4-KOLLU 4-TELLĠ BĠRLEġĠK SERĠ-PARALEL AKTĠF FĠLTRE ĠLE 3-FAZ 4-TELLĠ SĠSTEMLERDE GÜÇ KALĠTESĠNĠN ĠYĠLEġTĠRĠLMESĠ

Transkript

1 4-KOLLU 4-ELLĠ BĠRLEġĠK SERĠ-PARALEL AKĠF FĠLRE ĠLE 3-FAZ 4-ELLĠ SĠSEMLERDE GÜÇ KALĠESĠNĠN ĠYĠLEġĠRĠLMESĠ Mehme Uça ġule Özdem Engn Özdem 3 Düze Ünveses, Düze Meslek Yüksekokulu, Elekk Pogamı, Uzunmusafa Mh., 800, Düze,3 Koael Ünveses, eknk Eğm Faküles, Elekk Eğm Bölümü, Umuepe, 4380, Koael mehmeua@duze.edu. sozaslan@koael.edu. eozdem@koael.edu. ÖZE Bu çalışmada, 4-ell ssemlede hem şebeke hem de yük aafında yüksek güç kales sağlamak amaıyla 4-kollu 4-ell Bleşk Se-Paalel Akf Fle (BS) ssemnn denem ve uygulanması açıklanmakadı. 4-kollu 4-ell BS ssemnn denem çn ek-faz veya, snüzodal veya RS LS snüzodal olmayan, peyodk veya peyodk olmayan, dengel veya dengesz ssemlede RL LL geçel olan genelleşlmş akf olmayan güç eos kullanılmışı. BS ssemnn geçek RC zamanlı denem dspace DS03 deneley kaı LC le yapılmışı. Laboauvada kuulan 4-kollu 4- ell BS ssem es plafomu le kaynak gelm hamonğ ve aynı zamanda dengesz-doğusal C olmayan akım kompanzasyonu deneysel olaak geçekleşlmş. Anaha Kelmele: Akf fle, güç kales, nö akımı, dengeszlk, hamonk.. GĠRĠġ Elekk güç ssemlende, değşken hızlı moo süüüle, ha komuasyonlu sö emell doğuluula, ak fıınlaı, kaynak maknele, anahalamalı güç kaynaklaı gb doğusal olmayan yüklen ve güç elekonğ dönüşüüülenn yaygın kullanımı güç kalesnn bozulmasına neden olmakadı [,]. Bu çalışmada, 4-ell ssemlede 4-kollu 4-ell BS le güç kalesnn yleşlmes amaçlanmakadı. BS ssem, oak b Doğu (DA) baasına bağlı Paalel Akf Fle () ve Se Akf Fle () olmak üzee k güç elekonğ bmnden oluşmakadı [3,4]. bm akım le lgl güç kales poblemlen kompanze emeke ve DA-baa gelmn egüle emeked. bm se gelm le lgl güç kales poblemlen oadan kaldımakadı. Bu sayede BS ssem le üem süeçlende, fabkala ve esslede üekenlğn aıılması, eknlk, güvenlk ve kale unsulaının yleşlmes açısından oldukça y b çözüm sunulmakadı. 4-ell uygulamalada geleneksel 3-kollu 4-ell BS ssemle yaygın olaak kullanılmakadı [5]. Anak DA baada k kondansaö bulunan bu ssemlede kondansaöle üzendek gelmlen dengelenmes poblem en öneml dezavanajdı. Bu çalışmada es edlen 4-kollu 4-ell BS ssem le dengeszlk duumunda oaya çıkan nö akımı lave edlen dödünü IGB (nsulaed gae bpola ansso) kolu le kompanze edlmeked. Şekl de BS ssem v genel K v blok SF v dyagamı Y göülmeked. K Y PF 3 AA Kaynak = L K v K K v SF Y v Y L SF C v da = PF L PF Doğusal Olmayan Yükle Hassas Yükle BS Ssem Şekl. BS ssem genel blok dyagamı. DENEĠM EKNĠĞĠ Bu bölümde, genelleşlmş akf olmayan güç eos [6] ve bu eonn 4-kollu 4-ell BS ssemnn ve bmlende denem eknğ olaak uygulanması açıklanmakadı. Genelleşlmş akf olmayan güç eosnde hesaplanan anlık güç p( ve [-, ] zaman aalığında oalama güç P( sıasıyla () ve () denklemnde velmeked. m p v ( v () k k P p( ) d () Anlık akf akım a ( ve anlık akf olmayan akım ao ( sıasıyla (3) ve (4) denklemlendek gb bellenmeked. Refeans gelm v ( ekn değe V ( (5) denklemnde velmeked. P( a v (3) V ( (4) ao a V v ( ) v ( ) d (5) k 74

2 .. Denem eknğ Şekl de denem blok dyagamı göülmeked. denem saejsnde, pozf-sıa deekö, genelleşlmş akf olmayan güç eos çn efeans akım ( olaak kullanılaak yadımı denem snyallen ( a, b, ) üemeked. Kaynak gelmle (v Ka, v Kb, v K ) ve efeans akımla ( a, b, ) kullanılaak [-, ] oalama zaman aalığında oalama güç değe P( () denklem le hesaplanmakadı. Aynı zamanda bu efeans akımın ( ekn değe I ( (6) denklemnde velmeked. Snüzodal yük gelm v a ( (7) denklem le elde edlmeked [7]. v K Pozf sıa deekö Snüzodal yük gelm hesabı (7) va V Ym Vam (8) vk v SF aşıyıı abanlı DGM gelm deneley vsf /Vm Q SF kayıplaını ve geç duumlada DA-baa gelm dalgalanmalaını kompanze - emek çn geeken lave akf akım a ( (0) denklemnde veldğ gb ölçülen DA-baa gelm (v da ) değen efeans gelm (V da ) değene egüle edleek kaynakan çeklmeked. K Snüzodal a kaynak a akımı n v K hesabı (3) Sees AF swhng sgnals v da V da /V m PI DA gelm denem a PF PFn Hseezs ban akım deneley PF PFn Şekl 3. akım denem blok dyagamı Q PF PI Swhng Sgnals Şekl. denem blok dyagamı v SF I ( ) ( ) d (6) P( va (7) I Nomnal yük gelmn (v K ) elde emek çn Şekl de göüldüğü gb snüzodal yük gelm v a ( (8) denklem kullanılaak V am genlğne bölünmeke ve nomnal yük gelm genlğ V Ym le çapılmakadı. Daha sona kaynak gelmnden nomnal yük gelm çıkaılaak (9) denklem le kompanzasyon gelm efeanslaı (v SFa, v SFb, v SF ) elde edlmş. anahalama snyalle se aşıyıı abanlı Dabe Genşlk Modülasyonu (DGM) eknğ le üelmş [7]. Şekl 3 e göüldüğü gb DA-baa gelmn (v da ) egüle emek çn PI deneley kullanılmışı. Ölçülen DA-baa gelm ve efeans DA-baa gelm aasındak fak PI deneleyye uygulanmaka ve çıkış bm genlğe sahp emel snüzodal dalga le çapılmakadı. Sonuç olaak nn kompanzasyon efeans akımlaı ( PFa, PFb, PF, PFn ) () ve () denklem le elde edlmş. anahalama snyalle se hseezs ban akım deneley le üelmş. V da K I V da d] vs a [ K P V m PF n a PFn 0 (0) () PFa PFb PF ( ) () 3. DENEYSEL SONUÇLAR v S v DC V v am vaa vab va (8) 3 SF( K K v v (9).. Denem eknğ denem blok dyagamı Şekl 3 e göselmeked. Yük akımlaı ( Ya, Yb, Y ) ve emel pozf-sıalı kaynak gelmle (v Ka, v Kb, v K ) kullanılaak [-, ] oalama zaman aalığında oalama güç değe P( () denklem le hesaplanmakadı. İsenlen snüzodal kaynak akımlaı ( Ya, Yb, Y ) (3) denklem kullanılaak elde edlmeked. Anlık akf olmayan akım n ( (4) denklem le hesaplanmakadı. BS ssemnn güç 0 V ms faz-nö kaynak gelmnde asalanan 4-kollu 4-ell BS güç ve denem ssem blok dyagamı Şekl 4 e göselmeked. 4-kollu 4-ell BS ssemnn (4-kollu ve 4-kollu bmlenden oluşan) güç kaında 8 ade yaım köpü IGB modülle kullanılmışı. BS ssemnn geçek zamanlı denem dspace DS03 deneley kaı le yapılmışı. Malab/Smulnk oamında asalanan BS ssem denem modelle doğudan dspace deneley donanımı le uygulamaya akaılmışı. DSPACE DS3 konol gelşme kaı kullanılaak üelen anahalama snyalle le IGB len süülmes çn k ade 6-kanal ve k ade -kanal IGB süüü modülle kullanılmışı. 75

3 Analog Gşle Analog Gşle Rese kaynak -Gelm Ölçüm ek-faz ansfomaöle Ölçüm Ka Ya Düşüüü ansfomaö AS Kb K AS Yb Y vkab GS Kn Yn Lda sölü Doğuluu vka vkb vk Ka Kb K PFn PFa PFb PF Ya Yb Y Cda Ön-şaj Dençle Cda Dyolu Doğuluu Doğusal Olmayan Yük- vsfa vsfb vsf GS LSFn DA Gelm Ölçüm LPFn AS PFa PFb PF ek-faz Dyolu Doğuluu Doğusal Olmayan Yük- Gelm Ölçüm QNH QNH Ölçüm RSF LSF QNL İY QNL LPF RPF CSF CPF QNH QNL QNH QNL 6-kanal IGB Süüü -kanal IGB Süüü -kanal IGB Süüü 6-kanal IGB Süüü Aşıı Gelm- Kouma vsfab PFab vkab vsfab PFab Yab Gelm Snyal Koşullandıma Aabm Sayısal Çıkışla Sayısal Çıkışla CLP03 Bağlanı/LED Panel P4 ISA Genşleme Kuusu dspace DS03 PPC Deneley DS84 Aabm Fbe-Opk Bağlanı DS87 PCI Ka Şekl 4. 4-kollu 4-ell BS güç ve denem ssem blok dyagamı PC Yazılım: MALAB Smulnk Real-me Wokshop PowePC Comple Real-me Inefae ConolDesk 4-kollu 4-ell BS ssem deneysel çalışmalaında, dengesz ve doğusal olmayan yük (doğusal olmayan yük-) olaak ekleme açısı α=30 olan RL yüklü yaı deneml sölü doğuluu ve b-fazına bağlanan ek-faz RC yüklü dyolu doğuluu kullanılmışı. Ayıa ssem empedansı 59 µh den 3,6 mh ye yükselleek ve oak bağlanı nokasına bağlanan RC yüklü dyolu doğuluu (doğusal olmayan yük-) bağlanaak kaynak aafında gelm hamonkle % 9 düzeyne yükselmeked. Şekl 5 de 4-kollu 4-ell BS ssem le kaynak gelm hamonğ ve aynı zamanda dengesz-doğusal olmayan yük akımı kompanzasyonuna a ekonx DPO3054 osloskop le kaydedlen deneysel dalga şeklle göülmeked. Şekl 5a da kompanzasyondan öne hamonk çeen yük gelmle göülmeked. Peyodk akım ve gelm dalga şekl kompanzasyonu yapıldığı çn oalama zaman aalığı / seçlmş [9]. Şekl 5b de göseldğ gb kompanzasyondan sona hamonk çeen yük gelmle kompanze edleek snüzodal dalga şeklne benzelmeked. Ayıa yük gelmle 0 V değene egüle edleek dengelenmeked. Şekl 5 de kompanzasyondan öne kaynak ve nö akımı dalga şeklle göülmeked. Şekl 5d de kompanzasyondan sonak kaynak ve nö akımı dalga şeklle nelendğnde faz akımlaının dengelendğ ve nö akımın azaldığı açıkça göselmeked. Fluke 434 güç kale analzöü le alınan b-fazı yük gelm ve kaynak akımı oplam Hamonk Bozulma (HB) değele ve hamonk dağılımlaı Şekl 6 da göselmeked. Kaynak gelm hamonğ ve aynı zamanda dengesz-doğusal olmayan yük akımı kompanzasyonuna a deneysel sonuç özele ablo de velmeked. ablo. Deneysel sonuç özele Yük gelmle (v Y ) Öne Sona a-fazı 04,9,3 RMS b-fazı 04, 0,3 (V) -fazı 05,5 0,6 a-fazı 9,9,7 HB b-fazı 8,9,9 (%) -fazı 9,4,8 Kaynak akımlaı ( K ) Öne Sona RMS (A) HB (%) a-fazı 0,4 3,7 b-fazı 4,6 3,4 -fazı 0,3 3,3 nö 5,6,3 a-fazı 7,6 4,6 b-fazı 30,6 4,4 -fazı 7,9 4,7 Dengeszlk Negaf bleşen,4,0 (%) Sıfı bleşen,9 0,5 Güç Faköü 0,88 0,99 76

4 v Ya v Yb v Y (a) Kompanzasyondan öne v Yab gelmle (a) Kompanzasyondan öne v Yb gelm v Ya v Yb v Y (b) Kompanzasyondan sona v Yab gelmle (b) Kompanzasyondan sona v Yb gelm Ka Kb K Kn () Kompanzasyondan öne Kabn akımlaı () Kompanzasyondan öne Kb akımı Ka Kb K Kn (d) Kompanzasyondan sona Kabn akımlaı Şekl 5. Kaynak gelm hamonğ ve dengeszdoğusal olmayan yük akımı kompanzasyonu deneysel sonuçlaı (d) Kompanzasyondan sona Kb akımı Şekl 6. Yük gelm ve kaynak akımı b-fazı hamonk dağılımı 77

5 ablo de 4-kollu 4-ell BS ssem paameele ve Şekl 7 de se laboauva es plafomunun fooğafı göülmeked. ablo. 4-kollu 4-ell BS ssem paameele BleĢenle Sembol Paameele Gelm V Güç Kab 0 V Fekans f kaynağı K 50 Hz Empedans L K 59 µh 350 µf Kondansaö C x4700µf se DA-baa Doğusal olmayan yük- Doğusal olmayan yük- Refeans gelm Fle Anahalama fekansı Fle Anahalama fekansı Se ansfomaö V da L PF, L PFn R PF, C PF f ap L SF, L SFn R SF, C SF f as N /N S sölü L Y L da, R da ek-faz L Y dyolu C da, R da 350 V 3 mh, 3 mh 5 Ω, 30 µf 8 khz mh, mh Ω, 80 µf 0 khz 5,4 kva 3 mh 5,7 mh, 5 Ω mh 330 µf, 45 Ω dyolu C da, R da 8800 µf, 5 Ω Şekl 7. 4-kollu 4-ell BS ssem laboauva es plafomunun fooğafı 4. SONUÇLAR Bu çalışmada, 4-kollu 4-ell BS ssem le 4-ell ssemlede hem şebekeden hem de yüken kaynaklanan güç kales poblemlenn yleşlmes amaçlanmışı. Denem eknğ olaak ek-faz veya 3- faz, snüzodal veya snüzodal olmayan, peyodk veya peyodk olmayan, dengel veya dengesz ssemlede geçel olan genelleşlmş akf olmayan güç eos kullanılmışı. 4-kollu 4-ell BS ssem es plafomu le geçekleşlen kaynak gelm hamonğ ve aynı zamanda dengesz-doğusal olmayan akım kompanzasyonu deneysel sonuçlaına göe kompanzasyondan sona kaynak akımlaı ve yük gelmlenn dengelendğ, nö akımının azalıldığı, güç faköünün be yaklaşııldığı, akım ve gelm HB değelenn se IEEE 59 sandadında bellen %5 sınıının alında olduğu gözlenmş. 5. EġEKKÜR Bu çalışma, ÜBİAK aafından EEEAG 08E083 numaalı poje kapsamında deseklenmş. 6. KAYNAKLAR [] Gady, W.M., Sanoso, S., Undesandng Powe Sysem Hamons, IEEE Powe Engneeng Revew,, (), 8, 00. [] Dugan, R.C., MGanaghan, M.F., Sanoso, S., Beay, H.W., Eleal Powe Sysems Qualy, MGaw- Hll, nd Edon, 00. [3] Fuja, H., Akag, H., he Unfed Powe Qualy Condone: he Inegaon of Sees and Shun Ave Fles, IEEE ansaons on Powe Eleons, 3 (), 998. [4] Ghosh, A., Ledwh, G., A Unfed Powe Qualy Condone (UPQC) fo Smulaneous Volage and Cuen Compensaon, Ele Powe Sysems Reseah, 59, 55 63, 00. [5] Khadkka, V., Chanda, A., A Novel Suue fo hee-phase Fou-We Dsbuon Sysem Ulzng Unfed Powe Qualy Condone (UPQC), IEEE ansaons on Indusy Applaons, 45 (5), , 009. [6] u, Y., olbe, L. M., Peng, F. Z., Chasson, J. N. Chen, J., Compensaon-Based Non-Ave Powe Defnon, IEEE Powe Eleons Lee, (), 45 50, 003. [7] Ua, M., Ozdem, S., Ozdem, E., A Fou-leg Unfed Sees-Paallel Ave Fle Sysem Fo Peod And Non-peod Dsubane Compensaon, Ele Powe Sysems Reseah, 8, 3 43, 0. [8] J.H. Km, S.K. Sul, A Cae-Based PWM Mehod Fo hee-phase Fou-Leg Volage Soue Convees, IEEE ansaons on Powe Eleons, 9 (), 66 75, 004. [9] Yan u, A Genealzed Insananeous Nonave Powe heoy fo Paallel Nonave Powe Compensaon, PhD. hess, May,