusu: Bu tədqiqat hakem dəyərlendirmesinden keçmiş bir tədqiqat makalesidir. Kontrol üsulu geliştirme, matematiksel kontrol formulaasyonu və StarSim-RCP + StarSim-HIL tabanlı elektromanyetik geçici durum doğrulamasını birleştirmektedir.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY) açık erişim lisenziyaı.

Finansman: Tədqiqatçılar tədqiqatın harici maliyyələşmə almadığını bildirmiştir.

Veri erişilebilirliği: Kaynağın Data Availability Statement cümlesi “Data are sızdırmazlıqined within no external the article.” biçiminde dilbilgisel kimi bozuk məlumatlmiştir. Bu ifade sessizce düzeltilmemiştir. Kaynakta həmçinin harici bir məlumat deposu bağlantısı sunulmamaktadır.

Çıkar damşması: Müəlliflər maraqlar toqquşması olmadığını beyan etmiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma H.L.; üsul H.L.; proqram təminatı H.L.; doğrulama Z.C.; biçimsel analiz Z.C.; tədqiqat H.L.; qaynaqlar H.L.; məlumat kürasyonu Z.C.; ilk taslak Z.C.; gözden geçirme və düzenleme H.L.; görselleştirme Z.C.; danışmanlık H.L.; proje yönetimi H.L.; maliyyələşmə edinimi H.L. kimi bildirilmişdir.

Kaynak içi terminolojik not: Denklem (7)'də \(Z_v(t)=jX_v(t)\) tanımlanmasına rağmen izleyen açıklamada \(X_v\) üçün “virtual resistance and virtual reactance” ifadesi istifadə edilmişdir. Matematiksel ifade yalnız reaktif komponenti göstərir; qaynaq mətndeki bu tutarsızlık sessizce düzeltilmemiştir.

Akım eşiği notu: Kontrol dizeyninda \(I_M=2I_N\) tanımlanırken ağır arıza testinde 43 A RMS cərəyanı \(2,2I_N=44\) A ilə müqayisə edilmişdir. Kaynak bu iki sərhəd arasındaki fərqı həmçinin açıklamamaktadır. Həmçinin gate bloklama mantığında anlık faz cərəyanı tənlikleri kullanılırken açıklama metninde RMS terimi geçmektedir.

Temel metodoloji məhdudiyyətlər: Deneysel doğrulama bir real paylayıcı şəbəkə sahə testi değil RCP/HIL platformaudur. İki doğrulama senaryosu simmetrik üç faz-torpaq arızalarına dayanmaktadır. Asimetrik arızalar və çok düşük SCR'li çox zəif şəbəkə şərtlərı henüz dəyərlendirilmemiştir. Tədqiqat uzun dönem yarımkeçirici termal ömrünü və ya ticari şarj stansiyalarında sahə güvenilirliğini birbaşa ölçmemektedir.

Bu Verianla makalesindeki elmi üsul, tənlikler, hədlər, təcrübə parametrləri və nicel nəticələr yüklenen tədqiqatya dayanmaktadır. Dış bibliyoqrafik doğrulama yalnız tədqiqat kimliğinin kontrolü üçün kullanılmış; ana elmi içeriğe dışarıdan yeni eksperimental tapıntı eklenmemiştir.