Süreksiz pwm yöntemi kullanılarak d-statkom denetimi
Control of d-statcom by using discontinuous pwm method
Yazar: MUHAMMED MUSTAFA ERTAY
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ZENGİN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Eviriciler = Inverters ; Reaktif güç kompanzasyonu = Reactive power compensation

Özet:
Enerji ihtiyacının sürekli arttığı günümüzde, yeni enerji santrallerinin devreye alınmasından ziyade mevcut enerji iletim ve dağıtım sistemlerinde enerji verimliliğinin artırılması büyük önem taşımaktadır. Bu sebeple iletim ve dağıtım sistemlerinde sırasıyla, FACTS ve özel güç cihazları son yıllarda hızlı bir kullanım alanı bulmuştur. Dağıtım sistemlerinde bunlardan en dikkat çeken cihaz, güç kalitesi ve reaktif güç kompanzasyon problemlerini hedef alan Dağıtım Statik Senkron Kompanzatördür (D-STATKOM). Bununla beraber güç elektroniği tabanlı olan bu cihazlarda da çalışma esnasında güç kayıpları oluşmaktadır. Süreksiz Darbe Genişlik Modülasyon Yöntemleri (DPWM) motor sürücülerinde uzun zamandır uygulanan enerji verimli bir PWM yöntemidir. DPWM yöntemi bugüne kadar D-STATKOM'da denenmemiş olan bir yöntemdir. Literatürde de bu konuya ilişkin D-STATKOM ile ilgili herhangi bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu nedenle bu doktora tezinde DPWM yöntemleri kullanılarak D-STATKOM'da meydana gelen güç kayıplarının azaltılması hedeflenmektedir.

Bu çalışmada DPWM yöntemlerinin güç kayıplarını azaltmadaki etkinliği ve reaktif güç kompanzasyonunu sağlamadaki başarısını incelemek amacıyla MATLAB-Simulink programı kullanılarak orta gerilimli bir dağıtım sistemi modeli oluşturulmuştur. Bu modelde D-STATKOM güç katı için 2 ve 3 seviyeli evirici yapıları kullanılmıştır. Eviricinin güç kayıplarının hesaplanması amacıyla bir kayıp hesaplama modeli geliştirilmiştir. D-STATKOM'un dış denetimi için faz açı denetim algoritması kullanılmıştır. Süreksiz PWM yöntemleri bu algoritmaya adapte edilerek benzetimler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca karşılaştırma amacıyla geleneksel Sinüzoidal PWM (SPWM) ve Uzay Vektör PWM (SVPWM) yöntemleri de D-STATKOM sistemine uygulanmıştır. Benzetim çalışmalarında modülasyon indeksi ve anahtarlama frekansı değiştirilerek D-STATKOM'un kapasitif ve endüktif çalışmadaki güç kayıpları, harmonik durumları ve reaktif güç kompanzasyon performansı incelenmiş ve karşılaştırmalı olarak irdelenmiştir. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki D-STATKOM anahtarlama güç kayıplarının DPWM yöntemleri ile %50'ye kadar azaltılması mümkündür. Buna ek olarak benzetim çalışmaları DPWM yöntemlerinin yüksek modülasyon indekslerinde reaktif güç kompanzasyonunu başarıyla yerine getirdiğini göstermiştir. Bu çalışmada dağıtım sisteminin çalışma durumuna göre D-STATKOM'da yüksek modülasyon indeksleri için DPWM3 yöntemi düşük modülasyon indeksleri için ise SPWM ve SVPWM yöntemleri önerilmektedir.

Abstract:
Nowadays energy demand increases continuously and increasing of energy efficiency in available energy transmission and distribution systems has greater importance than activating of new energy plants. Therefore in recent years, FACTS and custom power devices rapidly find area of usage in transmission and distribution systems respectively. The device most noticeable of these in distribution systems is Distribution Static Synchronous Compensator (D-STATCOM) which targets power quality and reactive power compensation problems. However, power losses also occur in these power electronics based devices during operation. Discontinuous Pulse Width Modulation Methods (DPWM) is an energy efficient PWM method applied in motor drives for a long time. DPWM is a PWM method which is not used in the D-STATCOM until today. In open literature, it is not encountered any study relating to this topic intended for D-STATCOM. For this reason, decreasing of power losses arising from D-STATCOM using DPWM methods is aimed at this doctorate study.

In this study, a medium voltage distribution system model is created on the purpose of analyzing of success in providing reactive power compensation and effect of DPWM methods in reducing power losses by using MATLAB-Simulink software. In this model, 2 and 3 level inverter structures are used for D-STATCOM power stage.  A loss calculation model is developed with the aim of inverter power losses calculation. The phase angle control algorithm is used for outer control of D-STATCOM. Simulations are carried out adapting of Discontinuous PWM methods to this algorithm. Furthermore, conventional sinusoidal PWM (SPWM) and Space Vector PWM (SVPWM) methods are also applied to D-STATCOM system for comparison purposes. In simulation studies, power losses during capacitive and inductive operation, harmonic cases and reactive power compensation performance of D-STATCOM are analyzed and examined comparatively through varying of modulation index and switching frequency. These studies show that it is possible to reduce of D-STATCOM switching power losses up to 50% with DPWM methods. Additionally, simulation studies show that DPWM methods successfully fulfill reactive power compensation at high modulation indexes. In this study, according to operation case of distribution system, DPWM3 method is proposed for high modulation indexes as well as SPWM and SVPWM methods are suggested for low modulation indexes in D-STATCOM.