6 th Interntionl Advnced Technologie Sympoium (IATS ), 6-8 My, Elzığ, Turkey Uzy Vektör PWM Anhtrlmlı Üç-Seviyeli H-Köprü Ġnverter Tbnlı D-STATKOM E. Deniz, R.Coteli, S. Tuncer, B.Dndıl ve M. T. Gencoglu 3 Fırt Üniveritei, Teknik Eğitim Fkültei, Elektrik Eğitimi Bölümü, Elzığ/Türkiye. Fırt Üniveritei, Teknik Eğitim Fkültei, Elektronik-Bilgiyr Eğitimi Bölümü, Elzığ/ Türkiye. 3 Fırt Üniveritei, Mühendilik Fkültei, Elektrik- Elektronik Mühendiliği Bölümü, Elzığ/ Türkiye. Spce vector PWM Switched Three-Level H-Bridge Inverter Bed D-STATCOM Abtrct Ditribution Sttic Synchronou Compentor (D-STATCOM) i hunt Cutom Power device which i ued to improve power qulity problem in ditribution ytem. In thi pper, n experimentl etup of three-level H-bridge inverter bed 38V/±5kVAr D-STATCOM h been implemented. Rective power control of D-STATCOM i performed by uing phe-hift ngle control method. The pce vector pule width modultion (SVPWM) technique i propoed for the three-level H-bridge inverter. Phe-hift ngel controlled D-STATCOM cn be operted in lower dc-link voltge ince the dc-link voltge i ued more effectively by SVPWM technique. A reltime control of D-STATCOM experimentl etup i crried out by uing dspace DS3 controller crd. Providing rective power cpbility of D-STATCOM i evluted by i q chnged mnully nd ome experimentl reult re preented in thi tudy. Keyword Three-level H-bridge inverter, D-STATCOM, Phe-hift ngle control, Spce vector PWM. S I. GĠRĠġ ON yıllrd, düģük güç kliteli elektrik kynklrın krģı on derece h oln tüketici cihzlrının kullnılmınd büyük bir rtıģ görülmektedir. Bu nedenle elektrik güç itemlerinde endütriyel güç tüketiminin neden olduğu güç klitei orunlrının tepiti ve çözülmei günümüzde bir zorunluluk hline gelmiģtir []. Bununl birlikte, elektrik enerji piyının giderek özelleģmei ve berberinde orty çıkn rekbet, kliteli güç tlebinin rtmın neden olmuģtur. Ġletim ve dğıtım itemlerinde ilgilenilen güç klitei orunlrı frklı konulrı içermekle birlikte, bu problemlerin çoğu rektif güç kompnzyonu ve hrmonik filtreleme gibi uygulmlr ile çözülebilir []. Son yıllrd yrı iletken ve mikroiģlemci teknolojiinde meydn gelen geliģmeler, gelenekel kompnztörlere kıyl bu uygulmlrı dh hızlı ve güvenli bir Ģekilde ypbilen güç elektroniği tbnlı kompnztörlerin geliģtirilmeine ve kullnılmın imkân ğlmıģtır. Bu kompnztörlerden iletim itemlerinde kullnılnlr; Enek Alterntif Akım Ġletim Sitemleri (FACTS) ygıtlrı, dğıtım itemlerinde kullnılnlr ie Özel Güç (Cutom Power) ygıtlrı olrk dlndırılmktdır. En on neil rektif güç kompnztörleri; inverter tbnlı FACTS ve Özel Güç ygıtlrıdır. Dğıtım Sttik Senkron Kompnztör (D-STATKOM); Ģebekeye prlel bğlnn ve dğıtım itemlerinde gerilim regülyonu, güç fktörü düzeltme, yük dengeleme ve hrmonik kompnzyonu için kullnıln inverter tbnlı bir Özel Güç ygıtıdır. D-STATKOM; bir inverter, inverterin dcht kondntörleri, bğlntı endüktnı ve kontrol biriminden oluģmktdır. Diğer inverter tbnlı Özel Güç ygıtlrınd olduğu gibi, günümüze kdr D-STATKOM un güç devreinde çok drbeli ve iki-eviyeli drbe geniģlik modülyon (PWM) kontrollü inverter ypılrı kullnılmıģtır. Anck ort ve yükek gerilimli uygulmlrd bu inverterler düģük verim ve büyük trnformtörler kullnılmı nedeni ile yükek fiyt gibi dezvntjlr hiptirler. Son yıllrd, gelenekel inverterlere kıyl çıkıģ dlg Ģekillerinin hrmonik içeriğinin dh iyi olmı ve doğrudn dğıtım Ģebekeine bğlnılbilmeleri gibi ütün özeliklerinden dolyı çok eviyeli inverterler birçok ort ve yükek gerilim uygulmlrınd olduğu gibi D-STATKOM uygulmlrınd d kullnılmy bģlnmıģtır [3]. Çok eviyeli inverterlerin; diyot-kenetlemeli, kondntör kenetlemeli ve kkt inverter olmk üzere üç devre ypıı vrdır. Bunlr rınd kkt inverter, D-STATKOM uygulmlrı için en umut verici bir lterntif olrk gözükmektedir. Çünkü fz bcklrındki H- köprü inverter yıı rtırılrk, kkt inverterin çıkıģ güç/gerilim kpitei kolyc rttırbilir ve inverter bğlntı trfou kullnılmdn ort gerilim dğıtım httın doğrudn bğlnbilir. Kkt inverterin en önemli dezvntjı ktif güç uygulmlrı için kullnılmı durumund her bir H- köprü için izoleli dc kynklr gerekinim duymıdır. Anck D-STATKOM uygulmlrınd inverter dece rektif güç ğldığı için izoleli dc kynklr ihtiyç klmz [4]. En düģük eviyeli kkt inverter ypıı oln üç-eviyeli H- köprü inverter ie D-STATKOM uygulmlrınd dc-ht gerilim dengeizlik problemi yģnmyn tek çok eviyeli inverter ypııdır. D-STATKOM un dinmik performnı üzerine devrede kullnıln inverter türü ve pif elmnlrın önemli etkii vrdır. Bununl birlikte D-STATKOM un güç itemi ile ktif ve rektif güç lıģveriģini gerçekleģtirebilmeini 49
E. Deniz, R. Coteli, S. Tuncer, B. Dndıl, M. T. Gencoglu ğlyn iyi bir kontrol lgoritmı olmlıdır. [5] ve [6] d D- STATKOM un kontrolü için fz-çı kontrol, bit dc-ht gerilim Ģemı, doğrudn kım kontrol ve dolylı kım kontrol gibi frklı kontrol yöntemi önerilmiģtir. Bu yöntemler rınd, fz-çı kontrol en bit lgoritmy hip ve dc-ht geriliminin değiģmeine izin verilen tek kontrol yöntemidir. Diğer yöntemlerde dc-ht gerilimi bit tutulmktdır. Bununl birlikte, bu frklı kontrol yöntemlerinin en önemli kımı inverter için kullnıln nhtrlm yöntemidir. ġebekeye bğlı h yüklerin güç klitei problemlerinden zrr görmemei için D-STATKOM un itemde meydn gelen değiģmelere çok kı ürede cevp vermei itenir. Bu nedenle, D-STATKOM devreindeki inverter Sinüzoidl PWM (SPWM) vey Uzy Vektör PWM (SVPWM) tekniği gibi yükek nhtrlm freknı kullnıln bir teknikle nhtrlnmlıdır. Uygulmının bit olmı ve düģük hrmonikli inverter çıkıģ gerilimi oluģturmı nedeni ile SPWM D-STATKOM uygulmlrınd en çok tercih edilen PWM tekniğidir. Anck, SPWM tekniği ile kıylndığınd SVPWM tekniği; dc-ht geriliminin etkin kullnımı ile %5 dh fzl çıkıģ gerilimi, dh düģük nhtrlm kyıplrı, dh düģük hrmonik içeriği ve yıl gerçekleģtirmeler için uygun olmı gibi vntjlr hiptir [7]. D-STATKOM uygulmlrınd SVPWM tekniği iki Ģekilde kullnılbilir. Birincii; ynı modülyon indeki ve ynı dc-ht gerilimi için inverter çıkıģındn SPWM tekniğine göre %5 dh fzl çıkıģ gerilimi elde edilmektedir. Ġkinciinde ie; ynı modülyon indeki ve ynı inverter çıkıģ gerilimi için SPWM tekniğine göre yklģık %-5 dh düģük bir dc-ht gerilimi kullnılmktdır. Fz çı kontrol yönteminde rektif güç kontrolü mcı ile dc-ht geriliminin değiģmeine izin verildiği için, bu yöntemde dc-ht geriliminin değeri önemlidir. Dolyıı ile fz çı kontrol yönteminde SVPWM tekniği için ikinci yöntem kullnılrk SPWM nhtrlm durumun göre inverterin dh küçük dc-ht gerilimlerinde çlıģmı ğlnmıģ olur. Bu durum dc-htt kullnılck dc kondntörlerin hem fiyt hem de fizikel boyutunun küçülmeini ğlmktdır. Bu mklede, üç-eviyeli H-köprü inverter tbnlı D-STATKOM un deney düzeneği gerçekleģtirilmiģtir. D-STATKOM un rektif güç kontrolü için fz-çı kontrol yöntemi kullnılrk, üç-eviyeli inverter için SVPWM nhtrlm tekniği önerilmiģtir. Önerilen üç-eviyeli SVPWM ile bekleme, endüktif ve kpitif çlıģm durumlrınd D-STATKOM un dh küçük dc-ht gerilimlerinde çlıģmı ğlnmktdır. D-STATKOM deneyel kurulumunun gerçek zmnlı kontrolünü ğlmk için dspace firmının DS3 kontrol krtı kullnılmıģtır. GerçekleĢtirilen D-STATKOM un rektif güç ğlybilme bģrımı fz çı kontrol lgoritmınd ern rektif kım bileģeni i q gerçek zmnlı değiģtirilerek tet edilmiģ ve elde edilen bzı deneyel onuçlr verilmiģtir. II. ÜÇ-SEVĠYELĠ H-KÖPRÜ ĠNVERTER TABANLI D-STATKOM D-STATKOM, Ģebeke freknınd, ±QVAr rlığınd rektif güç çeken/veren ve dğıtım Ģebekeine ortk bğlntı noktınd (PCC) bir bğlntı endüktnı yrdımıyl prlel bğlnn bir Özel Güç ygıtıdır. ġekil de üç-eviyeli H- köprü inverter tbnlı D-STATKOM un devre Ģemı verilmiģtir. ġekil de görüldüğü gibi, D-STATKOM un güç devrei her fzd bir H-köprü inverter, hem Ģebeke ile inverter rındki rektif güç lıģ veriģini ğlyn hem de kımlrı filtre eden bir bğlntı endüktnı (R+jL) ve invertere dc gerilim ğlyn dc-ht kondntörlerinden (C) oluģmktdır. C V Vb Vc S S3 S S4 R+jL Vi PCC C S5 S7 S6 S8 R+jL Vib PCC C S9 S S S R+jL i ib ic ġekil : Üç-eviyeli H-köprü inverter tbnlı D-STATKOM ġekil de, V Ģebeke geriliminin temel bileģeninin genliği ve V i inverter çıkıģ geriliminin temel bileģeninin genliği olmk üzere; D-STATKOM ile dğıtım itemi rındki rektif güç lıģveriģi, ortk bğlntı noktın göre V i nin kontrolü ypılrk gerçekleģtirilir. ġekil de, V i >V olck Ģekilde bir kontrol ypılır ie kım inverterden Ģebekeye doğru kr ve inverter kpitif bir elemn gibi dvrnrk kpitif rektif güç verir. Tm teri durumd ie kım Ģebekeden invertere doğru kr ve inverter endüktif bir elemn gibi dvrnrk endüktif rektif güç çeker. Eğer V i =V ie Ģebeke ile inverter rınd herhngi bir rektif güç lıģveriģi olmz. D-STATKOM un çektiği/verdiği rektif güç miktrı; V Q (V Vi Co) () bğıntıı ile heplnmktdır. Burd; bğlntı endüktnının rektnı, δ ie V i ve V rındki fz frkıdır. ġekil de D-STATKOM ile dğıtım itemi rındki ktif güç lıģveriģi ie, δ çıı kontrol edilerek ğlnmktdır. Ġdel durumd (δd-statkom ile Ģebeke rınd herhngi bir ktif güç kıģı olmz. Anck gerçek uygulmlrd D-STATKOM un güç devreindeki inverter, bğlntı endüktnı ve dc-httınd ktif güç kyıplrı meydn gelmektedir. D-STATKOM un dc-httı kondntör ile onlndırıldığı için bu elemnlrd depolnn enerji ınırlıdır. Kondntörlerin dolu tutulbilmei için meydn gelen ktif güç kyıplrının Ģebekeden krģılnmı gerekir. Aki hlde bu kyıplr kondntör trfındn krģılncğı için kondntörler boģlck ve dolyıı ile inverter düzgün bir Ģekilde görev ypmycktır. Sürekli durumd V i ; V den küçük bir δ çıı kdr geri fzd tutulrk Ģebekeden D-STATKOM n Vic PCC 43
V 6 V V 5 V 4 V 3 V 5 V V V 6 V 4 V V 7 V 8 V 7 V 3 Uzy Vektör PWM Anhtrlmlı Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter Tbnlı D-STATKOM doğru bir ktif güç kıģının olmı ve kyıplrın Ģebekeden krģılnmı ğlnır. D-STATKOM un verdiği/çektiği ktif güç miktrı ie Denklem () bğıntıı ile bulunmktdır. V Vi P Sin Bir üç eviyeli H-köprü inverterin çıkıģ geriliminin n hrmoniğinin efektif değeri; dc-ht gerilimi V dc ve M modülyon indekine bğlı olrk (3) deki gibi ifde edilebilir; M.Vd Vi,77MVd (3) Denklem (3), () ve () de yerine yzıldığınd ktif ve rektif güç denklemleri Ģğıdki gibi ifde edilir. V Q V,77 M V (,77)V P MVd in d co Denklem (4) ve (5) den görüldüğü gibi, D-STATKOM un verdiği/çektiği ktif/rektif güç; Ģebeke gerilimi, bğlntı endüktnının rektnı, inverterin dc-ht gerilimi, modülyon indeki ve inverter ile Ģebeke gerilimleri rındki fz frkı ile orntılıdır. Burdn hreketle, D-STATKOM un Ģebekeye verdiği vey Ģebekeden çektiği rektif güç; y V dc bit tutulup M değiģtirilerek, y d tm teri Ģeklinde ypılbilir. III. FAZ-AÇI KONTROL TEKNĠĞĠ D-STATKOM un kontrolü için kullnıln en bit lgoritmy hip yöntemdir. Bu yöntemde modülyon indeki bit tutulmkt ve rektif güç kontrolü için inverter çıkıģ geriliminin n hrmoniğini kontrol etmek için dc-ht geriliminin değiģmeine izin verilmektedir. Bu ie inverter çıkıģ gerilimi ve Ģebeke gerilimi rındki fz çıı δ kontrol edilerek elde edilmektedir [8]. Fz çı kontrol yönteminin blok diygrmı ġekil de verilmiģtir. I _bc PLL I dq Q ölç V bc/dq _bc - PI + q V dq Rektif Güç Ölçümü δ + V dc Q [, -π/3, π/3] + Sin x Q ölçülen 3 3 x Ubc q M + Vbc_ ġekil : Fz-çı kontrol yönteminin prenip Ģemı. V 9 V 8 SVPWM ġekilden görüldüğü gibi ölçülen üç-fzlı Ģebeke gerilimi öncelikle bir Fz Kilitleme Döngüüne (PLL) girilerek Ģebeke geriliminin fz çıı θ belirlenmektedir. Bu çı; kontrol () (4) (5) V V döngüünün çıkıģınd elde edilen PWM iģretlerinin ve dolyıı ile inverterin Ģebeke ile enkronize olmını için kullnılmktdır. Bunun için, ġekil den görüldüğü gibi ölçülen üç-fz kım ve gerilimleri bc/dq dönüģümü kullnılrk dq-eken bileģenlerine dönüģtürülür. Akım ve gerilimin dq-eken bileģenleri kullnılrk yüklerin dğıtım Ģebekeinden çektiği rektif güç, heplm yolu ile ölçülür. Ölçülen rektif güç, ern rektif güç ile krģılģtırılrk elde edilen rektif güç htı bir PI kontrolöre uygulnır. PI kontrolörün çıkıģınd c Ģebeke gerilimine göre inverter geriliminin n hrmoniğinin fz çıı δ belirlenmektedir. Bu çı ve bit olrk lınn modülyon indeki ile birlikte kullnılrk, SVPWM tekniği yrdımı ile üç-fzlı üç-eviyeli H-köprü inverter için PWM iģretleri üretilir [9]. Bu yöntemde, rektif güç değiģimleri için kontrol döngüünün bmk cevbı uygun kontrolörler ve pif elmnlr yrdımıyl -5 periyot rınd tutulbilmektedir [6]. IV. ÜÇ-SEVĠYELĠ H-KÖPRÜ ĠNVERTER ĠÇĠN SVPWM TEKNĠĞĠ Gerilim kynklı bir inverter için uzy vektör modülyon tekniği, inverterin üretmei gereken üç-fzlı gerilimlerin α-β uzyınd bir ern gerilim uzy vektörü ile temil edilmeine dyndırılmktdır. Vektörün genliği ve fz çıı bu üç-fzlı büyüklüklerin nlık değerleri ile ptnbilir. Eğer üç-fzlı büyüklükler inüzoidl ve dengeli ie vektör bit bir çıl hızl dönecektir ve bit bir genliğe hip olcktır. ġekil deki üç-eviyeli H-köprü inverter devreinde, her bir H-köprü; P,O ve N ile temil edilen üç nhtrlm durumun hiptir. Tblo de bir H-köprü invertere it nhtrlm durumlrı ve bun krģılık gelen inverter çıkıģ gerilim eviyeleri verilmiģtir. Tblo : Bir H-köprü inverter için nhtrlm durumlrı. Ġnverterin üç fzı dikkte lındığınd, üç-eviyeli H-köprü inverter 3 3 =7 tne nhtrlm durumun hiptir. Bu nhtrlm durumlrının her biri Denklem (6) kullnılrk bir vektör olrk temil edilebilir. V 3 V e j Anhtrlm Durumlrı V S S S 3 S 4 b e j / 3 V c e j / 3 V in P +V dc O N -V dc Burd; V,V b, V c ern üç fz gerilimlerdir. Sonuç olrk 3 tne ıfır ( V ), tne küçük ( V - V 6 ), 6 tne ort ( V 7 - V ) ve 6 tne büyük ( V 3 - V 8 ) olmk üzere toplm 7 gerilim vektörü oluģmktdır. Küçük vektörler; P ve N (6) 43
E. Deniz, R. Coteli, S. Tuncer, B. Dndıl, M. T. Gencoglu nhtrlm durumun hip çift vektörlerdir. Bütün gerilim vektörlerinin α-β düzlemine yerleģtirilmei durumund oluģn üç-eviyeli inverterin uzy-vektör diygrmı ġekil 3 te göterilmektir. ġekilden görüldüğü gerilim vektörleri bit iken ern gerilim vektörü V ω çıl hızl dönmektedir. Ayrıc, üç-eviyeli H-köprü inverter için uzyvektör diygrmı her biri 4 bölgeye yrılmıģ 6 ektörden oluģmktdır. V 6 NPP Sektör-4 V 9 NPO Sektör-3 V NOP V 5 NPN V 4 OPP NOO NNP OPO NON OOP NNO V 5 V Sektör- V 8 OPN V V 3 V 3 V PPP q 3 V POO NNN OOO ONN PNN V ONP Sektör-5 PPO OON V POP ONO 6 V 7 8 V 4 PPN V 4 PNP V 7 PON V PNO Sektör- Sektör-6 ġekil 3: Üç-eviyeli inverter için uzy-vektör diygrmı. Üç eviyeli inverter için uzy vektör modülyon Gerilim- Zmn Eşitleme prenibine dyndırılır []. Anhtrlm periyodu T nin yeterince küçük olduğu vryılır, ern vektör T üreince bit kbul edilebilir. Bu vryım ltınd, V, en ykın üç gerilim vektörü trfındn oluģturulmktdır. Örneğin, ġekil 4 de göterildiği gibi V birinci ektörün dördüncü bölgeinde yer ldığı zmn gerilim zmn eģitleme denklemi; Denklem (7) deki gibi yzılbilir. PPO OON V Tc V 4 T 4 V PPN V ONN V 7 T b T b T b PON 3 PPP V q T T 3 OOO b T T NNN POO PNN ġekil 4: Sektör- için gerilim vektörleri ve nhtrlm zmnlrı V V.T V.T V.T V.T 4 T T T T b 7 c b c Burd T, T b ve ırı ile V 4, V 7 ve V vektörlerinin nhtrlm üreleridir. Birinci ektördeki diğer bölgeler için de gerilim zmn eģitleme denklemleri yzılıp, bu denklemlerde vektör değerleri yerlerine yzıldığınd bütün bölgeler için nhtrlm üreleri bulunbilir. Tblo de birinci ektördeki tüm bölgeler için nhtrlm ürelerini ifde eden denklemler verilmiģtir. Tblo de M modülyon indeki olup denklem (8) deki gibi heplnmktdır. M ( 3 / )(V / Vdc) (8) Tblo deki bütün denklemlerde θ yerine genel bir ifde yzılır, bu denklemler uzy vektör diygrmının diğer ektörleri içinde geçerli ifdeler olur [9]. Tblo : Sektör- için nhtrlm ürelerinin denklemleri. Bölge. Bölge T M in ( / 3) q T M inq T M in ( / 3) q T M in ( / 3) q T T b T M inq T M in ( / 3) q 3. Bölge 4. Bölge M in ( / 3) q T M inq T T T b T M inq T M in ( / 3) q T M in ( / 3) q T M in ( / 3) q Gerilim vektör uzyındki her ektör ve bölge için nhtrlm üreleri bulunduktn onr, V in bulunduğu ektör ve bölgeye göre gerilim uzy vektörlerin uygulnm ırının belirlenerek PWM iģretleri üretilmektedir. Uzy vektörlerin uygulnm ırı minimum nhtrlm kybı vey minimum Toplm Hrmonik Bozulmı (THD) gibi mçlr için düzenlenmektedir. Bu çlıģmd minimum THD için [] de önerilen yöntem kullnılrk nhtrlm durumlrı vektörlerin uygulnm ırı belirlemek için düzenlenmiģtir. ġekil 4 de göterilen birinci ektörün dört bölge için, bir T üreince uzy vektörlerin uygulm ırı Ģğıd verilmiģtir. Burd, uygulm ırı yzılırken her bölge için ġekil 4 göterilen çevre yönleri dikkte lınmıģtır..bölge : PPO-POO-OOO-OON-ONN ve Simetrii.Bölge : PPO-POO-PON-OON-ONN ve Simetrii 3.Bölge : POO-PON-PNN-ONN ve Simetrii 4.Bölge : PPO-PPN-PON-OON ve Simetrii Refern vektörün birinci ektörün dördüncü bölgeinde olmı durumund, yukrıd verilen nhtrlm ırı ve durumlrı için, üç eviyeli inverterin üç-fz bcğı için nhtrlm iģretleri ġekil 5 de göterilmiģtir. (7) 43
Uzy Vektör PWM Anhtrlmlı Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter Tbnlı D-STATKOM - V V 4 V 7 V V V 7 V 4 V P P P O O P P P P P O O O O P P O N N N N N N O T T b T b T 4 4 4 4 T V i V ib ġekil 5: Sektör- dördüncü bölge için nhtrlm iģretleri. V. D-STATKOM DENEY DÜZENEĞĠ GerçekleĢtirilen 38V/±5kVAr D-STATKOM deney düzeneğinin remi ġekil 6 d göterilmiģtir. ġekil 6: GerçekleĢtirilen D-STATKOM deney düzeneği ġekil 6 d A, B, C, D, E, F, H ve I olrk belirtilen item birimleri Ģğıdki gibidir. A: Üç-eviyeli H-köprü inverter B: Kontrol krtı (DS3) C: Ölü zmn ve korum devrei D: Gerilim lgılyıcılr E: Akım lgılyıcılr F: Kuvvetlendirme ve tmpon devrei G: Üç-fzlı vryk H: Bğlntı endüktnı I : dc-ht ġrj Ünitei ġekil 6 dn göterilen deney düzeneği iki n kıımdn oluģmuģtur. Birinci kıım; üç-eviyeli H-köprü inverter, inverterin dc-ht kondntörleri, dc-ht Ģrj ünitei ve bğlntı endüktnındn oluģn D-STATKOM un güç devreidir. Ġkinci kıım ie, gerilim ve kım ölçümleri, kuvvetlendirme ve tmpon devrei, DS3 kontrol krtı, ölü zmn ve korum devrelerinden oluģn ölçme ve kontrol devreleridir. V ic Deney düzeneğinin ±5kVAr rektif güçte olcğı göz önüne lınrk, inverterin güç devrei için 3 det 75A-V değerine hip PM75CLA IPM ler kullnılmıģtır. Bu modüllerin her biri tek-fzlı H-köprü inverter ypıı olrk kullnılmıģtır. Dolyıı ile her modüldeki 6 güç nhtrın dece 4 tnei kullnılmıģtır. Diğer iki güç nhtrı ie yedek durumunddır. Güç devrei ile kontrol krtı ve bu krtl berber kullnıln diğer devreler rınd elektrikel ylıtımı HCPL-456 ve PC87 optik izoltör entegreleri ğlmıģtır. D-STATKOM için oluģturuln güç devreinin kım ve gerilim bilgileri; kontrol lgoritmı ve korum mçlrı için gereklidir. GerçekleĢtirilen deneyel ortmd gerçekzmndki kım iģretlerini ölçmek için nominl efektif kımı 5A oln 3 det LA 5-S/SP kım lgılyıcıı ve gerilim iģretlerini ölçmek için ie yine LEM firmının - 5V rındki gerilim değerlerini ölçebilen LV 5- gerilim lgılyıcıı kullnılmıģtır. Akım ve gerilim lgılyıcılrının her birinin ölçüm uçundn 5 luk dirençler yrdımı ile elde edilen gerilim değerleri kım ve gerilim bilgii olrk değerlendirilmektedir. Bunun için dirençler üzerindeki düģük değerdeki gerilimler trlnn opmplı kuvvetlendirici ve tmpon devreleri ile kullnılbilir eviyelere yükeltilerek, kım ve gerilim bilgii olrk DS3 kontrol krtının ADC lerine giriģ olrk uygulnır. MATLAB ile uyumlu oln bu krt üzerinde n iģlemci PowerPC PPC75G/GHz ve Tex Intrument TMS3F4/MHz uydu iģlemci bulunmktdır. Deney düzeneğinin kontrolü için MATLAB /Simulink te hzırlnn lgoritm MATLAB/Rel Time Workhop nd dspace in Rel Time Interfce yrdımıyl gerçek zmnlı kodlr dönüģtürülür ve DS3 kontrol krtın progrm hfızın yüklenir. Rel Time Interfce yzılımı MATLAB/Simulink blok kütüphneine dspace nin bloklrını eklemektedir. Bu ek bloklr yeinde Simulink ile gerçek-zmn donnımı rınd bğlntı oluģturulmktdır. D-STATKOM deney düzeneği için Simulink ortmınd trlnn kontrol lgoritmındn elde edilen 6 tne PWM iģretleri DS3 ün Bit I/ lrı yrdımı ile ölü zmn devreine gönderilir. Bu iģretler ve terlenmiģ durumlrı bir ölü-zmn eklendikten onr üç eviyeli inverterdeki güç nhtrın uygulnmktdır. Bu iģlemler IYS firmının IDP63PI yıl ölü-zmn entegrei ile donnıml olrk ypılmıģtır. Bu entegrelerden her H-köprü IPM için bir det kullnılmıģtır. Ayrıc bu entegre yeinde, IPM lerde oluģbilecek ht durumlrın krģı inverter devreinin korumı d ypılmktdır. VI. DENEYSEL SONUÇLAR Fz-çı kontrol yöntemi ve SVPWM nhtrlm tenliği kullnn D-STATKOM un dinmik kompnzyon performnını göteren bzı deneyel onuçlr ġekiller 7- d verilmiģtir. Deneyel onuçlr lınırken öncelikle 3V/5A fz nm değerlerine hip bir vryk yrdımı ile Ģebeke fz-nötr gerilimi V yrlnmıģtır. Dolyıı ile Ģebeke ile D-STATKOM rındki rektif güç lıģ veriģinin 433
E. Deniz, R. Coteli, S. Tuncer, B. Dndıl, M. T. Gencoglu ıfır olduğu bekleme durumund, D-STATKOM V luk bir efektif fz-nötr gerilimi üretecek Ģekilde kontrol edilmektedir. D-STATKOM devreye lınmdn önce, inverterin dc-ht kondntörleri Ģrj dirençleri yrdımı ile IPM modüllerin boģluk diyotlrı üzerinden Ģrj edilmektedir. ġrj iģlemi tmmlndıktn onr Ģrj dirençleri kı devre edilerek D-STATKOM devreye lınmy uygun hle getirilmektedir. D-STATKOM un bekleme, endüktif ve kpitif çlıģm durumlrı için M =.96 lınmıģtır. Deney düzeneğinin çlıģm Ģrtlrın iliģkin prmetreler Tblo 3 te verilmiģtir. Tblo 3: D-STATKOM un çlıģm Ģrtlrın iliģkin prmetreler. Verilen/Çekilen rektif güç : ±.5kVAr Fz-nötr gerilimi (rm) Bğlntı endüktnı ġrj direnci dc-ht kondntörü DeĢrj direnci Anhtrlm freknı Ölü zmn ürei : V :.89mH : k Ω/W : 3.3mF/45V : 3.5kΩ/5W :.5kHz : 4.5µ D-STATKOM deney düzeneğinden ve c Ģebekeden elde edilen iģretlerin gerçek zmnlı izlenebilmei için dspace in ControlDek r yüzü kullnılmıģtır. D- STACOM un rektif kım çekme/verme yeteneği; fz-çı kontrol lgoritmınd ern rektif kım i q, kullnıcı trfındn gerçek zmnlı olrk değiģtirilerek göterilmiģtir. BĢlngıçt i q 3A girilerek D-STATKOM Q.5kVAr kpitif rektif güç verecek Ģekilde dh onr t=.7375 de i q 3A girilerek D-STATKOM Q.5kVAr endüktif rektif güç çekecek Ģekilde çlıģtırılmıģtır. ġekil 7() d ern rektif kımın 3A dn -3A y değiģimine iliģkin deneyel onuç verilmiģtir. Bu durum ġekil 7(b) de geniģletilmiģ olrk göterilmiģtir. ġekilden görüldüğü gibi D-STATKOM tlep edilen rektif kımı bģrılı ve hızlı bir Ģekilde ğlmıģtır. I q* I q (b) ġekil 7: i q nun i q i izleme bģrımı. Fz çı kontrol yönteminde modülyon indeki bit olduğu için, rektif kım lıģ veriģi dc-ht gerilimi değiģtirilerek ypılmktdır. D-STATKOM un endüktif çlıģbilmei için inverterin çıkıģ geriliminin ve dolyıı ile dc-ht geriliminin zlmı ve kpitif çlıģbilmei için ie rtmı gerekir. Kpitif çlıģmdn endüktif çlıģmy geçiģi enınd dc-ht gerilimlerinin değiģimine iliģkin deneyel onuçlr ġekil 8 de göterilmiģtir V dc_c V dc_b V dc_ ġekil 8: dc-ht gerilimlerinin değiģimi. I q* I q () D-STATKOM un çlıģm durumu değiģtiği zmn Ģebekeden invertere doğru kn ktif gücün bit klmı oldukç önemlidir. Eğer Ģebeke ile inverter gerilimleri rındki fz frkının kontrolü ypılmz ie inverter çıkıģ gerilimi değiģtiği için çekilen ktif güç miktrı d değiģecektir. Fz-çı kontrolü için modülyon indeki bittir. Endüktif çlıģmd inverter çıkıģ gerilimi ve dolyıı ile dc-ht gerilimi zldığı için Denklem (5) deki ktif gücün bit klbilmei için fz çıının rtmı gerekmektedir. Benzer Ģekilde kpitif çlıģmd ie inverter çıkıģ gerilimi ve dolyıı ile dc-ht gerilimi rttığı için fz çıının zlmı gerekmektedir. Kpitif çlıģmdn endüktif çlıģmy geçiģi enınd SVPWM nhtrlm için fz frkının değiģimini göteren deneyel onuçlr ġekil 9 d verilmiģtir. 434
Uzy Vektör PWM Anhtrlmlı Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter Tbnlı D-STATKOM STATKOM deney düzeneğinin dğıtım itemlerinde yük kompnzyonu, gerilim regülyonu ve hrmonik kompnzyonu mçlrı için kullnılbileceği götermiģtir. TEġEKKÜR Bu mklede unuln çlıģmlr, Fırt Üniveritei Bilimel ArĢtırm Projeleri Birimi (FÜBAP) 578 No.lu Uzy Vektör Drbe Genişlik Modülyonu Kullnn Üç Seviyeli H- Köprü Evirici Tbnlı D-STATKOM un Trımı ve Gerçekleştirilmei iimli proje kpmınd yürütülmüģtür. Yzrlr, ğlnn detekten dolyı FÜBAP teģekkür eder. ġekil 9: Fz çıının değiģimi. SVPWM nhtrlm için D-STATKOM un bir fzın it kım ve gerilimin dlg Ģekilleri ie birim değer (p.u) cininden ġekil d göterilmiģtir. ġekilden görüldüğü gibi D-TATCOM kpitif çlıģmd gerilimden ileri fzd bir kım çekmekte iken, endüktif çlıģmy geçiģ ile birlikte çok hızlı bir Ģekilde gerilimden geride bir kım çekmeye bģlmıģtır. I V ġekil : D-STATKOM un bir fzın it kım gerilim dlg Ģekilleri. VII. SONUÇLAR Bu mklede, üç-eviyeli H-köprü inverter tbnlı D-STATKOM un deney düzeneği gerçekleģtirilerek, deney düzeneğinin kontrolü için fz çı kontrol tekniği kullnılmıģtır. Bununl birlikte, üç-eviyeli inverterin kontrolü için SVPWM tekniği önerilmiģtir. SVPWM tekniği SPWM tekniğine kıyl inverterin dh küçük dc-ht gerilim değerlerinde çlıģmını ğlmıģtır. GerçekleĢtirilen D-STATKOM un ±.5kVAr rektif gücü vermei/çekmei için fz çı kontrol lgoritmınd i q gerçek zmnlı olrk ±3A rlığınd değiģtirilerek deneyel onuçlr lınmıģtır. Elde edilen onuçlrdn, D-STATKOM un itenilen kompnzyon kımını ğlybilme hızı ve kpitei bkımındn oldukç iyi bir performn hip olduğu görülmüģtür. Elde edilen onuçlr, gerçekleģtirilen D- KAYNAKLAR [] Ö. Slor, D. Küçük, M. Güder, T. Demirci, Y. Akky, I. Çdırcı, M. ErmiĢ, Türkiye Elektrik Ġletim Siteminde Hrmonik Bozulm ve KırpıĢm Prmetrelerinin OluĢturuln Güç Klitei Veritbnı Ypııyl Değerlendirilmei, 9 EMO 3. Enerji Verimliliği ve Klitei Sempozyumu, pp. 6. [] K. R. Pdiyr, FACTS Controller in Power Trnmiion nd Ditribution, New Delhi: Deprtment of Electricl Engineering Indin Intitute of Science, New Age Interntionl (P) Ltd., 7. [3] E. Deniz, S. Tuncer, nd M.T. Gencoglu, Voltge Regultion in Ditribution Sytem by Uing STATCOM with Three Level Diode Clmped Inverter, 9 5th-Interntionl Advnced Technologie Sympoium (IATS 9), pp. 7. [4] J. A. Brren, S. Aurteneche, J. M. Cnle, M. A. Rodriguez, L. Mrroyo, Deign, Anlyi nd Comprion of Multilevel Topologie for DSTATCOM Appliction, 5 Europen Conference on Power Electronic nd Appliction (EPE 5), pp.. [5] A. Cetin, Deign nd Implementtion of Voltge Source Converter Bed STATCOM for Rective Power Compention nd Hrmonic Filtering, Ph.D. Thei, The Grdute School Of Nturl And Applied Science, METU, 7. [6] S. Kumr, Sttic Synchronou Compentor t Ditribution nd Trnmiion Level, Lecture Note, 3. [7] Z. Zhoyong, L. Tieci, T. Tkhhi, nd E. Ho, Deign of Univerl Spce Vector PWM Controller Bed on FPGA, 4 APEC Nineteenth Annul Conference of IEEE, pp. 698-7. [8] A. Cetin, nd M. Ermi, VSC-Bed D-STATCOM with Selective Hrmonic Elimintion, IEEE Trnction on Indutry Appliction, vol. 45(3), pp. 5, 9. [9] E. Deniz,. Uzy Vektör Drbe GeniĢlik Modülyonu Kullnn Üç Seviyeli H-Köprü Evirici Tbnlı D-STATKOM un Trımı ve GerçekleĢtirilmei, Doktor Tezi, Fırt Üniveritei Elektrik Elektronik Mühendiliği, Elzığ. [] B. Wu, High-Power Converter nd AC Drive, Hoboken, New Jerey: IEEE Pre, 6. [] H. Hu, W. Yo, nd Z. Lu, Deign nd Implementtion of Three-Level Spce Vector PWM IP Core for FPGA, IEEE Trnction on Power Electronic, vol. (6), pp. 34 44. 7. 435