Sentetik yeniden örnekleme ile güç sinyallerinde harmonik ve araharmoniklerin çözümlenmesi
Harmonics and interharmonics analysis of power signals using synthetic resampling
Yazar: EMEL GÜNLÜ
Danışman: DOÇ. DR. ÖZGÜL SALOR DURNA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Harmonikler ve araharmonikler, elektrik sistemlerinde doğrusal olmayan yüklerden kaynaklanan, sistemin temel frekansı dışındaki sinyal bileşenleridir. Doğrusal olmayan yükler olan ark ocakları, pota ocakları gibi cihazlar harmonik ve/veya araharmonik akımlar çekerek, sistemin ortak bağlantı noktasındaki gerilimin, temel bileşen yanında harmonik ve/veya araharmonik frekanslarda bileşenlere sahip olmasına neden olur ve bu da sistemden beslenen diğer cihazların çalışmasını olumsuz etkiler. Bu tez çalışmasında, doğrusal olmayan yüklerden dolayı bozulan akım ve gerilim sinyallerinin harmonik ve araharmoniklerinin çözümlenmesi için sentetik yeniden örneklemeye dayalı bir yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntem, Fourier çözümlemeye bağlı yöntemlerde karşılaşılan spektral kaçak etkilerini azaltmayı amaçlamaktadır. Bu yöntemde temel frekansı bulunan sinyal, ara değer bulmaya dayalı sentetik yeniden örnekleme ile çözümleme penceresi sinyalin temel periyodunun tam katına denk gelecek şekilde tekrar oluşturulur. Böylece,  Fourier çözümleme ile, temel bileşen ve temel frekansın tam katı frekansa sahip olan harmonik bileşenler kaçak etki olmadan tam olarak bulunmaktadır. Temel bileşen ve harmoniklerin etrafına yayılan spektral kaçak etkisi ortadan kaldırıldığı için, geriye kalan araharmonik bileşenler de daha doğru bir şekilde elde edilmektedir. Geliştirilen yöntem, MATLAB ortamında benzetimle üretilen veriler ve saha verileri üzerinde denenmiş ve IEC 61000-4-7 Standartı'na uygun şekilde harmonik ve araharmonik hesaplamaları yapılarak, standart Fourier çözümlemesine göre ortalama hata oranı; harmonikler için %8,26, araharmonikler için %2,76 iken, önerilen yöntemle ortalama hata oranı, harmonikler için %0,65'e; araharmonikler için %1,26'ya düşürülmüştür.

Abstract:
Harmonics and interharmonics are signal components other than the system fundamental frequency, resulting from non-linear loads in the electricity system. Nonlinear devices such as arc furnaces or ladle furnaces draw harmonic and/or interharmonic currents and hence cause the voltage at the point of common coupling to possess harmonic and/or interharmonic components besides the fundamental component, which adversely affect the operation of other equipment supplied from the system. In this thesis work, a new method based on synthetic resampling, which is proposed to analyze harmonics and interharmonics of the currents and voltages generated by nonlinear loads in the power system, has been developed. The developed method aims to reduce the spectral leakege effects encountered by the Fourier Transform based methods. In the developed method, once the true fundamental frequency is determined, the signal is resampled synthetically using interpolation to fit exact integer number of periods into one analysis window and then Fourier Transform is applied so that, Fourier Transform samples corresponding to the fundamental frequency component and its harmonics encounter no leakage effect. Since the leakage effect spreading around the fundamental and harmonic frequencies are eliminated, interharmonic components are also obtained more accurately. The developed method has been tested on both simulated and field data in MATLAB environment and harmonics and interharmonics have been computed based on recommendations given in the IEC 61000-4-7 Standard. It has been shown that, in the standard Fourier transform the mean error rates are 8.26%, and 2.76% for harmonics and interharmonics, respectively; while they are  0.65% for harmonics and  1.26% for interharmonics using the proposed synthetic resampling method.