Elektrik güç sistemlerinde harmonik analizi algoritmaları geliştirme

Abstract

Elektrik güç sistemlerinde, enerji kalitesinin artırılması ve kayıpların azaltılması açısından harmonik bileşenlerin hızlı ve doğru olarak belirlenmesi önem taşımaktadır. Bu amaçla yapılan tez çalışmasında, elektrik güç sistemlerinde zamanla değişen sinyaller için, ADALINE ( Uyarlamalı Doğrusal Eleman ) tabanlı algoritmalar kullanılarak, temel frekans tespiti ile harmonik ve ara harmonik bileşenlerin genlik ve faz açılarının kestirimini kapsayan çok işlevli bir sistem yapısı geliştirilmiştir. Bu algoritmalardan FADALINE (Fourier ADALINE) tabanlı algoritmalar sadece harmonik ve ara harmonik bileşenlerini kestirirken, geliştirilen GADALINE (Genişletilmiş ADALINE) algoritması ile sistemde olası temel frekans değişiklikleri de kestirebilmektedir. Çalışmada, geliştirilen bu algoritmaların matematiksel çözümlemesi yapılmış ve başarımı, benzetim çalışmalarıyla ara harmonikli ve temel frekansı değişen gürültü içeren sinyaller uygulanarak denenmiştir. MATLAB programı ile benzetim ortamında yapılan bu çalışmalar sistemin, akım ve gerilim dalga şekillerinin harmonik analizinde kullanışlı, etkin sonuçlar verdiğini göstermektedir. Elde edilen çıktılar, harmonik ve ara-harmonik bileşenlerin genlik ve faz açılarının hangi değerlere sahip oldukları bilgisine ek olarak, bu bileşenlerin hangi zaman aralığında ve ne oranda etkin oldukları bilgisini de sunmaktadır. Böylece, zamanla değişen harmonik ve ara harmoniklerin bireysel etkilerinin, zaman-harmonik uzayında 3 boyutlu olarak izlenebilmesine olanak sağlanarak analiz yönteminin etkinliği artırılmaktadır. Ayrıca sistem, parametrelerinin dahil edildiği ortama uygun olarak seçilebilmesinden dolayı, uyarlanabilir özellik taşımaktadır.

In Electrical Power Systems, a rapid and accurate estimation of harmonic components in terms of reducing losses and increasing the quality of energy is an important concern. In this study, a multifunctional system structure which includes fundamental frequency detection, phase angle and amplitude estimation of harmonic and inter harmonic components is developed by using ADALINE (Adaptive Linear Element) based algorithms for time varying signals. Among these algorithms, FADALINE (Fourier ADALINE) estimates only harmonic and inter harmonic components, whereas EADALINE (Extended ADALINE) estimates probable values of the fundamental frequency variances. In this study, these algorithms are analyzed mathematically and the performance of these improved algorithms is tested in simulations by applying noisy signals including variable fundamental frequency and inter harmonic components. The results of the experimental studies which are obtained by using MATLAB simulation environment demonstrate that this system is convenient and effective for the harmonic analysis of the current and voltage waveforms. In addition to the information of amplitude and phase angle values of harmonic and inter harmonic components, the results also provide information regarding in which time interval and at what ratio these components are efficient. Thus, the individual effects of this time-variant harmonic and inter harmonic components can be instantly detected in the 3D time-harmonic space, then the efficiency of the evaluation method can be increased. Moreover, the system is adaptive because its parameters can be chosen appropriate to the environment where it was integrated.