BURSA HAFİF RAYLI TAŞIMA SİSTEMİ İÇİN AKIM KAYNAKLI AKTİF GÜÇ FİLTRESİ UYGULAMASI

Transkript

1 BURSA HAFİF RAYLI TAŞIMA SİSTEMİ İÇİN AKIM KAYNAKLI AKTİF GÜÇ FİLTRESİ UYGULAMASI A.Teciyanlı*, O.Uçak*, T.Kılınç*, R.Çına, İ.Özkan *TÜBİTAK-UZAY ODTÜ/ANKARA, BURULAŞ, Nilüfe/BURSA Öz Bu makalede, Busa Hafif Raylı Taşıma Sistemi nin (BURSARAY) Ota Geilim (OG) ye altı besleme kablolaının kapasitif eaktif güç ihtiyacının kaşılanması ile 12 dabeli ce doğultuculaının yaatmış olduğu baskın 11. ve 13. akım hamonikleinin filtelenmesi amacıyla Tistö Anahtalamalı Şönt Reaktö (TAR) ve akım kaynaklı Aktif Güç Filtesi ne (AGF) dayalı sistemin tasaım, benzetim ve uygulama çalışmalaı sunulmaktadı. Sistemlein deveye alınmasıyla geek aylık bazda eaktif eneji tüketimleinin geekse akım hamonikleinin yönetmeliklede ve IEEE Std.519 standadında veilen sını değelei kaşılaması sağlanmıştı. Anahta Kelimele: Aktif güç filtesi, akım kaynaklı evigeç, doğultucu, akım hamoniği I. Giiş Son yıllada yaı-iletken teknolojisindeki gelişmelee paalel olaak doğusal olmayan yüklein kullanımında yaşanan atış, bitakım poblemlei de beabeinde getimişti. Özellikle tüketicilein kesintisiz ve daha kaliteli eneji talepleine cevap vemeyi amaçlayan hizmet sağlayıcıla, sistemin işletilmesinde poblemle teşkil eden güç kalitesi kavamına daha fazla önem vemeye başlamışladı. Bunun bi yansıması olaak uluslaaası standatlada kendine ye bulan biçok güç kalitesi kavamı ile bunlaa ilişkin sını değele ve yaptıımla, yönetmeliklede ve tebliğlede de ye bulmaya başlamıştı. Güç kalitesi kavamının dolaylı ancak ayılmaz bi paçası olan eaktif güç akışının kontolü, iletim ve dağıtım sisteminde yeni sını değelein gündeme gelmesine sebep olmuştu. Bunun sonucunda 2007 yılının Ocak ayı itibaiyle bütün Alçak Geilim (AG) ve OG kullanıcılaın aylık bazda endüktif ve kapasitif eaktif eneji tüketimleinin aktif eneji tüketimleine oanı sıasıyla % 20 ve % 15 olacak şekilde sınılandıılmıştı [1]. Bunun yanında daha önce iletim sistemi kullanıcılaı için tanımlanan akım hamoniklei sını değeleinin, dağıtım sistemi kullanıcılaı içinde geçeli olmasıyla bilikte, eaktif güç kompanzasyonu ile akım hamonikleinin filtelenmesinin beabe düşünülmesini kaçınılmaz kılmıştı [2]. Ancak hem AG hem de OG müşteilein biçoğunun eaktif güç kompanzasyon sistemlei tesis edeken akım ve geilim hamonikleini dikkate almadan yaptıklaı uygulama çalışmalaı, güç kalitesi açısından yeni poblemlei de beabeinde getimektedi. Bununla bilikte, bazı uygulamalada özgün koşulladan kaynaklı olaak konvansiyonel yöntemle kullanılaak hem eaktif güç akışının hem de akım hamonikleinin denetim altında tutulması mümkün olmamaktadı. Özellikle Otak Bağlantı Noktasında (OBN) biden fazla bozucu etki yaatan kullanıcının olması ya da eaktif güç ihtiyacının göece az ancak şebekeye basılan akım hamonikleinin fazla olması gibi koşullada, uygulanagelen pasif filte sistemleine dayalı konvasiyonel güç kalitesi düzenleyici sistemle kullanıcılaın poblemleine çözüm sağlamamaktadı. Bu gibi koşullaın olduğu duumlada konvansiyonel sistemle yeine, moden yaı iletken teknolojileine dayalı aktif kontol imkanı sunan sistemle kullanılmaya başlamıştı. Akım hamonikleinin filtelenmesi ve eaktif güç akışının kontol edilmesi için kullanılan en yaygın teknoloji aktif güç filteleidi. Aktif güç filtelei, poblemin tüüne ve kullanılan deve elemanlaına göe yapısal faklılıkla göstemektedi. En genel anlamda aktif güç filtelei, deve yapısına göe akım veya geilim kaynaklı; sisteme bağlantı şekline göe ise sei ya da paalel aktif güç filtelei olaak adlandıılmaktadı [3,4]. Şekil 1 de paalel bağlı akım ve geilim kaynaklı aktif güç filteleinin pensip deve yapılaı gösteilmektedi. Geilim kaynaklı aktif güç filtesinde evigecin şebekeye kaşı basmaya çalıştığı akım, DA bağda oluştuulan bi geilim kaynağı (kapasitö) üzeinden; akım kaynaklı aktif güç filtesinde ise bi akım kaynağı (eaktö) üzeinden oluştuulmaktadı. Geilim kaynaklı aktif güç filteleinin düşük maliyet ve boyut, yüksek veimlilik gibi özelliklei ön plana çıkaken, akım kaynaklı aktif güç filteleinin hızlı tepki süesi, kolay kontol yapılaı ve doğal kouma özelliklei ön plana çıkmaktadı. Bu çalışmada, BURSARAY için tesis edilen akım kaynaklı bi aktif güç filtesinin tasaım, benzetim ve uygulama sonuçlaı veilmektedi. Tasaım çalışmalaının doğuluğu, geek benzetim çalışmalaının geekse sahada geçekleştiilen deneylein çıktılaıyla gösteilmektedi.

2 (a) (b) Şekil 1 Geilim (a) ve akım (b) kaynaklı aktif güç filtesi yapılaı II. Sistem Tanımı BURSARAY OG dağıtım sistemi, doğudan TEİAŞ Beşevle İndiici Mekezin den 100 MVA, 154 / 34.5 kv tafo çıkışından beslenmektedi (Şekil 2). İndiici mekezden gelen ye alti kablosu ilk istasyon olan, SS07 istasyonuna gimektedi. Şekil 2 de gösteildiği üzee indiici mekez ile SS07 istasyonu aasındaki bağlantı 2385 m, 3x(1x185 mm 2 ); ce ve sevis tafolaının bulunduğu aa istasyonla aası bağlantı ise toplamda m, 3x(1x150 mm 2 ) ye altı kablosu ile sağlanmaktadı. Ye altı kablolaının kaçak kapasitanslaından kaynaklı olaak yaklaşık 1400 kva kapasitif eaktif güç ihtiyacı otaya çıkmaktadı. DA katena hattını besleyen 12 dabeli ce doğultuculaı, nomal opeasyon esnasında yaklaşık 0.98 güç faktöünde çalışmaktadı. Bu nedenle, yönetmelik hükümleinin sağlanabilmesi için kabloladan kaynaklı kapasitif eaktif gücün kompanze edilmesi geekmektedi yılında tesis edilen 1250 kva kuulu güce sahip TAR sistemi sayesinde eaktif eneji tüketimine ilişkin yönetmelik hükümleinin kaşılanması mümkün olmuştu. TAR sisteminin OG seviyesine bağlantısı ise münfeit 1600 kva, 34.5 / 1.1 kv bi kuplaj tansfomatöü üzeinden sağlanmaktadı yılında yapılan çalışmada, akım hamonikleinin filtelenmesi amacıyla, aktif güç filte sisteminin tesis edilmesi geekliliği öngöülmüş ve kuplaj tansfomatöünün gücü ve akı yoğunluğu buna göe seçilmişti. Şekil 3 te indiici mekezdeki çıkış fideinde bulunan fatualandımaya esas sayaçladan geçekleştiilen ölçüm sonucu elde edilen aktif-eaktif güç değişimi ile 12 dabeli ce doğultuculaından kaynaklı baskın 11. ve 13. akım hamonikleinin zamana kaşı değişimlei veilmektedi. Othe industial and domestic loads 100 MVA 154 /34.5 kv 3x(1x185mm 2 ) 2385m 3x(1x150mm 2 ) 9625m 3x(1x150mm 2 ) 6870m kwh kvah Enegy Metes 34.5/1.1 kv 1600 kva 34.5 kv Bus 350 kva CS APF 1250 kva Shunt eacto Şekil 2 BURSARAY-2 hattı OG dağıtım sistemi basitleştiilmiş tek hat deve şeması

3 (a) (b) (c) Şekil 3 ten göüleceği üzee ce doğultuculaının şebekeye bastığı 11. ve 13. akım hamoniklei yönetmeliklede tanımlanan sını değelei aşmaktadı. BURSARAY ın eaktif güç ihtiyacının genel olaak kaşılaşılan endüktif eaktif değil de kapasitif eaktif olması; ve akım hamonikleinin OG seviyesinde filtelenmesi, tesis edilecek bi hamonik filte sisteminin konvansiyonel tipte pasif filte yapısında olmasını engellemektedi. Bu nedenle, alt yapısı 2004 yılında hazılanmış bi aktif güç filtesi tesis edileek, 11. ve 13. akım hamonikleinin yönetmeliklede veilen sını değelein altında kalması sağlanmıştı. III. Sistem Özelliklei BURSARAY a tesis edilen aktif güç filtesinin tasaımında, poblemin özgünlüğü ve akım kaynaklı yapının öne çıkan olumlu özelliklei dikkate alınmıştı. Tesis edilen sisteme ilişkin basitleştiilmiş bi üç faz gösteim Şekil 4 te veilmektedi. Şekilden göüleceği üzee akım kaynaklı toplojide yaı iletken anahtala (S1-S6) bi adet tek yönlü geilim tutabilen IGBT ile bi adet diyodun sei bağlanmasıyla oluştuulmaktadı. Böylece, tes yönde geilimi diyotla tutmakta ve çift yönde geilim tutabilen bi yaı-iletken anahta elde edilmektedi. Sisteme basılan akım hamoniklei, DA bağda oluştuulan akımın, Dabe Genişliği Kiplenimi (PWM) ile anahtalanmasından elde edilmektedi. Giiş akımında anahtalama fekansında göülen dalgacıkla (ipple) ise, düşük geçigenli ikinci deeceden bi giiş filtesi ile süzülmektedi. BURSARAY a tesis edilen aktif güç filtesinde kuplaj tansfomatöünün kaçak empedansından faydalanılaak eksta bi giiş filte eaktöü kullanılmamamıştı. Bununla bilikte, filtelenmesi geeken hamonikleinin sadece iki ana bileşende olması, kontol sisteminde özgün ve yeni denetim teknikleinin uygulanmasına imkan sağlamıştı. Giiş filtesinin akod fekansı, filtelenen bu hamoniklei atıacak ve beabeinde anahtalama fekansında (3 khz) oluşan dalgacıklaı süzecek şekilde seçilmişti. Bu amaçla, giiş filtesinin fekansı 800 Hz e akod edilmişti. Yapılan benzetim çalışmalaında giiş filtesinin 800 Hz e akod edilmesi duumunda, 11. akım hamoniğinin yaklaşık 2 kat; 13. akım hamoniğinin ise en az 3 kat genlik atışına mauz 34.5/1.1 kv Tans. Uk 6.0 % S1 S3 S5 Ldc 4mH (d) Şekil 3 Sıasıyla aktif güç, eaktif güç, 11. akım hamoniği ve 13. akım hamoniğinin zamana kaşı değişimlei Supply 34.5 kv 100uF Cf S4 S6 S2 Şekil 4 Akım kaynaklı aktif güç filtesi gösteimi

4 Çizelge 1 Giiş filtesinin akod fekansına göe hamonikledeki genlik atışı Şekil 5 Refeans akım ile giiş hat akımı dalga şekli kaldığını göstemektedi (Çizelge 1). Bu da aktif filtenin kuulu gücünün en az 2-3 kat azaltılması anlamına gelmektedi. Giiş filtesinin yapısal olaak bi paalel ezonans devesi olması sebebiyle, akod fekansı etafında genlik atışlaı (amplification) meydana gelmektedi. Bu genlik atışlaı konvansiyonel bi çözüm olaak, giiş filtesi eaktöüne paalel bi sönümlendime diencinin bağlanmasıyla çözülmektedi. Ancak buada tansfomatöün kaçak empedansının giiş filte eaktöü olaak kullanılması sebebiyle sönümlendime dienci kullanılamamıştı. Akod fekansı etafındaki hamoniklein sönümlendiilmesi için aktif sönümlendime yönteminin kullanılması tecih edilmişti. Aktif güç filtesinde kullanılan denetim yöntemleinin toplamı Şekil 7 te blok şema olaak gösteilmektedi. Gösteilen akım denetim yöntemi kullanılaak geçekleştiilen benzetim çalışmalaı sonuçlaından iki adet çıktı ise Şekil-5 ve Şekil-6 da gösteilmektedi. Şekil 6 Aktif filte deveye gidikten sona yük akımı ile şebeke akımı dalga şekli Şekil 7 Denetim yöntemi blok şeması

5 IV. Uygulama Sonuçlaı Tasaım ve benzetim çalışmalaının özeti veilen aktif güç filtesi, yukaıda gösteilen kuplaj tansfomatöünün sekondeine tesis edilmişti. Uygulama çalışmalaı neticesinde tesis edilen sisteme ilişkin önek fotoğafla Şekil 8 ve Şekil 9 da sunulmaktadı. Tesis edilen sistemin başaımı, deneysel sonuçla ile de doğulanmıştı. Bu amaçla geçekleştiilen deneyleden bazılaının çıktılaı Şekil 10 ve Şekil 11 de veilmektedi. Sonuçladan göüleceği üzee aktif güç filtesi devede iken yükün 11. akım hamoniği yaklaşık % 85, 13. akım hamoniği ise yaklaşık % 70 oanında filtelenmektedi. Böylece şebeke akımında göülen hamonikle, yönetmeliklede veilen sını değelei sağlamaktadı. V. Sonuç Bu çalışmada, BURSARAY sisteminin ce doğultuculaından kaynaklı akım hamoniklei pobleminin çözümü için tesis edilen akım kaynaklı AGF sistemi sunulmuştu. Öncesinde yönetmeliklede veilen sını değelei sağlamayan 11. ve 13. akım hamoniklei, AGF nin deveye gimesiyle filtelenmiş ve sını değelei sağla duuma gelmişti. Şekil 10 AGF, şebeke ve yükün hat akımlaında ölçülen 11. akım hamoniğinin değişimi Şekil 8 AGF güç katı ve kontol panosu Şekil 11 AGF, şebeke ve yükün hat akımlaında ölçülen 13. akım hamoniğinin değişimi VI. Kaynakça [1]EPDK, Elektik Piyasası Müştei Hizmetlei Yönetmeliği, 2002 [2]EPDK, Elektik Piyasasında Dağıtım Sisteminde Sunulan Elektik Enejisinin Tedaik Süekliliği, Ticai ve Teknik Kalitesi Hakkında Yönetmelik, 2006 [3]H. Akagi, Active Hamonic Filtes Poceedings of the IEEE,Vol. 93, pp , 2005 [4]L. Benchaita, S. Saadate, A. Salem nia, A Compaison of Voltage Souce and Cuent Souce Shunt Active Filte by Simulation and Expeimentation IEEE Tans. on Powe Systems, vol. 14, pp , 1999 Teşekkü Bu makalede sunulan çalışmala, TÜBİTAK destekli 105G129 nolu Güç Kalitesi Milli Pojei kapsamında yüütülmektedi. Yazala, vediklei destek için Kamu Aaştımalaı Poje Gubu ile BURULAŞ yöneticileine ve teknik ekibine teşekküleini sunala. Şekil 9 Çatıya tesis edilen AGF sulu soğutma sistemi