Etkin güç süzgeçleri için yeni bileşen ayrıştırma ve referans akımı çıkarım yöntemleri
New component decomposition and reference current extraction methods for active power filters
Yazar: HASAN DİRİK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUAMMER ÖZDEMİR
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik güç sistemlerinde karşılaşılan güç kalitesi sorunları genellikle doğrusal olmayan yükler tarafından çekilen tepkin ve harmonik akım bileşenlerinden kaynaklanır. Bu sorunların çözümü için geleneksel olarak edilgen süzgeçler ve anahtarlamalı sığaçlar kullanılmaktadır. Son yıllarda, bu yapılar bazı olumsuzluklarından dolayı yerini yavaş yavaş etkin güç süzgeçlerine bırakmaktadır. Bozuk yük akımlarının bileşenlerine ayrıştırılması etkin güç süzgeçlerinin en önemli hesapsal kısmını oluşturur. Bileşen ayrıştırma, güç kalitesi sorunlarının analizini ve izlenmesini amaçlayan çalışmalarda da oldukça hayati bir konudur.
Bu tez çalışmasında bozunum içeren akımları etkin, tepkin, harmonik ve doğru bileşenlerine ayrıştırmayı sağlayan iki yeni yöntem sunulmuştur. Yöntemlerin ilki cebirsel hesaplamalar ile geliştirilmiş olup ikincisi ise diferansiyel eşitlik algoritmasının yeni bir biçimi kullanılarak elde edilmiştir. Her iki yöntem anlık değerleri hesaplayabildiğinden etkin güç süzgeçlerinin referans akımı çıkarımına uygundur. Gürültüye dayanıklılık, frekans değişimlerinden az etkilenme ve yük akımlarında bulunması olası doğru bileşenlerden etkilenmeme özellikleri geliştirilen yöntemlerin diğer bazı avantajlarıdır.
Tezde, ayrıca, paralel etkin güç süzgeci referans akımlarının çıkarımı için de iki yeni yöntem sunulmuştur. Her iki yöntem referans akımının çıkarımını bir 3-faz/1-faz dönüşümü ile elde edilen akım ve gerilim sinyalleri üzerinden tek seferde yapmaktadır. Yöntemler tezde iki farklı biçimde verilmiştir. Yönemlerin ilk biçimleri kullanılarak doğrusal olmayan yüklerin aynı anda tepkin güç kompanzasyonu, harmonik akım kompanzasyonu ve faz akımlarının dengelenmesi için gerekli referans akımları hesaplanabilmektedir. Yöntemlerin ikinci biçimleri ise doğrusal olmayan yüklerin harmonik akım kompanzasyonunu ve faz akımlarının dengelenmesini sağlamaktadır. Bu iki yöntem ve yazında yaygın olarak kullanılan beş yöntem Matlab/Simulink ortamında ideal koşullar ve şebeke koşulları kullanılarak yapılan bir dizi benzetimler ile incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Benzetim çalışmaları sunulan referans akımı çıkarım yöntemlerinin diğer yöntemler ile benzer özellikleri olduğunu göstermesine karşın yöntemlerin asıl avantajları bileşenlerin ayrışımı aşamasında ortaya çıkmaktadır.

Abstract:
Power quality problems encountered in power systems usually originate from reactive and harmonic current components drawn by non-linear loads. Traditionally, passive filters and switched capacitors are used as a solution for these problems. In recent years, due to unfavorable features of them, these filters have being replaced by active power filters day by day. Component extraction from distorted load currents is the most important computational part of active power filters. Component extraction also is a vital issue in the works aiming to analyze and monitor power quality problems
In this thesis, two new methods that provides the extraction of active, reactive, harmonic and direct current components from distorted currents are presented. The first method is developed by algebraic calculations, and the second is obtained by using a new form of differential equation algorithm. Since both methods can compute instantaneous values, they are suitable for reference current extraction of active power filters. Immunity to noise, being less affected from frequency deviations and being not influenced from dc component that may exist in load currents are some other advantages of the proposed method.
In the thesis, also, two new methods for the reference current extraction of active power filters are presented. Both methods extract reference currents at once over current and voltages that are obtained by a 3-phase/1-phase transformation. The methods are given in two different forms in the thesis. By using the first forms of the methods, reference currents that required for reactive power compensation, harmonic current compensation and phase current balancing of nonlinear loads at the same time can be computed. The second forms of the methods also provide harmonic current compensation and phase current balancing of nonlinear loads. These two methods and five commonly used methods in the literature have been analyzed and compared under ideal and grid conditions by using a series of simulations that have been executed in Matlab/Simulink environment. Although the simulations have shown that the features of the presented methods are similar to the other methods, main advantages of the methods are observed at the stage of component extraction.