Saha Ölçümleriyle Harmonik Rezonansın Tespiti Ve Kapasitör Güvenlik Seviyesinin Bulanık Mantık İle Belirlenmesi

Abstract

Çok sayıda tüketicinin, endüktif reaktif yük ihtiyacını yerinde karşılamak üzere tesis etmek zorunda olduğu kompanzasyon sistemleri, elektrik güç sistemi ya da diğer doğrusal yüklere ait eşdeğer endüktif reaktans ile belirli bir frekansta rezonansa girebilir. Özellike, günümüzde kullanımı yaygınlaşan ve hemen her tesisat bünyesinde az ya da çok sayıda yer alan harmonik kaynağı yükler, rezonans frekansını belirlemek üzere yapılacak analizleri güçleştirdiği gibi, sistem bileşenlerinin güvenliği açısından bir bakıma da zorunlu kılmaktadır. Literatürde optimal kapasitör boyutlandırma ve seçimine yönelik gerçekleştirilen çalışmaların önemli bir kısmında, sistemin rezonans koşullarını belirleme konusu önemle ele alınmaktadır. Bu doğrultuda, üç fazlı sistem bileşenlerinin detaylı modelleri elde edilmekte, gerek temel frekansta gerekse harmonik frekanslarda yük akış algoritmaları kullanılarak sistem dinamiklerine ilişkin mümkün olan en doğru sonuçlara ulaşılmaya çalışılmaktadır. Nitekim pratikte, modellemeye bağlı bir analizin birtakım zorlukları ve imkansızlıkları içerdiği bilinmektedir. Örneğin, sistem içeriğinde yer alan bütün bileşenlerin üç fazlı modellerinin elde edilmesi modellemenin zorlukları arasında sayılacak olursa, kurulu bir tesiste hat ve kablo uzunluklarının ya da döşeme koşullarına bağlı empedans değişimlerin net olarak kestirilememesi, bahsi geçen imkansızlıklar arasında anılabilir. Bu bağlamda, pratik bir yöntem arayışının sonucu olan bu çalışmada, rezonansa özel koşullar göz önünde bulundurularak tüketiciye ait ortak bağlantı noktasında yapılacak bir dizi ölçüm ile üç fazlı sistemin rezonans frekansı ve koşullarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın çıkış noktası, yine literatürde yer alan ölçüm yoluyla harmonik empedansın belirlenmesine yönelik çalışmalardır. Meydana gelen rezonansın tespitiyle beraber, kapasitörler üzerindeki etkileri, oluşturduğu tehlike, çalışmanın içeriğinde önemle ele alınan bir başka konu olarak belirmektedir. Bu doğrultuda, kapasitörler için çeşitli standartlarca tanımlanan güvenli çalışma indis ve limitleri incelenmiş, geliştirilen bulanık uzman sistem aracılığıyla, meydana gelen rezonansın önem derecesi belirlenmiştir. Geliştirilen bütün bu uygulamalar ve uzman sistem, yapılan deney ile test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre tüketicinin ortak bağlantı noktasında yapılacak ölçümler ile rezonansın ve rezonansın kapasitörler üzerindeki etkilerinin tespiti mümkündür. Yine elde edilen sonuçlar göstermektedir ki, geliştirilen uzman sisteme yönelik getirilebilecek eleştiriler, gürültü gibi diğer bazı bozucu sinyallerin, rezonansın tespitine yönelik hesaplamalarda sapmalara yol açabilecek olması ve kurulacak sistemin maliyetidir.Reactive compensation systems that many customers are obliged to install, may cause electrical resonance between the equivalent inductive reactance of the power systems or the linear loads at a certain frequency. Especially, with the substantial increase of non-linear loads that generates hamonics, analysis to be done for the determination of the resonance frequency get much more harder but also imperative for the safety of system components instead. In most of the studies concerning optimal capacitor sizing and selection, determination of resonance conditions are considered with vital importance. Thus, three-phase models of all the system components are obtained first, and then either in fundemental frequency and in harmonic frequencies load flow algorythms are used to obtain the rightest results related to the system dinamics. However, in practical, an analysis that depends on modelling has some difficulties and impossibilities. In example, if it is said that, obtaining the three-phase models of all system components are difficult, then having the exact line and cable lengths or knowing the impedance differentiation according to the furnishing conditions may be mentioned as impossible. So, as this study is a result of the search of such a practical method, it is aimed that, with the measurements done at the customer’s point of common coupling, resonance frequency and type of the three-phase system may be determined. In such a method, the special conditions emerging during a resonance are taken into account. The inspiration to this method is obtained from the studies about harmonic impedance measurements found in the literature. With the occurance of resonance, the threat caused for the capacitors is an another severe issue that this study is dealing with. Thus, the standards defined about the safe operation limits of the capacitors are carefully examined, the severity of the resonance occured is determined by the help of developed fuzzy expert system. The resultant expert system is tested with the experiment done. According to the results, it is seen that, determination of such a possible resonance and its severity instead of a system component such as capacitors, is feasible with the measurements done at the customer’s point of common coupling. The only point critical is, other distortive signals such as noise, may cause deviations in the calculations done for determining resonance.