Giriş:Endüstriyel teknolojideki hızlı büyüme nedeniyle, elektrik tüketimi her geçen gün artmaktadır. Tüketilen enerjinin, kayıp olmadan verimli ve sürekli olarak iletilmesi istenmektedir (Kesler, 2010:1). Güç elektronik bileşenlerinin artan kullanımı ile birlikte şebekeye bağlı doğrusal olmayan yükler, güç kalitesi sorunlarına neden olmaktadır. Güç kalitesi problemleri; gerilim dalgalanmaları, gerilimde dengesizlikler, kaynak akımında yüksek harmonikler, gerilim düşüşleri, gerilim sarkmaları ve gerilimde çentiklerdir (Sarıbulut, 2012: 9). Tristörler ve diyotlar dahil olmak üzere AC/DC dönüştürücüler, enerji sisteminden büyük miktarda harmonik akım çekmektedir. Harmonik akımlar, kondansatörlerde arızaya, elektrik makinelerinin gürültülü çalışmasına, kullanılan makinelerde demir ve bakır kayıplarının artmasına ve elektronik cihazların aşırı ısınmasına neden olmaktadır (Shabib, 2017:1). Literatürde, güç kalitesi problemlerini, harmonik akımları, güç faktörlerini ve reaktif güç kompanzasyonunu ortadan kaldırmak için pasif ve aktif filtreler kullanılmaktadır. Pasif filtrelerin devre yapısının basit ve maliyetlerinin düşük olmasının yanında, büyük boyutlu olmaları, sabit kompanzasyon problemi ve ayar problemleri gibi bazı dezavantajları bulunmaktadır. Ayrıca harmonik sayısı kadar filtreye ihtiyaçları vardır (Gali, 2017:1). Günümüzde harmonikleri ortadan kaldırmak ve reaktif güç kompanzasyonu yapmak için aktif anahtarların yüksek frekanslarda tetiklenmesinden dolayı paralel aktif güç filtresi (PAGF), kullanılmaktadır. Bu çalışmada PAGF kullanılarak doğrusal olmayan yüklerin kaynaktan çektiği harmoniklerin yok edilmesi, reaktif güç kompanzasyonu, yük akımlarının dengelenmesi ve DA-bara hat gerilim regülâsyonu amaçlanmıştır. Bu çalışmada, 3 fazlı bir PAGF için kullanılan kontrol algoritmalarının karşılaştırılması sunulmaktadır. PAGF’ler bir DC bara kapasitörüne sahip üç fazlı gerilim kaynağı invertöründen oluşmaktadır. Gerekli kompanzasyon akımlarını üretmek için kontrol algoritmaları kullanılmaktadır. Çalışma kapsamında PAGF’lerde kullanılan kontrol algoritmalarından anlık reaktif güç algoritması (PQ), senkron referans yapı (SRY) algoritması ve geliştirilmiş PQ algoritması karşılaştırılmıştır. Sınırlılıklar PAGF denetim algoritmasında kullanılan anlık reaktif güç algoritmasında, doğrusal olmayan tristörlü yük akımları ve kaynak gerilimleri ölçülmektedir. Üç faz a-b-c koordinatlarındaki akımların ve gerilimlerin Clarke dönüşümü ile α-β bileşenleri elde edilmektedir ve anlık aktif ve reaktif güçler hesaplanmıştır. Hesaplanan aktif güç yüksek geçiren filtreden geçirilerek gücün ac bileşeni elde edilmiştir. PAGF kayıplarını gidermek ve DC-bara hat gerilim salınım ve değişimlerini azaltmak amacıyla kayıp güç ac güce ilave edilmektedir. Elde edilen güç kullanılarak filtre akım bileşenleri elde edilmekte ve ters Clarke dönüşümü kullanılarak referans akımın a-b-c bileşenleri elde edilmiştir. Elde edilen akımın a-b-c bileşenleri ve filtre akımları karşılaştırılarak anahtarlama sinyallerini elde edilmiştir (Czarnecki, 2006: 2-4). SRY algoritmasında, kaynak gerilimleriyle senkronizasyonu sağlamak için PLL devresi kullanılmıştır. Üç faz a-b-c yük akımlarının ve kaynak gerilimlerinin park dönüşümü kullanılarak d-q bileşenleri elde edilmiştir. Yük akımında oluşan harmoniklerin ve dengesizliklerin yok edilmesi ve reaktif güç kompanzasyonu için yüksek geçiren filtre kullanılarak d eksenindeki akımın ac bileşeni elde edilmiştir. DC bara gerilimi kullanılarak kayıp güç elde edilmiş ve elde edilen kayıp güç akımın ac bileşenine ilave edilmiştir. Ters Park dönüşümü kullanılarak referans akımın a-b-c bileşenleri elde edilmiştir. Elde edilen akımın a-b-c bileşenleri ve filtre akımları karşılaştırılarak anahtarlama sinyallerini elde edilmiştir (Akash, 2018: 1-6). Geliştirilmiş PQ algoritmasında, kaynak gerilimleriyle senkronizasyonu sağlamak için PLL devresi kullanılmıştır. Üç faz a-b-c kaynak akımlarının ve kaynak gerilimlerinin park dönüşümü kullanılarak d-q bileşenleri elde edilmiştir ve anlık aktif ve reaktif güçler hesaplanmıştır. Hesaplanan aktif güç alçak geçiren filtreden geçirilerek gücün dc bileşeni elde edilmiştir. Kayıp güç dc güce ilave edilmekte ve referans akım bileşenleri hesaplanmaktadır. Ters Park dönüşümü kullanılarak referans akım bileşenlerinden a-b-c akım bileşenleri elde edilmiştir. PAGF kullanılarak doğrusal olmayan yüklerin kaynaktan çektiği harmonikler, reaktif güç kompanzasyonu, yük akımlarının dengelenmesi ve DA-bara hat gerilim regülâsyonu yapılmaktadır. Fakat PAGF ile şebeke gerilim harmonik kompanzasyonu, gerilim yükselme-çöküşleri ve gerilim dengesizlikleri giderilememektedir. Simülasyon çalışmaları, PSIM yazılımı kullanılarak test edilmiş ve simülasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Yapılan simülasyon çalışmalarında, anlık reaktif güç algoritması kullanıldığında kaynak akımındaki 23.06 oranındaki harmonik %2.5 oranına, geliştirilmiş PQ algoritması kullanıldığında kaynak akımındaki harmonik %4.03 oranına ve SRY algoritması kullanıldığında ise kaynak akımındaki harmonik %1.79 oranına düşürülmüştür. Güç sisteminde doğrusal olmayan yük kullanıldığı durumda, üç fazlı paralel aktif güç filtresine üç farklı kontrol algoritması uygulanarak kaynak akımındaki harmonikler azaltılmaya çalışılmıştır. PAGF kontrol algoritması, yük akımları veya kaynak akımları ve gerilimleri filtre akımları ve DC bara gerilimi kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Yapılan simülasyon sonuçlarında, kaynak akımının sinüzoidal olduğu ve IEEE 519-2014 standardının önerdiği toplam harmonik bozulma (THD) sınır değerinin % 5’ten düşük olduğu görülmüştür (IEEE Std., 2014: 18). Ayrıca, SRY kontrol algoritması kullanılarak elde edilen sonuçların anlık reaktif güç algoritması ve geliştirilmiş PQ algoritmasından elde edilen sonuçlara göre harmoniklerin azaltılmasında daha başarılı olduğu görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Harmonik analizi, Reaktif güç kompanzasyonu, Paralel AGF, Güç kalitesi, PSIM
|
