Giriþ:Endüstriyel teknolojideki hýzlý büyüme nedeniyle, elektrik tüketimi her geçen gün artmaktadýr. Tüketilen enerjinin, kayýp olmadan verimli ve sürekli olarak iletilmesi istenmektedir (Kesler, 2010:1). Güç elektronik bileþenlerinin artan kullanýmý ile birlikte þebekeye baðlý doðrusal olmayan yükler, güç kalitesi sorunlarýna neden olmaktadýr. Güç kalitesi problemleri; gerilim dalgalanmalarý, gerilimde dengesizlikler, kaynak akýmýnda yüksek harmonikler, gerilim düþüþleri, gerilim sarkmalarý ve gerilimde çentiklerdir (Sarýbulut, 2012: 9). Tristörler ve diyotlar dahil olmak üzere AC/DC dönüþtürücüler, enerji sisteminden büyük miktarda harmonik akým çekmektedir. Harmonik akýmlar, kondansatörlerde arýzaya, elektrik makinelerinin gürültülü çalýþmasýna, kullanýlan makinelerde demir ve bakýr kayýplarýnýn artmasýna ve elektronik cihazlarýn aþýrý ýsýnmasýna neden olmaktadýr (Shabib, 2017:1). Literatürde, güç kalitesi problemlerini, harmonik akýmlarý, güç faktörlerini ve reaktif güç kompanzasyonunu ortadan kaldýrmak için pasif ve aktif filtreler kullanýlmaktadýr. Pasif filtrelerin devre yapýsýnýn basit ve maliyetlerinin düþük olmasýnýn yanýnda, büyük boyutlu olmalarý, sabit kompanzasyon problemi ve ayar problemleri gibi bazý dezavantajlarý bulunmaktadýr. Ayrýca harmonik sayýsý kadar filtreye ihtiyaçlarý vardýr (Gali, 2017:1). Günümüzde harmonikleri ortadan kaldýrmak ve reaktif güç kompanzasyonu yapmak için aktif anahtarlarýn yüksek frekanslarda tetiklenmesinden dolayý paralel aktif güç filtresi (PAGF), kullanýlmaktadýr. Bu çalýþmada PAGF kullanýlarak doðrusal olmayan yüklerin kaynaktan çektiði harmoniklerin yok edilmesi, reaktif güç kompanzasyonu, yük akýmlarýnýn dengelenmesi ve DA-bara hat gerilim regülâsyonu amaçlanmýþtýr. Bu çalýþmada, 3 fazlý bir PAGF için kullanýlan kontrol algoritmalarýnýn karþýlaþtýrýlmasý sunulmaktadýr. PAGF’ler bir DC bara kapasitörüne sahip üç fazlý gerilim kaynaðý invertöründen oluþmaktadýr. Gerekli kompanzasyon akýmlarýný üretmek için kontrol algoritmalarý kullanýlmaktadýr. Çalýþma kapsamýnda PAGF’lerde kullanýlan kontrol algoritmalarýndan anlýk reaktif güç algoritmasý (PQ), senkron referans yapý (SRY) algoritmasý ve geliþtirilmiþ PQ algoritmasý karþýlaþtýrýlmýþtýr. Sýnýrlýlýklar PAGF denetim algoritmasýnda kullanýlan anlýk reaktif güç algoritmasýnda, doðrusal olmayan tristörlü yük akýmlarý ve kaynak gerilimleri ölçülmektedir. Üç faz a-b-c koordinatlarýndaki akýmlarýn ve gerilimlerin Clarke dönüþümü ile α-β bileþenleri elde edilmektedir ve anlýk aktif ve reaktif güçler hesaplanmýþtýr. Hesaplanan aktif güç yüksek geçiren filtreden geçirilerek gücün ac bileþeni elde edilmiþtir. PAGF kayýplarýný gidermek ve DC-bara hat gerilim salýným ve deðiþimlerini azaltmak amacýyla kayýp güç ac güce ilave edilmektedir. Elde edilen güç kullanýlarak filtre akým bileþenleri elde edilmekte ve ters Clarke dönüþümü kullanýlarak referans akýmýn a-b-c bileþenleri elde edilmiþtir. Elde edilen akýmýn a-b-c bileþenleri ve filtre akýmlarý karþýlaþtýrýlarak anahtarlama sinyallerini elde edilmiþtir (Czarnecki, 2006: 2-4). SRY algoritmasýnda, kaynak gerilimleriyle senkronizasyonu saðlamak için PLL devresi kullanýlmýþtýr. Üç faz a-b-c yük akýmlarýnýn ve kaynak gerilimlerinin park dönüþümü kullanýlarak d-q bileþenleri elde edilmiþtir. Yük akýmýnda oluþan harmoniklerin ve dengesizliklerin yok edilmesi ve reaktif güç kompanzasyonu için yüksek geçiren filtre kullanýlarak d eksenindeki akýmýn ac bileþeni elde edilmiþtir. DC bara gerilimi kullanýlarak kayýp güç elde edilmiþ ve elde edilen kayýp güç akýmýn ac bileþenine ilave edilmiþtir. Ters Park dönüþümü kullanýlarak referans akýmýn a-b-c bileþenleri elde edilmiþtir. Elde edilen akýmýn a-b-c bileþenleri ve filtre akýmlarý karþýlaþtýrýlarak anahtarlama sinyallerini elde edilmiþtir (Akash, 2018: 1-6). Geliþtirilmiþ PQ algoritmasýnda, kaynak gerilimleriyle senkronizasyonu saðlamak için PLL devresi kullanýlmýþtýr. Üç faz a-b-c kaynak akýmlarýnýn ve kaynak gerilimlerinin park dönüþümü kullanýlarak d-q bileþenleri elde edilmiþtir ve anlýk aktif ve reaktif güçler hesaplanmýþtýr. Hesaplanan aktif güç alçak geçiren filtreden geçirilerek gücün dc bileþeni elde edilmiþtir. Kayýp güç dc güce ilave edilmekte ve referans akým bileþenleri hesaplanmaktadýr. Ters Park dönüþümü kullanýlarak referans akým bileþenlerinden a-b-c akým bileþenleri elde edilmiþtir. PAGF kullanýlarak doðrusal olmayan yüklerin kaynaktan çektiði harmonikler, reaktif güç kompanzasyonu, yük akýmlarýnýn dengelenmesi ve DA-bara hat gerilim regülâsyonu yapýlmaktadýr. Fakat PAGF ile þebeke gerilim harmonik kompanzasyonu, gerilim yükselme-çöküþleri ve gerilim dengesizlikleri giderilememektedir. Simülasyon çalýþmalarý, PSIM yazýlýmý kullanýlarak test edilmiþ ve simülasyon sonuçlarý karþýlaþtýrýlmýþtýr. Yapýlan simülasyon çalýþmalarýnda, anlýk reaktif güç algoritmasý kullanýldýðýnda kaynak akýmýndaki 23.06 oranýndaki harmonik %2.5 oranýna, geliþtirilmiþ PQ algoritmasý kullanýldýðýnda kaynak akýmýndaki harmonik %4.03 oranýna ve SRY algoritmasý kullanýldýðýnda ise kaynak akýmýndaki harmonik %1.79 oranýna düþürülmüþtür. Güç sisteminde doðrusal olmayan yük kullanýldýðý durumda, üç fazlý paralel aktif güç filtresine üç farklý kontrol algoritmasý uygulanarak kaynak akýmýndaki harmonikler azaltýlmaya çalýþýlmýþtýr. PAGF kontrol algoritmasý, yük akýmlarý veya kaynak akýmlarý ve gerilimleri filtre akýmlarý ve DC bara gerilimi kullanýlarak gerçekleþtirilmektedir. Yapýlan simülasyon sonuçlarýnda, kaynak akýmýnýn sinüzoidal olduðu ve IEEE 519-2014 standardýnýn önerdiði toplam harmonik bozulma (THD) sýnýr deðerinin % 5’ten düþük olduðu görülmüþtür (IEEE Std., 2014: 18). Ayrýca, SRY kontrol algoritmasý kullanýlarak elde edilen sonuçlarýn anlýk reaktif güç algoritmasý ve geliþtirilmiþ PQ algoritmasýndan elde edilen sonuçlara göre harmoniklerin azaltýlmasýnda daha baþarýlý olduðu görülmüþtür.
Anahtar Kelimeler: Harmonik analizi, Reaktif güç kompanzasyonu, Paralel AGF, Güç kalitesi, PSIM
|