Şebekeden bağımsız senkron geneneratörlerde harmonik bozulmasının iyileştirilmesi

Abstract

Güç elektroniği devreleriyle kontrol edilen yükler, günümüz elektrik güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yükler, sinüzoidal olmayan dalga formuna, diğer bir deyişle harmonik bozulmaya sahip akımlar çektikleri için kendilerini besleyen senkron generatörlerin (SG'lerin) terminal gerilimlerinde harmonik bozulmaya yol açarlar. Pasif, aktif veya hibrit harmonik filtreler terminal gerilimindeki harmonik bozulmayı azaltmak için kullanılır. Filtrenin türüne bağlı olarak, rezonans problemleri veya maliyette artışla karşılaşılabilir. Literatürdeki bazı çalışmalar, SG'nin terminal gerilimindeki harmonik bozulmayı (THDV) iyileştirmek için uyartım akımının modülasyonu yöntemini önermiştir. Ancak bu çalışmalar, uyartım akımı modülasyon yönteminin yüklenme koşulları altında performansını analiz etmemiştir. Ayrıca yöntemin uygulanması için herhangi bir pratik araç geliştirmemiştir. Bu tez çalışmasında, ilk olarak, modüle edilmiş uyartım akımının doğrusal olmayan yüklenme altında SG'nin terminal gerilimi harmonik bozulmasına etkisini incelemek için, Maxwell yazılım ortamında sonlu elemanlar yöntemi temelli parametrik analizler yapılmıştır. İkinci olarak, elde edilen simülasyon sonuçları kullanılarak, doğrusal olmayan yüklenme koşulları altında SG'nin terminal gerilimi harmonik bileşenleri ile modüle edilmiş uyartım akımı arasındaki ilişkiyi ifade etmek için yapay sinir ağı (YSA)'na dayalı bir model geliştirilmiştir. Son olarak, Ansys Maxwell, Simplorer ve Matlab/Simulink entegrasyonu ile oluşturulan test sisteminde geliştirilen YSA modeli kullanılarak THDV'yi en aza indirmek için optimal uyartım akımı modülasyonu yöntemi uygulanmıştır.

Loads controlled by power electronic circuits are widely used in today's Electric power systems. Since these kinds of loads draw non-sinusoidal or harmonically distorted currents, they cause harmonically distorted terminal voltages on synchronous generators (SGs) supplying them. Passive, active or hybrid harmonic filters can be used to reduce the harmonic distortion in their terminal voltage. Depending on the type of filter, resonance problems or increased costs may be encountered. Some studies in the literature have suggested the modulation of the excitation current method to improve the harmonic distortion (THDV) in the terminal voltage on SGs. However, in these studies, the performance of the excitation current modulation method is not analyzed under loading conditions. Moreover, they do not develop a practical tool for the implementation of the method. In this thesis, firstly, to examine the effect of modulated excitation current on the SG's terminal voltage harmonic distortion under non-linear loading, the parametric analysis based on the finite element method is performed in Maxwell software environment. Secondly, using the obtained simulation results, a model based on artificial neural network (ANN) is developed to express the relation between the terminal voltage harmonic components on the SG and the modulated excitation current for the nonlinear loading conditions. Finally, in the test system created with the integration of Ansys Maxwell, Simplorer and Matlab/Simulink, the optimal excitation current modulation method is implemented to minimize THDV by using the developed ANN model.