Güç sistemlerinde dinamik voltaj regülatörlerin kullanılması

Abstract

Son yıllarda güç elektroniği tabanlı cihazların kullanımı, teknolojinin gelişmesiyle hızlı bir artış göstermiştir. Hassas olan bu cihazlar, elektrik şebekesinde oluşabilecek gerilimin genliğindeki değişimler nedeniyle arızalanmakta ve finansal kayıplara yol açmaktadır. Güç sistemlerinde meydana gelen gerilim düşümü ve yükselmesi olayı önemli bir güç kalitesi problemi olarak kabul edilmektedir. Bu tez çalışmasında gerilim düşümü ve yükselmesi olayının gerçekleşmesi durumunda yükü korumak için kullanılan özel güç cihazı Dinamik Voltaj Regülatörü (DVR) ele alınmıştır. DVR yapısı gereği elektrik şebekesine seri olarak bağlıdır. Meydana gelen gerilim değişim olayının (gerilim düşümü ve yükselmesi), DVR tarafından gerilim telafisinin nasıl yapıldığının analizi ve benzetimi bu çalışmada ele alınmıştır. DVR’nin maliyetinin düşük, küçük boyutlu ve teknik olarak geliştirebilir bir cihaz olması, gerilim düşümü ve yükselmesi olayında gerilim telafisi için tercih edilen bir güç cihazıdır. DVR’nin amacı gerilim düşmesi ve yükselmesi olayında yük gerilimini istenilen seviyede tutmaktır. Herhangi bir gerilim düşümü ve yükselmesi durumunda devreye girerek, ihtiyaç olan gerilimi telafi transformatörü ile yük gerilimine aktarmaktadır. DVR’nin temel yapısındaki ana bileşenleri; enerji depolama birimi, evirici, filtre birimi ve telafi transformatörüdür. DVR’nin tasarlanan modelinde, yüksek gerilim ve alçak gerilim şebeke sisteminde meydana gelmiş gerilim olayların benzetimi yapılmıştır. Gerilimdeki değişimlerin miktarı, faz açısının ve genliğin vekteröl kontrolü yapılarak tespit edilmiştir. Bu olaylar, güç sisteminde yaşanmış faz-toprak ve fazfaz hatalarını içeren arıza raporlarından alınmıştır. Benzetim sonuçlarına bakıldığında tasarlanan modelin gerilim regülasyonunu gerçekleştirerek yükü koruduğunu, MATLAB/Simulink programı ile gözlenmiştir. Simülasyonda PI kontrolör ve PWM genlik modülasyonu kullanılmıştır. Simülasyon sonuçlarında istenen seviyede yük gerilimi elde edildiği ve gerilim regülasyon işlemi yapıldığı görülmüştür. Simülasyon kısmında kaynak gerilimi, telafi gerilimi ve yük gerilimi detaylı olarak incelenmiştir.

In recent years, the use of power electronic based devices has increased rapidly with the development of technology. These sensitive devices fail due to changes in the amplitude of the voltage that may occur in the electricity network and lead to financial losses. The voltage drop and increase phenomenon occurring in power systems is accepted as an important power quality problem. In this thesis, the special power device Dynamic Voltage Regulator (DVR) used to protect the load in case of voltage drop and rise event is discussed. Due to the structure of the DVR, it is connected to the mains in series. Analysis and simulation of the resulting voltage change event (voltage drop and rise), how the voltage compensation is done by the DVR is discussed in this study. It is a preferred power device for voltage compensation in the event that the cost of the DVR is low, small in size and technically developable, in case of voltage drop and rise. The purpose of the DVR is to keep the load voltage at the desired level in case of voltage drop and rise. In case of any voltage drop or increase, it is activated and transfers the required voltage to the load voltage with the compensator transformer. The main components of the DVR in the basic structure; energy storage unit, inverter, filter unit and compensating transformer. In the designed model of the DVR, the voltage events that occurred in the high voltage and low voltage network system were simulated. The amount of variation in voltage was determined by performing the vector angle control of the phase angle and amplitude. These events are taken from fault reports containing phase-to-ground and phase-to-phase faults experienced in the power system. When looking at the simulation results, it was observed with the MATLAB/Simulink program that the designed model preserves the load by performing voltage regulation. PI controller and PWM amplitude modulation were used in the simulation. In the simulation results, it was seen that the desired load voltage was obtained and the voltage regulation process was performed. In the simulation part, the welding voltage, compensating voltage and load voltage are examined in detail.