Wavelet based harmonic analysis: Case study of a plant with cogeneration

Abstract

Sanayi ülkelerinde enerji açığını azaltmak ve çevresel sorunları en aza indirgemek amacıyla çeşitli enerji politikaları oluşturulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının arttırılması ve ayrık üretim sistemlerinin yaygınlaştırılması ile ülkemizde ve dünyada yaşanan enerji sorununa çözüm bulunmaya çalışılmıştır. Bir ayrık üretim sistemi olan kojenerasyon sistemleri gelişmekte olan endüstrinin hem elektrik hem de ısıl ihtiyacını karşılamaktadır. Bu sistemlerin bağımsız olarak ısı ve elektrik üreten tesislere göre daha yüksek verime sahip olması ve çevresel etkilerinin az olması kojenerasyon sistemlerini tercih edilir hale getirmiştir. Bu tezde analiz edilen kojenerasyon sistemi İzmir'de kurulmuş olup; 3 adet yükü beslemektedir. Kuplaj noktası ile enterkonnekte sisteme bağlanarak; gerektiği durumlarda kendini ada durumuna alabilmektedir. Bu çalışmanın birinci kısmında bir kojenerasyon sistemindeki çeşitli çalışma modlarındaki harmonikler incelenmiştir. Harmonikleri belirlemek için literatürde kullanılan yöntemler içerisinden dalgacık metodu kullanılmıştır. Ana dalgacık seçebilmesi için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Dalgacık tabanlı algoritma harmonikleri hızlı bir şekilde tespit ederek frekans zaman spektrumunda vermektedir. Bu analiz, hem türbinler hem de yükler üzerinde gerçekleştirilerek harmoniklerin akış yönünün belirlenmesi amaçlamıştır. Çalışmanın ikinci kısmında ise harmoniklerin etkisini azaltmak için alçak geçirgen filtre ile gürültü süzme algoritması kullanılmıştır. Evrensel eşikleme yöntemi ile harmonikler azaltılarak çıkış sinyali neredeyse giriş sinyaline yaklaşmış; bu şekilde harmoniklerin elenmesi sağlanmıştır. Çalışmanın son kısmında; Tasarlanan alçak geçirgen filtre ile gürültü süzme algoritması arasında karşılaştırma yapılmıştır. Seçilen ana dalgacığa bağlı olarak gürültü süzme algoritmasının sistem harmoniklerini eleme konusunda oldukça başarılı olduğu gözlenmiştir.

Industrial countries constitute energy policies in order to decrease energy gap and minimize environmental issues. Increasing use of renewable energy sources and with the expansion of using distributed generation is the solutions to energy related problems in our country. A cogeneration system is a distribution generation unit which supplies electrical and heat demand of the developing industry. These systems are more preferable due to its higher efficiencies against separate generation systems and lower environmental impact. The cogeneration system which analyzed in this thesis is installed in İzmir and fed 3 different loads. It connects to interconnection point via point common coupling which can be used in case the cogeneration switches to island mode.In the first part of this study, the harmonic components of different operating modes of a cogeneration system are analyzed. Since wavelet based algorithm tracks harmonics effectively and gives in time frequency spectrum, the wavelet theory is used among the methods covered in literature to find harmonics. Studies have been conducted to choose a mother wavelet. This analysis is aimed to determine the direction of harmonic flow on both gas turbines and loads. In the second part, low-pass filters and de-noising algorithm are used to decrease the effect of harmonics. It is observed that wavelet based global thresholding decrease harmonics effectively.In the last part of the study; comparisons are made between designed low-pass filter and de-noising algorithm with wavelets. Depending on the selected mother wavelet, de-noising algorithm is found to be quite successful when eliminating harmonics