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

Abstract

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.