AsmaaMalik RASHEED

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