Güç şebekelerinde iletilen yayınımların güç kalitesi analizi ve giderilmesi
Power quality analysis and suppression of conducted emissions on power grids
Yazar: SEÇİL GENÇ
Danışman: PROF. DR. OKAN ÖZGÖNENEL ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU GÜNDOĞDU
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik girişim = Electromagnetic interference ; Elektromanyetik uyumluluk = Electromagnetic compatibility

Özet:
Elektrikli araçlar, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltarak çevre dostu bir çözüm sunarlar. Araçtan şebekeye ve şebekeden araca teknolojisi, elektrikli araçların enerji depolama sistemleri aracılığıyla şebekeye enerji sağlamasını veya şebekeden enerji almasını mümkün kılar. Bu amaçla kullanılan çift yönlü AA/DA dönüştürücülerinin şebekede kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bunun yansıra, yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye bağlanmasıyla birlikte güç dönüştürücülerinin sayısı giderek artmaktadır. DA güç kaynakları doğrudan bir evirici aracılığıyla AA sisteme ya da öncesinde bir DA-DA dönüştürücü kullanılarak eviriciyle uyumlu bir DA gerilim seviyesine ayarlanabilir ve ardından bir evirici kullanılarak üç faza dönüştürülebilir. Güç elektroniği ve yarı iletken teknolojilerindeki ilerlemeler, elektrikli ve elektronik cihaz tasarımlarını yüksek frekansta anahtarlama kapasitesinin artmasına beraberinde ise yüksek verimli ve yoğun güce sahip kompakt tasarımların ortaya çıkmasını sağlamıştır. Ancak artan anahtarlama frekansı, elektromanyetik girişim sorununu da beraberinde getirmektedir. Bu girişimler genellikle dönüştürücülerle mikro şebekelerle bağlantılı diğer donanımların işleyişini olumsuz etkileyebilir veya zarara uğratabilir. 2 kHz'e kadar olan ve 150 kHz'den başlayan frekanslar için standartlar ve normlar varken, 2-150 kHz frekans aralığında sadece önerilen yöntemler ve yayınım sınırları vardır. Bu nedenle bu aralıktaki frekanslar için yeni yöntemler bulmak veya diğer frekans aralıkların yöntemlerini uyarlamak gerekmektedir. İlk tasarım aşamasında cihazın elektromanyetik grişiminin hesaba katılması, tasarımcıların da elektromagnetik uyumluluğu gerçekleştirmeden önce düşük maliyetle karşılamasını sağlayabilir. Bu çalışmada DA ve AA tek fazlı/üç fazlı sistemler üzerinde yaygın kullanılan evirici tipleri kullanılarak bir dizi iletilen yayınım ölçümleri yapılmıştır. 9-150 kHz frekans aralığında herhangi bir standart olmadığı için bu aralık için standart sınırlar önerilmiştir. Gerçek ölçüm sonuçları ile benzetim sonuçları karşılaştırılmış ve sonuçların birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Şebekeye iletilen yayınımın azaltılması için süzgeç tasarım adımları açıklanmıştır. Süzgeç tasarım parametreleri hesaplanırken ölçüm belirsizlikleri de dikkate alınmış ve en kötü durum şartlarını karşılayacak şekilde süzgeç tasarım adımları açıklanmış ve gürültü zayıflatma başarımı deneysel ve benzetim ortamında doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar istatistiksel yaklaşımla sunulmuş ve karşılaştırmalı değerlendirmesi yapılmıştır.

Abstract:
Electric vehicles provide an environmentally friendly solution by reducing dependence on fossil fuels. Vehicle-to-grid and grid-to-vehicle technology makes it possible for electric vehicles to supply or take energy from the grid through energy storage systems. The use of bidirectional AC/DC converters for this purpose is becoming increasingly common in the grid. In addition, the number of power converters is increasing as renewable energy sources are connected to the grid. DC power sources can be converted directly to AC with an inverter, or they can be pre-set to an inverter-compatible DC voltage level using a DC-DC converter and then converted to three-phase using an inverter. Advances in power electronics and semiconductor technologies have enabled electrical and electronic device designs to increase switching capability at high frequencies, resulting in compact designs with high efficiency and power density. However, increased switching frequency brings with it the problem of electromagnetic interference. This interference can often adversely affect or damage the operation of converters and other equipment connected to microgrids. While there are standards and norms for frequencies up to 2 kHz and starting from 150 kHz, in the frequency range 2-150 kHz there are only recommended methods and radiation limits. Therefore, it is necessary to find new methods for frequencies in this range or to adapt methods for other frequency ranges. Taking into account the electromagnetic interference of the device at the initial design stage can also enable designers to meet electromagnetic compatibility at low cost before realization. In this study, conducted emission measurements were performed on both DC and AC single-phase/three-phase systems, utilizing commonly employed inverter types. Since there is no standard for the frequency range 9-150 kHz, standard limits are proposed for this range. The actual measurement results are compared with the simulation results and the results are found to be consistent with each other. Filter design steps are explained to reduce the radiation transmitted to the network. The measurement uncertainties are taken into account while calculating the filter design parameters and the filter design steps are explained to meet the worst case conditions and the noise attenuation performance is verified experimentally and simulated. The obtained results are presented with a statistical approach and a comparative evaluation is made.