Sinüzoidal olmayan şartlarda transformatör yüklenme kapasitesini maksimize etmek için pasif harmonik filtre tasarımı
Design of passive harmonic filter for maximization of transformator loading capacity under non-sinusoidal conditions
Yazar: EMİNE HÜMEYRA DEMİRCİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ERHAN BALCI
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüz modern güç sistemlerinde sinüzoidal olmayan (harmonik bileşenler içeren) akım çeken doğrusal olmayan güç elektroniği temelli yükler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yükler neticesinde hat akımları ve bara gerilimleri sinüzoidal dalga formundan uzaklaşmakta, bir başka ifadeyle önemli miktarda harmonik bozulmaya sahip olmaktadır. 

Harmonik bozulmayı azaltmak için pasif, aktif veya hibrit (aktif ve pasif) filtreler kullanılmaktadır. Pasif filtreler, direnç, bobin ve kondansatör elemanlarından oluşur ve harmonik iyileştirme yetenekleri aktif filtrelere kıyasla kısıtlıdır, ancak daha düşük maliyetlidirler. Pasif filtrelerin tasarımında geleneksel olarak, tekil ve toplam harmonik bozulma miktarlarını ve güç faktörünü uluslararası standartlarda tavsiye edilen aralıklarda tutmanın yanı sıra akım ve/veya gerilim toplam harmonik bozulmasının minimizasyonu, güç faktörünün maksimizasyonu, filtre maliyeti ve kayıplarının minimizasyonu amaçlanmaktadır. Diğer taraftan, literatürde sunulan yeni çalışmalar, harmonik bozulma ve güç faktörü kısıtlarını dikkate almakla birlikte, pasif filtreleri transformatörlerin sinüzoidal olmayan şartlarda yüklenme kapasitesini maksimize etmek amacıyla tasarlamıştır. 

Bu tez çalışmasında, öncelikle, basit kapasitif kompanzatör ve pratik yolla tasarlanmış C tipi pasif filtrenin transformatörün yüklenme kapasitesine ve harmonik bozulma seviyelerine etkileri analiz edilmiştir. İkinci olarak, çeşitli sezgisel optimizasyon yöntemlerinin transformatör azami yüklenme kapasitesinin en iyileştirilmesini amaçlayan optimal C tipi filtre tasarım probleminin çözümünde hassasiyet ve iterasyon sayısı karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir.
 
Son olarak, kaynak ve yük tarafı parametrelerinde meydana gelen değişimlerin optimal filtrenin performansına etkileri test edilmiştir.

Abstract:
In today's modern power systems, nonlinear (power-electronic) based loads that draw non-sinusoidal or harmonically distorted currents are widely used. As a consequence of these loads, line currents and bus voltages diverge from the sinusoidal waveform, in other words, they have a significant amount of harmonic distortion.

Thus, passive, active, or hybrid (active and passive) filters are used to reduce harmonics distortion in the power systems. Passive filters consist of resistor, inductor and capacitor elements, and their harmonic mitigation capabilities are limited compared to active filters, but they are less costly. In the design of passive filters, it is conventionally intended to keep the individual and total harmonic distortion amounts and the power factor between the recommended intervals in international standards, as well as minimizing current and / or voltage total harmonic distortion, maximizing the power factor, minimizing filter cost and losses. However, new studies presented in the literature have designed passive filters to maximize transformer's loading capacity under non-sinusoidal conditions, while taking into account conventional harmonic distortion and power factor constraints.

In this thesis study, firstly, the effects of basic capacitive compensator and practically designed C-type passive filters on transformer's loading capacity and harmonic distortion levels are analyzed. Secondly, the sensitivity and the iteration numbers of various heuristic optimization methods are comparatively analyzed for the solution of the optimal C-type filter design problem, which aims to maximize the transformer's loading capacity. Finally, the performance of the optimal filter design are tested under the variations of the source and load side parameters.