Düşük ışıma seviyesinde PV sistemlerde harmoniklerin analizi ve eliminasyonu
Analysis and elimination of harmonics at low irradiation level in PV systems
Yazar: HASAN CANGİ
Danışman: PROF. DR. AHMET SERDAR YILMAZ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Fotovoltaik (PV) güç sistemlerinde düşük ışımada toplam harmonik bozunumu (THB) azaltılması ve THB' nin standartlara uygun bir değere çekilmesi için aktif güç filtresi kullanılmıştır. PV güç sistemlerinin arıza olmadan ve güvenlikli bir halde çalışabilmesi, akım ve gerilim birimlerinin 50 Hz frekansında ve dalga formlarının sinüzoidal şekilde olmasına bağlıdır. Bununla birlikte birçok nedenlerden dolayı bu temel birimler sinüzoidal niteliklerini kaybederek PV sistemlerde arzu edilmeyen harmonikler oluşmaktadır. Non-lineer yükler tarafından PV sistemlerde harmonikler meydana gelir. Bu nedenle non-lineer yükler PV sistemde harmonik akımının oluşmasına sebep olurlar.
PV güç sistemlerindeki yüksek THB değerleri, gerilim ve akıma ait harmonik bileşenler, gerilimde meydana gelen kısa süreli kesintiler ve geçici olaylar güç kalitesinin bozulmasına neden olmaktadır.  PV güç sistemine ait kalite bozulmaları sonucunda PV sistem elemanları ile bunlara bağlı yüklerde arıza çalışmalara neden olmaktadırlar. Bu nedenle güç sistemlerinde meydana gelen güç kalitesi bozulmalarının ortadan kaldırılması gerekmektedir. Harmonikli akımlar PV sistemde ısınmaya, rezonans olaylarına, güç faktörünün azalmasına ve nötr akımlarının artmasına sebep olurlar.
Yapılan çalışmada, yük akımının harmonik bileşenler içerdiği gözlenmiştir. Harmonik bileşenler anlık güç teorisi ile kontrol edilen aktif filtre tarafından büyük oranlarda yok edildi. İncelenen güç sistemi, fotovoltaik (PV) dizin, aktif filtre, DC/DC dönüştürücü, DC/AC inverter, altı darbeli tam dalga kontrolsüz doğrultucu ile R-L endüktif yükünden oluşmaktadır. Altı darbeli kontrolsüz bir doğrultucu  5., 7., 11., 13., 17., 19.,  v.b. gibi akım harmonik bileşenlerini sistemden çeker. Harmoniklerin eliminasyonunda aktif ve pasif filtreler kullanılır. Pasif filtreler bazı dezavantajlara sahiptirler, örnek olarak belli frekans değerlerine ayarlı olması, rezonans oluşturmaları. Aktif filtreler, harmonikli akım kompanzasyonu ile reaktif güç kompanzasyonu bakımından pasif filtrelerden daha iyi performans gösterirler.

Üç fazlı tam dalga kontrolsüz redresörün girişteki akımının toplam harmonik bozunumunu azaltmak maksadıyla bir aktif harmonik filtre kullanılmıştır. Önerilen PV güç sistemi Matlab/Simulink programı kullanılarak modelleme yapılmıştır. Simülasyon sonuçları düşük ışıma seviyesine bağlı olarak THBI değerinin azaldığını göstermektedir. Aktif filtre kullanılmadan önce güç sistemindeki akım için toplam harmonik bozunumu (THBI) standartların çok üstünde bir değer olarak ölçülmüştür.  Aktif filtre kullanıldıktan sonra ise PV güç sisteminde THBI düşük ışıma seviyesine bağlı olarak bu sistem yüksek bir performans sağlayarak THBI değerini arzu edilen standartların değerine düşürülmüştür.

Abstract:
In this thesis, active power filter is used in photovoltaic (PV) power systems to reduce the total harmonic distortion (THD) at low irradiance and to draw THD to a value that meets the standards. Working of photovoltaic power systems smoothly and safety depends on the facility of quantities such as current and voltage which are sinusoidal and 50 Hz frequency.  However, these facility quantities lose their sinusoidal characteristics because of many reasons and this occurs unwanted harmonic components in the PV system. In the PV system harmonics are occured by non-linear loads. Therefore non-linear loads cause harmonic current in PV systems.
High THD values in PV power systems cause, harmonic components of voltage and current, short interruptions in voltage and transient events, power quality deterioration. As a result of the quality deterioration in the PV power system cause malfunctions to elements and their loads. Morever, harmonic current causes some problems in the PV sistem such as heating, resonance situations, reducing of power factor and increasing of neutral current. Therefore, power quality deterioration in power systems should be eliminated by using active filters. 
In this study, it was observed that the load current contained harmonic components. The harmonic components are eliminated by the active filter which is controlled by the instantaneous power theory. PV system consists of PV array, active filter, DC / DC converter, DC / AC inverter and R-L inductive load with six pulse full wave uncontrolled rectifier. A six-pulse uncontrolled rectifier draws current harmonic  components such as 5., 7., 11., 13., 17., 19.,. Active and passive filters are used for the elimination of harmonic components. Passive filters have some disadvantages, such as being set to certain frequency and creating resonance. However, active filters are better than passive filters in terms of reactive power compensation, harmonic current compensation, regulation unbalanced voltage, etc. The active harmonic filter is installed in the system in order to reduce the total harmonic distortion of the input current for three-phase full wave uncontrolled rectifier.  
The proposed PV power system is modeled by using Matlab/Simulink program, and simulation results show that harmonic components were eliminated depending on the low level irradiation. Before installing the active filter the total harmonic distortion for current (THDI) value was too much higher than standards. However,  in the PV power system after installing the active filter, THDI value was decreased to the desired standards' value that is provided a high performance in elimination harmonic components related to low level irradiance.