Non-lineer yükleri içeren elektrik enerji sistemlerinin işlemesinde harmoniklerin etkinlikleri ve kayıp analizi

Abstract

ÖZET Elektrik enerji sistemlerindeki genel incelemelerde sistemdeki büyüklüklerin sinusoidal olduğu, bir başka deyişle yüklerin lineer olduğu kabul edilir. Bununla birlikte, özellikle son yirmi yılda yan iletken teknolojisindeki gelişmelere bağlı olarak, enerji sistemlerinde non-lineer yüklerde artış gözlenmektedir. Bunun sonucu, sistem üzerindeki harmonik etkinliği de artacaktır. Bu çalışmada, ilk olarak, harmoniklerle ilgili genel matematiksel bağıntılar ve kavramlar verilmiş, genel standartlar özetlenmiştir. Daha sonra harmonik oluşturan kaynaklar ve harmoniklerin elektrik enerji sistemleri üzerindeki etkinleri üzerinde durulmuştur. Harmoniklerin süzülmesine ilişkin genel kurallar ve filtre tasarımı ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Çalışmanın beşinci bölümünde, öngörülen yaklaşım çerçevesinde, harmoniklerden kaynaklanan ek kayıplar ayrıştırılmış ve hem dengeli hem dengesiz yüklenme için n. harmonik için kayıp formülasyonu elde edilmiştir. Bu kayıplara karşılık düşen n. harmonik maliyet fonksiyonları matris biçiminde verilmiştir. Sayısal uygulama bölümünde non-lineer yük içeren 154/15 kV luk bir enerji sistemi göz önüne alınmıştır. Sistemde şönt kapasitörler ve 577. harmonikleri süzen süzgeç devreler tasarlanmıştır. Sistem üzerinde yapılan temel ve harmonik güç akışı sonrasında, harmonik (bara) gerilimleri ve harmonik kayıplar hesaplanmıştır. Bir simülasyon programı kullanılarak yapılan analiz, kapasitörlerin ve filtrelerin devrede olup olmamasına göre dört ayrı durum içermektedir. Dengesizlik etkisi de dikkate alınarak harmonik (ek) kayıplar belirlenmiştir. Ortaya konulan bağıntılar (Bölüm 5) ve elde edilen hesaplama sonuçlan doğrultusunda, harmoniklerin enerji sistemlerinin ekonomik işlemesini sınırladığı belirlenmiş ve tüm sonuçlar irdelenmiştir.

ABSTRACT In the general studies of electric power systems, quantities of system-i.e. load currents are assumed to be linear. However, number of non-linear in power systems increase, depending on development of SCR's technology especially since 1970s. Therefore, effect of harmonics upon the system will increase. In this study, first, general mathematical expressions and concepts for harmonics are given and general standards are summarized. Later, harmonic sources and effects of harmonics on electric power systems elements are discussed. The elimination of harmonics and filter-design are given in detail. In 5th chapter of study, via proposed approach, additional losses resulting from are decomposed and nth harmonic loss-formulation is obtained for both balanced and unbalanced loading, nth harmonic-cost functions for these losses are given in matrix form. In numerical illustration, a sample power system, 154/15 kV, consisting of non-linear loads is considered. Shunt capacitors and filter(s) smoothing 5th and 7th harmonics are designed for the systems. After fundamental and harmonic load flow are performed, harmonic (bus) voltages and harmonic losses are computed. This analysis depending on a software consists of four different cases-shunt capacitors and filter(s) switch on/off. Additional harmonic losses are computed with asymmetry conditions. It is clear that harmonics economical operation of electric power systems, using proposed expressions (in chapter 5) and obtained computer results..v //!f- '/?>. ? V»'-.' 4`» V* -,-...' ''< ? fil®-*