Bu tez çalışmasında son yıllarda yarı-iletken teknolojisindeki gelişmeler ile pasif filtrelerin yerini almaya başlayan, anahtarlamalı güç yarı iletkenleri ile enerji depolayan pasif elemanlardan oluşan AGF’lerden, gerilim kaynaklı paralel bağlı AGF ile şebekeye pasif filtre üzerinden bağlanan melez AGF yapısı ele alınmıştır.
Gerilim kaynaklı saf ve melez AGF sistemlerini gerçekleştirebilmek için, literatür araştırmasından sonra, bir öntasarım çalışması yapılmış ve kullanılacak malzemeler belirlenmiştir. Daha sonra, AGF sisteminin denetlenebilmesi için histerezis akım denetim ve darbe genişliği modülasyon akım denetim yöntemleri Simplorer V7.0 benzetim programı yardımıyla denenmiş ve başarımı gözlemlenmiştir. Başarımı gözlemlenen denetim yöntemlerinin uygulanabilmesi için gerekli olan baskı devre kartlarının tasarımı gerçekleştirilmiş ve bu kartların testleri yapılmıştır. Eksik malzemelerin tamamlanmasıyla birlikte kurulan laboratuvar prototipi üzerinde benzetim çalışmaları yapılmış olan denetim yöntemleri uygulanmış ve elde edilen sonuçlar benzetim çalışmalarıyla kıyaslanmıştır. Bunun sonucu olarak histerezis akım denetim yönteminin harmonik akımları süzme başarımı açısından en başarılı sonucu verdiği gözlemlenmiştir.
Elde edilen AGF uygulama sonuçlarının benzetim çalışmalarıyla uyumlu olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlara bakıldığında; AGF sisteminin şebekede bulunan tüm baskın akım harmoniklerini başarıyla süzdüğü ve başarımının IEEE Std. 519–1992, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, standartında belirtilen sınır değerlerini sağladığı görülmüştür. Ayrıca, AGF’nin geçici rejim tepkisinin de 10ms den daha az olduğu ve bu sonucun değişken yükler karşısında da yeterli olduğu görülmüştür. Ancak, AGF’nin dezavantajının sistemi yüksek frekans anahtarlama akım dalgacıkları ile kirletmesi olduğu tespit edilmiş ve bu çalışmada bunun önüne özel anahtarlama dalgacık filtresi kullanılarak geçilmiştir.
Melez AGF sisteminden elde edilen sonuçlar incelendiğinde ise, Melez AGF’nin ana amacı olan şebekedeki baskın ana harmonik akımların süzülmesinde başarılı olduğu söylenebilir. Melez AGF, şebekeye bağlanan pasif filtrenin akord edildiği
frekanstaki harmonik akımı süzmesinin yanı sıra pasif filtrenin şebeke empedansı ile paralel rezonansa girmesiyle yükselen akım harmoniklerini de süzmüştür. Yani düşük bir güce sahip AGF, pasif filtrenin performansını şebeke parametrelerinden bağımsız hale getirmiştir.
Gelecekte ise; tasarımı yapılmış olan AGF’nin hazır olarak satın alınıp kullanılan güç katı ve işaret işleme kartı baştan tasarlanıp tüm sistemin bir pano içine montajının yapılmasıyla, AGF, alçak gerilim (AG) seviyesine doğrudan bağlanıp şebekede bulunan tüm harmonikleri süzebilen ve belirli bir miktar reaktif güç kompansazyonu yapabilen hazır bir sistem haline dönüştürülebilir.
Melez AGF’nin ise yapısı gereği yüksek gerilim seviyesine çıkabilmesinden ötürü daha fazla gerilim seviyesine dayanabilen yarı iletken anahtarlar kullanarak OG seviyeye doğrudan bağlantısı yapılabilen ve iletim hattındaki harmonik akımları süzebilen bir OG aktif güç filtresi tasarlanabilir.
KAYNAKLAR
[1] IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality, http://ieee.org
[2] Elektrik Piyasasında Dağıtım Sisteminde Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği, Ticari ve Teknik Kalitesi Hakkında Yönetmelik, 12 Eylül 2006, Türkiye
[3] Elektrik İletim Sistemi Arz Güvenilirliği ve Kalitesi Yönetmeliği, 10.11.2004, Türkiye
[4] IEEE Std. 519–1992, IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems
[5] H. Akagi, “Active Harmonic Filters” Proceedings of the IEEE,Vol. 93, No. 12, December 2005
[6] S. Bhattacharya, P. T. Cheng and D. Divan, "Hybrid solutions for improving passive filter performance in high power applications ", IEEE Trans. Ind. App., vol. 33, pp. 732-747, May/June 1997.
[7] F.Z. Peng, H. Akagi and A. Nabae, "A new approach to harmonic compensation in power systems – A combined system of shunt passive and series active filters", IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 26, pp. 983 – 990, Nov./Dec. 1990.
[8] E.B. Makram, E. V. Subramaniam, A. A. Girgis and R. Catoe, “Harmonic filter design using actual recored data” IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 29, No. 6, pp.1176-1183, Nov./Dev. 1993
[9] B. Singh, K. Al-Haddad and A. Chandra, “A review of Active Filters for Power Quality Improvement”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol.46, no.5,
[10] A. Ametani, “Harmonic reduction in tyristor converters by harmoniic current injection”, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol. 90, no. 5, pp. 2009-2019, Sep./Oct. 1971.
[11] L. Gyugi and E. C. Strycula, “Active AC power filters” in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting 1976, pp. 529-535
[12] N. Mohan, H. A. Peterson, W. F. Long, G. R. Dreifuerst, and, J. J. Vithaythil, “Active filters for ac harmonic suppression”, in 1977 IEEE/PES Winter Meeting, A77026-8 1977
[13] J. H. Choi, G. W. Park, and S. B. Dewan, “Standby power supply with active power filter ability using digital controller,” in Proc. IEEE APEC’95, 1995, pp. 783– 789.
[14] Z. Li, H. Jin, and G. Joos, “Control of active filters using digital signal processors,” in Proc. IEEE IECON’95, 1995, pp. 651–655.
[15] L. A. Morán, J. W. Dixon, J. R. Espinoza and R. R. Wallace, “Using Active Power Filters To Improve Power Quality”
[16] L. Benchaita, S, Saadate and A. Salem Nia, “A Comparision of Voltage Source and Current Source Shunt Active Filter by Simulation and Experimentation”, IEEE Trans. On Power Sys, Vol. 14, No. 2, May 1999
[17] A.Terciyanlı, O.Uçak, T.Kılınç, R.Çınar ve İ.Özkan, “Bursa Hafif Raylı Taşıma Sistemi İçin Akım KaynaklıI Aktif Güç Filtresi Uygulaması” Elektrik Mühendisleri Odası, Elektrik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 2008
[18] K. K. Sen and E.J. Stacey, “UPFC – Unified Power Flow Controller: Theory, Modelling, and Applications” IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 13, No. 4, October 1998
[19] H. Akagi, “Trends in Active Power Line Conditioner”, IEEE Trans. On Power Elecs., vol. 9, no. 3, 1994, pp. 263-268
[20] N. R. Raju, S. S. Venkata, R. A. Kagalwala and V. V. Sastry, “An active power quality conditioner for reactive power, harmonics compensation,” in Proc. IEEE PESC’95, 1995, pp. 209–214.
[21] G. H. Rim, I. Kang, W. H. Kim, and J. S. Kim, “A shunt hybrid active filter with two passive filters in tandem,” in Proc. IEEE APEC’96, 1996, pp. 361–366.
[22] S. G. Dan, D. D. Benjamin, R. Magureanu, L. Asiminoaci, R. Teodorescu, and F. Blaabjerg, “Control strategies of active filters in the context of power conditioning”, EPE, Dresden, 2005
[23] Frédéric Sargos “IGBT Power Electronics Teaching System Principle for sizing power converters” Semikron Application Note, Semikron, 2008
[24] K. Sheng, S. J. Finney, B. W. Williams, X. N. He, and Z. M. Qian, “IGBT switching losses”
[25] A. Altintas ve O. Bingol, “Aktif güç filtrelerinde kullanılan matematiksel metodların değerlendirilmesi ve karşılaştırılması” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi pp 145-150, 2004
[26] D. Chen, and S. Xie, “Review of the control strategies applied to active power filters”, 2004 IEEE Inter. Conf. On Elec. Utility Deregulation, Restructuring and Power Tech., Hong Kong, April 2004
[27] S: D. Round, and D. M. E. Ingram, “An Evaluation of Techniques for Determining Active Filter Compensating Currents in Unbalanced Systems”, Proc. European Conf. on Power Electronics and Applications, Vol. 4, pp. 767-772, Trondheim, 1997
[28] L. Asiminoaei, F. Blaabjerg, and S. Hansen, “Evaluation of Harmonic Detection Methods for Active Power Filter Applications”, Applied Power Elects. Conf. and Expo., Vol. 1, pp. 635-641 ,2005
[29] J. M. M. Ortega, M. P. Esteve, M. B. Payan, A. G. Exposito, and L. G. Franguelo, “Reference Current Computation Methods for Active Power Filters: Accuracy Assessment in the Frequency Domain”, IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 20, No. 2, pp. 446-456, 2005
[30] G. W. Chang, and T. C. Shee, “A Comparative Study of Active Power Filter Reference Compensation Approaches”, Power Engineering Society Summer Meeting, Vol. 2, pp. 1017-1021, 2002
[31] S. Rechka, E. Ngandui, J. Xu, and P. Sicard, “A comparative Study of Harmonic Detection Algorithms for Active Filters and Hybrid Active Filters”, Power Elects. Specialists Conf., Vol. 1, pp. 357-363, 2002
[32] G. D. Marques, “A Comparison of Active Power Filter Control Methods in Unbalanced and Non-sinusoidal Conditions”, Proceedings of IECON, Vol. 1, pp. 444-449, 1998
[33] A. M. Massoud, S. J. Finney, and B. W. Williams, “Review of Harmonic Current Extraction Techniques for an Active Power Filter”, International Conf. on Harmonics and Quality of Power, Vol. 1, pp. 154-159, 2004
[34] Tülay Avcı, “Akım Kaynaklı Aktif Güç Filtresi için Çeşitli Kontrol Yöntemlerinin Karşılaştırılması” Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Müh. Böl., Ankara, 2008
[35] Se-Kyo Chung, “A Phase Tracking System for Three Phase Utility Interface Inverters ” IEEE Transactions on Power Electronics,Vol.15, pp 431-438, 2000
[36] Diogo R. Costa, Jr., Luis G. B. Rolim, and Mauricio Aredes, “Analysis and Software Implementation of a Robust Synchronizing Circuit- PLL Circuit” Industrial Electronics, 2003.Vol.1, pp 292 - 297 ,2003
[37] Vikram Kaura, and Vladimir Blasko, “Operation of a Phase Locked Loop System Under Distorted Utility Conditions” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 33, No. 1 , January/ February 1997
[38] S.Bhattacharya, T.M. Frank, D.M. Divan, and B. Banerjee “Active Filter System Implementation ” IEEE Industry Applications Magazine, Vol. 4, pp 47-63, 1998
[39] L.Chen, and A.V.Jouanne “A Comparison and Assessment of Hybrid Filter Topologies and Control Algorithms” IEEE Power Electronics Specialists Conference, Vol. 2, pp 565-570, 2001
[40] H.Akagi, S. Srianthumrong, and Y.Tamai “Comparisons in Circuit Configuration and Filtering Performance between Hybrid and Pure Shunt Active Filters ” Industry Application Conference, Vol.2, pp 1195-1202, 2003
[41] W. Tangtheerajaroonwong, T.Hatada, K.Wada, and H.Akagi, “Design of a Transformerless Shunt Hybrid Filter Integrated into a Three-Phase Diode Rectifier” Power Electronics Specialists Conference, pp 1-7, 2006
[42] S. Srianthumrong, and H.Akagi “A Medium Voltage Transformerless AC/DC Power Conversion System Consisting of a Diode Rectifier and a Shunt Hybrid Filter ” IEEE Trans On. Vol. 39, pp 874-882, 2003
[43] Jiri Skramlik, and Viktor Valouch, “Combined Feedback and Feedforward Control Strategy of Parallel Hybrid Filter” IEEE International Conference on Industrial Technology, Tunus, 2004
[44] İlker Kocabaş, O. Uçak ve Alper Terciyanlı, “Düşük DA Bağ Gerilimli Bir Aktif Güç Filtresi Tasarımı” Elektrik Mühendisleri Odası Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu, 2007
[45] İlker Kocabaş, O. Uçak ve Alper Terciyanlı, “Design and Implementation of a Shunt Active Power Filter with Reduced DC Link Voltage” Elektrik Mühendisleri Odası, Elektrik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 2007
[46] Onur Ucak, Ilker Kocabas ve Alper Terciyanli, “Design and Application of a Hybrid Active Power Filter with Supply Side Harmonics Isolation”, PCIM 2008
[47] T. Kawabata, T. Miyashita, and Y. Yamamoto, “Dead Beat Control of Three Phase PWM Inverter”, IEEE Trans. On Power Electronics, Vol. 5, No. 1, Jan 1990
[48] L. Malesani, P. Mattavelli, and S. Buso “Robust Dead-Beat Current Control for PWM Rectifiers and Active Filters” IEEE, 1998
[49] M. Lafoz, I. J. Iglesias, C. Veganzones, and M. Visiers “A Novel Double Hysteresis-Band Current Control for Three-Level Voltage Sourse Inverter ” Power Electronics Specialists Conference, Vol. 1, pp 21 – 26, 2000
[50] David M.E. Ingram, and S.D. Round “A Novel Digital Hysteresis Current Controller for an Active Power Filter” Power Electronics and Drive Systems, Vol. 2, pp 744-749, 1997
[51] İlker Kocabaş, O. Uçak ve Alper Terciyanlı, “DSP Tabanlı Gerilim Kaynaklı Şönt Aktif Güç Filtresi Uygulaması” Elektrik Mühendisleri Odası, Elektrik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, 2006
[52] Luigi Malesani, Paolo Mattevelli, and Paolo Tomasin, “High-Performance Hysteresis Modulation Technique for Active Filters” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 12, No. 5, September 1997
[53] Murat Kale, and Engin Ozdemir, “ A Novel Adaptive Hysteresis Band Current Controller for Shunt Active Power Filter” IEEE Conference, Vol. 2, pp 1118 – 1123, 2003
[54] Qunying Yao, and D. G. Holmes, “A Simple, Novel Method for Variable-Hysteresis-Band Current Control of a Three Phase Inverter with Constant Switching Frequency”
[55] Luigi Malesani, Paolo Mattevelli, and Paolo Tomasin, “Improved Constant-Frequency Hysteresis Current Control of VSI Inverters with Simple Feedforward Bandwidth Prediction” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 33, No. 5, September/October 1997
[56] Bimal K. Bose, “An Adaptive Hysteresis-Band Current Control Technique of a Voltage-Fed PWM Inverter for Machine Drive System” IEEE Transactions on Industrial Elecrtonics,Vol.37, No. 5, October 1990
[57] Timothy M. Rowan, and Russel J. Kerkman, “A New Synchronous Current Regulator and an Analysis of Current-Regulated PWM Inverters” IEEE Transactions on Industrial Applications, Vol. IA-22, No. 4, July/August 1986
[58] Ahmet M. Hava, Russel J. Kerkman, and Thomas A. Lipo, “Simple Analytical and Graphical Tools for Carrier Based PWM Methods” IEEE Power Electronics Specialists Conference St. Louis, Missouri, June 22-27, 1997
[59] Ali I. Maswood, “A PWM Voltage Source Inverter with PI Controller for Instantaneous Motor Current Control” IEEE 1995
[60] Vladimir Blasko, and Vikram Kaura, “A New Mathematical Model and Control of a Three-Phase AC-DC Voltage Source Converter” IEEE Transactions on Power Elecrtonics,Vol.12, pp 116-123, 1997
[61] Fang-Zhang Peng, Hirofumi Akagi, and Akira Nabae, “A Study of Active Power Filters Using Quad-Series Voltage-Source PWM Converters for Harmonic
Compansation”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 5, No. 1, January 1990
[62] Ahmet Hava, “Carrier Based PWM-VSI Drives In The Overmodulation Region” University of Wisconsin, 2008
[63] Arun K. Guru, Juan Carlos Balda, Ken Carr, and Y. Q. Xiang, “Design of a Switching-Ripple Filter for a Shunt-Connected Active Power Filter” IEEE 1998
[64] İlker Kocabaş, O. Uçak ve Alper Terciyanlı, “Histerezis Akım Denetimli Şönt Aktif Güç Filtresinde Pasif Filtre Uygulaması” Elektrik Mühendisleri Odası, Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu, 2007
[65] İlker Kocabaş, O. Uçak ve Alper Terciyanlı, “Gerilim Kaynaklı Aktif Güç Filtrelerinde Akım Denetim Yöntemlerinin Deneysel Karşılaştırılması“ Elektrik Mühendisleri Odası, Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu, 2007
[66] Simone Buso, Luigi Malesani, and Paolo Mattevelli “Comparision of Current Control Techniques for Active Filter Applications”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 45, No. 5, October 1998
[67] L Benchaita, S Saadate, and A. Salem nia, “A Comparison of Voltage Source and Current Source Shunt Active Filter by Simulation and Experimentation”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 14, No. 2, May 1999
[68] Lai, J. S., “Active Power Filtering for Harmonic Compensations,” ITRI Short Course Unit 7 on Power Quality and Three-Phase Power Factor Correction, March 16-17, 2000
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : İlker Kocabaş Doğum Yeri : Niğde
Doğum Yılı : 1984 Medeni Hali : Bekar Eğitim ve Akademik Durumu:
Lise 1998-2001 : Aksaray Fen Lisesi
Lisans 2001-2006 : Hacettepe Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Yabancı Dil: İngilizce
İş Tecrübesi:
2006 – 2008 : TÜBİTAK UZAY Teknolojileri Araştırma Enstitüsü / Güç Elektroniği Grubu