Sinüzoidal olmayan şartlarda güç tanımları ve yük modelleri

Abstract

Son yıllarda güç kalitesi kavramı üzerine olan ilgi güç sistemlerinin verimliliğinin güç kalitesi olaylarının başarılı olarak ele alınmasına bağlı hale gelmesinden ve müşterilerin daha bilinçli olmasından dolayı artmaktadır. En önemli güç kalitesi olaylarından biride güç elektroniği cihazlarının kullanımının yaygınlaşmasından kaynaklanan gerilim ve akım dalga formundaki bozulmalardır. Burada sunulan çalışmaların ana konusu olan güç sistemlerindeki bozulmuş dalga formları genel olarak harmonik teorisi kullanılarak analiz edilir. Dolayısıyla bu çalışmanın ilk bölümünde; güç kalitesi problemlerine bilhassa harmoniklerin üzerinde durularak genel bir bakış yapılmıştır. İkinci bölümde ise harmonik domenindeki güç tanımlan ve harmonik üreten yüklere ait modeller hakkında literatür taraması sunulmuştur. Daha sonra, literatürde sinüzoidal olmayan şartlar için oluşturulmuş güç tanımlan diferansiyel durum denklemleri ile elde edilen gerçekçi bir yük modeli ile kaynak empedansının etkisi dikkate alınarak analiz edilmiştir. Oluşturulan gerçekçi yük modeli yardımıyla yük gerilimi ve hat akımına ait kapalı form ifadeler elde edilmiştir. Bu ifadeler kullanılarak geleneksel harmonik yük modelleri olan Sabit Akım Kaynağı ve Norton modellerinin geçerliliği parametrik analizlerle incelenmiştir. Sonuç olarak; Fryze, Shepherd ve Zand, Sharon ve Czarnecki tarafından önerilen güç tanımlannm kaynak verimine yönelik doğru bilgiler sağlandığı görülmüştür. Shepherd ve Zand'ın güç bileşenlerinin hattın yüklenme şartlannın anlaşılmasında yararlı olduğu anlaşılmıştır. Bunlara ek olarak; her iki harmonik üreten yüklere ait modelin harmonik analizlerinde rahatlıkla kullanılabileceği tespit edilmiştir. Her iki modelin incelenen durumlar için gerçekçi model ile karşılaştırdığında küçük yüzdelerde hatalar yaptığı elde edilen sonuçlardan açıkça görülmektedir. Sonuç olarak; Sabit Akım Kaynağı modeli kullanımı daha kolay olduğu için Norton modelinden daha fazla tercih edilebilir.It is already known that, in the last decades, great interests have been focused on power quality concept, mainly due to the fact that customer awareness on the subject has been gradually increased and also effective utilisation of the network has become largely depend on successful handling of the power quality events. One of the most important power quality events is distortion on the voltage and current waveforms, which is primarily caused by large proliferation of power electronics devices. The distorted waveforms of the power system, which is the main subject of the studies presented here, is generally analysed by using harmonic theory. Accordingly, in the first part of the study, a general overview on the power quality problems is provided giving particular emphasis to the harmonics. In the second part, a thorough literature survey on power definitions on harmonic domain and harmonic load models are presented. Consequently, power definitions for nonsinusoidal conditions in existing literature are analysed using a realistic load model, which is determined via differential state equations, and considering the effect of source impedance. By using developed realistic model, closed form expressions of the load voltages and line currents are determined. Furthermore validity of traditional harmonic load models, namely; Constant Current Source and Norton models, are investigated through parametric analyses. It is concluded that, power definitions proposed by Fryze, Shepherd and Zand, Sharon, and Czarnecki provide correct information regarding the source efficiency. Power decomposition according to Shepherd and Zand can also be useful to understand line loading conditions. In addition to these, it is found that, both harmonic load models could fairly be used for harmonic analysis. It is evident from results that errors, when evaluated against to the realistic model, are in the order of a few percent for both models for the considered cases. Therefore usage of Norton models maybe discouraged due to its complexity.