Search

Bu tez çalışmasında, Seçici Harmoniklerin Eliminasyonu Darbe Genişlik Modülasyon Tekniği (SHEPWM) kullanılarak, farklı seviyelerdeki eviricilerin çıkış dalga şekillerindeki belirli harmonikler elimine edilmiştir. SHEPWM tekniği ile baskın harmonikleri yok etmek için elde edilen anahtarlama açılarının bulunmasını sağlayan lineer olmayan denklem takımları, Parçacık Sürü Optimizasyon (PSO) ve Genetik Algoritmalar (GA) yöntemleri ile optimize edilmiştir. Böylece, çıkış dalga şeklinin toplam harmonik distorsiyon miktarı azaltılmıştır. Optimize edilmiş sonuçlar yedi ve on bir seviyeli bir evirici üzerinde denenmiş ve çıkış dalga işaretleri gözlemlenmiştir. Elde edilen verilere göre genetik algoritma ile yapılan optimizasyon sonuçlarının parçacık sürü optimizasyonu ile yapılan optimizasyon sonuçlarına göre daha iyi olduğu gözlemlenmiştir. In this study, specific harmonics in output waveforms of multilevel inverters are eliminated by using Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation Technique (SHEPWM). Nonlinear equations, which enable to find switching angles obtained through SHEPWM in order to remove dominant harmonics are optimized with Particle Swarm Optimization (PSO) technique and Genetic Algorithm (GA) methods. Thus output waveform total harmonic distortion value is reduced. Optimized results are tested on a 7-level and 11-level inverters and output wave signals are observed. According to data obtained, it is observed that Genetic Algorithm optimisation results are much better than Particle Swarm Optimization results. 112

AA ark ocakları ve rezonant dönüştürücülü endüksiyon ergitme ocakları gibi doğrusal olmayan endüstriyel yükler, harmonik ve araharmonik içerigi yüksek, oldukça bozuk akım üretirler. Bu harmonik ve araharmoniklerin algılanması, güç sistemi işletmeninin tanımladığı güç kalitesi isterlerini sağlayabilmek adına önlemler alınabilmesi için önemlidir. Bir güç sisteminde hızlı ve doğru harmonik ve araharmonik algılama, harmonik ve araharmonik içeriği zamanla değişirken, güç sistemi frekansının da zaman içinde değişmesi nedeniyle, bazı zorluklar içermektedir. Bu yüzden Fourier çözümleme tabanlı yöntemler, aktif filtre gibi kompanzasyon sistemleri için yavaş ve doğru olmayan sonuçlar üretir. Bu tezin amacı, zamanla değişen temel frekans ve spektrumların yanı sıra, doğrusal olmayan endüstriyel yüklerin çektiği dengesiz akımlar olduğu zaman, hızlı ve gürbüz çalışan yöntemler geliştirmektir. Bu nedenle bu tezde, çoklu senkron referans tabanlı (ÇSRT) analiz ile Kalman filtreyi birleştirilen, Kalman filtrenin tahmin yeteneğine sahip ve aynı zamanda ÇSRT analizinin doğru sonuç veren performansından faydalanılan özgün bir yöntem sunulmuştur. İlgilenilen bütün harmoniklerin ve araharmoniklerin pozitif ve negatif bileşenlerinin bulunmasını sağlayan bu algoritma, NVIDIA'nın Jetson TX1 kodlu grafik işleme ünitesinde uygulanmıştır. Sonuçlar gösteriyor ki, harmonik ve araharmonik bileşenlerine ayrıştırma işlemi sunulan bu yöntem ile mikro saniye mertebelerinde gecikmeyle doğru sonuçlar vermektedir. Bu da yöntemin gerçek zamanlı kullanıma uygun olduğunu göstermektedir. Nonlinear industrial loads such as AC arc furnaces and induction melting furnaces with resonant converters exhibit highly distorted currents rich in harmonic and interharmonic frequency components. Detection of these harmonics and interharmonics is crucial for applying countermeasures to achieve power quality requirements defined by the regulations of the power system operator. Fast and accurate harmonic and interharmonic detection in a power system experiences some difficulties due to the fact that power system frequency varies in time while the harmonic and interharmonic content is also time-varying. Hence Fourier Analysis based methods are slow and inaccurate to be used with compensation systems such as active filters. The aim of this thesis is to develop methods both fast and robust under time-varying fundamental frequency and spectrum conditions as well as in cases of unbalanced currents drawn by nonlinear industrial loads. Therefore, in this thesis, a novel method which combines the multiple synchronous reference frame (MSRF) analysis with the Kalman filter is proposed in order to take the advantage of the prediction capability of the Kalman filter and the accurate performance of the MSRF analysis. This algorithm, which provides the positive- and negative-sequences of all harmonic and interharmonic components under consideration, is implemented on the NVIDIA Jetson TX1 graphics processing unit (GPU). Results proves that the decomposition of the harmonic and the interharmonic components is achieved accurately with a microsecond latency that allows the proposed algorithm to be used in a real-time operation. 126

Son yıllarda güç şebekelerinde lineer olmayan yüklerin kullanımının artmasıyla birlikte harmonikler oluşmakta ve bu harmonikler sistemlerde gittikçe artan bir sorun haline gelmektedir. Bu durum güç kalitesini önemli ölçüde etkileyip şebekeye büyük zararlar vermektedir. Meydana gelen bu harmonikleri yok etmek için pasif filtreler ve aktif filtreler kullanılmaktadır.Geleneksel pasif LC filtreleri meydana gelen bu sorunları çözmek için kullanılmaktadır. Fakat pasif filtrelerin sabit kompanzasyon sağlaması, rezonans riskini taşıması ve hantal olmaları gibi dezavantajları vardır. Bu sorunları çözmenin etkili bir yolu paralel aktif güç filtreleri aracılığıyla harmonik kompanzasyonu sağlamaktır. Kompanzasyonu sağlayan paralel aktif güç filtrelerinin kontrol sisteminde, birçok farklı metot kullanılabilir. Bu metotlar aktif güç filtresinin performansını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu yüzden seçilecek kontrol yöntemi çok önemlidir.Bu tezde fourier analizi tabanlı kontrol yöntemi ile senkron referans yapı tabanlı kontrol yöntemi gibi gelişmiş iki farklı metot ele alınmıştır. Bu kontrol yöntemleri MATLAB/Simulink paket programında paralel aktif güç filtresinin, yükten elde edilen harmonikleri yok etmesi için tasarlanmış ve test edilmiştir. Her iki yöntem için sonuçlar karşılaştırılmıştır.Anahtar kelimeler: Paralel aktif güç filtreleri, Harmonik kompanzasyon, Güç kalitesi, Harmonikler. In the last few years, harmonics have been occurred with the increasing use of nonlinear loads, and these harmonics have been an ever increasing problem for the line systems. This situation importantly affects the quality of power, gives large losses to the network. To destroy these occurring harmonics, passive and active filters are used.Conventional passive LC filters have been used to prevent these problems. Yet passive LC filters have disadvantages such as stable compensation, having a risk of resonance or being bulky. An efficient way to solve these problems is providing harmonic compensation through parallel active power filters. Many methods can be used in the control systems of the parallel active power filters which provide the compensation. These methods efficiently affect the performance of the active power filters. For this reason, the chosen control method is very significant.In this thesis, two different advanced methods such as fourier based analysis control method and synchronous reference frame control method are discussed. These control methods are designed for destroying harmonics occurred by loads of parallel active power filters in MATLAB/Simulink pack program and are tested . The results have been compared for each two methods.Key words: Parallel active power filters, Harmonic compensation, Power quality, Harmonics. 92

Lineer ve nonlineer yüklerin bulunduğu elektrik güç sisteminde, nonlineer yüklerin günden güne artmasına bağlı olarak sisteme enjekte edilen harmonik akımları da artmaktadır. Harmonik akımlar, sadece yüklerin dalga şekillerinde bozucu etkilerde bulunmayıp aynı zamanda güç sisteminde ve güç sistemine bağlanan elemanlar üzerinde de olumsuz etkiler meydana getirmektedirler.Teknik ve ekonomik bakımdan pek çok etkisi olan harmoniklerin bu etkilerinin bilinmesi ve işletmelerde analizlerinin yapılması, hem enerji kalitesi açısından hem de işletmenin sürekliliği açısından son derece önemlidir. Gerçekleştirilen çalışmada çeşitli nonlineer yüklerin bulunduğu bir sistemde, harmoniklerin etkileri belirtilip sistemde istenen harmonik akımının süzülmesini sağlayan harmonik filtresinin gerekliliği anlatılmaktadır. Harmonik filtreler her tesis için ayrı ayrı tasarım gerektirir, dolayısıyla filtrelemede dikkat edilmesi gereken hususlar incelenmektedir. Sinüs biçimli kaynaktan beslenen ve lineer elemanlardan meydana gelen enerji sistemlerinin güç kompanzasyonu basit bir inceleme ile yapılabilmektedir. Fakat besleme kaynağının sinüs biçimli olmaması veya elemanların nonlineer karakterde olması durumunda güç kompanzasyonunda bir takım zorluklar yaşanmaktadır. Bu yüzden harmonikli sistemlerde güç kompanzasyonu normal kompanzasyondan farklıdır. Yapılan çalışmada bu konuda dikkat edilmesi gereken hususlar belirtilmektedir.Bu tez çalışmasında, öncelikle filtreleme ve güç kompanzasyonunun sinüs biçimli olmayan sistem için gerçekleştirilmesi irdelenmektedir ve buna ait bilgiler verilmektedir. Ayrıca çalışmada gerçek bir sistem üzerinde yapılan ölçümler ile bu sistemin filtrelenmesi ve güç kompanzasyonunun gerçekleştirilmesi de yer almaktadır. The harmonic currents injected to electric power system including of linear and nonlinear loads are increasing due to the increase in nonlinear loads. Harmonic currents not only cause deterioration in load wave forms but also provide negative effects on power system and equipments connected to power system.The evaluation of the technical and economical effects of harmonics and providing analysis in plants about this issue are significantly important both for energy quality and plant durability. In this study, the effects of harmonics are evaluated and the need of a harmonic filter that provides the possibility of filtering the desired harmonic current. Harmonic filters requires different design approaches for each plant, thus the important issues in filtering are examined. The power compensation in energy systems fed by sinusoidal source and including linear loads can be realized easily. However, the power compensation in the case of non-sinusoidal source or nonlinear loads may cause some difficulties. Thus, the power compensation in harmonic condition is even more difficult than normal power compensation applications. In the realized study, the significant issues about this topic are presented.In this thesis study, the realization of filtering and power compensation in non-sinusoidal load conditions is evaluated and some information is provided on this topic. Besides, the measurements on a real plant as well as the filtering and power compensation studies on the mentioned plant are presented. 91

Bu çalışmada, üç fazlı gerilim kaynaklı evirici uzay vektör darbe genişlik modülasyonu ile kontrol edilmiştir. Üç fazlı gerilim kaynaklı evirici çıkışına üç fazlı yıldız bağlı direnç yükü bağlanmıştır. Evirici çıkış gerilimi ve bu gerilimin harmonik düzeni Matlab/Simulink programıyla incelenmiştir. Matlab/Simulink programının çözümleme hızından kaynaklanan harmonikler alçak geçiren filtre ile elimine edilmiştir. Ayrıca bu uygulama deneysel olarak elde edilmiştir. Fakat her iki uygulama da çözümleme hızı ve alçak geçiren filtre devre karakteristiğinden dolayı evirici çıkış geriliminin ana harmonik genliği referans değerin altında olduğu gözlemlenmiştir. Harmonik genliklerini kontrol etmek için senkron referans kontrol yöntemi uygulanmıştır. Bu kontrol stratejisi hem doğrusal hem de doğrusal olmayan yükler için uygulanmıştır. Bu kontrol yöntemiyle istenilen harmonik elimine edilip, ana harmonik genliği referans değerde tutulmuştur.Senkron referans kontrol stratejisi Matlab/Simulink programıyla uygulanmıştır. In this study, three-phase voltage source inverter is controlled by space vector pulse width modulation. Three-phase voltage-source inverter output is connected to the three-phase star connected resistive load. Inverter output voltage and the voltage of the harmonic order are analyzed by Matlab/Simulink program. Harmonics caused by the speed of program analysis with low-pass filter are eliminated. This practice is also obtained experimentally. However, in both applications, main harmonic amplitude of inverter output voltage due to speed of analysis and low-pass filter circuit characteristics is observed at the bottom of the reference value. To control harmonic amplitude is applied to synchronous reference control method. This control strategy for both linear and nonlinear loads are applied. Whether this control method to eliminate the desired harmonic, the main harmonic amplitude is kept for the reference value. 77

Bu akademik çalışmada, tristör anahtarlamalı yalın kondansatör bankaları ve tristör anahtarlamalı şant filtre bankalarının analiz, tasarım ve uygulamasından bahsedilmiştir. Çeşitli tristör anahtarlamalı kondansatör (TAK) topolojilerinin performansları da benzetimlerle incelenmiştir. Kuramsal bulgular, bu akademik çalışma kapsamında kurulan iki model üzerinde deneysel çalışmalar yapılarak doğrulanmıştır, biri yıldız bağlı laboratuvar modeli ve diğeri Türkiye Kömür İşletmelerinin Tesislerinde mevcut bazı Static VAr Kompanzatörlere (SVK) eklenen üçgen bağlı uygulama modeli. Ters koşut bağlı tristör anahtarlarının konvansiyonel elektromekanik kontaktörlere göre avantajları da laboratuvarda gerçekleştirilen derin bir deneysel çalışma ile netleştirilmiştir. Kuramsal ve uygulama sonuçları arasında iyi bir bağlantı elde edilmiştir. This research work deals with the analysis, design and implementation of thyristor switched plain capacitor banks and thyristor switched shunt filter banks. Performances of various thyristor switched capacitor (TSC) topologies are also investigated by simulations. The theoretical findings have been verified by carrying out experimental work on two prototypes implemented within the scope of this research work, one is a wye-connected laboratory prototype and the other is a delta-connected application prototype integrated to some of the SVCs existing in Turkish Coal Enterprise s Plants. The advantages of back-to-back connected thyristor switches over conventional electromechanical contactors are also made clear by conducting an intensive experimental work in the laboratory. A good correlation have been obtained between theoretical and experimental results. 176

Tek-faz ve üç-fazlı sistemlerde sisteme bağlı olan doğrusal olmayan elemanlar sistemde harmonik oluşmasına neden olur. Harmonikler sistemlerin verimini düşürür, akım ve gerilimde dalgalanmalar meydana getirir. Harmoniklerin etkilerini azaltmak için ise harmonik filtreleme yöntemleri kullanılır. Filtreleme yöntemleri aktif ve pasif filtreleme olarak iki kategoriye ayrılır. Bu çalışmada aktif filtreleme yöntemlerinden biri olan seri aktif güç filtresinin (SAGF) dengesiz çalışma koşullarında tasarımı ve benzetimi sunulmuştur. 3-fazlı 3-telli sistemlerde SAGF tasarımı, kontrolü, kontrol yöntemleri, simülasyonları ve performansları irdelenmektedir. Filtreli ve filtresiz durumlar için gerilimde meydana gelen toplam bozulma değerleri incelenmektedir. Bu güç filtreleri gerilim harmoniklerini yok etmek için sisteme ters fazda ve eşit büyüklükte harmonik gerilimler verir. Harmonik gerilim kaynağı gibi davranan doğrusal olamayan yükler için seri aktif güç filtreleri çok daha etkilidir. SAGF üç farklı devre durumu için simüle edilmiştir. Birinci devrede dengeli gerilim durumu yani her faza aynı gerilim ve aynı yükün geldiği durum, ikinci devrede ise her faza ayrı kaynak gerilimi geldiği durum incelenmiştir. Üçüncü devrede ise her faza ayrı yük bağlandığı durum incelenmiştir. Böylece SAGF'nin hem gerilim harmoniklerini engellemek hem de gerilim dengesizliğini ortadan kaldırmak için kullanıldığı gösterilmiştir. SAGF tasarımında Akagi tarafından savunulan Anlık Güç Teoreminden yararlanılmıştır. Anlık Güç Teoremi ile zamanda bir gecikme olmadan harmormonikler yok edilmektedir. Anahtarlama elemanlarının denetimi için histerezis bant kontrol yöntemi kullanılmıştır. SAGF tasarımında Matlab simulink programı kullanılmış, ve ölçüm sonuçları Matlab üzerinden alınmıştır. Nonlineer elements of single phase and three phase system cause harmonics. These harmonics effect the system, cause to fall performance of the system, makes increase and decrease at the current and voltage of the system. Harmonic filters used for decreasing the harmonics. Harmonic filters composes of two categories which are active filters and passive filters. At this study series active power filter (SAPF) design and simulation at the unbalanced conditions were explained as an active filter. Researching about the SAGF design,control, control methods, simulation and performance in 3-phase 3-wire systems. Analyse the total harmonic distortion of the voltage without harmonic filter and with the harmonic filter. These filters give voltage harmonics to the system in the opposite phase and equal value that the system produces to prevent harmonics. SAPF is more effective for the nonlineer loads behave as voltage harmonic sources. SAGF simulated for three condititions with there circuits. At first circuit balanced voltage and same load for each phases present, at the second circuit unbalanced voltage and same load for each phases present, and finally last circuit unbalanced load for each phases present. In this way SAPF filters voltage harmonics and make voltage regulation. In this study Akagi?s Instantaneous Power Theory used for design. Instantaneous power theory doesn?t cause any time delay while filtering harmonics. Hysteresis control method is used for control the switching elements. Matlab simulink program made the design of the SAPF and gave the results. 79

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2007, Bu çalışmada, evirici çıkışındaki tam sinüs olmayan işarette meydana gelen harmonikleri bastırabilmek için, işaretin fourier serisi açılımından elde edilen denklemlerdeki anahtarlama açılarının yerlerinin bir arama ve optimizasyon yöntemi olan Genetik Algoritmalar mantığı ile yazılan Matlab programı sayesinde bulunması amaçlanmıştır. Optimum anahtarlama açıları, birinci harmonik genliğini en büyük, bastırılacak harmonik genliklerini de en küçük yapan açılardır. Eviriciler ve eviricilerde harmonik eliminasyonu üzerinde durulmuştur. Genetik algoritma ve genetik algoritma içeriği hakkında bilgi verilmiştir. Harmonik eliminasyonu için gerekli matematiksel temeller oluşturularak problem genetik algoritmaya uygulanmış ve gerekli tanımlar yapılarak programın çalışması adım adım anlatılmıştır. Sonuçta, klasik yöntemlerle bulunan bazı sonuçlar ile genetik algoritmalar ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve yöntemin başarısı belirlenmiştir., In this study, determining optimum switching angle in equation which is obtained from fourier series extension at Matlab program by genetic algorithms in order to eliminate harmonics on non sinusoidal signal that is occurred at output of inverter is purposed. Optimum switching angles make primary harmonic amplitude to be biggest and also harmonic amplitude which will be eliminated to be smallest. Inverters and harmonic elimination at inverters topics have been dwelled on. Information on genetic algorithms and genetic algorithms contents is given. Program development step by creating enough mathematical basic which is desired for harmonic elimination, desired declaration and application on genetic algorithms are explained. In conclusion, comparison of result which is determined by conventional methods and result which is determined by genetic algorithms is done and success of genetic algorithm method becomes visible., Yüksek Lisans, M.Sc.

Bu çalışmada, Tek Fazlı Gerilim Kaynaklı çeşitli invertörlerin çalışma prensipleriyle beraberinvertör çıkışındaki sinyallerin harmonik analizleri yapılarak bu harmonikleri azaltmak veyaelemine etmek için uygun aktif ve pasif filtrelerin seçiminin nasıl yapılacağı hakkında bilgiverilmeye çalışılmıştır. Bununla beraber, çeşitli gerilim kaynaklı invertörlerin normal (karedalga sürme) ve PWM'li çalışma yöntemleri irdelenerek PWM'li çalışma modu için aktiffiltre sağlanmıştır. Her iki çalışma modu için invertör çıkışına LC pasif filtre de eklenerekharmonikler etkisi azaltılmaya veya yok edilmeye çalışılmıştır.Anahtar kelimeler: Tek fazlı gerilim kaynaklı invertörler, Harmonikler, PWM, Toplamharmonik distorsiyon, Aktif filtre, Pasif LC filtre Selection of the proper active and passive filters for several sigle phase voltage invertörs tominimize or eleminate the harmonics by analysing invertör output signals is presented.Moreover, the effects of active filter on invertörs are observed by comparing normal (squarewaveoperation) and PWM (pulse width modulation) techniques. Additionally, passive LClow pass filter is located to reduce the effects of harmonics on invertör output signals for bothtechniques.Keywords: Single phase voltage source inverters, harmonics, PWM, Total HarmonicDistorsion, Active filter, Passive LC filter 98

Bu tezde, Genetik Algoritma Yöntemi, çaprazlama, mutasyon operatörleri ve gerçekleştirilen programın akış diyagramı verilerek, başlangıç popülasy onunun, uygunluk fonksiyonunun ne olduğu anlatılmıştır. Ele alınan problem tanımlanmış, DC-AC çeviricilerde harmonik eliminasyonunun gerekliliği üzerinde durulmuştur. Eliminasyonun yapılmadığı durumlarda harmoniklerin olumsuz etkileri ve bu etkileri tanımlamak için kullanılan bazı faktörler verilmiştir. Var olan bu harmonikleri bastırmak için kullanılabilecek filtreler hakkında kısaca bilgi verilmiştir. Yazılan MATLAB programının temel ilkeleri yarım ve çeyrek dalga simetrisine sahip bir kare dalgada tetikleme açılarının optimum sonucu verecek şekilde nasıl bulunacağı tartışılmış, gerekli matematiksel temeller ortaya konulmuştur. Problem Genetik Algoritmaya uygulanmış, uygunluk fonksiyonu tanımlanarak programın çalışması adım adım anlatılmıştır. GAHE (Genetik Algoritmalar ileIV Harmonik Eliminasyonu) programı ile çözülen problemlerin sonuçları, önceden klasik optimizasyon yöntemleriyle bulunmuş olan bazı çözümlerle ve değişik giriş durumlarında birbirleriyle karşılaştırılarak tablo ve grafik halinde verilmiştir. Tezde sonuç ve tartışma bölümünden sonra EK-1' de MATLAB ile yazılmış olan GAHE programı verilmiştir.ANAHTAR KELİMELER: Genetik Algoritma, Harmonik Eliminasyonu, MATLAB In this thesis, the Genetic Algorithm Technique, crossing, mutation operators concepts are explained and the initial population and the matched functions are described. The flow chart describing the outline of the technique has also been given in this section. The necessity of harmonic elimination in DC-AC convertors, the negative effects of the harmonics and factors used to define the harmonic effects are explained. A brief information on filters which are used to suppress the harmonics is given. The developed program for a square wave with half and quarter wave symmetries is introduced. The Genetic Algorithm Technique is applied for the harmonic elimination. The details of the developed program is explained step by step. The optained results are given both in tabular and graphical form. The results from Genetic Algorithm areVI compared with the results optained from classical optimization techniques with different initial conditions. After the result and discussion section in the thesis GAHE (Genetic Algorithm with Harmonic Elimination) program that is written with MATLAB in Addition- 1 is given.KEY WORDS: Genetic Algorithm, Harmonic Elimination, MATLAB. 111