Güç sistem harmonikleri ve harmoniklerin süzülmesi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, güç sistemlerinde harmonik üreten kaynaklar, harmoniklerin olumsuz etkileri genel olarak incelenmiş ve harmoniklerin süzülmesine ilişkin genel kurallar ve filtre tasannu ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Güç sistemlerinde dalga şekli bozulmasının en önemli nedeni, akım ve gerilim karakteristiği doğrusal olmayan yüklerdir. Giriş gücünü sinüs biçimli bir elektrik sisteminden alan bu yüklerin akımları harmonikler içerir. Harmonik akımları, devrelerini diğer elamanlar üzerinden tamamlayarak harmonik gerilimleri oluştururlar. Harmonikler elemanların ısınmasına, yahtimlannm zorlalanmasına, bazı durumlarda zarar görmelerine ve devre dışı kalmalarına neden olur. özellikle, güç faktörü düzeltilmesinde kullanılan kondansatörler ile sistem empedansı arasında oluşan harmonik rezonansları sonucunda önemli problemler ortaya çıkabilir. Günümüzde, güç sistemlerinde birçok durumda önemli harmonik kaynağı olmalarının yanısıra, harmonik bozulmaya karşı çok duyarlı olan güç elektroniği elemanlarının yaygın olarak kullanılması, harmonik bozulmalım kabuledilebilir sınırlar altoda tutulmasını gerektirmektedir. Bu durumda amaç, harmonik rezonanslarını önlemek ve harmonik akım ve gerilim genliklerini mümkün olduğu kadar azaltmaktır. Bu amaçla, güç sistemlerinde harmonik bozulmayı en aza indirmek için uygun yerlerde harmonik filtrelerine gereksinim duyulur. Teknik ve ekonomik durumlar da dikkate alınarak, genelde harmonik akımlarına düşük bir empedans yolu sunan paralel filtreler tercih edilir. Filtre tasarımındaki pratik kriter, harmonik akım ve gerilimleri cinsinden ifade edilen sorunu, diğer tüketiciler ile ortak bağlantı noktasında kabul edilebilir bir seviyeye azaltmaktır. Belirli harmonik frekanslarına ayarlanan filtreleri, tespit edilen uygun yerlere yerleştirmek ve sistemle etkileşimlerini kontrol etmek suretiyle, etkin harmoniklerin süzülmesi gerçekleştirilmiş olur. Bu çalışmanın sayısal uygulama bölümünde, doğrusal olmayan bir yük içeren örnek bir enerji sistemi gözönüne alınmıştır. Bir simülasyon programı kullanılarak yapılan analizde, 5. ve 7. harmonikleri süzmeye yönelik harmonik filtrelerinin devrede olup olmamasını içeren iki ayrı durum dikkate alınarak, bu filtrelerin etkinliği incelenmiştir.

SUMMARY This work focuses on source of harmonics in power systems and their undesired effects in general, and studies the optimum solutions to harmonic elimination and filter design in detail. In a power system, the main reason of a waveform distortion is the presence of nonlinear loads connected to the system. These nonlinear loads are supplied by a sinusoidal source. However, the current that they draw contains strong harmonics. These harmonics currents create also harmonically rich voltages at the terminals of other loads connected to the same system. Harmonics, overheating and the degradation of the insulation in the system may take place. Specially the capacitor banks that are used in power factor correction system can create a resonant frequencies with the effects of system's own impedance. This resonant frequencies may cause highly important harmonic problems in the system. Li today's power electronics, the common use of the elements of the power electronics very much susceptible to harmonic distortion in addition to their being on important harmonic source in power systems requires the harmonic distortion be kept under acceptable limits. In this case, the aim is to prevent harmonic resonances and reduce the amplitudes of harmonic currents and voltages as much as possible. For this purpose, there exists need for harmonic filters in proper locations to make the harmonic distortion minimum in power systems. Considering technical and economic sides, shunt filters that provide low impedance to harmonic currents is generally preferable. Practicable criterion of filter design is to reduce the problem reducing the problem to an acceptable level at the point of common coupling with other consumers, the problem being expressed in terms of harmonic current and harmonic voltages. These filters are adjusted to filter out certain harmonics and they are installed proper locations in the power systems. Thereby they reduce the magnitudes of undesired harmonics created in the systems. In the numerical part of this work, an energy system having a nonlinear load is considered. In the analysis part, using a simulation program two different cases are taken into consideration to see whether harmonic filters which have the aim of eliminating 5th and 7th harmonics serve their purpose and effects of these filters investigated.