Design and implementation of a current source converter based statcom for reactive power compensation

Abstract

ÖZREAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU İÇİNAKIM KAYNAKLI ÇEVİRGECE DAYALI STATKOMTASARIMI VE UYGULAMASIBİLGİN, Hazım FarukDoktora, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği BölümüTez Yöneticisi: Prof. Dr. Muammer ERMİŞNisan 2007, 255 sayfaBu çalışma, orta güç seviyesinde basit çevirgeç yapısına ve transformatörbağlantısına sahip ilk Akım Kaynaklı Çevirgece (AKÇ) dayalı dağıtım tipi StatikSenkron Kompanzatörünün (D-STATKOM) analizi, tasarımı ve geliştirilmesinehasredilmektedir. Geliştirilen AKÇ-D-STATKOM, 1kV gerilim seviyesinde SeçiciHarmonik Eliminasyon Metodunu (SHEM) kullanan +/-750kVAr gücündekiAKÇ'yi, 250kVAr gücündeki düşük geçirgen giriş filtresini ve orta gerilim yükbarasına bağlantı için Î/Y bağlı kuplaj transformatörünü içermektedir. AKÇ'nin güçdevresi, en düşük dört akım harmonik bileşenin (5.,7.,11.,13.) eliminasyonuamacıyla 500Hz'de anahtarlanan doğal hava soğutmalı yüksek gerilim IGCT ile enuygun, hızlı yüksek gerilim diyodunun her çevirgeç bacağında seri bağlanmasındanoluşmaktadır. DSP mikrodenetleyicisinde dijital olarak uygulanan, sabit kiplemeendeksindeki faz kayma açması kontrolü ile reaktif güç kontrolü elde edilmektedir.Geliştirilen sistem, Türkiye Kömür İşletmelerindeki elektrikli kömür kazımakinalarının hızlı değişen reaktif güç taleplerinin kompanzasyonu içinuygulanmıştır. Reaktif güç kompanzasyonundaki hızlı tepkisi, IEEE 519-1992standardındaki en zayıf güç sistemleri için bile uyumlu düşük toplam talep bozulumdeğeri ve kabul edilebilir verimlilik rakamlarından dolayı önerilen AKÇ D-STATKOM'un, karmaşık trafo bağlantılarına sahip geleneksel Gerilim KaynaklıÇevirgece dayalı D-STATKOM yerine kullanılabilecek yeni teknolojik bir alternatifolduğunu saha test kayıtları göstermektedir.Anahtar Kelimeler: güç kalitesi, reaktif güç kompanzasyonu, akım kaynaklıçevirgeç, STATKOM, harmonik eliminasyonu

ABSTRACTDESIGN AND IMPLEMENTATION OFA CURRENT SOURCE CONVERTER BASED STATCOMFOR REACTIVE POWER COMPENSATIONBİLGİN, Hazım FarukPh.D., Department of Electrical and Electronics EngineeringSupervisor: Prof. Dr. Muammer ERMİŞApril 2007, 255 pagesThis research work is devoted to the analysis, design and development of the firstmedium power Current-Source Converter (CSC) based distribution-type StaticSynchronous Compensator (D-STATCOM) with simplest converter topology andcoupling transformer connection. The developed CSC-D-STATCOM includes a +/-750kVAr full-bridge CSC employing Selective Harmonic Elimination Method(SHEM), a 250kVAr low-pass input filter at 1kV voltage level, and a Î/Y connectedcoupling transformer for connection to medium-voltage load bus. The power stageof CSC is composed of series connection of natural air-cooled high-voltage IGCTswitched at 500 Hz for the elimination of four lowest current harmonic components(5th, 7th, 11th, 13th), and optimized fast recovery high voltage diode in each leg.Reactive power control is achieved by applying the phase shift angle control at fixedmodulation index, which is implemented digitally on a DSP microcontroller.The developed system has been implemented for compensation of rapidly varyingreactive power demand of coal mining excavators in Turkish Coal Enterprises. Thefield test results have shown that the proposed CSC D-STATCOM serves as atechnologically new full substitute of conventional Voltage-Source Converter basedD-STATCOM having complex transformer connections in view of relatively fastresponse in reactive power compensation, very low total demand distortion factors,complying with the IEEE Std. 519-1992 even for the weakest power systems, andacceptable efficacy figures.Keywords: power quality, reactive power compensation, current source converter,STATCOM, harmonic elimination