Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
T.C.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
GERİLİM DÜŞÜMLERİNDE D-STATCOM KULLANARAK GÜÇ KALİTESİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ
AsmaaMalik RASHEED
Danışman Doç. Dr. Abdülkadir ÇAKIR
YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK-ELEKTRONİKMÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
ISPARTA - 2017
©2017 [Asmaa Malik RASHEED]
i
İÇİNDEKİLER
Sayfa İÇİNDEKİLER ..................................................................................................................................... i ÖZET .................................................................................................................................................. iii ABSTRACT ........................................................................................................................................ iv TEŞEKKÜR ......................................................................................................................................... v ŞEKİLLER DİZİNİ ........................................................................................................................... vi ÇİZELGELER DİZİNİ ................................................................................................................... viii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ..................................................................................ixx 1.GİRİŞ ................................................................................................................................................. 1 2.KAYNAK ÖZETLERİ .................................................................................................................... 4 3. GÜÇ KALİTESİ ŞARTLARI VE ÖNLEMLER ........................................................................ 8
3.1. Gerilim Çökmesi Konsepti .......................................................................................... 8 3.2. Gerilim Çökmesi Sebepleri ......................................................................................... 9
3.2.1. Devre kesicilerin operasyonları ............................................................. 10 3.2.2. Ekipman arızası ............................................................................................ 10 3.2.3. Kötü hava koşulları ..................................................................................... 10 3.2.4. Hayvanlar ve kuşlar .................................................................................... 10
3.3. Gerilim Çökmesinin Endüstriyel Ekipmanlara Etkisi ................................... 11 3.4. Gerilim Şişmesi Konsepti ......................................................................................... 12 3.5. Güç Kalitesinin Tanımı .............................................................................................. 13 3.6. Güç Enjeksiyonu Prensibi ........................................................................................ 15 3.7. Aktif, Reaktif ve Görünür Güç ................................................................................. 17 3.8. Güç Kalitesi Koşulları ................................................................................................ 17 3.9. Elektrik Gücü Kalitesinin Karakterizasyonu .................................................... 18 3.10. Güç Faktörü ................................................................................................................ 19 3.11. Güç Faktörünün Düzeltilmesi Konsepti ........................................................... 20 3.12. Güç Kalitesi Problemleri ........................................................................................ 23 3.13. Güç Kalitesi Problemlerinin Sebepleri ............................................................. 24
4. DAĞITIM STATİK KOMPANSATÖR (D-STATCOM) .................................................... 26 4.1. Özel Güç Cihazları (CUPD) ....................................................................................... 26
4.1.1. Dinamik gerilim restoratörü (DVR) ...................................................... 26 4.1.2. Birleştirilmiş güç kalitesi düzenleyicisi (UPQC) .............................. 27 4.1.3. Statik dağıtım kompansatörü (D-STATCOM) .................................... 28
4.2. D-STATCOM Sistem Konfigürasyonu .................................................................. 29 4.3. D-STATCOM Temel Fonksiyonları ....................................................................... 31 4.4. D-STATCOM İlkeleri ................................................................................................... 31 4.5. Genel Kompanzasyon Yöntemleri ........................................................................ 34 4.5.1. Şönt kompanzasyonu ............................................................................................. 34 4.5.2.Seri kompanzasyon ................................................................................................. 35 4.6. D-STATCOM’un Matematiksel Formülasyonu ................................................. 36 4.7. Gerilim Kaynak Dönüştürücü (VSC) .................................................................... 38 4.8. Regülatör ........................................................................................................................ 39 4.9. PWM Tekniği ................................................................................................................ 40
5. GERİLİM DÜŞMELERİNDE D-STATCOM KULLANARAK GÜÇ KALİTESİNİNİYİLEŞTİRİLMESİ SİMÜLASYONU ..................................................... 42 5.1. Test Sistemi ................................................................................................................... 42 5.2.Sonuçların Karşılaştırılması .................................................................................... 44
ii
6.SONUÇ VE ÖNERİLER ............................................................................................................. 52 KAYNAKLAR .................................................................................................................................. 54 ÖZGEÇMİŞ ....................................................................................................................................... 59
iii
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi
GERİLİM DÜŞÜMLERİNDE D-STATCOM KULLANARAK GÜÇ KALİTESİNİN İYİLEŞTİRİLMESİ
Asmaa Malik RASHEED
Süleyman Demirel Üniversitesi
Fen BilimleriEnstitüsü Elektrik- Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Danışman: Doç. Dr. Abdülkadir ÇAKIR
Güç kalitesiproblemi; son kullanıcı ekipmanlarında standart olmayan gerilim, akım ve frekans kaynaklı olarak oluşan arızalarda görülen problemlerdir. Şebeke ağları, kritik endüstriyel yükler ve hassas operasyonlarda önemli maddi kayıplara sebep olabilen farklı türlerde güç kesintileri ile karşılaşılabilmektedir.Güç sisteminin yeniden yapılandırılması ve dağıtımdaki değişen akım ile beraber güç kalitesi problemleri yeni bir boyut kazanmaktadır.Güç frekansı ve güç kalitesini belirleyen diğer faktörlerin başlı başına sorun olduğu gelişmekte olan ülkelerde, durumla ilgili uygun adımları atmak zorunludur. Yapılan çalışmada, gerilim çökme/şişmelerini, bozulmalara uğrayan sistemlerdeki kesintileri ve güç faktörünü düzeltmek için kullanılan yöntemlerden,dağıtım static kompansatörü D-STATCOM kullanılmıştır. Günümüzde güç elektroniği bileşenlerinden faydalanan oldukça geniş çeşitlilikteki yüksek esneklikli regülatörler, özel güç uygulamaları için geliştirilmektedir.Bunlardan biri de VSC prensibine dayanan dağıtım static kompansatörü D-STATCOM’dur. D-STATCOM, gerilim çökme/şişmelerini, kesintileri ve güç faktörlerini düzeltmek amacıyla, sisteme akım enjekte etmektedir. Yapılan çalışmada güç kalitesini arttırmak için D-STATCOM’un Matlab/Simulink ortamında benzetimi yapılmıştır. Yapılan çalışmada D-STATCOM’un gerilim çökmesini kompanse etmede iyi olduğu görülmüştür. D-STATCOM, 11kV, 50Hz’lik hattaki gerilimi 0,85pu’dan 0,99 pu’ya kadar kompanse edebilmekte, güç sistemindeki reaktif ve aktif gücü iyileştirebilmektedir. AnahtarKelimeler: DSTATCOM, VSC, gerilimçökmesi, gerilim şişmesi, güç
faktörü, güç kalitesi. 2017, 59 sayfa
iv
ABSTRACT
M.Sc. Thesis
IMPROVEMENT OF POWER QUALITY AND VOLTAGE SAG MITTIGATION BY
USING D-STATCOM
Asmaa Malik RASHEED
Süleyman Demirel University Graduate School of Natural andApplied Sciences
Department of Electrical-Electronics Engineering
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Abdülkadir ÇAKIR
A Power quality issue is an appearanceat a nonstandard voltage, current or frequency that outcome in a failure or a mis-process of end user equipments. Utility distribution networks, critical industrial loads and sensibletrade operations knowfrom different types of power cut& service interruptions which can cost importantpecuniary losses. With the restructuring of power systems and with shifting trend towards distributed and dispersed generation, the problem of power quality is going to take newer dimensions. In extending countries like India, where the difference of power frequency and many such other determinants of power quality are themselves a serious question, it is very necessary to take favorable steps in this trend.The present work is to recognize thememorable concerns in this field and hence the measures that can increase the quality of the power are recommended. This work describes thetechniquesofrectifying the supply voltage sag, swell, interruption in a distributed system and to correct the power factor. At present, a vast range of very flexible controllers, which capitalize on recently available power electronics components, are emerging for custom power applications. one from these, the distribution static compensator, it is based on the VSC principle. A D-STATCOM injects a current into the system to correct the voltage sag, swell, interruption and to correct the power factor. overall results are presented to assess the performance of this device as achancecustom power solution. In thıs study a D-STATCOD is found to be good in compensating voltage sag condition. The D-STATCOM can compensate the voltage from 0.85 pu to 0.91pu for a 11 kV, 50 Hz line. and can improve The reactive and active power in power system Keywords: D-Statcom, VSC, voltage sag, swell, power factor, power quality. 2017, 59 pages
v
TEŞEKKÜR
Bu araştırma için beni yönlendiren, karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesi ile aşmamda yardımcı olan değerli Danışman Hocam Doç. Dr. Abdülkadir ÇAKIR’a teşekkürlerimi sunarım.
Asmaa Malik RASHEED
ISPARTA, 2017
vi
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa Şekil 3.1. Büyüklük ve süreye göre gerilim çökmesi karakterizasyonu ................. 9
Şekil 3.2. Çökme büyüklüğü hesabı için gerilim bölücü modeli ........................... 11
Şekil 3.3. Şişme dalga şekli ....................................................................................... 12
Şekil 3.4.Güç faktörü ve faz kayması (güç faktörü=cosø ) ..................................... 20
Şekil 3.5.Kompanse edilmemiş yük ......................................................................... 21
Şekil 3.6.Güç üçgeni .................................................................................................. 22
Şekil 3.7. Yükün reaktif güç kompanzasyonu. ........................................................... 22 Şekil 4.1. DVR şeması ................................................................................................................. 27
Şekil 4.2. UPQ şeması ................................................................................................................. 28
Şekil 4.3. D-STATCOM konfigürasyonu ............................................................................... 29
Şekil 4.4. D-STATCOM’lu bir güç sisteminin tek fazlı devresi .................................... 30
Şekil 4.5. Şebeke ağı ile birleştirilen D-STATCOM temel yapısı ................................. 32
Şekil 4.6.D-STATCOM’un V karakteristikleri..................................................................... 33
Şekil 4.7. Kompanzasyonsuz devre ve fazör şeması ...................................................... 34
Şekil 4.8. Kompanzasyonlu devre ve fazör şeması ......................................................... 35
Şekil 4.9.Kompanzasyonsuz devre ve fazör şeması ....................................................... 35
Şekil 4.10. Kompanzasyon serisinden sonra devre ve fazör şeması ........................ 36
Şekil 4.11. D-STATCOM temel modeli .................................................................................. 37
Şekil 4.12. PI regülatörü ............................................................................................................ 40
Şekil 4.13. Regülatör sisteminin blok şeması ................................................................... 41 Şekil 5.1. D-STATCOM ile üç fazlı test edilmiş sistemin tek hatlı şeması ............... 42 Şekil 5.2. Güç sistemi MATLAB/Simulink modeli ........................................................... 43 Şekil 5.3. Simülasyon periyodu sırasında güç kaynağı gerilimi dalga şekli
(D-STATCOM olmadan) ......................................................................................... 44 Şekil 5.4. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli(D-STATCOM
olmadan) ..................................................................................................................... 44 Şekil 5.5. Simülasyon periyodu sırasında güç kaynağı gerilimi dalga şekli
(D-STATCOM ile) ...................................................................................................... 45 Şekil 5.6. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli
(D-STATCOM ile) ...................................................................................................... 45 Şekil 5.7. Simülasyon periyodu sırasında güç kaynağı gerilimi dalga şekli. .......476 Şekil 5.8. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli ......................... 46 Şekil 5.9. Tek fazlı D-STATCOM akımı (kapalı) ................................................................ 47 Şekil 5.10. D-STATCOM ile tek faz akımı dalga şekli ...................................................... 47 Şekil 5.11. P&Q tek fazlı D-STATCOM akım ve gerilim dalga şekilleri(KAPALI
modda) ......................................................................................................................... 47 Şekil 5.12. P&Q tek fazlı D-STATCOM akım ve gerilim dalga biçimleri (AÇIK
modda) ......................................................................................................................... 48 Şekil 5.13. Yük aktif ve reaktif güç büyüklüğü (MW ve MVAR)(D-
STATCOMolmadan) ................................................................................................. 48 Şekil 5.14. Yük aktif ve reaktif güç büyüklüğü (MW ve MVAR)(D-STATCOM ile)
......................................................................................................................................... 49 Şekil 5.15. D-STATCOM olmadan kaynak ve yük gerilim büyüklüğü ...................... 49 Şekil 5.16. Kaynak ve yük gerilim büyüklüğü (D-STATCOM ile) ............................... 50
Şekil 5.17. Simülasyon periyodu sırasında yük düğümü tek fazlı gerilim dalga şekli(D-STATCOM olmadan)................................................................................ 50
vii
Şekil 5.18. Simülasyon periyodu sırasında yük düğümü tek fazlı gerilim dalga şekli (D-STATCOM ile)......................................................................................... 51
Şekil 5.19. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli (D-STATCOM ile) ................................................................................................... 51
viii
ÇİZELGELER DİZİNİ
Sayfa Çizelge 3.1. Güç kalitesi problemleri ve sebepleri ................................................. 25
ix
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ASD Ayarlanabilir Hız Sürücüleri BL Yük Geçirim D-STATCOM DağıtımStatikSenkronKompanzatörü DVR DinamikGerilimDüzenleyici FACTS Esnek Alternatif Akım iletim Sistemleri GL Yük Kondüktansı GTO Kapıdan Kesmeli Tristör IGBT Kapıdan Yalıtılmış İki KutupluTristör Imax Maksimum akım Iq D-STATCOM çıkış akımı IS Kaynak akımı p.f Güç faktörü P Aktif güç PCC Ortak bağlantı noktasi PI Oransalİntegral PWM Darbe Genişlik Modülasyonu p.u Değişim miktarı Q D-STATCOM’un Reaktif Gücü
RMS Etkin değer S Görünür güç Ssh D-STATCOM kompleks gücü STATKOM Statik Senkron Kompanzatör T Zaman periyodu UPQC BirleşikGüçKalitesiDüzenleyicisi UPS Kesintisiz güç kaynağı Vi İnvertör çıkış voltajı Vmax Maksimum gerilim
Vs Kaynak voltajı Vsag Çökme Gerilimi Vsh D-STATCOM çıkış gücü gerilimi VSI Gerilimkaynağıinvertörü VSC Gerilim Kaynak Dönüştürücü Vt Sistem gerilimi W Açısal frekans Y Admitans
ZF Hataempedansı Zs Kaynakempedansı θ Gerilim ve akım arasındaki açı
1
1.GİRİŞ
Güç kalitesi, elektrik mühendisliği alanında 1970’lerde ortaya çıkmaya başlamış
olan bir konu ve çalışma alanıdır. Giderek artmakta olan, “kirletici” elektrik
yüklerinin yayılması, güce olan talepteki artış ve endüstrideki seri büyüme
sebebi ile son zamanlarda bu alana ilgiartmaya başlamıştır.Güç kalitesinin en
önemli hedeflerinden biri, kritik yükleri beslemek amacı ile elektrik
sistemlerinde sinüsoidal, stabil, güvenilir, düzenli ve kesintisiz bir voltaj formu
oluşturabilmektir.Kritik yükbir ekipmanın yetersiz olarak çalıştığında ortaya
çıkarttığı yüksek kayıptır ve düşük kaliteli bir akım besleyici bu duruma sebep
olabilir.Örneğin, hayati bilgilerin kaybı, pahalı bir endüstriyel süreçte kesinti,
ürünlerde düşük kalite veya hasara, ayrıca hava trafiği kontrolü gibi önemli
iletişimlerin kesintisi, güvenlik ünitelerinin ve finansal bilgilerin aksamasına
sebep olabilmektedir.
Kritik süreçlerdeki büyük artış, yüksek kalitede ve güvenli gücün
garantilenmesine olan gerekliliğ, pek çok medikal,iletişimle alakalı ve
endüstriyel prosedürde önemli görevleri karşılamak için zorunlu
kılmaktadır(González ve Cárdenas 2010).Güç kalitesi ile ilgili olan bir diğer güç
sistemi problemi de gerilim çökmesidir.Güç kalitesi problemlerinin %80 kadarı
gerilim çökmesi ile alakalıdır. IEEE standardı 1159-1995’e göre, gerilim
çökmesi, yarı çevirimden bir dakikaya kadar süre ile güç frekansındaki efektif
gerilimin %10 - %90’lık geçici bir düşüşe uğramasıdır. Gerilim çökmesine, güç
sistemlerinde kısa devre, ani yük değişimleri gibi çeşitli durumlar sebep
olmaktadır (González ve Cárdenas 2010).Gerilim çökmesinin doğasından dolayı,
bu olay geçici kategoride yer almaktadır.
Gerilim çökmesineneden olan sebepler, ayrıca düşük veya orta frekans geçişi
olarak da sınıflandırılır. Günümüzde, endüstrilerde hassas ekipmanlar
kullanılmakta ve güç sistemlerinde gerilim çökmesikabul edilebilir bir durum
değildir. Gerilim çökmesini azaltmak için kullanılan çeşitli yöntemler
mevcuttur.Bazı yöntemlerde, gerilim ve akım kaynağına göre dengeleyiciler
kullanılmaktadır (Song, 1999). Diğer düzenleyicilerden biri, D-Statcom’dur
2
(Distribution Synchronous Static Compensators) bunasenkron statik dağılım
düzenleyici de denebilir.
Paralel gerilim düzenleyici, gerilim çökmelerini azaltmak amacı ile
kullanılmaktadır(Masdi,2004).Ayrıca, yüklerin harmonik akımlarının
hafifletilmesi yanı sıra, aktif ve reaktif güç salınımlarının azaltılması için de
kullanılabilmektedir (Blazic, 2006).Endüstriyel uygulamalardaki güç kalitesi
problemleri, gerilim çökme ve şişmeleri, kesintiler, harmonik bozulmalar,
titreşimler gibi çok sayıda sorunu kapsamaktadır.Bu problemleri çözmek için,
çeşitli özel güç aygıtları geliştirilmiştir.Dağıtım sistemlerindeki güç kalitesi
problemlerini çözmek için genellikle bir şönt kompanzasyon aygıtı kullanılır.D-
Statcom’un ana avantajı, oldukça karmaşık bir güç elektroniğine dayalı kontrolü
olması sebebi ile efektif bir şekilde akım sağlamasıdır.İkinci avantajı da yetersiz
güç faktörü etkisinin iptali, yük akımlarındaki harmonik içerik etkisinin
bastırılması,dağıtma çubuğunun gerilimini çökme/şişme benzeri durumlara
karşı regüle etmesi, yükün reaktif güç gereksinimini dengelemesi gibi çeşit çeşit
uygulamasının bulunmasıdır.
Bu tez çalışmasında, güç sistemlerinin kalıcı hal çalışmalarının iyileştirilmesi
için Dağıtım Sistemi Statik Kompansatörü (D-STATCOM) modelinin
geliştirilmesi çalışılmıştır.
Tezde D-STATCOM’a genel olarak bakılmış ve geniş literatür araştırması detaylı
bir biçimde anlatılmıştır.D-STATCOM’un devre konfigürasyonu, temel
fonksiyonlar ve matematiksel formülasyonları verilmiştir.D-STATCOM’un iletim
hatlarındaki güç akışı üzerindeki etkisi matematiksel ve grafiksel olarak
incelenmiş ve D-STATCOM modelinde değişik kontrolcüler kullanılarak
performansları karşılaştırılmıştır. Güç kalitesi problemlerine bağlı gerilim
çökmesi/şişmesi terimleri tanımlanmış ve güç kalitesi problemlerinin sebep ve
karakteristikleri analiz edilerek bu problemleri azaltma yöntemleri
tartışılmıştır.D-STATCOM bileşenlerinin güç sistem parametreleri,
SIMULINK/MATLAB programında üç aşamalı test edilmiş, sistem tek hatlı şema
için kullanılmış ve sonuçlar tartışılmıştır.Tez çalışmasının sonuç ve öneriler
3
bölümünde, çalışmada elde edilen önemli sonuçlar açıklanmış ve D-STATCOM
ile ilgili gelecekte çalışılabilecek konular sunulmuştur.
4
2.KAYNAK ÖZETLERİ
Ajami vd. (2009),tarafından yapılan çalışmada seri kompanzasyonlu iletim
sistemlerindeki burulma osilasyonlarının analizi ve sönümlenmesi
açıklanmakta, üç kademeli STATCOM kontrolü için melez Bulanık/LQR
(Doğrusal Karesel Kompenzatör) kontrol yöntemi anlatılmakta ve alt senkron
rezonansından (SSR) kaynaklanan sönümleme osilasyonlarına tatbik
edilmektedir.
Farahani vd. (2009),yaptıkları çalışmadabir STATCOM’a teçhiz edilen tek
makineli sonsuz bağlantılı güç sisteminde düşük frekanslı osilasyonları artırmak
amacıyla STATCOM’un tatbikini açıklamaktadırlar. STATCOM, düşük frekanslı
osilasyonların sönümlenmesi için düşünüldüğünden, belirlenen amaca ulaşmak
için STATCOM benzeri güç sistemi stabilizatörünü temel alan takviye
sönümleme kontrolörü tasarlanmıştır. STATCOM ilave sönümleyici kontrolör
tasarlamak amacıyla Bulanık Mantık ve Genetik Algoritmalarınoptimizasyonu
gibi yapay zekâ yöntemleri değerlendirilmektedir. Bu yöntemlerin etkinliğini
göstermek ve STATCOM’a dayalı güç sistemi osilasyonlarını sönümleme
karakteristikleri bakımından bu iki yöntemi karşılaştırmak amacıyla, önerilen
yöntemler tatbik edilmiş ve simüle edilmiştir.
Babyvd. (2009),yaptıkları çalışmada TCSC’nin, güç sistemlerinin süreksiz
kararlılığını artırmaya ilişkin değişken empedans yeteneğini açıklamaktadırlar.
Simülasyon sonuçları, sabit empedanslı TCSC ile karşılaştırıldığında, TCSC’nin
değişken empedansının süreksiz kararlılık sınırında iyileşme sağladığını
göstermektedir.
Nwohu (2009), yaptığı çalışmadastatik VAR Kompanzatörün (SVC) bir güç
sisteminin gerilim kararlılığına etkilerini araştırmıştır.
Subir ve Roy (2010), yaptıkları çalışmada bulanık mantık tabanlı FACTS
(STATCOM) Kontrolör kullanarak güç sisteminin dinamik kararlılığının
iyileşmesi amacıyla STATCOM kontrolör kullanarak güç sisteminin düşük
5
frekanslı osilasyonlarını sönümlemek için bulanık mantığa dayalı yeni bir
kontrol yöntemini tanıtmışlardır.
Kumakratug(2010), yaptığı çalışmadagüç sisteminin süreksiz kararlılığını
artırmak için SSSC’yi tatbik etmektedir. SSSC’nin süreksiz kararlılığa etkisini
doğrulamak amacıyla, bir SSSC’nin Matematiksel modeli ve kontrolü
sunulmaktadır.
Chaudhari vd. (2011), yaptıkları çalışmada bulanık mantık tabanlı FACTS
(STATCOM) kontrolör kullanarak güç sisteminin dinamik kararlılığının SVC’nin
ve STATCOM’un elektrikli sistemlerdeki davranışlarının incelemesine, dinamik
çalışmalarına yönelik modellere ve bu cihazların kararlı durum gerilimi ve
süreksiz gerilim kararlılığına etkilerine yer vermektedir. Çalışmada, ağ dayanımı
bakımından SVC’nin ve STATCOM’un etkisini ortaya koyan hassasiyet analizleri
yer almaktadır.
Mark (2011), yaptığı çalışmadastatik senkron kompanzatörün (STATCOM)
kayıplı elektrik sistemlerindeki etkisini incelemektedir. Örnek çalışma için,
Nijerya ana elektrik şebekesinin kuzeybatısı seçilmiştir. İletim kayıplarını en aza
indirgemek ve gerilim kararlılığını artırmak için FACTS cihazı etkili bir çözüm
önerilmektedir.
Lokman vd. (2011), yaptıklarıçalışmada, Birleştirilmiş Güç Akış Kontrolörü
(UPFC) tabanlı sönümleme kontrolörünün, Irak Ulusal Ana Şebeke Sisteminde
(INSGS) dinamik kararlılığı artıracağını ileri sürmüşlerdir. Simülasyon sonuçları
UPFC’nin düşük frekanslı osilasyonları sönümlemede INSGS ile başarılı bir
şekilde çalışabileceğini ortaya koymuştur.
Mohanavel ve Raghavendiran (2013), yaptıkları çalışmada bir Birleştirilmiş Güç
Akış Kontrolörü (UPFC) için bulanık mantık kontrolörü geliştirmişlerdir. Bunun
bir güç şebekesinde uygulanabilir olduğu ortaya konularak, yazılım
simülasyonu ile UPFC’nin bulanık mantık kontrolü bulunan ve bulunmayan
sistemin süreksiz kararlılığını iyileştirme özelliği test edilmiştir.
6
Göres(2014), Tasarlanan D-STATKOM üç seviyeli diyot kenetlemeli invertör
yapısında ve invertör kısmı faz kaydırmalı taşıyıcıya sahip sinüsoidal darbe
genişlik modülasyonu (CPS-SPWM) ile sürülmektedir. D-STATKOM kontrol
ünitesi senkron referans çatı altında, doğru akım hat (DA-hat) gerilimi
denetleyici, alternatif (AA) gerilim denetleyici ve akım denetleyici olmak üzere
üç alt kontrol ünitesinden oluşmaktadır. D-STATKOM gerilim regülasyonu daha
sonra da yük kompanzasyonu için modellenmiştir.Bu modellerde klasik PI, 25
kurallı ve 49 kurallı bulanık PI denetleyicilerin performansları oturma zamanına
göre karşılaştırılmıştır.Gerilim regülasyonu modelinde, DA-hat geriliminin
düzenlemesi ve ortak bağlantı noktası (OBN) geriliminin düzenlemesi için en
geçerli performans 49 kural tabanlı bulanık PI kontrolörle sağlandığı
gözlemlenmiştir. Ancak yük kompanzasyonu modelinde DA-hat gerilimi
düzenlenmesi için 25 ve 49 kural tabanlı bulanık PI kontrolörlerin klasik PI
kontrolörden daha iyi performans gösterdiği sergilenmiştir
Muhammad(2014),Günümüzde enerji gereksinimin sürekli arttığı, yeni enerji
santrallerinin devreye alınmasına ek olarak mevcut enerji iletim ve dağıtım
sistemlerinde enerji verimliliğinin artırılması büyük önem arz etmektedir. Bu
yüzden iletim ve dağıtım sistemlerinde FACTS ve özel güç cihazları son
zamanlarda yaygın bir kullanım alanı bulmuştur. Süreksiz Darbe Genişlik
Modülasyon Yöntemleri (DPWM) motor sürücülerinde uzun zamandan beri
uygulamaya konan enerji verimli bir PWM yöntemidir. DPWM yöntemi bugüne
kadar D-STATKOM'da denenmemiş olan bir yöntemdir. D-STATKOM'un dış
denetimi için faz açı denetim algoritması kullanılmıştır. Süreksiz PWM
yöntemleri bu algoritmaya uyum sağlatılarak benzetimler gerçekleştirilmiştir.
Benzetim çalışmalarında modülasyon indeksi ve anahtarlama frekansı
değiştirilerek D-STATKOM'unkapasitif ve endüktif çalışmadaki güç kayıpları,
harmonik durumları ve reaktif güç kompanzasyon performansı incelenmiş ve
karşılaştırmalı olarak irdelenmiştir. Yapılan tüm bu çalışmalar D-STATKOM
anahtarlama güç kayıplarının DPWM yöntemleri ile %50'ye kadar azaltılması
mümkün olduğunu göstermiştir.
7
Ay(2015),bu tez çalışmasında, İstanbul bölgesindeki Türkiye Elektrik İletim
Anonim Şirketi (TEİAŞ) 1. İletim Tesis ve İşletme Grup Müdürlüğünce yürütülen
154 kV İkitelli-Yenibosna 1-2 çift devre havai iletim hattı, işletmeci verileri ile
PSCAD/EMTDC içerisinde yer alan hat sabitleri alt programı kullanılarak
modellenmiştir. Ek olarak, PSCAD/EMTDC' de hazır modülde yer alan ve FACTS
aygıtı olan, üç fazlı 6-darbeli Statik Senkron Kompanzatör (STATCOM)
kompanzasyon amacıyla uygulanmıştır. PSCAD/EMTDC programının grafiksel
ara yüzü kullanılarak ortaya çıkarılan iletken modeli ve STATCOM prototipinin
performansı gözlemlenmiştir. Bilgisayar benzetim programının çıktıları,
STATCOM' un gerilim regülasyonu ve yüklerin kompanzasyonundabüyük önem
arz etmekte ve iletilebilir aktif güç miktarını arttırdığını göstermektedir.
8
3. GÜÇ KALİTESİ ŞARTLARI VE ÖNLEMLER
3.1. Gerilim Çökmesi Konsepti
Gerilim çökmesi, hassas ekipmanların arızalanmasına ve işlemlerin kesilerek
kötü souçların ortaya çıkmasına sebep olan ve sistem güvenilirliğine zarar veren
yaygın görülen bir güç kalitesi problemidir.Gerilim çökmeleri genel olarak iletim
veya dağıtım sisteminde oluşan bir hatadan dolayı meydana gelir.Güç hattı
arızaları, hayvanlardan kaynaklı, arabaların elektrik direklerine çarpması veya
güç hatlarına yıldırım düşmesi gibi sebeplerle ortaya çıkabilmektedir.Uygun
bakım ve topraklama, paratoner yerleştirme gibi önlemlerle hatalar en aza
indirilebiliyor olsa bile, bu olaylar asla tam olarak önlenemez (Sundaram,
2000).Gerilim büyüklüğü, güç kaynağının kalitesini belirleyen parametrelerden
biridir.Gerilim büyüklüğündeki bir düşüş, günümüzde ana güç problemlerinden
biri sayılan gerilim çökmesine sebep olabilmektedir. Gerilim çökmesi, nominal
frekanstaki şebeke gerilimi efektif değerinin (0,1 pu – 0,9 pu) kısa süreli
düşmesi (0,5 – 30 periyot) olayına denir (IEEE_Std.1159 2009). Gerilim
çökmesi, ekipman ile güç kaynağı arasındaki bir uyum problemi olarak da ele
alınabilir.Yeni bir ekipman kurulurken, ekipman hassaslığının güç kaynağı
performansı ile karşılaştırılması gerekmekte ve sistemin bir parçasında her
problem olduğunda, hassas yükleri etkilemektedir (Chouhy, 2007).Güç
sisteminin hataları, sadece gerilim büyüklüğünde bir düşüşe sebep olmakla
kalmayıp, gerilimin faz açısında da değişikliğe sebep olmaktadır.Gerilim
çökmesi süresi, arıza giderme süresine bağlı olarak
değişmektedir.Parametreler; gerilim çökme büyüklüğünü, süresini ve faz açısı
oynamalarını karakterize etmek için kullanılır.Gerilim çökme süresi genellikle
arızaların giderilme süresine bağlıdır. RMS gerilimi keskin olarak
değişemeyeceğinden, 0,9 pu gerilim eşiğidir ve bunun altında gerilim
çökmesinin süresi ölçülür. Şekil3.1’de 50 ms’lik sürede, birim başına 0,29 gibi
düşük bir büyüklük ile karakterize edilen üç fazlı bir gerilim çökmesi
gösterilmektedir (Carvalho vd.,2008).Çökmenin büyüklüğü ve süresi normalde
ekipman uyumluluğu çizelgeleri ve endekslerinin geliştirilmesi için kullanılır.
9
Faz açısı atlamaları, üç fazlı dengesizlik, çökme dalga noktası ve geri kazanım
gibi diğer gerilim çökmesi karakteristikleri de ayrıca gerilim çökmesi için
ekipman duyarlılığını değerlendirmek açısından oldukça önemlidir (Bollen,
2000).Çökme büyüklüğü, süresi ve sıklığı gerilim çökme endekslerinin
hesaplanmasında kullanılan en yaygın parametrelerdendir.
Şekil 3.1. Büyüklük ve süreye göre gerilim çökmesi karakterizasyonu (Carvalho vd., 2008).
Gerilim çökmesi, hassas ekipmanların arızalanmasına ve bazı işlemlerin yarıda
kesilmesine sebep olarak, özellikle yüksek teknoloji kullanılan tesislerde,
yüksek derecede istenmeyen bir durumdur. Ancak, dağıtım seviyesindeki yükler
genellikle çeşitli nedenlerle sık sık gerilim düşmelerine tabi olurlar (Aung ve
Milanovic, 2006).
3.2. Gerilim Çökmesi Sebepleri
Büyük güçlü motorların kalkışı, tedarik ağı şebekesindeki arıza ve son kullanıcı
ekipmanlarının iç akım besleyicilerindeki arızalar olmak üzere bu üç ana
durum, elektrikli güç sistemlerinde gerilim çökmesinin ana sebeplerindendir.
Şebeke sistemlerinden kaynaklanan gerilim çökmeleri aşağıdaki gibidir
(Muhammad, 2014).
Devre kesicilerin operasyonları,
Ekipman arızası,
Kötü hava koşulları,
Hayvanlar ve kuşlar.
10
3.2.1. Devre kesicilerin operasyonları
Bir trafo attığında, beslediği hat bir süreliğine geçici olarak kesilmiş
olacaktır.Aynı trafodaki tüm diğer besleyici hatlar, bu gerilim çökmesi
durumuna maruz kalacaktır ve bu, diğer hatlardaki diğer yüklere de
dağıtılacaktır.Gerilim çökmesinin derinliği, besleme hattının gerilimine ve
arızanın olduğu yerden uzaklığına bağlıdır.Yüksek çökmeler genellikle yüksek
besleme geriliminde yer alırlar.
3.2.2. Ekipman arızası
Eğer bir elektrik ekipmanı aşırı yükleniyorsa veya kablo arızası ile karşı
karşıyaysa, trafoda koruyucu ekipmanlar çalışacaktır ve şebeke sistemindeki
diğer besleyicilerde de böyle bir durumda gerilim çökmesi
gözlemlenebilmektedir.
3.2.3. Kötü hava koşulları
Gök gürültüsü, fırtına ve yıldırımın gözlemlendiği kötü havalar, önemli sayıda
gerilim çökmesine sebep olabilmektedir.Eğer yıldırım güç hattına düşer ve
topraklamaya doğru devam ederse, topraklama arızasına giden bir hat
oluşturur.Topraklama arızasının meydana gelmesi, gerilim çökmesine sebebiyet
verir.
3.2.4. Hayvanlar ve kuşlar
Maymun, sincap, yılan gibi iletim hattına asılan veya transformatörlerin içine
sıkışabilen hayvanlar, fazlar arası veya faz ile toprak arası kısa devreye sebep
olabilmektedirler.Şebeke direklerine çarpan araçlar bile koruyucu düzeneğe
hasar vererek gerilim çökmesine sebep olabilirler.
11
3.3. Gerilim Çökmesinin Endüstriyel Ekipmanlara Etkisi
Sanayi sektöründe yüksek kaliteli elektrik enerjisi tercih edilmektedir.Bunun
sebebi, gerilim çökmelerinin kolaylıkla hassas yüklerin çalışmasını
bozabilmesidir.Eğer yüklerde herhangi bir güç azalması gerçekleşirse,
mikrodenetleyiciler, bilgisayarlar ve motorlar gibi ürün ve ekipmanlar hasar
görebilmektedirler.Gerilim çökmesi oluştuğunda, bilgisayarlarda veri kaybı
yaşanabilmektedir.Bu problem ciddiyetle ele alınmadığı zaman, üretimin
durmasına ve ekipmanın ciddi hasar görmesine sebep olabilmektedir.
Gerilim çökmesi oluşumu, bir yandan hassas yüklerin performansını
etkileyerek, bir yandan da finansal kayıplara yol açabilmektedir.Süreç kontrol
aygıtları gerilim çökmelerine karşı duyarlı olabilmektedirler.Endüstriyel
ekipmanlarda gerçekleşen bu kesintiler, geri başlatmanın çok pahalı olmasına
ve üretimin durdurulmasına sebep olabilmektedir (Mokhtari, 2014).Dağıtım
sisteminin radyal modelinde gerilim çökmesinin miktarını belirlemek için,
Şekil3.2’de gösterildiği gibi bir bölücü modeli kullanılabilir.Bu şekilde Zs, ortak
bağlantı noktasında (PCC) empedans kaynağı, ZF ise PCC ile arıza noktası
arasındaki empedanstır.
Şekil 3.2. Çökme büyüklüğü hesabı için gerilim bölücü modeli (Vsag = gerilim çökmesi)
Arıza öncesi ve sırasındaki yük ihmal edilebilir, böylelikle PCC’deki gerilim,
Denklem 3.1 ile hesaplanabilir.
12
F
F
ZVsag
Z ZS
E (3.1)
Olay öncesi gerilimin tam olarak 1 pu olduğu varsayıldığındaE = 1olacaktır. Bu,
çökme büyüklüğü Denklem 3.2ile bulunmaktadır.
F
F
ZVsag
Z ZS
(3.2)
3.4. Gerilim Şişmesi Konsepti
Şekil3.3’te gösterildiği gibi şişme, RMS geriliminde güç frekansının 1,1 pu ve 1,8
pu arası olup, yarı çevirimden bir dakikaya kadar sürebilen artışlara
denmektedir(IEEE Standartları 1159-1995’e göre belirlenmiştir). Bu artış veri
kaybına, ekran titremesi ve ışıklanmasına ve hassas ekipmanın durması ve
hasarına sebep olmaktadır (Dungan vd., 2012).
Şekil 3.3. Şişme dalga şekli
Şişmeler, büyüklükleri (RMS) ve sürelerine göre karakterize edilirler.Arızalı bir
durumda ortaya çıkan şişmenin ciddiyeti, arızalı bölge, sistem empedansı ve
topraklama fonksiyonudur. Topraklanmamış bir sistemde, sonsuz sıfır sekans
empedans ile hattopraklama arası gerilimler; topraklamasız fazlarda SGU arıza
durumunda 1,73 pu olacaktır. Topraklamalı bir sistemde trafoya yakın olarak,
trafo transformatörünün genellikle üçgen-yıldız şeklinde bağlı olmasından
dolayı arıza akımına düşük-empedans sıfırsekans sağlayacağı için, arızasız
13
fazlarda ya çok az gerilim yükselmesi olur veya hiç olmaz (Dugan vd.,1996).
Eğer şişmeler zirve olarak çok yükseklere gelirse, elektrik ekipmanına hasar
verebilirler. Şebekenin gerilim regüle etme ekipmanı, tüm şişme veya çökmeleri
engelleyecek kadar hızlı çalışmayabilir. Gerilim şişmesi, gerilim değerlerindeki
kısa süreli artıştır.İki dakikadan fazla süren gerilim şişmeleri, aşırı yüklenme
olarak sınıflandırılır.Gerilim şişmeleri ve aşırı yüklenmeler genellikle güç
hattındaki büyük yük değişimlerinden kaynaklanırlar.
3.5. Güç Kalitesinin Tanımı
Güç kalitesi, farklı kişiler için farklı anlamlar ifade eden bir terimdir. Elektrik
Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE) IEEE1100 standardı, güç kalitesini,
“hassas elektronik ekipmanı, ekipmana uygun olacak şekilde topraklama ve
uygun olacak şekilde güç verme konsepti” olarak tanımlamaktadır. Bu tanım ne
kadar doğru gözükse de, güç kalitesinin “hassas elektronik ekipman” ile
sınırlandırılması bir ters düşme noktası olarak kabul edilebilir. Güç kalitesine
karşı veya daha uygun olacak şekilde, güç kalitesinin eksikliğine karşı duyarlı
olan elektrik ekipmanları, görünüşte sınırsız olan bir etki alanı içerisine
düşecektir.Elektrikli aletlerin tamamı, bir veya daha fazla güç kalitesi
problemine maruz kaldığı zaman arıza göstermeye yatkındır. Bahsedilen
elektrikli alet bir motor, transformatör, jeneratör, bilgisayar, yazıcı, iletişim
aracı veya ev aleti olabilir. Bu aletlerin tamamı ve diğerleri, güç kalitesi
sorunlarının şiddetine bağlı olarak olumsuz tepki gösterirler. Daha basit ve
muhtemelen daha özlü bir tanım şu şekilde olabilir: Güç kalitesi, bir ekipmanın,
yaşam beklentisi veya performansında önemli bir kayıp olmadan, amaçlanan
şekilde işleyebilmesine izin veren elektrik sınırları kümesidir. Bu tanım, bir
elektrikli aletten istediğimiz iki şeyi kapsar. Bunlar performans ve yaşam
beklentisidir. Güç ile ilgili olarak her iki özellikten birinde bir sorun çıkması, güç
kalitesi ile ilgili bir kaygıdır (Sankaran, 2001). Güç kalitesi problemleri iletim
sistemi ile başlar ve dağıtım sisteminin sonundaki kullanıcılara kadar geçerli
kalır. Güç sistemlerindeki güç kalitesini karakterize eden terimler tanımlanmış
ve şu şekilde özetlenmiştir:
14
Geçici Dalgalar:
Geçici dalgalarbir kararlı işleyiş halinden diğerine geçiş sırasında kaybolan
sistem değişkenlerindeki değişiklik olarak tanımlanır ve darbesel geçici ve
salınımlı geçici olarak sınıflandırılabilirler. Darbesel geçiciler esas olarak güç
sistemine düşen yıldırımlardan kaynaklanmaktadır.Salınımlı geçicilerin tipik
sebepleri arasında kapasitör veya trafo enerjileme ve konvertör anahtarlama
vardır.Darbesel geçiciler ani bir şekilde gerçekleşerek gerilim ve akımda hızlı
bir yükseliş ve hızlı bir düşüş ile güç frekansı sahibi değilken, salınımlı
geçicilerin 500kHz’e kadar olan güç frekanslarında bir veya daha fazla
sinüsoidal içeriği vardır ve zamanla kaybolurlar
Kısa Süreli Gerilim Varyasyonları:
Kaynak geriliminde bir dakikayı geçmeyen arızalar, büyük ani akım sahibi olan
büyük yüklerin enerjilendirmesi veya seri bir şekilde yüklerin reaktif güç
taleplerini çeşitlendirmesi sebebiyle ortaya çıkan varyasyonlardır. Bunlar,
gerilim çökmeleri, gerilim şişmeleri ve kesinti olarak sınıflandırılırlar.
Uzun Süreli Gerilim Varyasyonları:
Bir dakikayı geçtiği için temel frekanstaki gerilimde aşırı gerilim, düşük gerilim
ve aralıksız kesinti gibi RMS varyasyonları olarak tanımlanır. Aşırı gerilimin
veya düşük gerilimin nedenleri, yetersiz güç faktörüne sahip büyük bir yükün
açılıp kapanması veya büyük kapasitör bank veya reaktörlerinin
enerjilendirilmesi olabilmektedir.
Gerilim Dengesizliği:
Bu durum, besleyicinin üç faz geriliminin büyüklük olarak eşit olmamasıdır.
Birincil nedeni tek fazlı yüklerdir.
Dalga Bozulmaları:
ideal bir sinüs dalgasından bir akım dalgası veya gerilimdeki kararlı durum
sapmaları olarak tanımlanır. Bu bozulmalar;DCofset, harmonikler ve çentikler
olarak sınıflandırılır.Güç sistemlerinde DCofsetlerinin sebebi özellikle daha
yüksek ve yarı-dalga rektifikasyonlarda manyetik bozulmalardır. Bunlar, ısınma
15
ile sonuçlanacak şekilde transformatörde akı zirve değerini arttırabilir. UPS gibi
güç elektroniği aygıtları, ayarlanabilir hız sürücüleri güç sistemlerinde
harmoniklere sebep olmaktadırlar. Çentikler, bir fazdan diğerine geçiş sırasında
güç konvertörlerinin operasyonlarından kaynaklı olarak ortaya çıkan periyodik
gerilim bozulmalarıdır.
Gerilim Dalgalanmaları:
Besleme gerilimindeki seri, sistematik ve rastgele varyasyonlar olarak
tanımlanırlar. Bunlar, “Gerilim Titreşmeleri” olarak da bilinirler.Ark ocakları
gibi yetersiz güç faktörüne sahip yüklerin akım büyüklüklerindeki büyük ve seri
varyasyonlardan kaynaklanırlar.Yük akımındaki bu büyük varyasyonlar,
besleme çubuğu çok sert olmadığı sürece, besleme geriliminde ciddi ani
düşmelere sebep olur.
Güç Frekansı Varyasyonları:
Bunlar, nispeten düşük atalet sistemine bağlı olan tarak çizgisi operasyonu gibi,
sisteme bağlı olan yükteki ani değişimlerden kaynaklanırlar. Frekans direkt
olarak jeneratörlerin dönme hızları ile alakalı olduğundan dolayı, güç
frekansında büyük varyasyonlar türbinin ömrünü azaltabilir.Mil üzerindeki
bıçaklar jeneratöre bağlıdır (Qiblawey ve Banat,2009).
3.6. Güç Enjeksiyonu Prensibi
İletim hattına enjekte edilen toplam görünür (kompleks) güç, aktif ve reaktif
olarak isimlendirilen iki bileşenden oluşmaktadır.Aktif güç P bileşeni, fiziksel
enerji formuna dönüştürülen gücün parçasıdır.Reaktif güç Q bileşeni,
günümüzde çoğu elektromanyetik güç konvertörleri için gerekli olan
vazgeçilmez manyetik alanın oluşturulmasına yardımcı olur.Endüstriyel ve
ticari cihazların büyük çoğunluğu AC kaynağına bağlı olan elektronik
konvertörlerin aktif ve reaktif güç gereksinimlerinin ikisine de ihtiyaç
duymaktadır.Reaktif güç, elektrikli alet ile alakalı olan güç ortamına bağlı olarak
absorbe edilebilir veya beslenebilir.Güç absorbe veya besleme bileşenleri, sırası
ile reaktörler ve kapasitörlerdir.Reaktörler, reaktif güç +Q’yu absorbe
16
ederler.Alınan güç, manyetik enerji olarak reaktörde depolanır. Bu sırada,
kapasitörler, ilişkili şarj plakaları ve kendi dielektrik ortamları içerisinde
elektrik yükü beslerler (Moradlou vd., 2011; Rodriguez vd., 2007). Uzun süre
boyunca, elektrik tüketicilerinin ana kaygısı, kaynağın devamlılığı iken, zamanla
bu güvenilirliğe dönüştü. Günümüzde, tüketiciler yalnızca güvenilirlik değil,
kalite de istemektedirler. Örneğin, büyük bir motor yükünü karşılayan baraya
bağlanan biri, motor her çalıştığında, ani gerilim depresyonlarına maruz
kalabilmektedir. Tüketicinin yükünün hassasiyetine bağlı olarak, bu gerilim
depresyonu, tüm tesisin çökmesine sebep olabilmekte ve kaynak kesintiye
uğramasa bile, tüketici bir bozulmayla karşı karşıya kalabilmektedir.Ayrıca
hastaneler, işleme tesisleri, hava trafiği kontrolü, finansal kurumlar gibi oldukça
hassas yük sahibi ve kesintisiz ve temiz güce ihtiyaç duyan kurumlar
bulunmaktadır.Güç kalitesine olan mevcut ilgiyi açıklamak için çeşitli sebepler
verilmiştir (Olguin, 2003).
Ekipmanlar, gerilim bozulmalarına karşı daha az dayanıklı hale gelmiştir.
Endüstriyel tüketiciler, güç kalitesi problemlerinin oluşturabileceği
ekonomik kayıpların daha çok farkındadır.
Ekipmanlar, gerilim bozulmalarına sebep olmaktadır. Gerilim
bozulmalarına karşı hassas olan ekipmanlar, genellikle başka gerilim
bozulmalarına da sebep olurlar. Bazı güç konvertörlerinin
problemlerinden biri budur.
Performans kriterlerine ihtiyaç vardır. Güç şirketlerinin işlerini ne kadar
iyi yaptıklarını değerlendirebilmek için, performans kriterlerine olan
ihtiyaç giderek artmaktadır. Bu, elektriğin üretim, aktarım ve dağıtımını
içeren zincirin tekelci kısmı için özellikle önemlidir. Devlet denetiminin
kısıtlandığı piyasalarda bile elektrik şirketlerinin sahip olduğu doğal
tekel, zorunlu kalite gereksinimlerinin karşılanmasını gerektirir.
Düzenleyici makamlar, güç kalitesi endeksleri açısından bir kalite
çerçevesi oluşturmak zorundadır.
Güç kaynağı kalitesi oldukça yükselmiştir. Endüstriyel ülkelerin çoğunda,
uzun kesintiler, nadir olaylar haline gelmiştir. Bunun sonucu olarak
17
dikkatler, kısa kesintiler, ani gerilim düşmeleri, harmonik bozulmalar
gibi ikincil problemlere yönelmektedir.
Güç kalitesi ölçülebilir. Kalite gözetimi yapılabilirliği, gerilim ve mevcut
kalitenin büyük ölçüde takip edilebilir olduğu anlamına gelmektedir.
3.7. Aktif, Reaktif ve Görünür Güç
Bir AC devresinde, gerilim ve akım doğal olarak sinüsoidal dalga şekline
sahiptir.Yani AC devrede gerilim ve akım genliği, zaman ile değişmektedir. Bir
elektrik devresinin üç ana bileşeni vardır.Rezistans, kondansatör ve indüktör.
Bu devre bileşenlerinin her birinin, devre üzerinde farklı karakteristiği ve
etkileri vardır.Bir rezistör, gerilim ve akım arasında bir değişme yaratmazken,
bir kondansatör ve endüktör, gerilim ve akım arasında 90 derecelik bir faz
kayması oluşturur.Tamamiyle rezistif bir yük olarak ortaya çıkan güç, gerçek
güç olarak bilinir ve watt ile ölçülür.Gücün bir diğer türü de, reaktif güç olarak
tanımlanır, endüktif veya kapasitif yük sonucu ortaya çıkan güçtür ve (VAR) ile
ölçülür.Kapasitif bir yükte, gerilim, akım dalga şeklini 90 derece geciktirir ve bu
negatif reaktif güç oluşumuna sebep olur.Endüktif bir yükte ise, bu durumun
tam tersi olarak pozitif reaktif güç oluşur.Bu negatif ve pozitif güç, endüktörler
reaktif gücü tükettiği, kondansatörler de reaktif güç ürettiği için oluşur. Her AC
sistemin açı çeşitleri gerilim ve akım arasında değişen doğru ve reaktif güç
kompozisyonu bulunmaktadır ( Moradlou vd., 2011)
3.8. Güç Kalitesi Koşulları
Güç kalitesi, tüm kullanım seviyelerindeki tüketiciler için giderek daha önemli
bir konu haline gelmektedir. Hem endüstriyel, hem de ticari sektörlerde ve ev
içerisinde, hassas ekipmanlar giderek yaygınlaşmıştır. Bu durumdan dolayı, güç
kalitesine karşı farkındalık seviyesi artmıştır. Elektrik şirketleri ve kullanıcılar
tarafından bir zamanlar kabul edilebilir görülen bu sorunlar, günümüzde
çoğunlukla bir problem olarak görülmektedir. Güç kalitesinde giderek artan bu
endişe için üç büyük sebep bulunmaktadır (Dugan vd., 2012; Stones ve
Collinson, 2001).
18
Mikroişlemci bazlı kontrolleri ile yeni jenerasyon ekipmanlar ve güç
cihazları, güç kalitesi varyasyonlarına karşı, geçmişte kullanılan
ekipmanlardan çok daha fazla hassastır.
Güç sistemi toplam verimliliğine karşı giderek artan olumlu gelişmeler,
kayıpları azaltmak için yüksek verimlilikli, ayarlanabilir motor sürücüleri
ve şönt kondansatörleri uygulamalarında sürekli bir büyüme ile
sonuçlanmıştır. Bu durum, güç sistemlerinde harmonik seviyelerin
artmasına neden olmuştur ve pek çok kişiyi sistem kapasitelerinin
gelecekteki etkileri ile ilgili endişeye düşürmüştür. Son kullanıcılar, güç
kalitesi sorunlarına karşı artan bir bilince sahiptir. Tüketiciler, ani
gerilim düşüşleri, harmonikler ve elektrik kesilmesi gibi konularla ilgili
artık daha rahat bilgi alabilmekte ve teslim edilen gücün kalitesinin
arttırılması için kurumlara tepki gösterebilmektedirler.
3.9. Elektrik Güç Kalitesinin Karakterizasyonu
Elektrik gücü kalitesi terimi, genel olarak ölçülen büyüklük ve frekansta
sinüsoidal güç dağılımı bara gerilimini koruma anlamına gelmektedir. Ek olarak,
tüketicilere sağlanan güç, güvenilirlik açısından da kesintisiz olmalıdır (Kusko
ve Thompson, 2007; Sarıbulut, 2012).
Güç kalitesi problemlerinin çoğu, dağıtım sistemlerinde ortaya çıkmaktadır.
Büyük şehirlerin çoğunda, dağıtım besleyicileri, iş merkezi bölgelerinde yer
altında bulunmakta, geriye kalan çoğu yerde ise yer üstünde, havada
bulunmaktadır. Sonuç olarak, bu hatlar kolaylıkla ağaçlar ile temas
edebilmektedir.Dahası, bu hatlara yıldırım isabet etmesi muhtemeldir ve kuşlar
ve diğer ufak hayvanların müdahelesine maruz kalmaktadırlar.Bunlara ek
olarak, dağıtım sistemleri, yükleri doğrudan beslemektedir. Yükler üzerinde
kontrol çok azdır.Dahası, büyük bir indüksiyon motorunun çalıştırılması,
sistemin diğer kısımlarında ani gerilim düşüşlerine sebep olan büyük bir ani
akıma sebep olabilmektedir. Bunlara ek olarak, yüklerin bazıları, dağıtım
kaynaklarında gereksiz güç kaybına sebep olan yetersiz güç faktörlerine
sahiptir.
19
Yukarıdaki açıklamalara dayanarak, güç kalitesinde bozulma sebeplerini iki
farklı kategoriye ayırabiliriz (Ghosh ve Ledwich, 2012). İlk kategori, şu doğal
sebepleri içermektedir:
Dağıtım kaynaklarında veya transmisyon hatlarındaki hatalar ve yıldırım
çarpmaları,
Fırtınalı hava koşullarında ağaç veya ağaç dallarının dağıtım
kaynaklarının üzerine düşmesi,
Ekipman hataları.
İkinci kategori, yük veya besleyici/transmisyon hattı operasyonlarındaki insan
kaynaklı hatalardan oluşmaktadır. Bunlardan bazıları:
Transformatör enerjilenmesi, kondansatör veya besleyici anahtarı,
Güç elektronik yükleri; kesintisiz güç kaynakları (UPS), ayarlanabilir hız
sürücüleri (ASD) gibi,
Ark ocakları ve endüksiyon ısıtma sistemleri,
Büyük yüklerin açılıp kapatılması vb.
3.10. Güç Faktörü
Güç faktörü, bir elektrik sistemini beslemek için gerekli olan reaktif gücün
miktarını ölçme yoludur. Reaktif güç, boşa giden elektrik enerjisini temsil
etmektedir. Çünkü işe yarar bir özelliği bulunmamaktadır.Endüktif yükler
reaktif güç gerektirmektedir ve endüstriyel tesislerde tüketilen gücün büyük bir
kısmını oluştururlar.Motorlar, transformatörler, florasan lambalar, kaynak
jeneratörleri ve endüksiyon ısıtma ocaklarının hepsinde reaktif güç
kullanılmaktadır.Tıpkı dönen bir alternatif akım ve gerilimin bir sinüs dalgası ile
temsil edilebildiği gibi, gerilim ve akım arasındaki faz farkı da, faz kayması
açısının kosinüsü ile temsil edilmektedir. Şekil3.4, gerilim ve akım arasındaki
güç faktörü ve faz kayması ilişkisini göstermektedir (Kennedy, 2000).
20
Şekil 3.4.Güç faktörü ve faz kayması (güç faktörü=cosø ) (Kennedy, 2000)
3.11. Güç Faktörünün Düzeltilmesi Konsepti
Güç faktörü düzeltme düşüncesi, yüke şönt ile bağlı olan kompansatör
yolundaki belirli yükün reaktif güç gerekliliğini dengelemektir.Bundan dolayı,
kaynak tarafında yük olabildiğince saf ve rezistif bir bileşen olarak
görülmektedir ve kompanse edilmiş yük için emilim veya üretim gerekliliği
bulunmamaktadır.Bu şekilde, kaynağın güç transfer kapasitesi arttırılmış
olur.Dahası, ekstra reaktif güç transferinden kaynaklanan kayıplar da ortadan
kalkacak ve verimlilik daha iyi olacaktır.Güç faktörü, aktif gücün (P) görünür
güce (S) oranıdır.Aslında, harmoniklerin bulunmadığı ideal bir durum; faz
gerilimi ve faz akımı arasındaki deplasman açısının kosinüsüne karşılık
gelmektedir. Bu ideal durumda, reaktif güç (Q), faz gerilimi ve faz akımı
arasındaki deplasman açısının sinüsü olarak tanımlanabilir (Acha vd., 2002;
Parlak, 2014).
Tek faz için:
Güç faktörü Cos Ø = p/s (3.3)
P = I×V×cosØ (3.4)
Q = V×I×sinØ (3.5)
Üç faz için:
P=3×(Iph×Vph)×cosØ (3.6)
Q=3×(Iph×Vph)×sinØ (3.7)
21
Rezistif ve endüktif bir yükün Şekil3.5’tekigibi bir IL akımını çekebileceği bir
bataryaya bağlı olduğunu göz önünde bulundurmak gerekir. Buna göre yük
admitansı Denklem 3.8’den hesaplanır.
l l lY G jB (3.8)
Şekil 3.5.Kompanse edilmemiş yük
Bu durumda, yük akımı ve görünür güç lI ve lS ,Denklem3.9 ve Denklem 3.10’a
göre hem aktif hem de reaktif bileşenlere sahiptir:
( )l l l l l R XI V G jB VG jVB I jI (3.9)
2 2
l l l l l lS VI V G jV B p jQ (3.10)
“V”, karşılık gelen baradaki gerilim fazörüdür. Akımın sadece gerçek bileşeni
kullanılmış olsa da, kaynak tarafından çekilen akım şu faktör ile daha büyüktür:
/ 1/ cosl R lI I (3.11)
Denklem 2.12’de, “cosØl”, görünür güç ve yükün gerçek gücü arasındaki
ilişkiden dolayı, güç faktörü olarak tanımlanmıştır.
cos /l l lP S (3.12)
Diğer bir deyişle, güç faktörü, diğer enerji formlarının elde edilmesi için
kullanılabilecek olan görünür gücün bir parçasıdır. Şekil3.6’da gösterildiği gibi
bir güç üçgeni, gerçek, reaktif ve görünür güç arasındaki ilişkiyi temsil
etmektedir.
22
Şekil 3.6.Güç üçgeni
Bu durumda, kaynak tarafındaki akım, yük akımı ve kompansatörakımının
toplamıdır (Şekil 3.7).
Şekil 3.7. Yükün reaktif güç kompanzasyonu
Yükü kompanse edebilmek için, kompansatör admitansı tamamen reaktiftir ve
yük reaktif admitansına negatif işaret ile eşittir. Böylelikle, kompansatör
admitansı:
c lY jB (3.13)
( ) ( )s l c l l lI I I V G jB V jB (3.14)
l RVG I (3-15)
Kompansatör akım ve güç olarak da hesaplanabilir:
c c lI VY jB (3.16)
2
c c c c lS p jQ VI jV B (3.17)
0cp ve 2
c l lQ V B Q (3.18)
23
Denklem3.16, Denklem 3.17 ve Denklem 3.18 kompansatörün sıfır aktif veya
gerçek gücü olduğunu (ideal olarak) ve yükün gerektirdiği reaktif akım ve
reaktif gücü beslediğini kanıtlamaktadır.
3.12. Güç Kalitesi Problemleri
Güç kalitesi, Elektrik Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE) (IEEE standardı
1547,2011) tarafından, “hassas elektronik ekipmanı, ekipmana uygun olacak
şekilde topraklama ve uygun olacak şekilde güç verme konsepti” olarak
tanımlanmıştır.“Güç kalitesi, bir ekipmanın, yaşam beklentisi veya
performansında önemli bir kayıp olmadan, amaçlanan şekilde işleyebilmesine
izin veren elektrik sınırları kümesidir.” şeklinde daha basit ve özlü bir tanım
yapılabilir (Ghosh ve Ledwich, 2012). İletim ve dağıtım seviyelerinde öncelikle
güç kalitesi, gerilimin + veya - %5’te kaldığını belirtir. Gerilim uyumsuzluğunun,
oluşma zamanıiçerisinde temizlenmesi tavsiye edilmektedir (Kennedy,
2000).Yetersiz güç kalitesi, elektronik aletin performansını ve ömür süresini
etkilemektedir. İkisi de kati bir şekilde, elektronik alete uygulanan gerilim, akım
ve frekansa bağlıdır (Ghosh ve Ledwich, 2002). Güç sisteminde, yetersiz yük güç
faktörü, yüklerdeki harmonik içerikler, yük gerilimlerinde DC kaymalar,
dengesiz yükler, kaynak gerilim bozulmaları, gerilim çökme ve şişmesi, en
büyük güç kalitesi problemlerindendir. Günümüzde en yaygın görülen güç
kalitesi problemi gerilim çökmesidir.Gerilim çökmesi, RMS gerilim
büyüklüğünde kısa süreli olarak oluşan düşüştür.Genellikle sadece iki
parametreye göre ayrılır; derinlik/büyüklük ve süre. Ani gerilim kesintisi,
nominal gerilimin %10 - %90’ı arasındadır (kalan gerilimin de %10 - %90’ına
karşılık gelir) ve yarı çevrimden bir dakikaya kadar sürer. Üç fazlı bir sistemde,
gerilim çökmesi doğal olarak üç fazlı bir olaydır ve fazlar arası ve faz ile
topraklama arası gerilimlerin ikisini de etkiler. Arızalar, kuvvetli akımlara sebep
olan tek fazlı veya çoklufazlı kısa devrelerdir. Kuvvetli akımlar, network
ampedansında gerilim düşüşüne sebep olur.Ani gerilim düşüşleri, en yaygın
görülen güç kalitesi problemlerinden biridir.Tabiki bir sanayi için kesinti, ani
düşüşlerden daha kötüdür. Ancak ani gerilim düşüşleri daha sık oluşmakta ve
ciddi problemler ile beraberinde ekonomik kayıpları getirmektedir.Kamu
24
tesisleri genellikle ana güç kalitesi problemi olarak son kullanıcı cihazlarındaki
bozukluklara odaklanmaktadır (Ravi ve Nagaraju, 2007). Ideal bir dağıtım
sisteminin, gerilim büyüklüğünün önceden belirlenen sınırların biraz içinde
kalabildiği temel frekansın tam sinüsoidal gerilim ve akım dalga formlarına
sahip olması beklenmektedir.Güç kalitesi problemlerinin büyük kısmı, özellikle
yeraltı kablolarındadeğil yer üstü sistemlerindeki dağıtım sistemi ağında
oluşmaktadır. Bu bozulmanın sebepleri arasında, fırtınalı havalar veya kuşların
konması sebebiyle hatların birbirleri ile temas etmesi, ağaç dallarının teması,
transformatör kaynaklı olarak hatların ayrılmasısayılabilir (Kennedy, 2000;
Short, 2005).
3.13. Güç Kalitesi Problemlerinin Sebepleri
Son zamanlarda yapılan bir ankete dayanarak, güç kalitesi problemleri; toprak
bağlantıları, topraklama, topraklama döngüleri ve toprak akımına bağlı
olduğunu ortaya koymuştur. Güç kalitesi sorunlarını bilebilmek için pek çok
elektronik test ekipmanı gerekmektedir. Güç kalitesi problemlerini
belirleyebilmek için gerekli olan belirti ve sebeplerin bazıları şunlardır (Çizelge
3.1):
Bir ekipmanın hergün aynı saatte doğru çalışmamaya devam etmesi,
Elektronik sistemlerin sık aralıklarla çalışmayı durdurması,
Fırtına sırasında elektronik ekipmanların çalışmaması,
Otomatikleştirilmiş sistemlerin sebep olmadan çalışmayı durdurması,
Disjonktörlerin aşırı yüklenme olmadığı durumlarda da arıza vermesi,
Bir elektronik cihazın, başka bir yere yerleştirilince çalışmaması, belirli
yerlerde çalışması (Zhang ve Hu, 2010).
25
Çizelge 3.1. Güç kalitesi problemleri ve sebepleri
Tipik Sebepler
Spesifik
Kategoriler
Tipik Sebep
Kategorileri
Yıldırım, transformatör enerjilenmesi, kapasitör anahtarlaması
Darbeli
Geçici
Hat veya kapasitör veya yük anahtarlaması Titreşimli Transformatör
tek hatlı topraklama arızaları
Çökme
KısaSüreliGerilim
Dalgalanmaları
Transformatör tek hatlı topraklama arızaları Şişme
Geçisi klerans arızaları
Kesinti
Yüklerde anahtarlama, kondansatör enerjileme
Düşük Gerilim
Kısa SüreliGerilim Dalgalanması
Yüklerde anahtarlama, kondansatör enerjileme
Aşırı gerilim
Arızalar
Devamlı Kesinti
Tek fazlı yükler Tek fazlı durum
Gerilim Dengesizliği
Jeomanyetik bozulma, yarım dalga doğrultma Harmonikler Dalga
Bozulması
Güç dönüştürücü Çentik
Manyetik bozulma, yarımdalga doğrultma
DC Kaydırma
Ark ocağı, Ark lambaları
Gerilim Titremesi
26
4.DAĞITIM STATİK KOMPANSATÖR (D-STATCOM)
4.1. Özel Güç Cihazları (CUPD)
Özel güç sistemi cihazları endüstriyel ve ticari tüketicilerin kullandığı yüksek-
güçlü elektronik cihazlardır. Güç kalitesi problemlerini hafifletebilmek ve güç
kaynağının güvenilirliğini arttırabilmek için en iyi çözüm yöntemleridir (Ghosh
ve Ledwich, 2002). Statik anahtarlar, invertörler, dönüştürücüler, enjeksiyon
transformatörler, ana kontrol modülleri ve/veya enerji stoklama modülleri gibi
özel güç cihazları veya regülatörler bir dağıtım sisteminde akım kesintisini ve
gerilim kontrolü yapma özelliğine sahip cihazlardır. Kompanse eden özel güç
cihazları; aktif filtreleme, yük dengeleme, güç faktörü düzeltme ve gerilim
regülasyonu (çökme/şişme) için kullanılır. Bu cihazlar genel olarak üçe
ayrılırlar(Sundaram, 2000):
Dinamik Gerilim Restoratörü (DVR)
Birleştirilmiş Güç Kalitesi Düzenleyicisi (UPQC)
Statik Dağıtım Kompansatörü (D-STATCOM)
4.1.1. Dinamik Gerilim Restoratörü (DVR)
Dinamik gerilim restoratörleri, bozulmalar sonucu oluşan gerilim çökme ve
şişmelerini kompanse edebilen güçlü elektronik cihazlardır ve yapı olarak D-
DTATCOM’lara benzemektedirler. Üç adet tek faz inventörü ve bir DC barası
vardır. Ancak, bir DVR’ın transformatörleri seri halinde bir dağıtım hattına
bağlıdır ve yükün iki tarafının büyüklük ve gerilim fazını, şebekeye bir
milisaniye içerisinde gerilim enjekte ederek kontrol eder. D-STATCOM
kullanarak, hassas yükleri bozucu yüklerin negatif etkilerine karşı korumak
hedeflenmektedir.Ancak, DVR kullanımı, hassas yükleri sistemdeki
bozulmalara karşı korumayı hedefler.DVR’ın ana uygulaması, gerilim
çökmelerini ve bozulan şebekeye seri veya senkron bir şekilde üç fazlı gerilim
vererek gerilim düşmelerini engellemektir (Osbornevd., 1995; Daehler, 2000;
RamakrishnaveMadhusudhan, 2014).
27
Şekil4.1, bir DVR’ın güç devresini göstermektedir. DVR, dört ana parçadan
oluşmaktadır. Bular:
Gerilim kaynaklı invertör (VSI),
Enjeksiyon transformatörü,
Pasif filtre ve enerji depolayıcıdır (Moradlou ve Karshenas, 2011).
Şekil 4.1. DVR şeması(Moradlou ve Karshenas, 2011)
Bir DVR’da kontrol sisteminin tasarımı, tepki hızı, gerilim çökme ve şişmelerini
nasıl kompanse edebileceğini belirlemesi açısından büyük öneme
sahiptir.Kontrol devreleri, DVR tarafından enjekte edilen büyüklük, frekans ve
faz kayması gibi sinyal zamanlama parametrelerini analiz etmek için
kullanılmaktadır.
4.1.2. Birleştirilmiş Güç Kalitesi Düzenleyicisi (UPQC)
UPQC, dağıtım şebekelerinde güç kalitesinin iyileştirilmesi için şu ana kadar
önerilen en kapsamlı sistemdir. Yapı olarak, kısa devrede ortak olan D-
STATCOM ve DVR’ın bir kombinasyonudur. Şekil4.2’de de gösterildiği gibi,
aslında UPQC’ler, bir DC barasını ortak kullanan iki PWM-kontrollü
dönüştürücülerdir. Akım ve gerilimin iki parametresi, kontrol devresinde
referans olarak kullanılır. Bu yapıda, paralel branşman yük akım harmonik
28
kompanzasyonu ve reaktif kompanzasyonu, güç faktörü düzeltmesi ve yüksüz
akım düzeltmesinden sorumludur. Buna karşılık, seri branşman, şebeke
geriliminin harmonik bileşenlerini kompanse etmekten, üç fazlı gerilim
dengesizliğini düzeltmekten, gerilim çökme ve şişmelerini kompanse
etmekten, gerilim titremelerini kompanse etmekten ve yük ile şebeke
arasındaki harmonik dalgalanmaları bloke etmekten sorumludur (Aredes,
1996; Hari vd., 2011).
Şekil 4.2. UPQ şeması(Hari vd., 2011)
Bir UPQC’nin ana hedefi, hat gerilimi çökme ve şişmesi, geçici kesintiler,
dengesizlikler, titremeler, reaktif bozulmalar ve dengesiz akımlar gibi yük
akımı arızaları ve kaynak gerilimi için kompanzasyon sağlamaktır.
4.1.3. Statik Dağıtım Kompansatörü (D-STATCOM)
D-STATCOM konfigürasyonu; VSC, DC enerji depolama aygıtı, AC sistemi ile
şönte bağlı bağlama transformatörü ve ilgili kontrol devrelerinden
oluşmaktadır. Şekil4.3’te D-STATCOM’un temel konfigürasyonu görülmektedir.
Burada, cihaz devamlı gerilim regülasyonunu doğrudan kontrol edilen bir
dönüştürücü ile sağlamaktadır.D-STATCOM çıkış gücünün büyüklüğü ve
fazının uygun olarak ayarlanması, D-STATCOM ve AC sistemi arasındaki aktif
ve reaktif güç değişimlerinin etkili kontrolünü sağlamaktadır.Bir dağıtım
şebekesindeki reaktif güç için yapılan kompanzasyon, güç kalitesinin
iyileştirilmesinde, güç faktörünün düzeltilmesinde ve sabit gerilim dağıtımının
29
sağlanmasında hayati rol oynamaktadır.Var olan düzenleyiciler arasında,
gerilim kaynağı dönüştürücüleri için gerilim regülatörleri reaktif güç
taleplerine hızlı bir şekilde cevap vermektedir. D-STATCOM, Statik VAR
Kompansatörleri’ne (SVC) uygun bir alternatif olarak kabul edilen VSC
regülatör türüdür ve kapasitif reaktif güç akımını güç sisteminden reaktif güç
üretimi için alabilir (Bilginve Ermiş,2010).
D-STATCOM, bir milisaniye içinde oluşabilen dengesiz gerilim, gerilim
düşmeleri ve gerilim varyasyonları gibi güç kalitesi bozulumları için
kompanzasyon amacı ile kullanılmaktadır. Bu kadar kısa bir süre içinde, D-
STATCOM, hassas yük kompanzasyonu için sisteme aktif ve reaktif güç enjekte
edebilmektedir. Aktif güç enjeksiyonu, bir enerji depolama sistemi içerisinde
gerçekleştirilmelidir.
Şekil 4.3. D-STATCOM konfigürasyonu(Bilginve Ermiş, 2010)
4.2. D-STATCOM Sistem Konfigürasyonu
D-STATCOM, güç faktörü düzeltmesi, akım harmoniği filtreleme ve yük
dengeleme için tasarlanmış şönt-bağlı özel bir aygıttır.Ayrıca, dağıtım
barasında gerilim regülasyonu için de kullanılabilmektedir.Genellikle, bir şönt
veya paralel aktif güç filtresi olarak tarif edilir. Akım kontrollü gerilim kaynağı
olarak çalışan PWM gerilim veya akım kaynağı dönüştürücüsü barındırır ve
akım harmoniklerini yük içinde üretilen ama 180 derece ile faz kayması olan
harmonik içerikleri enjekte ederek, akım harmoniklerini kompanse eder.
30
Uygun bir kontrol şeması ile D-STATCOM ayrıca yetersiz güç faktörü için de
kompanzasyon yapabilir.D-STATCOM, gerilim stabilizasyonu, titreşimlerin
bastırılması ve diğer tür sistem kontrollerini sağlayabilmek amacı ile reaktif
gücün yüksek hızda kontrolünü sağlar. D-STATCOM, çok kademeli dönüştürücü
transformatör ile güç sistemine bağlı GTO veya IGBT bazlı gerilim kaynaklı
dönüştürücüden oluşan bir tasarıma sahiptir.D-STATCOM ve AC sisteminde
güç değişimi vardır(Kumar vd., 2012). Ek olarak dönüştürücü, DC gerilim ile
beslenen bir tür enerji deposuna bağlıdır (Moran vd., 1989).Gerilim kaynağı
invertörü (VSI), depo aygıtında DC gerilimi, üç fazlı AC çıkış gerilimi setine
dönüştürür.Üretilen gerilimler fazdadır ve bir bağlantı transformatörü aracılığı
ile şebekeye enterkonnekte edilmiştir. D-STATCOM çıkış gerilimi büyüklük ve
fazının uygun düzeltmeleri, D-STATCOM ile şebeke arasındaki aktif ve reaktif
güç akışının etkili kontrolünü sağlamaktadır (Hatami vd., 2007). D-
STATCOM’lu güç sisteminin tek faz dengi devresi Şekil4.4’te gösterilmiştir.
VI, VBirleştirme, VPCC ve VS, sırasıyla invertör çıkış gerilimi, birleştirme empedansı
sebebiyle ortaya çıkan gerilim düşüşünü, PCC gerilimini ve kaynak gerilimini
ifade etmektedir.
Şekil 4.4. D-STATCOM’lu bir güç sisteminin tek fazlı devresi(Hatami vd., 2007)
Eğer VI, VPCC’ye eşit ise, D-STATCOM ve şebeke arasındaki reaktif güç değişimi
sıfırdır ve D-STATCOM herhangi bir şekilde reaktif gücü absorbe etmez veya
üretmez. VPCC’nin VI’dan küçük olduğu durumlarda, D-STATCOM terminaline
bağlı bir endüktif reaktans gösterir.Akım, D-STATCOM’dan şebekeye doğru
transformatör reaktansından geçer. Eğer VPCC, VI’dan büyük ise, D-STATCOM
sistemde kapasitif reaktans olarak çalışır. Ardından, akım şebekeden D-
31
STATCOM’a geçer, bu da aygıtta emici endüktif reaktif güç ile sonuçlanır
(Mahyavanshi vd., 2012).
4.3. D-STATCOM’un Temel Fonksiyonları
D-STATCOM’un temel fonksiyonları şunlardır:
Ani gerilim düşüşlerinin ve gerilime karşı hassas yük piklerinin etkilerini
azaltmak,
Gerilim regülasyonu,
Reaktif gücün kontrolü,
Gerilim titremelerinin azaltılması,
Bir enerji depolama aygıtının kullanılması durumunda kesintisiz besleme
sağlamak,
Harmonik akımlarının kompanzasyonu.
4.4. D-STATCOM İlkeleri
Şalt kompanzatörleri, reaktif gücün kompanzasyonu konusunda iyi
tanınmaktadır. Bu sebeple bağlandıkları yerdeki gerilim barasını regüle
etmeleri de iyi tanınmaktadır.D-STATCOM, doğrudan gerilim kaynağından gelen
şebeke gerilimi ile senkron üç fazlı alternatif gerilim üreten, statik senkron bir
jeneratördür. D-STATCOM geriliminin genliği, şebeke ağı ile paylaşılması için
reaktif gücün miktarını ayarlamak için regüle edilebilir (Muhammad, 2014).
Genel olarak, D-STATCOM Vsh gerilimi, hat gerilimi Vt ile birlikte faza enjekte
edilir ve bu durumda aktif şebeke ağı ile sadece D-STATCOM tarafından enjekte
edilecek olan reaktif güç dışında herhangi bir enerji alışverişi gerçekleşmez. Bu
durum Şekil4.5’tegösterilmiştir.
32
Şekil 4.5. Şebeke ağı ile birleştirilen D-STATCOM’un temel yapısı (Ahmed vd., 2014)
Şebeke ağı ile reaktif enerji alışverişi, çıkış gücü gerilimlerinin genliklerindeki
değişimler ile gerçekleşir.
Bu gerilimlerin genliklerine bağlı olarak, D-STATCOM için üç farklı işletim
sistemi mevcuttur. D-STATCOM operasyonunun temel prensibi, Şekil4.5’in
yardımı ile anlatılmıştır. Vsh çıkış gücü gerilimi, şekilde de gösterildiği gibi
sistem gerilimi Vt ile fazda regüle edilmektedir. D-STATCOM çıkış gücü akımı
(Iq), Vsh’ye bağlı olarak değişmektedir. Eğer:
Vt<Vsh ise Iq faz açısı, Vt’nin faz açısına göre 90 derece ileridedir. Sonuç
olarak, reaktif gücün D-STATCOM’dan akışına sebep olur (kapasitif mod).
Vt>Vsh ise Iq faz açısı, Vt’ye göre 90 derece gecikmededir. D-STATCOM
reaktif güç akışını ve ardından endüktif modu tüketir.
Vt=Vsh ise güç sistemine reaktif güç iletilmez. Sonuç olarak, gecikmede
olan reaktif güç, D-STATCOM’a akar (endüktif mod). Reaktif güç miktarı,
Vt ve Vsh arasındaki gerilim farklılıklarına göre değişir. Bunun, dönen
senkron kondenser ile aynı temel fonksiyon olduğu
unutulmamalıdır(Pradeep, 2012).
Çıkış gücü gerilimleri genlik varyasyonları, kapasitördeki direkt gerilimin
değişimi ile elde edilir. D-STATCOM şebeke ağı geriliminden bağımsız olarak
33
kapasitif veya endüktif akım iletebilmektedir. Yani, düşük gerilim değerlerinde
bile maksimum kapasitif akım sağlayabilir. Kaynak gerilimini destekleme
yeteneği, SVC’den daha iyidir. Dahası, D-STATCOM geçici olarak nominal akımı
da arttırabilmektedir (endüktif veya kapasitif).
Bu cihazın avantajı, sadece bir endüktör ile enerji alışverişi (kapasitif veya
endüktif) sağlayabilmesidir.SVC’lerin aksine, şebeke ağının endüktif elemanları
ile rezonans sağlayabilme ihtimali olan kapasitif elemanlariçermezler. Yapısı ve
çalışma karakteristikleri Şekil4.6’da gösterilmiştir. D-STATCOM, sorunsuz ve
sürekli bir biçimde V1 ve V2 gerilimlerini regüle eder. Ancak, eğer sistem gerilimi
düşük (V1) veya yüksek (V2) gerilim limitlerini aşıyor ise, D-STATCOM,
konvertör gerilimini (Vi) uygun bir şekilde regüle ederek, sabit akım kaynağı
olarak hareket eder (Ramakrishna ve Madhusudhan, 2014).
Şekil 4.6.D-STATCOM’un V karakteristikleri
34
4.5. Genel Kompanzasyon Yöntemleri
4.5.1. Şönt kompanzasyonu
Şekil4.7’de, kaynak gerilimi V, elektrik kablosu ve yük bulunmaktadır. Şekil4.7.
herhangi bir kompanzasyon uygulanmadığı zaman, iletim sisteminin fazör
şemasını göstermektedir.
Şekil 4.7. Kompanzasyonsuz devre ve fazör şeması
Yük endüktif olduğundan, akım V2’den biraz açılı olarak geçmektedir.Akımın iki
bileşeni bulunmaktadır, biri aktif güçten, diğeri de reaktif güçten sorumludur.P
ile beraber akım, V2 gerilimi ile fazdadır. Yük endüktif olduğundan, akım ve
gerilim dalga biçimleri aynı değildir.Dolayısıyla, kompanse etmemiz gereken
reaktif gücü emer. Bu, üç şeklide mümkün olabilmektedir:
Bir gerilim kaynağı,
Bir akım kaynağı,
Bir kapasitör.
Bu durum için, Şekil 4.8’dereaktif güç bileşeni Iq’yu kompanse etmesi için bir
akım kaynağı kullanılır.Bu nedenle, çerçevenin gerilim regülasyonu artar ve
35
kaynakdaki duyarlı akım parçası azalır veya bertaraf edilir.Bunun karşılığı
olarak, bir endüktöre ihtiyaç duyulmaktadır.
Şekil 4.8. Kompanzasyon sonrası devre ve fazör şeması
Böylelikle yük, gecikme veya ileriden gitme ne olursa olsun, akım kaynağı ve
gerilim kaynağı yöntemlerinin ikisinin de şönt kompanzasyonu için uygun
olduğu sonucuna varabilir.Birinci odak noktası, ortaya çıkan duyarlı gücün,
bağlantı amacı güdüldüğü zaman gerilime sahip olmamasıdır (Wadhwa, 2006).
4.5.2.Seri kompanzasyon
Şekil 4.9’datemsili kompanzasyonsuz devre ve fazör şeması görülmektedir.
Şekil 4.9.Temsilikompanzasyonsuz devre ve fazör şekli
36
Şekil4.10’da açık bir şekilde görebileceği gibi, düzenleme ile şönt bozulması
ortadan kaldırılabilmektedir.Seri kompanzasyon ile gerilim kaynağı aracılığıyla
elde edilen kazanımlara bakıldığında, V2’deki dayanışma kuvveti bileşenine
alıştırılmıştır.Ancak, seri düzenleme prosedürleri, şönt sistemleri ile
ilişkilerinde, kapasitörler düzenleme yöntemleri için genel olarak
değerlendirildiğinden dolayı, kendine özgüdür.Bu durum için, Vcomp gerilimi hat
ile yığın arasına V2’yi değiştirmek için eklenmiştir.Vcomp ölçüsünün meşru
değişikliği ile beraber, dayanışma kuvveti bileşeni V2’ye gelebilmektedir (Akash,
2015).
Şekil 4.10. Kompanzasyon serisinden sonra devre ve fazör şekli
4.6. D-STATCOM’un Matematiksel Formülasyonu
Şekil4.11’de şematik olarak gösterilen D-STATCOM, DC yığma aygıtı ve
birleştirici transformatör olmak üzere iki seviye gerilim kaynak konvertörü
(VSC) barındırır. Bu tip bir kurulum, aygıtın regüle edilebilir dinamik ve reseptif
güç üretimine izin vermektedir. D-STATCOM, ağırlıklı olarak gerilim
regülasyonu, güç bileşeninin telafi edilmesi ve akımın sonlandırılması için
kullanılmaktadır.Bu tip bir aygıt, tutarlı gerilim regülasyonu vermesi için
kullanılmaktadır (Wadhwa, 2006).
37
Şekil 4.11. D-STATCOM temel modeli
Gecikme yaşanan bir devredeki anlık güç şu şekilde temsil edilir:
max max cos cos( )p V I wt wt (4.19)
max max max maxcos (1 cos2 ) sin sin 22 2
V I V Ip wt wt (4.20)
Reaktif güç ise şu şekilde temsil edilir:
(4.21)
P: Anlık güç,
Vmax: Maksimum gerilim,
Imax:Maksimum akım,
W: Açısal frekans (2×pi×f olduğunda f frekanstır),
T: Zaman periyodu,
: Gerilim ve akım arasındaki açı.
Buradan yola çıkarak, anlık reaktif gücün zaman periyodunun normal sistem
frekansının iki katı olduğu sonucuna varılabilir. Bunun maksimum değeri şu
şekildedir:
sinQ V I (4.22)
max max sin sin 22
V Iwt
38
Şekil 3.11’de de görüldüğü gibi, ISH konvertöründeki akım, gerilim artışını
ZTH’de gerilim düşüşünü değiştirerek ayarlamaktadır.Şönt akımı değeri,
invertör tarafından beslenen çıkış gücü değerinin kontrol edilmesi ile regüle
edilebilir.
ISH şönt enjekte akımı şu şekilde yazılabilir:
SH L SI I I (4.23)
olduğunda,
H LS
TH
V VI
Z
(4.24)
bundan dolayı,
H LSH L S L
TH
V VI I I I
Z
(4.25)
( )TH LSH L
TH TH
V VI I
Z Z (4.26)
D-STATCOM kompleks gücü,
SH L SHS V I (4.27)
D-STATCOM’un gerilim çökmelerini dengelemedeki etkisinin sistem empedansı
değerine (ZTH) bağlı olduğunu not etmek önemlidir.Şönt akımı veya konvertör
çıkış gücü akımı ISH, VL ile gerekli fazda olduğunda, istenilen gerilim dengeleme,
sisteme herhangi bir aktif güç enjekte etmeden elde edilebilir.
4.7. Gerilim Kaynak Dönüştürücü (VSC)
Gerilim kaynak dönüştürücüsü, gerekli olan her büyüklük, frekans ve faz
açısında sinüsoidal gerilim üretebilen güçlü bir elektronik cihazdır.VSC’ler geniş
olarak ayarlanabilir hız sürücülerinde kullanılmaktadır. Ancak ani gerilim
düşmelerini azaltmak için de kullanılabilirler.VSC, ya tamamen gerilimi
39
değiştirmek ya da “kayıp gerilim”i enjekte etmek için kullanılabilmektedir.Kayıp
gerilim, nominal gerilim ile gerçek gerilim arasındaki farklılıktır.Konvertör,
kendisini bir DC akım ile besleyen bir çeşit enerji deposuna
dayalıdır.Konvertördeki katı-hal elektronikleri, istenilen çıkış gücü gerilimini
elde etmek için açılır. Normal olarak VSC sadece gerilim çökme/şişmelerinde
değil, titreme ve harmonikler gibi diğer güç kalitesi problemlerinde de
kullanılabilmektedir. VSC’nin AC terminalleri Ortak Birleşme Noktası’na (PCC)
bir endüktans ile bağlıdır. Konvertörün DC tarafı, ana reaktif güç deposu
elemanı olan bir DC kapasitörüne bağlıdır.Bu kapasitör, bir batarya kaynağı ile
şarj edilebilir veya konvertörün kendisi ile yeniden şarj edilebilir.VSC’nin çıkış
güç gerilimi AC terminal gerilimine eşit ise, sisteme reaktif güç iletilmez.Reaktif
güç akışının miktarı, iki gerilim arasındaki farklılıkla orantılıdır.PCC’deki gerilim
regülasyonu ve güç faktörü düzeltmelerinin aynı anda elde edilemeyeceği
unutulmamalıdır.PCC’de gerilim regülasyonu için kullanılan bir D-STATCOM
için, kompanzasyon, kaynak akımlarının kaynak gerilimlerine öncülük edeceği
şekilde olmalıdır. Aynı zamanda, güç faktörü düzeltmesi için, kaynak akımı
kaynak gerilimi ile fazda olmalıdır (Sourabh, 2012).
4.8. Regülatör
Kontrol devresinin amacı, sistem bozulmaları altında, hassas bir yükün bağlı
olduğu noktadaki sabit gerilim büyüklüğünü korumaktır.Kontrol sistemi,
yalnızca RMS gerilimini yük noktasında ölçer. Reaktif güç ölçümlerine gerek
yoktur.VSC anahtarlama stratejisi, basitlik ve iyi tepki sunan sinüsoidal PWM
tekniğine dayalıdır.Özel güç nispeten daha düşük güçte bir uygulama
olduğundan, PWM yöntemleri Temel Frekans Anahtarlama’dan (FFS) daha
esnek bir seçenek sunmaktadır.Bunun yanı sıra, yüksek anahtarlama
frekansları, önemli bir anahtarlama kaybı yaşatmadan, konvertörün etkinliliğini
arttırmak için kullanılabilmektedir. Regülatör girişi, referans geriliminden ve
ölçülen terminal geriliminin RMS değerinden elde edilen hata sinyalidir.Şekil
4.12’dePI regülatörü tarafından işlenen bu tip bir hatada, çıkış açısı δ olarak
belirlenir.Bu durumda, doğrudan regüle edilen konvertörde, aynı anda şebeke
ağı ile aktif ve reaktif güç alışverişi vardır. Yük noktasında referans geriliminin
40
RMS gerilimi ile karşılaştırılmasında bir hata sinyali elde edilir.Hata sinyalini
işleyen PI regülatörü, hatayı sıfırlamak için gerekli olan açıyı üretir; yük RMS
gerilimi referans gerilimine geri getirilir. (Munoz ve Miguel,2006;
Muhammad,2014).
Şekil 4.12. PI regülatörü
4.9. PWM Tekniği
Sinüsoidal PWM tekniği, temel hatlar arası konvertör gerilimini regüle etmek
için kullanılmaktadır.Üç sinüsoidal gerilim dalga biçimlerini, üçgen şeklindeki
gerilim dalga şekli ile karşılaştırarak, üç fazlı konvertör gerilimleri elde
edilebilmektedir.Konvertör geriliminin temel frekansı f1; modülasyon frekansı,
kontrol gerilimlerinin frekansları ile belirlenirken, konvertör anahtarlama
frekansı da, üçgen şeklindeki gerilim frekansı; taşıyıcı frekansı ile
belirlenir.Böylelikle, modülasyon frekansı f1, D-STATCOM’daki kaynak
frekansına eşit olur.
Genlik modülasyon oranı; ma, şu şekilde tanımlanır:
Vcontrol, kontrol dalga şeklinin tepe genliği olduğunda ve Vtri üçgen şeklindeki
gerilim dalga şeklinin tepe genliği olduğunda, üçgen şeklindekigerilimin
büyüklüğü sabit kalır ve Vcontrol’ün değişiminin önü açılır (Pushpa, 2015).
41
Şekil 4.13. Regülatör sisteminin blok şeması
Şekil4.13. Regülatör sisteminin blok şemasını göstermektedir. Regülatör
sistemi, dağıtım sisteminin kısmen bir parçasıdır.Oransal-İntegral Regülatör (PI
Regülatörü), sistemin, hata sinyalinin (çıkış ile istenilen nokta arasındaki fark)
toplamı ile regüle edilmesini sağlar.Bu durumda, PI regülatörü hatayı
sıfırlar.Yük RMS gerilimi, yük noktasında ölçülmüş olan RMS gerilimleri ile
referans geriliminin karşılaştırılması ile referans gerilimine geri getirilir.Ayrıca,
DC kapasitör depo devresindeki reaktif güç akışını regüle etmekte de
kullanılabilmektedir.PWM jeneratörü, sinüsoidal PWM dalga biçim veya sinyali
üreten cihazdır.PWM jeneratörünü çalıştırmak için açı, 120 dereceye eşit olan
denge kaynak gerilimi faz açısı ile toplanır.Böylelikle, gerekli olan senkron
sinyalleri üretilir. PWM jeneratörü aynı zamanda, PI regülatöründen hata sinyal
açısını da almaktadır (Mahyavanshi vd., 2012).
42
5. GERİLİM DÜŞMELERİNDE D-STATCOM KULLANARAK GÜÇ KALİTESİNİN
İYİLEŞTİRİLMESİ SİMÜLASYONU
5.1. Test Sistemi
Önerilen kompanzasyon yöntemini doğrulamak için bir güç dağıtım sistemi
seçilmiştir. Çalışılan sistem, (Z=0.2 + j 0.3) ohm parametrelerinin kısa iletim
hatları ile beslenen (500 +j 200) KVA yükü olarak tanımlanabilir. D-STATCOM,
güç kalitesinin geliştirilmesi için bir kompanzasyon aleti olarak
kullanılmıştır.Şekil5.1’de, önerilen çalışılmış sistemin tek hatlı şeması
verilmiştir.
Şekil 5.1. D-STATCOM ile üç fazlı test edilmiş sistemin tek hatlı şeması
43
Şekil 5.2. Güç sistemi MATLAB/Simulink modeli
Şekil5.2’de, çalışılan sistemin MATLAB/Simulink modeli, PQ yükü ve D-
STATCOM dağıtım versiyonu ile üç fazlı kısa iletim hattı gösterilmiştir. Sistem
modeli şu şekillerde tanımlanabilir:
Programlanabilir üç fazlı kaynak besleyici = 11kV, frekans = 50Hz
(Programlanabilir türdeki kaynak, simülasyonda, büyüklük ve süre
olarak tanımlanması gereken gerilim çökmesi problemini belirlemek için
44
kullanılmıştır. Örneğin; 0,85pu ve 0,2 saniyelik gerilim çökmesi, “0,2 –
0,4 saniye” içerisinde oluşur; simülasyon periyodunda “0 – 0,5 saniye”)
Aktif güç yükü PL = 500×103 Watt, endüktif reaktif güç QL = 200×103
VAR.
D-STATCOM (sınırsız), kapasitif reaktif güç boyutu (kompanzasyon), Qc
(negatif VAR)
5.2.Sonuçların Karşılaştırılması
Şekil 5.3’te, STATCOM’unkapalı olduğu, sisteme akım enjekteedilmemiş bir
Matlab/Simulinkmodeli’nin çalışması ile elde edilen güç kaynağı gerilim dalga
şekli görülmektedir. Şekil5.3,testperiyodu esnasındaki (0-0,5saniye) simülasyon
sonuçlarınıgöstermektedir.Simülasyon dalga şeklindeki0,2-0,4 saniye aralığında
sorun oluştuğu görülmektedir.
Şekil 5.3. Simülasyon periyodu sırasında güç kaynağı gerilim dalgaşekli(D-STATCOM olmadan)
Şekil 5.4. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli (D-STATCOM olmadan)
45
Güç besleyici kaynağının gerilim büyüklüğünde (0,85pu) çökme olduğu açıktır.
Şekil5.4, yük düğüm geriliminde aynı zaman periyodunda çökme büyüklüğünü
(0,85) göstermektedir.Şekil 5.3 ve Şekil5.4’te gerilim çökmesi problemi açıkça
görülmektedir.
Şekil 5.5. Simülasyon periyodunda güç kaynağı gerilim dalga şekli (D-STATCOM ile)
Şekil 5.6. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli (D-STATCOM ile)
Şekil 5.5’teD-STATCOM’lusimülasyonsırasındaki güç kaynağı gerilim dalga şekli,
Şekil 5.6’da iseD-STATCOM’lu yük düğüm gerilim dalga şekli görülmektedir.
46
Şekil 5.5 ve Şekil 5.6’da görüldüğü gibi D-STATCOM hem güç kaynağı tarafında
hemde yük tarafında gerilim çökmesini düzeltmektedir.
Şekil5.7. Simülasyon periyodu sırasında güç kaynağı gerilimi dalga şekli
Şekil5.8. Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli
Şekil 5.7’dekaynakta gerilim çökmesinin değeri 0,85 pu’dan 0,95 pu’ya, Şekil
5.8’de ise simülasyonda yük düğüm gerilim düşümü değeri 0,95 pu’ya
değiştirildiğinde problem olmadığı görülmüştür.
47
Şekil5.9. D-STATCOM’un akım dalga şekli enjektesini göstermektedir. Sisteme
herhangi bir akım akışı olmadığı açıktır (kapalı mod).
Şekil 5.9. Tek fazlı D-STATCOM akımı (kapalı)
Şekil5.2’de, D-STATCOM’un AÇIK olduğu, sisteme akım enjekte edilmiş bir
MATLAB/Simulink modeli bulunmaktadır. Şekil5.10’da D-STATCOM’lutek faz
akım dalga şekli görülmektedir. Anahtarın sadece gerilim çökmesi sırasında (0,2
– 0,4 saniye) AÇIK konuma getirildiğinde, sisteme akım akışı olmadığı açıkça
görülmektedir (AÇIK modda).
Şekil 5.10. D-STATCOM iletek faz akım dalga şekli
Şekil 5.11. P&Q, tek fazlı D-STATCOM akım ve gerilim dalga şekilleri (KAPALI modda)
48
Şekil 5.11, simülasyon sırasında D-STATCOM barasındaki tek fazlı gerilim ve
akım dalga şeklini göstermektedir (D-STATCOM kapalı). Bu durumda, D-
STATCOM, sıfır akım enjeksiyonu ile nominal değerden biraz daha yüksek
gerilim ortaya çıkartmaktadır.
Şekil 5.12. P&Q, tek fazlı D-STATCOM akım ve gerilim dalga şekilleri (AÇIK modda)
Şekil 5.12, simülasyon sırasında D-STATCOM barasındaki tek fazlı gerilim ve
akımı göstermektedir (D-STATCOM AÇIK). Bu durumda, D-STATCOM, KAPALI
modda, sıfır akım enjeksiyonu ile nominal değerlerden biraz daha yüksek
gerilim ve gerilim çökme periyodunda (AÇIK mod) nominal gerilim değeri
ortaya çıkartmaktadır.
Şekil 5.13. Yük aktif ve reaktif güç büyüklüğü (MW ve MVAR) (D-STATCOM olmadan)
49
Simülasyon sonuçları ayrıca, periyot sırasında gerilim çökmelerine eşlik eden
yük noktalarındaki aktif ve reaktif güçte bir düşüş de göstermiştir (Şekil5.13).
Şekil 5.14. Yük aktif ve reaktif güç büyüklüğü (MW ve MVAR) (D-STATCOM ile)
Şekil 5.14, gücün çökme süresinde (0,2 – 0,4 saniye) yenilendiği simülasyon
periyodunda yükün aktif ve reaktif güç büyüklüğünü (MW ve MVAR)
göstermektedir.
Şekil 5.15. D-STATCOM olmadan kaynak ve yük gerilim büyüklüğü
Şekil 5.15, simülasyon periyodu sırasında gerilim büyüklüğünü
göstermektedir.Periyotta (0,2 – 0,4 saniye) bir gerilim çökmesi olduğu açıktır.
Kaynak ve yük büyüklükleri aynıdır.
50
Şekil 5.16. Kaynak ve yük gerilim büyüklüğü (D-STATCOM ile)
Şekil 5.16.Simülasyon periyodundakikaynak gerilimlerini ve yük baralarını
göstermektedir.Yük gerilim büyüklüğünün, çökme süresinde (0,2 – 0,4 saniye)
tamamen yenilendiği açıktır.
Şekil 5.17. Simülasyon periyodu sırasında yük düğümü tek fazlı gerilim dalga şekli(D-STATCOM olmadan)
51
Şekil 5.18. Simülasyon periyodu sırasında yük düğümü tek fazlı gerilim dalga şekli (D-STATCOM ile)
Şekil 5.17 ve Şekil 5.18, yük barasının tek fazlı gerilim dalga biçimlerini sırası ile
D-STATCOM olmadan ve D-STATCOM ile beraber göstermektedir. Gerilim
çökmesinin, gerilim büyüklüğünün yenilendiği çökme süresi (0,2 - 0,4 saniye)
boyunca tamamı ile üstesinden gelinmiştir.
Şekil 5.19.Simülasyon periyodunda yük düğüm gerilim dalga şekli (D-STATCOM ile)
Şekil 5.19, D-STATCOM ile yapılan simülasyonda üç fazlı dalga şeklini
göstermektedir. Gerilim büyüklüğünün gerilim süresinde (0,2 - 0,4 saniye)
yenilendiği kompanzasyon barizdir. Şekil5.19’da, 0,2 saniyede ani bir yükselme
gösterilmiştir.
52
6.SONUÇ VE ÖNERİLER
Daha verimli bir elektrik güç üretimi ve iletimine duyulan ihtiyaç yeni
teknolojileri de beraberinde getirmektedir. Tüm dünyada iletim sistemleri
sürekli değişim halindedir ve yeniden yapılandırılmaktadır. Kullanıcı sayısının
artması ile birlikte iletim sistemlerine daha fazla yüklenilmektedir.
Son yirmi yıl boyunca FACTS teknolojisi adı altında birçok kontrolör
önerilmekte ve güç sistemlerine uygulanmaktadır. FACTS aygıtları güç akış
kontrolü, paralel hatlar arasındaki yük paylaşımı, gerilim regülasyonu, geçici
kararlılığı iyileştirme ve sistemdeki salınımların azaltılmasında
kullanılmaktadır. İletim sistemleri, çok farklı üretim ve yük özelliklerine tepki
göstermeleri için esnek yapıda olmalıdırlar. Ayrıca iletim sistemlerine yapılan
yatırımların en iyi şekilde kullanılması, endüstrinin desteklenmesi, yeni iş
imkânları oluşturulması ve ekonomik kaynakların etkili bir şekilde kullanılması
için de önemlidir. FACTS bu ihtiyaçlara cevap veren bir teknolojidir ve sistemin
esnekliği, performansı ve aygıt kullanımını geliştirme ile birlikte iletim
sistemlerinin işleyişini önemli bir şekilde değiştirir. Güç elektroniği
teknolojisinin gelişmesi var olan iletim sistemlerinin daha iyi kullanılmasına
imkân verir.
Bu çalışmada, oldukça yaygın olan ve tüketici kullanımı ile endüstriyel
uygulamalarda çeşitli problemlere sebep olangerilim çökmesi ve güç kalitesi
problemlerinin yanı sıra, güç faktörünün iyileştirilmesi de ele alınmıştır. Bu
amaçla, gerilim regülasyon tekniği kullanılarak bir D-STATCOM modellenmiştir.
Güç kalitesi problemleri, standart olmayan gerilimlerde oluşan bir durumdur ve
bu tip bir sorunu çözebilmek için özel güç aygıtları kullanılmaktadır. Bu
aygıtlardan biri de, şebeke ağlarında kullanılan enetkili ve modern özel güç
aygıtıolan ve gerilim çökme/şişmelerini regüle etmek için sistemeakım enjekte
eden D-STATCOM’dur.
53
Yapılan çalışmada D-STATCOM’un gerilim çökmesini kompanse etmede iyi
sonuç verdiği görülmüştür. D-STATCOM, 11kV, 50Hz’lik hattaki gerilimi
0,85pu’dan 0,99 pu’ya kadar kompanse edebilmekte ve güç sistemindeki reaktif
ve aktif gücü iyileştirebilmektedir.
54
KAYNAKLAR Acha, E., Agelidis, V. G., Anaya-Lara, O., & Miller, T. J. E., 2002.Power Electronic
Control inElectric Systems, Ser.Newness Power Eng., 1st Ed. New York: Oxford,7.
Ajami, F., 2009.The dream palace of the Arabs: a generation's odyssey. Vintage. Akash, K., 2015. Reactive Power Compensation Using Fact Devices.National
Institute of Technology Rourkela-769008, Orissa, pp.14-19. Aredes, M., 1996.Active Power Line Conditioners.Na. Aung, M. T., & Milanovic, J. V., 2006. Stochastic Prediction of Voltage Sags By
Considering The Probability of The Failure of The Protection System.IEEE Transactions On Power Delivery,21(1), 322-329.
Ay, M.,2015. PSCAD modeling of transmission lines in İstanbul district, problems
and improvement of the system using statcom. Çukurova Üniversitesi, Türkiye.
Baby, S., Tech, M. and Mini V.P., 2009. Transient Stability Enhancement of Power
System Using Thyristor Controlled Serises Capacitor. National Conference Technological.
Bilgin, H. F., & Ermis, M., 2010.Design and implementation of a current-source
converter for use in industry applications of D-STATCOM. IEEE Transactions on Power Electronics,25(8), 1943-1957.
Blazic, B. and Papic, I., 2006.Improved D-STATCOM control for operation with
unbalanced currents and voltages.IEEE Transactions on Power Delivery,21(1), 225-233.
Bollen, M. H.J., 2000.Understanding Power Quality Problems. Piscataway, NJ,
USA: IEEE. 1: 1-35. Carvalho, F.J.M., Leborgne, R.C., Da Silveira, P. M. & Bollen, M.H., 2008. Voltage
Sag Index Calculation: Comparison Between Time-Domain Simulation And Short-Circuit Calculation. Electric Power Systems Research,78(4), 676-682.
Chaudhari, A.P.,Paraskar, S.R. and Mahajan, G.K., 2011. Analaytical and
Smulation Analysis of SVC and STATCOM.Advanced Engineering and Application in International Journals.
Chouhy, L.R., 2007.Voltage Sags: Single event characterisation, system
performance and source location. Chalmers University of Technology.
55
Daehler, P., Affolter, R., 2000. Requirements and solutions for dynamic voltage restorer, a case study.InPower Engineering Society Winter Meeting, 2000.IEEE, Vol. 4, pp. 2881-2885.
Dugan, R.C., Mcgranaghan, M.F. & Beaty, H.W., 1996.Electrical Power Systems
Quality. New York, NY: Mcgraw-Hill, C1996,1. Dugan, R.C., Mcgranaghan, M.F., Santoso, S., Beaty, H. W., 2012. Electrical Power
Systems Quality. Vol. Third Edition, New York, NY: Mcgraw-Hill,2012.
Farahani, S.S., Hemati, R. & Nikzad, M., 2009.Comparison of artificial intelligence strategies for STATCOM supplementary controller design.World Applied Sciences Journal,7(11), 1428-1438.
Ghosh, A., & Ledwich, G., 2012.Power Quality Enhancement Using Custom Power
Devices.Springer Science and Business Media. González, M. & Cárdenas, V., 2010.The Kalman Filter in Power Quality-Theory
and Applications.INTECH Open Access Publisher. Göres, M., 2014. Bulanık mantık kontrollü üç seviyeli diyot kenetlemeli d-
statkom tasarımı ve simülasyonu. Afyon Kocatepe Üniversitesi, Türkiye. Hari, N., Vijayakumar, K. & Dash, S. S., 2011. A Versatile Control Scheme For
UPQC For Power Quality Improvement. InEmerging Trends In Electrical And Computer Technology (ICETECT), March 2011, International Conference On, pp. 453-458, IEEE.
Hatami, F., 2007.Design And Implementation of a Current Source Converter
Based Statcomfor Reactive Power Compensation. Approval of the Graduate School of Natural and Applied Sciences pp.3-7.
IEEE Std.1159, 2009. Recommended Practice For Monitoring Electric Power
Quality. Revision of IEEEStd 1159-1995, IEEE: C1-81 IEEE Std. 1547, 2011. IEEE Recommended Practice For Interconnecting
Distributed Resourceswith Electric Power Systems Distribution Secondary Networks. IEEE Std. 1547.6-2011, pp. 1-38.
Kennedy, B. W., 2000. Power quality characteristics.Power Quality Primer, 34. Kumar, P., Kumar, N.& Akella, A.K., 2012. Review of D-STATCOM for stability
analysis. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSRJEEE), ISSN, 2278-167
Kumakratug, P., 2010. Improving Power System Trasient Stability With Static
Synchronous Series Compensator. American Journal of Applied Sciences to Progress, Vol.8, No.1,pp.77-81.
56
Kusko, A.& Thompson, M.T., 2007.Power quality in electrical systems.pp. 45-46, McGraw-Hill.
Lokman, H., Hassan,M.M.ve Haider A.F.M., 2011. Impact of UPFC-Based Damping
Controller on Dynamic Stability of Iraqi Power Network.Scientific Research and Experiment Later in the Magazine,Vol 6(1), pp.136-145.
Mahyavanshi, A., Mulla, M.A., Chudamani R., 2012. Reactive Powercompensation
By Controlling the Dstatcom, Int. J. Emerg. Technol. Adv. Eng., 2(11), pp. 212-218.
Mark Nadubuka, 2011. Effectes of Static Synchronous Compensator (STATCOM)
on VoltageStability and Transmission Losses of Electric Power System.Electricity and Energy Industry International JournalsVol. 5, No.1, pp.13- 17.
Masdi, H., Mariun, N., Mahmud, S., Mohamed, A.& Yusuf, S., 2004. Design of A
Prototype D-STATCOM for Voltage Sag Mitigation. Inpower and Energy Conference, November 2004, Pecon 2004, ProceedingsNational pp. 61-66, IEEE.
Mohanavel, P., & Raghavendiran, T. A., 2013. Artificial Intelligence Based
Adaptive Power Oscillation Damping Controller for Power System Equipped With Upfc. IJREAT International Journal of Research in Engineering & Advanced Technology,1(4).
Mokhtari, A., Gherbi, F. Z., Mokhtar, C., & De, K., 2014. Study, Analysis and
Simulation of A Static Compensator D-Statcom for Distribution Systems of Electric Power.Leonardo Journal of Sciences, (25), 117-130.
Moradlou, M., Karshenas, H.,2011. Design Strategy for Optimum Rating Selection
of Interlines. Dvr. IEEE Trans. Power Del. 26(1): 242-24. Muhammad, A.,2014. Mitigation of Voltage Sags Problem By Using D-Statcom.
Ntvf,Rsiti Teknologi Malaysia, Psz L9:L6 Lpind, L:071, pp.11-14. Munoz, A.M., Miguel, D.O., 2006. Study of Sag Com-Pensation With Dvr. IEEE
Melecon 2006, May 16-19, Benalmadena (Malaga), Spain. Nwohu, M.N., 2009. Voltage Stability Improvement Using Static Var
Compensator in Power System.Leonardo Advancing Science Journal, Issue 14, January-June 2009, pp. 167-172.
Olguin, G., 2003.Stochastic assessment of voltage dips caused by faults in large
transmission system.Doctoral dissertation, Chalmers tekniska högsk. Osborne, M. M., Kitchin, R. H., & Ryan, H. M. 1995. Custom power technology in
distribution systems: an overview. In Reliability, Security and Power
57
Quality of Distribution Systems, IEE North Eastern Centre Power Section Symposium,pp. 10-11, IET.
Parlak, D., 2014.Design, Implementation and Engineering Aspects of 12-Pulse
Tcr Based Svc Systems For Voltage Regulation.Doctoral Dissertation, Middle East Technical University.
Pradeep, A. R., 2012. Clinical efficacy of 1% alendronate gel in adjunct to
mechanotherapy in the treatment of aggressive periodontitis: a randomized controlled clinical trial.Journal of periodontology, 83 (1), 19-26-31.
Pushpa, C., 2015. Improvement In Power Quality Of Distribution System Using
Statcom. International Journal of Engineering Research And Reviewsvol, 3, Issue 1, pp. 55-59.
Qiblawey, H. M., Papapetrou, M., & Banat, F., 2009.A strategy for the introduction
of desalination powered by renewable energy in Jordan. Desalination and Water Treatment,3 (1-3), 252-260.
Ramakrishna, V., Madhusudhan R., 2014.Power Quality Improvement of
Distribution System Using Distribution Static Compensator at Various Fault Locations. Sci. Eng. Res. Journal, 12 (02), pp. 217-224.
Ravi Kumar, S.V., Nagaraju, S.S., 2007. Power Quality Improvement Using D-
Statcomand.Dvr. Int. J Elect. Power Eng., 1: 368-376. Rodriguez, J., Pontt, J., Silva, C.A., Correa, P., Lezana, P., Cortes, P., Ammann, U.,
2007. Predictive Current Control of A Voltage Source Inverter. Ieee Trans. Ind. Electron. 54(1): 495-503.
Sankaran, C., 2001.Power quality. CRC pressInPetroleum and ChemicalIndustry
Conference, Record of Conference Papers., Industry Applications Society 42nd Annual, pp. 231-235.
Sarıbulut, L., 2012.Detection and mitigation methods of power quality
disturbances.Doctoral dissertation, PhD Thesis, Çukurova University, Institute of Natural and Applied Science.
Short, T.A., 2005.Distribution reliability and power quality CRC Press.Journal of
Water Resources Planning and Management124.4,pp. 218-228. Song, Y. H., & Johns, A., 1999.Flexible AC Transmission Systems (FACTS).No. 30
IET. Sourabh, B., 2012. Applications of D-STATCOM Using MATLAB/Simulation In
Power System.Research Journal of Recent Sciences ISSN,2277, 2502.
58
Stones, J.& Collinson, A., 2001.Power quality.Power Engineering Journal, 15(2), 58-64.
Subir D., Roy, A.K., 2010. Fuzzy Logic based STATCOM Controller for
Enhancement of Power System Dynamic Stability. Computer and Electrical Engineering ICCEE'10 Second International Conference.
Sundaram, A., 2000. Power Quality Impacts of Distributed Generation:
Guidelines.Palo Alto Electric Power Research Institute. Wadhwa, C. L., 2006.Electrical power systems.New Age International. Zhang, M., Li, K.& Hu, Y., 2010.Classification of power quality disturbances using
wavelet packet energy entropy and LS-SVM.Energy and Power Engineering,2(03), 154.
59
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı :Asmaa Malık RASHEED Doğum Yeri ve Yılı : Irak, 1973 Medeni Hali : Evli Yabancı Dili : İngilizce E-posta : [email protected] Eğitim Durumu Lise : Lisans : Al Teknology Üniversitesi - Irak