EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 SIMULATION AND ANALYSIS HARMONICS IN POWER SYSTEM INCLUDING NONLINEAR LOAD Suleyma ADAK Mardi Artuklu Uiversity, Vocatioal Schools, Departmet of Electrical ad Eergy, Mardi, mail:suleymaadak@yahoo.com(assist. Prof. Suleyma Adak GSM:0543857834) suleymaadak@yahoo.com Hasa CANGİ Kahramamaras Sutcu ImamUiversity, Faculty of Egieerig ad Architecture,Departmet of Electrical ad Electroics Egieerig, Kahramamaras, hasacagi@yahoo.com (PhdstudetGSM:0544034564) Ahmet Serdar YILMAZ Kahramamaras Sutcu Imam Uiversity, Faculty of Egieerig ad Architecture,Departmet of Electricalad Electroics Egieerig, Kahramamaras, asyilmaz@ksu.edu.tr (Prof.Dr.Ahmet Serdar Yılmaz GSM:05305601833) ABSTRACT Harmoics geerally occur due to the presece of o-liear circuit elemets ad / or osiusoidal sources is foud i the power system.harmoics are pollutio i power systems. With the use of static coverters, this pollutio rate icreases day by day. The icrease of power electroic elemets ad various oliear elemets every day causes the icrease of the o-siusoidal size circulatig i the eergy system. The presece of harmoic compoets i power systems will lead to distortio of the siusoidal wave.as a result of o-liear elemets or o-siusoidal sources, the siusoidal wave form i the eergy system is distorted. These distorted waves are called "o-siusoidal waves". The wave outside the fudametal wave is called the "harmoic compoet".demad for electricity eergy is icreasig day by day. Harmoics must be destroyed for a more reliable ad higher quality eergy.cosiderig icrease of o-liear elemets i recet years, it appears that harmoics will greatly affect our eergy system i the ear future. Harmoic currets ted to flow from the harmoic source to the lowest impedace i power system.harmoics producig by o-liear characteristic loads or sources are added to power system. This paper aalyzig variouso-siusoidal voltage or curret distortio waveforms geerated by typical o-liear loads such as uiterruptible power supply (UPS), DC/DC power coverter, frequecy coverter, DC/AC rectifier, switched power supplies, saturated magetic compoets ad power electroic switches. Eve if the power of the oliear loads are low, they distort the siusoidal wave form of curret or voltage. Effects of harmoics o power system ca cause such problems as chage of power factor, eutral curret icrease, heatig of trasformers, icrease of losses, capacitor fuse blowig,icrease i voltage drop i power system, memory of CAD / CAM termials deletedvibratios i electric motors, resoaces ad device malfuctios. Noliear loads, eve at low power, distort siusoidal curret ad voltage waveforms i eergy systems. Cosiderig the large umber of oliear loads coected to the power systems, it is very importat for the quality of the eergy to elimiate the resultig harmoic distortio. No- 139 Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 liear elemets cause serious harmoic pollutio i productio, trasmissio ad distributio systems ad decrease the quality of eergy give to cosumers, ad harmoics i power system must be destroyed before larger problems occur. This paper presets a detailed aalysis of total harmoic distortio (THD) i terms of presece of a oliear load i the power circuit. The six pulse rectifier i the power system act as a harmoic source. The harmoic compoets such as the 5th, 7th, 11th, 13th, 3rd, 5th, etc. produced by a six-pulse rectifier.simulik is a budle program of Matlab that is used to build, simulate ad aalyze dyamic system models. The hamoic aalysis of the power system was performed with the help of the Matlab / Simulik program. Key words: Harmoic aalysis, Power system harmoics, Power quality, No-liear load,total harmoic distortio. GİRİŞ Güümüzde elektrik eerjisii tüketimi gü be gü artmaktadır. Yaşama sağladığı bu katkılar edei ile bu eerjii kaliteli olması gerekmektedir. Güç kalitesi kavramıda maksat, sabit şebeke frekasıda; sabit ve siüzoidal biçimde değişe uç gerilimidir. E geel alamda, kaliteli bir elektrik eerjisii belirleye kriterler, eerjii sürekliliği, gerilim ve frekasıı sabitliliği güç faktörüü bire yakılığı, harmoik distorsiyou stadartlarca kabul edile değerleri altıda olması gerekmektedir. Kaliteyi belirleye bu kriterleri, elektrik eerjisii üretimi, iletimi ve dağıtımı sırasıda sağlaması gerekmektedir. Güç sistemleride başlagıcıda beri o-lieer elemalar ve o-lieer yükler var olmuştur. No-lieerlik etkisi ve o-lieer elema sayısı, harmoik ürete elemaları güç sistemie bağlamasıyla hızlı bir şekilde artmıştır. Güç sistemie bağlaa elemaları akım ve gerilim şeklii siüzoidal ve 50 Hz frekasta olması isteir. Bu durum sisteme lieer elemaları bağlaması soucu elde edilebilir. Güümüzde gittikçe arta sayıdaki o-lieer elemaları güç sistemie bağlaması ile siüzoidal olmaya büyüklüklere ortaya çıkmakta ve bular da harmoikleri doğurmaktadır.temel dalga dışıdaki siüzoidal dalgalara HARMONİK adı verilir. 140 Güç elektroiği elemaları ve çeşitli o-lieer elemaları her gece gü artış göstermesi eerji sistemide dolaşa o-siüsoidal büyüklükleri artmasıa ede olmaktadırlar. Buu bir soucu, akım yada gerilim içi harmoik distorsiyou da artmaktadır. Elektrik güç sistemleride harmoik distorsiyo sıklıkla orijial kayaklarda büyük uzaklıkta bulua mesafelerde tüm sistemi etkilemektedir. Harmoikler güç sistemlerideki kirliliktir. Statik döüştürücüleri kullaı arması ile bu kirlilik oraı gü be gü artmaktadır [1]. Doğrusal olmaya bir elemaı akım gerilim karakteristiği doğrusal değildir.bu elema tam siüs biçimli bir gerilim kayağıa bağladığıda elemaı akımı,tam siüs biçimli bir akım kayağıa bağladığıda elemaı gerilimi harmoik bileşeler içerecektir. Doğrusal olmaya bir elemaı akım veya gerilimleride herhagi birisi veya ikisi birde harmoik bileşeler içerir. Fakat her ikisi birde tam siüs biçimli olamazlar. Harmoikler geel olarak devredeki elemaı özelliğie ve kayağı durumua göre ortaya çıkarlar. Eğer devrede o-lieer elemalar veya o-siüzoidal kayaklar buluacak olursa veya buları her ikisii de olması durumuda meydaa gelirler. Bu şekilde çeşitli elemalar veya olaylar soucuda eerji sistemideki siüsoidal dalga biçimi bozulur. Bu bozuk dalgalar Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 o-siüsoidal dalga olarak adladırılır. No-siüsoidal dalga biçimleri, periyodik olmakla birlikte siüzoidal dalga ile frekas ve geliği farklı diğer siüsoidal dalgaları toplamıda oluşmaktadır. Temel dalga dışıdaki siüzoidal dalgalara harmoik bileşe adı verilir. Nolieer elemalara örek olarak şular verilebilir: Kesitisiz güç kayakları(ups), Güç sistemleride kullaıla kotrol devreleri, Matalurjide kullaıla idüksiyo ile ısıtma, Doyma bölgeside çalışa trasformatörleri mıkatıslama akımları, Bilgisayarlar, Kompakt flüoresa lambalar, cıva arkı, cıva buharı, eo, kseo ve yüksek basıçlı sodyum lambalar gibi gaz deşarjlı aydılatma elemalar, Motor hız kotrol düzeleri, Güç sistemileride kullaıla statik döüştürüçüler; AC/DC doğrultucular, DC/AC iverterler (eviriciler), DC/DC koverterler, kayak makieleri, ark fırıları, gerilim regületörleri, frekas çeviriciler, v.b. Eerji tasarrufu amacıyla kullaıla aydılatma armatürleri, Elektrik makielerideki diş ve olukları meydaa getirdiği harmoikler, Fotovoltaik sistemler ile elektrikli ulaşım sistemleri gibi sistemler sayılabilir. Eerji tesisii güveilir ve kararlı bir biçimde çalışmasıı sağlamak içi, tasarım ve işletme aşamasıda o-lieer elemaları veya o-siüsoidal kayakları meydaa getirdiği harmoik büyüklüklerii hesaplaarak veya ölçülerek ortaya koması gerekir []. ELEKTİRİK TESİSLERİNDE HARMONİKLER İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR Nowadays, the quality of curret ad voltage waveforms are a issue of the utmost importace for power systems, electric eergy cosumers ad also for the maufactures of electric ad electroic equipmet. There are several problems ad techiques for power quality improvemet as beig discussed by differet researchers. 141 Harmoik bileşeleri içere devrelerde akım ve gerilimi ai değerleri, i( t) I 0. Im. Si( t ) 1 gerilim içi, (1) v( t) V 0. VmSi( t ) 1 () şeklide ifade edilir. Burada, Harmoik mertebesii, Vm gerilimi maksimum değerii, faz acısıı göstermektedir.akım ve gerilimi efektif değerleri, I I 0 I 0 I 1 I..... I (3) Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 gerilim içi, V 0 V V 0 V 1 V... V (4) ifadeleride tespit edilir. Bu eşitliklerde I0 ve V0 akım ve gerilimi doğru bileşei,, I mertebede harmoik akımıı tepe değerii göstermektedir.harmoik içere güç devreleride dört adet güçte söz edilebilir.. harmoik akımıı faz acısı, ise. harmoik gerilimi faz açısıı ifade etmek üzere, böyle büyüklükleri buluduğu devrede aktif güç ifadesi, P V N 0. I0 V. ICos( ) 1 (5) ile reaktif güç ise, Q N 1 V. I. Si( ) (6) deklemi, ile taımlaır.görüür güç, S VI (7) N 0 N. 0 V I 14 eşitliği ile ifade edilir. Harmoikli güç sistemleride taımlaa diğer büyüklük distorsiyo gücüdür. Distorsiyo gücü, D (8) S P Q olarak belirtilir.harmoikli devrelerde güç faktörü, P GF S (9) şeklide taımlaır. Burada P, aktif gücü [W], S, görüür güçü [VA], olarak göstermektedir. Toplam harmoik distorsiyou, harmoik bileşeleri temel bileşee göre seviyesii belirlemede dikkate alıa e öemli ölçüttür. Siüsoidalde uzaklaşmayı, distorsiyou diğer bir deyişle bozulmaı derecesii belirtir. Bu büyüklükler harmoikli dalgaı siüste uzaklaşmasıı bir ölçüsüdür. Hem gerilim, hem de akım içi verilebilir. Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 THD (10) 1 V U U1 1/ şeklide ifade edilir. Akım toplam Harmoik distorsiyou (akım bozulma faktörü ) THDI, THD (11) 1 I I I1 1/ şeklide taımlaır.değerleri e kadar küçük olursa,eerji tesislerideki akım ve gerilimi değeri siüs eğrisie daha yakı olur. So yıllarda o-lieer yüklerdeki artış dikkate alıdığıda, harmoikleri yakı gelecekte eerji sistemimizi büyük orada etkileyecekleri gözükmektedir. Ülkemizdeki saayi kuruluşlarıı harmoikler ve meydaa getirdiği olumsuzlukları hakkıda yeterli bilgileri yoktur. Bu edele harmoikler kousuda tüketicileri bilgiledirilmeleri gerekmektedir. Taımları verile THD, TDD, HDV, HDI gibi sıır değerler tespit edilmelidir. Harmoik ürete tesislerde bu faktörleri değerleri stadartlarca kabul edile değerleri altıda tutulmalıdır. Saf siüs eğrisi durumuda harmoik bulumayacağıda,harmoikleri değeri matematiksel olarak sıfır olacağıda bu büyüklükleri değeride sıfır olur. Kuru tip trasformatörleri K faktörü,olier yüklee ve geellikle 500KVA ı altıdaki trasformatörlerde yükleme kapasitesii bir ölçütüdür. Bu faktör imalatçılar tarafıda ifade edile bir büyüklük olup, 143 K (1) Faktörü 1 I. I 1 olarak ifade edilir.burada I per-uit olarak trasformatörü akım bileşeii per-uit değeri, I1, temel bileşe akımıı, harmoik derecesii göstermektedir. Eğer devrede o-lieer elemalar veya o-siüzoidal kayaklar buluacak olursa veya buları her ikisii de olması durumuda harmoikler meydaa gelir. Bu şekilde çeşitli elemalar veya olaylar souçuda eerji sistemideki siüzoidal dalga biçimi bozulur. Bu bozuk dalgalar o-siüzoidal dalga olarak adladırılır. No-siüsoidal dalga biçimleri, periyodik olmakla birlikte siüsoidal dalga ile frekas ve geliği farklı diğer siüzoidal dalgaları toplamıda oluşmaktadır. Temel dalga dışıdaki siüzoidal dalgalara harmoik bileşe adı verilir. Güç sistemideki siüsoidal dalgaı simetriside dolayı 5., 7.,11,... gibi tek harmoik bileşeleri buluur.siüsoidal olmaya peryodik bir foksiyou Fourier aalizi aşağıdaki gibi yazılabilir. f ( t) A (13) A0 ifadesi 0 ( A Sit B cost) 1 Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 A 0 ) 0 1 f ( t dt (14) Fourier katsayılarıda A ifadesi, A 1 f ( t) Costdt 0 (15) Diğer Fourier katsayısı B ifadesi, B 1 f ( t) Sitdt 0 (16) (15) ve (16) deklemlerii aşağıdaki şekilde yazabiliriz, C (17) A B faz acısı, ta 1 ( B (18) geel ifade, / A ) 144 f ( t) A (19) 0 ( CSi( t ) 1 olarak ifade edilir. No-lieer yükleri sebep olduğu harmoikleri güç sistemii rezoasa getirmemesie dikkat edilmelidir. Rezoas şartları her harmoik bileşeler içi ayrı, ayrı hesaplamalıdır. Bir güç sistemie harmoik kayaklarıda ejekte edile harmoikleri olması durumuda, bular şebekeyi herhagi bir bileşei yada bileşeler içi rezoaslar oluşturacak şekilde etkirler. Yüksek dereceli harmoikler, tüm sistemi etkileyebilir. Bu etkiler güç sistemi ve diğer ekipmaları da performasıı azaltır. Üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı deklem (1) verilmiştir. i(ωt) = 46Si(ωt 1) + 10Si(5ωt + 10) + 6Si(7ωt + 100) + 3Si(11ωt 130) + Si(13ωt 150) + 1. Si(17ωt 30) + 0. 8Si(19ωt 60) (0) Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 (0) deklemie ilişki dalga formları Şekil 1 de verilmiştir Şekil 1 Üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı harmoik bileşeleri No-lieer yükler düşük güçlü olsalar bile eerji sistemleride siüzoidal akım ve gerilim dalga şeklii bozarlar. Güç sistemlerie bağlaa çok sayıda o-lieer yük göz öüe alıırsa buları soucuda ek kayıp ve THD (Toplam Harmoik Distorsiyou ) değerlerii yüksek değerlere varması kaçıılmazdır. No-lieer yükleri etkiliğii azaltılması, harmoik distorsiyouu giderilmesi eerjii kalitesi açısıda çok öemlidir. No-lieer elemalar, üretim, iletim ve dağıtım sistemleride ciddi bir harmoik kirliliğe ede olmakta ve tüketiciye verile eerjii kalitesii düşürmektedirler.böylece çeşitli harmoik problemlerii aalizi içi, harmoik seviyesii hesaplaması ve daha büyük problemler oluşmada harmoikleri giderilmesi gerekir. Harmoikli devrelerde güç kayağı ile yük arasıa maksimum güç faktörüü elde edecek şekilde filtreler yerleştirilmelidir. Harmoik bileşeleri tek, tek kompazasyou yapılabilir. Harmoik bileşeleri güç sistemideki zararları şöyle sıralaabilir: 145 Curret ad voltage wave shapes expected to be i pure siusoidal form uder ormal coditios are distorted i systems with harmoics. Problems geerally caused by the wave shape distortio are; Source voltage wave shape distortio Efficiecy loss i trasmissio ad distributio depedig o RMS curret icrease o lies Failures i compesatio systems Overheatig i electrical egies ad trasformers Failures i sesitive electroic devices, PLC ad CNC devices Difficulties ad abrasios i isulatio levels of equipmets Icreased losses i the system Havig faulty works i protectio ad cotrol systems Icreased voltage reductios Resoace risks at high frequecies i systems Sistemi kotrol ede elektroik kartlarda arızalar oluşma, Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 Fazlada akım çekilmesi ie sebep olurlar,fazlada çekile akım kabloları ısımasıa ede olmaktadır. Şalterlerde ve bezeri koruma sistemleride zamasız açmalar ile kompazasyo sistemi kademelerideki sigortalarıı veya şalterleri zamasız açması. Harmoik akımları kullaıldıkları güç sistemi ile rezoasa girmesi, Aydılatmalarda ve PC ekralarıda titreşimlere ede olma, Harmoikler soucuda fazlada çekile reaktif güç, trafolarda histerisis ve fuko kayıplarıı artmasıa ede olacağıda; trafolarda ses gelmesie ve ısımalara ede olma, Motor ve geeratör gibi döer makielerde harmoikleri yarattığı e ciddi etki rotor ve stator devreleride aşırı ısımadır. Harmoik akımları sebebiyle bakır kayıpları, harmoik gerilimleri sebebiyle ise demir kayıpları artar. Yüksek frekaslı harmoik bileşeleri, makiei düzgü dömesi içi oluşturulması gereke şebeke frekasıdaki döer mayetik alaı bozar ve makiei gürültülü ve sarsıtılı çalışmasıa yol açar. Harmoikleri buluduğu bir sistemde çalışa motoru verimi azalır. Yüksek mertebeli harmoikleri frekası da yüksek olduğuda (.f) eerji iletim hataları ile (telefo ) hatlarıı yakı olduğu yerlerde telefolarda parazit baş gösterir. Bu sebepte dolayı telefo hatlarıı eerji iletim hatlarıda uzak yerlerde geçirmek gerekir. Mümkü mertebe yer altı şebekeleri kullaılmalıdır. ÜÇ FAZLI TAM DALGA KONTROLLÜ DOĞRULTUCU GİRİŞ AKIMI TOPLAM HARMONİK DİSTORSİYONU Üç falı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı toplam harmoik distorsiyouu hesaplamasıda Matlab yazılım programı kullaılmıştır. Matlab yazılım programı tekik hesaplamalar ile mühedislik uygulamalarıda yüksek bir performasa sahiptir. Harmoikler trasformatörlerde bakır ve demir kayıpları ile kaçak akıları artmasıa, döer makielerde kayma ve mometi etkileyerek gürültülü ve vurutulu çalışmalarıa, verimlerii düşmesie sebep olmaktadırlar. Siüs dalgasıı sıfırda geçişie göre tetikleme yapa siyalleri yalış siyaller vermesie, rezoas olaylarıda dolayı sigortaları sık, sık atmasıa sebep olmaktadır. 146 Koruma rölelerii yalış siyaller soucuda ya erke yada geç açılmalara sebebiyet vermesie, şebekede çalışmakta ola tüm cihazları ormal ömürlerii kısalmasıa ede olmaktadır.üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı değişimi Şekil 3 te verildiği gibidir. Döüştürücüü harmoik aalizi yapıldığıda üç ve üçü katı harmoikleri sıfır olduğu ve çift katsayılı harmoikleri sistemde bulumadığı görülecektir. Şekil Üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 Koverterlerde üç ve üçü katı harmoikler ile çift harmoikler sıfırdır.eğri x ekseie göre simetrik olduğuda Fourier aalizide sadece siüslü terimler buluur.buda dolayı harmoik elimiasyou da hedef 5.,7.,11.,13 gibi harmoik bileşeleri elimie etmedir. Simetride dolayı A0 değeri sıfırdır. () deklemide Fourier katsayısı A değeri (15) deklemide, 4Ia A Si Si 3 (1) olarak elde edilir. Diğer Fourier katsayısı (16) deklemide, 4Ia B Si Cos 3 () (=1,3,5 ) (=1,3,5..) Şeklide buluur. (17), (18) ve (19) deklemleride kotrollü doğrultucu giriş akımı ifadesi, 4Ia i( t) Si Si( ) Si( wt ) 3 (3) olarak buluur. (3) deklemii efektif değer, I Ia Si 3 (4) 147 olarak buluur. (10) deklemide kotrollü doğrultucu giriş akımı toplam harmoik distorsiyou,thdi=%31.07 olarak buluur. Şekil 3 te Matlab/Simulik devreside THDI=31.1% olarak bulumuştur. Teorik deger ile Matlab/ Simulikte bulua THDI değerlerii ayı olduğu gözlemiştir. Elektrik şebekelerideki dalga şekillerii simetri özellikleride dolayı çift katsayılı harmoik (., 4., 6 harmoik) bileşeler ile karşılaşılmaz. Üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı Fourier aalizi Fourier bloklarıı kullaılması ile gerçekleştirilir. Statik kovertörleri güç sistemleride kullaılmasıı arması ile harmoic distorsiyo gübe gü artmaktadır. Yük akımlarıı siüzoidal olmaması gerilim dalgalamalarıa da sebep olur. Ölem olarak doğrultma işlemide elde geldiğice yüksek darbeli doğrultucular kullaılmalıdır. Darbe sayısı artıkça harmoik oraı azalmaktadır. Darbe sayısıı 6 da 1 ye veya 1 de 36 ya çıkartılması ile harmoik bozulmalarda öemli azalmalar sağlaır.üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı toplam harmoik distorsiyou Matlab/Simulik ile güç sistemii bezetimi yapılarak Şekil 3 teki eşdeğer devre kurulur. Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 Şekil 3 Güç sistemii Matlab/Simulik eşdeğeri Devrede harmoikleri etkisi ilk olarak kodasatörler üzeride görülür. Şu ada harmoik distorsiyo değerleri elektrik şebekeleri içi ölümcül problemler oluşturmamakla birlikte,güç elektroiği elemalarıı gü geçtikçe kullaımıı artması ile birlikte ileride eerji tesisleride istemeye problemler baş gösterecektir.bu edele işletmeleri düzeli ve sorusuz çalışması içi, mutlaka harmoikleri stadartlarca belirtile seviyeleri altıda tutulması veya tümde yok edilmeleri gerekir. 148 Elektrik güç sistemleride harmoik distorsiyo sıklıkla orijial kayaklarda büyük uzaklıkta bulua mesafelerde tüm sistemi etkilemektedir. Harmoikler güç sistemlerideki kirliliktir. Statik döüştürücüleri kullaılmalarıı arması ile bu kirlilik oraı gü be gü artmaktadır. Güç elektroiği elemaları ve çeşitli o-lieer elemaları her gece gü artış göstermesi, eerji sistemide dolaşa o-siüsoidal büyüklükleri artmasıa ede olmaktadırlar. Buu bir soucu, akım yada gerilim içi harmoik distorsiyou da artmaktadır. Böylece çeşitli harmoik problemlerii aalizi içi,harmoik seviyesii hesaplaması ve daha büyük problemler oluşmada harmoikleri giderilmesi gerekir [7]. No-lieer elemalar, elektrik tesisleride üretim, iletim ve dağıtım sistemleride ciddi bir harmoik kirliliğe ede olmakta ve tüketiciye verile eerjii kalitesii düşürmektedirler. Eerji tesisii güveilir ve kararlı bir biçimde çalışmasıı sağlamak içi, tasarım ve işletme aşamasıda o-lieer elemaları veya osiüsoidal kayakları meydaa getirdiği harmoik büyüklüklerii hesaplaarak veya ölçülerek ortaya koulması ve filtre devreleri kullaarak harmoik bozulma oraıı düşürmelidir. Öemli harmoik kayağı durumudaki büyük saayi işletmeleri içi ürettikleri harmoikler içi yıllık tertiplemiş yük çizelgeleri oluşturulmalıdır. Harmoik ürete bu işletmelere ürettikleri harmoik oraı ile oratılı bir ücretledirmeye gidilmelidir. Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 Şekil 4 Tam dalga kotrollü doğrultucu çıkış gerilimi dalga formu Harmoikleri ortaya çıkması işletme araçlarıı ve tesislerii yükleyerek ek kayıplara ve aşırı ısımaya sebep olmaktadırlar. Ayrıca rezoas olaylarıa da sebep olarak işletme içi çok zararlı bir durum meydaa getirmektedir. Bu yüzde işletmelerde harmoikleri meydaa gelmemesi içi, ilk aşamada tedbirler düşüülüp oa göre tasarım ve tesis yapılır. Souç olarak diyebiliriz ki, tüm elektrik sistemlerideki elemalar, siüzoidal ve 50Hz frekasta salıa akım ve gerilimler içi üretilmiştir. Bu yüzde akım ve gerilimdeki bozulmalar şebekedeki tüm elemaları hatalı çalışmasıa ve hatta zarar görmesie ede olmaktadır. 149 No-lieer yükler düşük güçlü olsalar bile eerji sistemleride siüsoidal akım ve gerilim dalga şeklii bozarlar. Güç sistemlerie bağlaa çok sayıda o-lieer yük göz öüe alıırsa buları soucuda oluşa distorsiyouu giderilmesi eerjii kalitesi açısıda çok öemlidir. No-lieer elemalar, üretim, iletim ve dağıtım sistemleride ciddi bir harmoik kirliliğe ede olmakta ve tüketiciye verile eerjii kalitesii düşürmektedirler. Harmoik seviyesii hesaplaması ve daha büyük problemler oluşmada harmoikleri giderilmesi gerekir [9]. Harmoikler eerji sistemlerie tekik ve ekoomik olmak üzere iki türlü etki yaparlar.tekik problemler tüketiciye kaliteli elektrik sumayı etkileye problemlerdir.ekoomik problemler ise optimal çalışmayı etkileye problemlerdir. Ülkemizde edüstriyel kuruluşları, saayicileri harmoikler kousuda yeterli bilgi birikimie sahip değildirler. Üiversitelerce saayi kuruluşlarıı bilgiledirilmeleri sağlamalıdır. Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 Şekil 5. Tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı dalga formu Elektrik eerji sistemleride, akım ve gerilim dalga şekillerii siüsoidal biçimde olması esastır. Fakat sisteme bağlaa yarı iletke elemalar, trasformatör ve motor gibi o-lieer elemalar dalga şeklii bozulmasıa ede olurlar. Bu durumda eerji sistemide osiüsoidal akım ve gerilimler oluşacaktır. Tekolojik gelişmelere bağlı olarak o-lieer elemaları kullaımıı her geçe gü artması, harmoikli akım ve gerilimlerii güç sistemide etkilerii ihmal edilemez seviyelere ulaşmasıa sebep olmuştur. Aşırı doymuş magetik devreler, arkla çalışa işletme araçları ve güç elektroiği sistemleri gibi bir çok sistem, akım ile gerilimi arasıdaki bağıtı doğrusal olmadığıda, harmoikleri oluşturmaktadır. Akım ve gerilim dalgalarıda oluşa bu harmoikler elektrik tesislerie ve bu tesislere bağlı tüketicilere zarar vermekte ve hatta tamame işlemez hale getirmektedir. Gerilim distorsiyou kodasatörlerde ekstrada kayıplar üretir. Sistem ile kodasatörler arasıda oluşa seri ve paralel rezoas yüksek akım ve gerilimlere ede olur. Böylece kodasatörlerde ısıma ve kayıplar artıp arızalar oluşur [11]. 150 Harmoikler geel olarak o-lieer elemalar ile osiüzoidal kayaklarda herhagi birisi veya buları ikisii sistemde bulumasıda meydaa gelirler. Harmoikli akım ve gerilimi güç sistemleride buluması siüzoidal dalgaı bozulması alamıa gelir. Bozula dalgalar osiüzoidal dalga olarak adladırılır. Fourier aalizi yardımıyla temel frekas ve diğer frekaslardaki bileşeler ciside ifade edilebilir. Güç sistemide harmoiklere karşı aşağıdaki ölemleri alıması gerekir: Edüstriyel tesislerde trasformatörleri beslediği yükleri öemli bir kısmı harmoik kayağıdır. Buda dolayı trasformatör güç hesaplamarıda daha dikkatli oluması gerekir.harmoikler trasformatördeki kayıplarla beraber ısımaı ve izolasyo sorularıı da artmasıa ede olurlar. Bu edele, K-faktörü diye bilie özel trasformatörler ya da stadart trasformatörler içi K-faktörü çarpaı kullaılmalı. Trasformatörler, mayetik çekirdeği doyuma ulaştığıda harmoikler üretmeye başlarlar. Buda dolayı trafoları omial güçleride fazla yüklememelidir.güç Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 trasformatorlarıı primer sargılarıı üçge bağlı olması şart koşulmalıdır. Üçge sargıda üç ve üçü katı harmoikler absorbe edilir. Güç sistemleride statik kovertörleri kullaımı g be gü armaktadır.doğrultma işlemide elde geldiğice yüksek darbeli doğrultucular kullaılmalıdır. Darbe sayısı artıkça harmoik distorsiyo oraı azalmaktadır. Harmoik ölçüm iyi aaliz edilmedir. Çükü, söz gelimi, ölçüm yapıla oktada harmoik seviyeleri yüksektir; fakat buu sistem üzeride bir zararı olmayabilir. Aktif veya pasif harmoik filtreleme uygulaır. Üçücü harmoik filtresi gibi pasif harmoik filtre uygulamaları yapılır. Elektrik tesisatıda yük dağılımlarıı değiştirerek çözüm yolu araır. Harmoik ürete yüklerde yapılacak muhtelif çalışmalar ile problem çözülmeye çalışılır.tüm bu çözüm yötemleride de fiasal olarak e uygu opsiyo tercih edilir. Magetik devreleri aşırı doyması,elektrik arkları ve güç elektroiği devrelerideki siüzoidal gerilimi aahtarlaması ve kıyılması lieer olmaya olaylardır. Tüketiciler elektrik eerjisii iyi kalitede olmasıı talep ederler.eerji sistemideki cihazları ormal çalışması sırasıda, harmoik ürete ve besleme gerilimide çeşitli düzesizliklere ede olabile yükler özel bir öem taşımaktadır. Yük akımıdaki hızlı değişimler,müşterileri eerji sistemie bağladığı oktada gerilim değişimlerie ede olur.bu tip yüklere örek olarak,döüştürücüler,trasformatörler,ark fırıları,kayak makieleri,demiryolu cer işletmeleri,haddehaeler,kömür ocağı çıkrıkları,döer rotorlu makieler,idüksiyo fırıları verilebilir. SONUÇLAR Elektrik güç sistemleride harmoik distorsiyo sıklıkla orijial kayaklarda büyük uzaklıkta bulua mesafelerde tüm sistemi etkilemektedir. Harmoikler güç sistemlerideki kirliliktir. Statik güç elektroiği elemaları ile gerçekleştirile kovertörler, hız cotrol sürüçüleri, frekas kovertörleri kullaılmalarıı arması ile bu kirlilik oraı gü be gü artmaktadır. No-lieer karakterli devre elemaları kullaımıı gü be gü artış göstermesi, eerji sistemide dolaşa osiüsoidal büyüklükleri artmasıa ede olmuştur. Buu bir soucu, akım ya da gerilim içi harmoik distorsiyou da artmaktadır. Güç sistemide üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu buluduğu sistemii harmoik aalizi yapılmıştır. Matlab/Simulik ile güç sistemii modellemesi gerçekleştirilmiştir. Üç fazlı tam dalga kotrollü doğrultucu giriş akımı toplam harmoik distorsiyou teorik olarak % 31.07ve Matlab/simulik ile yapıla simulasyoda %31.1 olarak bulumuştur. 151 KAYNAKLAR [1]. Huag, Y. Dog,L.. Ebrahimi, S Amiri,N. ad Jatskevich,J. 017, Dyamic phasor modelig of lie-commutated rectifiers with harmoics usig aalytical ad parameter approaches, IEEE Tras. Eergy Covers., vol. 3, o., pp. 534 547, Ju. []. Quag,V.M. Wei, H. Dazhi,W. Xumig, W.,013, A New Type of PWM Rectifier with Fuctio of Harmoic Suppressio ad Reactive Power Compesatio, 5th Chiese Cotrol ad Decisio Coferece, pp. 3013-3017 May 5-7. [3]. Prasad,H. ad Sudhakar, T. D., 015, Desig of active filters to reduce harmoics for Power Quality improvemet, Computatio of Power, Eergy Iformatio ad Commuicatio (ICCPEIC), 015 Iteratioal Coferece o, Cheai,, pp. 0336-0344. Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018
EJONS Iteratioal Joural o Mathematic, Egieerig ad Natural Scieces ISSN 60-4136 [4].Bhede, C. N. Kalam,A. ad Malla, S. G.,010, Novel Cotrol of Power Quality Coditioer for Microgrid, IET Geeratio, Trasmissio ad Distributio, Uder 3 rd review. [5]. Stakovic, A. V. ad. Che, K., 009, A ew cotrol method for iput output harmoic elimiatio of the PWM boost-type rectifier uder extreme ubalaced operatig coditios, IEEE Tras. Id. Electro., vol. 56, o. 7, pp. 40 430, Jul. [6]. Kocatepe, C., Uzuoglu, M., Yumurtacı, R. ve Arıka, O., 003, Harmoics i Electrical Istallatios, Birse Yayıevi, İstabul. [7]. Atighechi, H. Chiiforoosh, S. Tabarraee, K. ad Jatskevich, J., 015, Average value modelig of sychroous-machie-fed thyristor- cotrolled-rectifier systems, IEEE Tras. Eergy Covers., vol. 30, o., pp. 487 497, Ju. [8]. Yilmaz, A. S. Alka A. ad Asyali M. H.,008, Applicatios of parametric spectral estimatio methods o detectio of power system harmoics, Electric Power Systems Research, 78, Issue 4,, pp 683-693, April. [9]. Melo, D. Pereira, J.L. Variz, A.M. Garcia, P.A.017, Harmoic state estimatio for distributio etworks usig phasor measuremet uits, Electr. Power Syst. Res. 147 133 144. [10]. Gai, A. Ö. Keçecioğlu, F. Açıkgöz, H. Yıldız C. Şekkeli, M., 016, Simulatio Study o Power Factor Correctio Cotrollig Excitatio Curret of Sychroous Motor with Fuzzy Logic Cotroller,Iteratioal Joural of Itelliget Systems ad Applicatios i Egieerig, IJISAE, 4 (Special Issue), 9 33 3rd September. [11].Ferreyra,D. Sarmieto, A. Reieri, C. 013, Harmoic state estimatio o a radial distributio system with distributed geeratio, IEEE (Rev. IEEE Am. Lat.) 11 (1) 499 504. [1]Faiz, J. Ghazizadeh M. ad Oraee, H., 015, Deratig of trasformers uder o-liear load Curret ad o-siusoidal voltage a overview, i IET Electric Power Applicatios, 15 vol. 9, o. 7, pp. 486-495. [13].Aya, K. Arifoglu, U., 003, The determiatio of the stability regios ad sequetial trasiet stability aalysis ofitegrated AC-DC power system cosistig of bipolar DC lies via the cotrollig ustable equilibrium poits Europea Trasactıos o Electrıcal Power - Vol.13 - pp.31-330 - ISSN : 1430-144X. [14]. Cag,H. Adak, S., 015, Aalysis of solar iverter THD accordig to PWM s carrier frequecy, 4 th Iteratioal Coferece o Reewable Eergy Research ad Applicatios,Pelermo,Italy, -5 Now. [15].Melo, I.D. Pereira, J.L.R. Variz, A.V. Oliveira, B.C.,016, Harmoic state estimatio for distributio systems usig sychrophasors, i: 016 IEEE Iteratioal Coferece o Eviromet ad Electrical Egieerig (EEEIC-016) Proceedigs, IEEE, pp. 496 501. [16]. Sigh, B. et al., 008, Multipulse AC-DC Coverters for Improvig Power Quality: A Review, IEEE trasactios o power electroics, vol. 3, o. 1, Ja. [16]. Akbar, A.Birjadi,M.Ameli, Z. 01, Three Phase Cotrolled Rectifier Study i Terms of firig agle variatios, ACEEE It. J. o Electrical ad Power Egieerig, Vol. 03, No. 0, May. Year (018) Vol: Issued i Jue 1, 018