Pll tabanlı adaptif çentik filtreler ile ani araharmonik analizi
Interharmonics analysis with pll based adaptive notch filters
Yazar: MEHMET TAŞTAN
Danışman: PROF. DR. AYHAN ÖZDEMİR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda güç elektroniği elemanlarının enerji sistemlerindeki payının artması sonucunda farklı güç kalitesi problemlerini de beraberinde getirmiştir. Bu önemli problemlerden biriside güç sistemlerinde oluşan araharmoniklerdir. Araharmonikler ağırlıklı olarak; ark ocakları, kaynak makineleri, statik frekans dönüştürücüleri ve motor sürücüleri tarafından üretilir. 
Araharmonikler aşırı ısınma, kullanım ömründe azalma gibi harmoniklerin neden olduğu problemlere ek olarak gerilim dalgalanmaları,  alt-senkron osilasyonu ve kırpışma gibi bazı sorunlara neden olurlar. Bu problemlerin oluşmaması ya da etkilerinin belirlenmesi için araharmoniklerin tespit edilmesi güç sistemlerinin güvenliği ve kalitesi açısından çok önemlidir. 
Araharmonik analizlerinde hesaplama verimliliğinden dolayı FFT ( Hızlı Fourier Dönüşümü) ve DFT (Ayrık Fourier Dönüşümü) çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak yanlış seçilen örnekleme penceresi, pencereleme fonksiyonu tarafından sınırlanmış frekans çözünürlüğü ve temel frekans değişimi gibi etkilerden dolayı örtüşme, spektral kaçak, sızıntı ve çit etkisi meydana gelmektedir. Tüm bunlar araharmonik analizinde hatalı hesaplamalara neden olmaktadır. 
Yapılan bu tez çalışmasında araharmoniklerin analizi için zaman ve frekans analizine dayalı karma bir yöntem sunulmuştur. Bu yöntem 3 ana bölümden meydana gelmektedir. Birinci bölüm işaretin temel frekans bileşenine senkronizasyonu sağlayan sayısal PLL, ikinci bölüm sinyaldeki temel ve tam harmonik frekans bileşenlerini sinyalden ayrıştırarak araharmoniklerin ani değerlerinin elde edilmesini sağlayan adaptif çentik filtre ve son bölümde araharmoniklerin frekans domeninde ayrıştırılmasını sağlamaktadır.
Önerilen bu yöntem araharmonik ölçümünde karşılaşılan temel frekans kayması, gerilim çökmesi ve faz kayması gibi başlıca problemlere sayısal PLL ve adaptif çentik filtre yapısı ile çözüm sunmaktadır. Ayrıca yeni bir çalışma olarak araharmoniklerin analizinde karşılaşılan çoklu sıfır geçiş problemine çözüm üretilmektedir. Yöntemin başarısı IEC 61000-4-7 standatına uygun ölçüm yöntemleri kullanılarak yapay ve gerçek veriler ile test edilmiştir. Alınan test sonuçları önerilen metodun araharmonik analizi için uygun bir yöntem olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Recently, different types of power quality problems have appeared due to the widespread use of power electronic equipments in the energy systems. One of the most important problems is interharmonics which appears in the power systems. The interharmonics are caused by arc furnaces, welding machines, static frequency convertors and motor drivers. 
The interharmonics cause some problems such as overheating, decline of the physical life, voltage ripples, sub- synchronous oscillations, and flickers. The detect of interharmonics and prevention of their problems are very important in terms of quality and securitiy of the power systems. 
Fast Fourier Transform (FFT) and Discrete Fourier Transform (DFT) techniques due to their computational stability are widely used in the interharmonic analyses. However, some effects such as coincidence, spectral leakage, picket-fence take place owing to incorrectly selected sampling window, limited frequency resolution by windowing function, and the change of  fundamental frequency. 
All of these problems lead to faulty calculations. In this thesis study, a  hybrid method based on time and frequency has been presented for harmonic analyses.  The propesed hybrid  method consists of three main parts. In the first part, there is a digital PLL providing the synchronization of the signal with the fundamental frequency component under disturbance. In the second part, first the instantaneous total harmonics are detected by using the digital adaptive notch filter and the detected harmonic components are subtracted from the original signal. In the last part, the interharmonics are separated in the frequency domain. 
The proposed method presents solutions for the leading problems about the interharmonic measurement, such as fundamental frequency shifting, spectral leakage and picket-fence effect, using digital PLL and adaptive notch filter. In addition, a new approach is presented to solve the multiple zero-crossing problem encountered in the analysis of the harmonic-interharmonic. This method has been examined with real and synthetic data using measurement method according to IEC 61000-4-7 Standard. The results of measurements has showed that the suggested method is suited to interharmonics analysis.