3-fazlı 4-telli sistemlerde güç kalitesi düzeltimi için birleşik seri-paralel aktif filtre tasarımı denetimi ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı 3-faz 3-kollu 4-telli ve 4-kollu 4-telli Birleşik Seri Paralel Aktif Filtre (BSPAF) sistemlerinin tasarımı, denetimi ve gerçekleştirilmesidir. BSPAF sistemi, ortak bir Doğru Akım (DA) barasına bağlı Paralel Aktif Filtre (PAF) ve Seri Aktif Filtre (SAF) olmak üzere iki güç elektroniği biriminden oluşmaktadır. PAF, akım ile ilgili güç kalitesi problemlerini kompanze etmekte ve DA-bara gerilimini regüle etmekte iken SAF, gerilim ile ilgili güç kalitesi problemlerini ortadan kaldırmaktadır.Genelleştirilmiş aktif olmayan güç teorisi, tek-fazlı veya 3-fazlı, sinüzoidal veya sinüzoidal olmayan, periyodik veya periyodik olmayan, dengeli veya dengesiz elektrik sistemlerinde kullanılabilmektedir. Bu teori daha önce PAF denetimi için uygulanmıştır. Bu tez çalışmasında ise periyodik (fakat sinüzoidal olmayan) veya periyodik olmayan akım ve gerilim dalga şekli bozukluklarının yanı sıra kısa süreli gerilim çökmesi, reaktif güç, dengesizlik ve nötr akımı kompanzasyonu amacıyla 3-faz 3-kollu 4-telli ve 4-kollu 4-telli BSPAF sistemlerinin denetimi için önerilmiştir.3-fazlı 4-telli sistemlerde güç kalitesi iyileştirilmesi için tasarlanan 3-faz 3-kollu 4-telli ve 4-kollu 4-telli BSPAF sistemlerinin 5 kVA laboratuvar test platformu kurulmuştur. BSPAF sisteminin gerçek zamanlı denetimi amacıyla dSPACE DS1103 denetleyici kartı kullanılmıştır. Matlab/Simulink ortamında geliştirilen gerçek zamanlı denetim algoritmaları Matlab Real Time Workshop (RTW) ve dSPACE Real-Time Interface (RTI) yazılımları aracılığıyla dSPACE DS1103 denetleyici kartına doğrudan yüklenmiştir. Böylece, geliştirilen denetim algoritmasının uygulamaya geçirilmesi ve doğrulanması hızlandırılmıştır.Ayrıca, BSPAF sisteminin DA-barasına bağlanan ultra-kapasitör bankası ile şebeke gerilimindeki kısa süreli gerilim çökmesini kompanze etme performansı deneysel olarak araştırılmıştır. Sonuç olarak, simülasyon çalışmaları yapılan, önerilen genelleştirilmiş aktif olmayan güç teorisi temelli BSPAF sistemi denetim yönteminin geçerliliği deneysel olarak gösterilmiştir.

The objective of this thesis study is to design, control and application of the 3-phase 3-leg 4-wire and 4-leg 4-wire Unified Series-Parallel Active Filter (USPAF) systems. The USPAF system is composed from two power electronics units with a common Direct Current (DC) link: Parallel Active Filter (PAF) and Series Active Filter (SAF). The PAF compensates current related power quality problems and regulates the DC-link voltage, while the SAF compensates voltage related power quality problems.The generalized non-active power theory is applicable to single-phase or multi-phase, sinusoidal or non-sinusoidal, periodic or non-periodic, balanced or unbalanced electrical systems. The theory was implemented previously for the control of the PAF. In this thesis, it is proposed for the control of the 3-phase 3-leg 4-wire and 4-leg 4-wire USPAF systems to compensate the periodic (but non-sinusoidal) or non-periodic current and voltage waveform disturbances as well as short duration voltage sag, reactive power, unbalance and neutral current.A 5 kVA laboratory test platform of the 3-phase 3-leg 4-wire and 4-leg 4-wire USPAF systems designed for power quality improvement in 3-phase 4-wire power systems was installed. DSPACE DS1103 controller board is used for the real-time control of the USPAF system. The developed real-time control algorithms in Matlab/Simulink platform were downloaded directly to the dSPACE DS1103 controller board using the Matlab Real Time Workshop (RTW) and dSPACE Real-Time Interface (RTI) software. Hence, verification and application of developed control algorithm can be implemented rapidly.Additionally, the performance to compensate for short duration voltage sag in the utility voltage with the ultra-capacitor bank connected on the DC-link of the USPAF system was investigated experimentally. In conclusion, the performed simulation studies, the validity of the USPAF system control method based on the proposed generalized non-active power theory shown experimentally.