Ofis donanımının harmonik etkinliğinin kestirimi ve harmonik analizi
Harmonic activity estimation and harmonic analysis of office equipment
Yazar: BORA ACARKAN
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN KILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Ofis binalarında elektronik donanımların ve bilgisayarların kullanımının artması alçak gerilimdağıtım sistemlerindeki harmonik sorunlarını büyük oranda artırmaktadır. Dağıtımsistemindeki harmonikler, enerji sistemine bağlı cihazların verimini düşürmesi ve öngörülenömürlerini kısaltmasının yanında güç kayıplarının artmasına, cihazların hatalı çalışmasına vedağıtım sisteminin güvenilirlik sınırları dışında işletilmesine neden olmaktadır. Ofis ve ticaribinalarda bulunan yüksek sayıdaki bilgisayar yükleri ve özellikle masaüstü bilgisayarlar buyapılardaki ana harmonik kaynaklarıdır. Doğru, güvenilir bir sistem tasarımı ve kayıpların enaza indirgenmesi için harmonik analizlerin yapılması oldukça önemlidir. Harmonik analizaşamasının en önemli unsuru ise donanım ve sistemin doğru modellenmesidir.Bu çalışmada ofis donanımları ve donanımlardan özellikle PC yükleri ele alınmış, bu türdonanımların ve bu donanımı içeren sistemlerin harmonik analizi için gereken ölçme,değerlendirme, modelleme ve analiz aşamalarının tümü gerçekleştirilmiştir.Çalışmanın modelleme bölümünde laboratuar ortamında yapılan ölçümler değerlendirilerekofis donanımlarına ait nonlineer karakteristikler elde edilmiş ve nonlineer modellergeliştirilmiştir. Bu modellere ilişkin Newton-Raphson yöntemi uygulanarak MATLABkaynak kodlu yazılımlar geliştirilmiş ve hem zaman hem de frekans domeninde simülasyonlargerçekleştirilmiştir.Sayısal uygulama kısmında orta ölçekli, üç katlı bir ofis binasının bilgisayar yükleri veaydınlatma devresi akım enjeksiyon yöntemiyle modellenmiş ve Fourier dönüşümleriuygulanmıştır. Ayrıca nonsinüsoidal durumlar için simetrili bileşenler teorisinin uygulamasıyapılmış ve nonsinüsoidal durumlardaki güç büyüklükleri hesaplanmıştır.Özetle çalışmada gerçekleştirilen modeller aracılığıyla ofis binasındaki faz ve nötriletkenlerindeki akım dağılımı, gerilim dağılımı ve harmonik aktivite elde edilebilmektedir.Çalışmanın hesaplama, değerlendirme, modelleme ve analiz aşamalarında MATLAB yazılımıve Simulink aracı kullanılmıştır.Anahtar kelimeler: Ofis donanımı, kişisel bilgisayarlar, harmonik yük, harmonik aktivite,harmonik analizi, nonsinüsoidal güç tanımları, harmonik güç, nonlineer direnç modeli, akımenjeksiyon modeli, MATLAB.JÜRİ:1. Doç. Dr. Osman KILIÇ (Danışman) Kabul tarihi: 29.08.20062. Prof. Dr. Celal KOCATEPE Sayfa sayısı: 2783. Doç. Dr. Nurettin UMURKAN4. Prof. Dr. Fahrettin ARSLAN5. Prof. Dr. Nizamettin AYDIN

Abstract:
Increasing use of electronic equipment and computers in office buildings has raised harmonicproblems in low voltage distribution systems. Harmonics may cause unreliable operation ofdistribution systems, malfunction of equipments, and likewise reduce the efficiency and lifeexpectancy of connected equipments. In office buildings, one of the main harmonic sources isa large number of computer loads. Especially, personal computers cause harmonic distortionsto their supply system. In order to minimize losses and to design a reliable system, analyzingthe harmonics gains importance. System components should be properly modeled to performa proper harmonic analysis.In this study, office equipments, especially PCs, are analyzed in details and the necessarymeasurements, modeling and evaluation procedures are applied. In considerations ofmodeling procedures, all measurements of equipments are realized under laboratoryconditions.The nonlinear characteristics of office equipments are obtained with the help of measurementsand proper nonlinear models are developed. Various MATLAB coded programs havedeveloped for modeling based on the Newton-Raphson Iterative Method and the results havecrosschecked with the Simulink simulations. Simulink models of the office equipments areformed and simulations are carried out in time and frequency domain.In numerical application, a three-storey medium size office building with PC loads andlighting systems is modeled with the proposed current injection method and Fouriertransforms are applied. In addition, the symmetrical components theory is implemented undernonsinusoidal conditions and power quantities for nonsinusoidal situations and unbalancedloads are calculated .In this research, the current distributions, voltage distributions and harmonic activities can beobtained for both the phase and neutral lines with the help of developed and proposed models.All of the calculations, evaluations, models and analyses are implemented with MATLABsoftware and Simulink toolboxes.Keywords: Office equipment, personal computers, harmonic load, harmonic activity,harmonic analysis, nonsinusoidal power definitions, harmonic energy, nonlinear resistancemodel, current injection model, MATLAB.JURY:1. Doç. Dr. Osman KILIÇ (Supervisor) Date: 29.08.20062. Prof. Dr. Celal KOCATEPE Page: 2783. Doç. Dr. Nurettin UMURKAN4. Prof. Dr. Fahrettin ARSLAN5. Prof. Dr. Nizamettin AYDIN