Güç Sistemlerinde Bilgisayar Destekli Harmonik Yük Akışı Uygulaması

Abstract

Enerji sistemlerinde lineer olmayan elemanların kullanımı önemli ölçüde artmıştır. Bu artışın temel nedeni yüksek güçlü yarı iletken anahtarların geliştirilmesinden ve bunların doğrultucu, evirici gibi çeşitli elektronik devrelerde kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Bu tip lineer olmayan elemanların harmonikler üretmesinden dolayı enerji sistemlerinde gerilim ve akım dalga şekilleri bozularak sinüs formundan uzaklaşmaktadır. Harmoniklerin enerji sistemleri üzerindeki etkileri ise sistem bileşenlerinin ve tüketici yüklerinin zarar görmesi, ek kayıplar, ölçme, koruma ve kontrol sistemlerinin hatalı çalışması vb. şeklinde özetlenebilir. Bu etkileri araştırmak ve harmonikleri süzmek için gerekli süzgeç sistemlerinin tasarımını gerçekleştirmek için kullanılacak veriler harmonik yük akışı analizi ile elde edilebilir. Bu tezin ilk bölümünde harmoniklerle ilgili temel kavramlar açıklandıktan sonra, harmoniklerin güç sistemi ve elemanları üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. İkinci bölümde ise güç sistemi elemanlarının harmonik bağımlı olarak modellenmesi açıklanmış ve harmonik güçlere ilişkin çeşitli hesaplama yaklaşımları incelenmiştir. Daha sonra Newton-Raphson yöntemine dayalı geleneksel yük akışı algoritmasıyla ilgili bağıntılar çıkarılıp, geliştirilen matematiksel bağıntılar ve önceki bölümlerde verilen modeller kullanılarak harmonik yük akışı algoritması oluşturulmuştur. Önerilen bu harmonik yük akışı algoritmasına uygun bir MATLAB tabanlı bilgisayar programı yazılımı gerçekleştirilmiştir. Tezin son kısmında lineer ve lineer olmayan yükleri içeren 5 baralı bir güç sistemi göz önüne alınmıştır. Bu güç sisteminin, lineer ve lineer olmayan yüklerin dengeli olduğu çalışma durumu varsayılmıştır. Örnek sistem üzerinde göz önüne alınan çalışma durumu için bu programdan elde edilen benzetim sonuçları ile bilgisayar yazılımı ekte verilmiştir. Elde edilen tüm sonuçlar irdelenerek değerlendirilmiş ve önerilere yer verilmiştir.

The use of nonlinear elements connected to power system has increased substantially. Principal reason for this increase includes the development of high power semiconductor switches and their application in rectifiers, inverters and various electronic circuits. The current and voltage waveforms differ from sinusoidal form because of harmonics that generated by this type of nonlinear elements. The effect of harmonics in power systems are possible harm to system components and consumer loads, additional losses, faulty operations in measurement, control and production systems etc. The data used to investigate above effects and to design filter system which is necessary to filter harmonics can be obtained harmonic load flow. In the first chapter of this thesis, the effects of harmonics on power systems and components are evaluated after being described the theory of harmonics. In the second chapter, modelling of the power system components as harmonic dependent are performed and then the various approaches to the calculation of harmonic powers are investigated. Afterwards, related expressions for conventional load flow based on Newton-Raphson method are derived and then harmonic load flow algorithm is performed by combination of developed mathematical expressions and models given previous chapter. A MATLAB based computer programme is written based on proposed harmonic load flow algorithm. In the thesis, finally, a 5 -bus sample power system including linear and nonlinear loads is considered. Balanced operation case of linear and nonlinear loads of this power system is supposed. The simulation results obtained this programme for proposed operation modes and computer programme software are given in the Appendix. Overall conclusions are discussed and new considerations are given.