Geri Dön

Faz bileşenleri ve çok-uçlu eleman kavramı yardımı ile 3-fazlı dağıtım şebekelerinin harmonik analizi

Harmonic analysis of 3-phase distribution networks by utilizing concept of multi-terminal components and phase coordinates

  1. Tez No: 112246
  2. Yazar: ÖMER GÜL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ADNAN KAYPMAZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 171

Özet

FAZ BİLEŞENLERİ VE ÇOK-UÇLU ELEMAN KAVRAMI YARDIMI ELE 3-FAZLI DAĞITIM ŞEBEKELERİNİN HARMONİK ANALİZİ ÖZET Doğrusal olmayan yüklerin, elektrik dağıtım sistemlerinde, gerilim ve akım dalga biçiminde bozulma meydana getirdikleri uzun yıllardır bilinmektedir. Ancak, günümüzde; eskiden beri bilinen doğrusal olmayan yüklere ilaveten, güç elektroniği elemanlarının hızla yaygınlaşmasının yanında dalga şeklindeki bozulmaya duyarlı elemanların sayısındaki artış, bu konuda yapılacak çalışmaların önemim arttırmıştır. Periyodik, fakat biçimleri bozulmuş olan gerilim ve akım dalgaları, Fourier analiz yöntemleri kullanılarak, genlik ve frekansları farklı bir çok sinusoidal dalganın toplamı olarak ifade edilmektedir. Frekansı, temel frekansın tam katı biçiminde olan bileşenler harmonikler olarak tanımlanmaktadır. Harmoniklerin, dağıtım şebekelerine etkilerinin belirlenebilmesi için harmonik akım ve gerilimlerinin hesaplanması gerekmektedir. Bu hesapların doğruluğu ise dağıtım şebekeleri için uygun modellerin ve analiz yöntemlerinin kullanılmasına bağlıdır. Üç-fazlı elektrik enerji sistemlerinin, simetrik olmadığı durumda, faz bileşenleri yöntemi ile 3 -fazlı olarak modeli enmesi ve analiz edilmesi gerekmektedir. Bu çalışma, simetrik yapıda olmayan dağıtım şebekelerinin, çok fazlı harmonik bağımlı modellerinin elde edilmesini ve harmonik analizini amaçlamaktadır. Dağıtım şebekelerinde, tek fazlı, iki fazlı, 3 fazlı, 3 faz-4 iletkenli sistemler bir arada bulunabilmektedir. Ayrıca, kompanzasyon amaçlı bir ve üç fazlı kapasiteler de bulunmaktadır.. Birden fazla harmonik kaynağının bulunduğu dağıtım sistemlerinde, transformatörlerin üçgen bağlı sargıları nedeniyle oluşan faz kayması, harmonik akımlar ortak bağlantı noktalarında toplandığı için, önemlidir. Uzun hatların temel bileşen devresini simetrik yapıya getirmek amacıyla çaprazlama kullanıldığında harmonik bağımlı sistemde denge bozulmaktadır. Ayrıca, dağıtım şebekesini besleyen iletim sistemi gerilimi de harmonikli olabilmektedir. Dağıtım şebekeleri, doğrusal ve doğrusal olmayan bir ve dengesiz üç fazlı yükler nedeniyle dengesiz yüklenmektedir. Dağıtım şebekelerinin harmonik bağımlı modellenmesinde, doğrusal yükler frekansa bağlı admitans veya empedans olarak temsil edilmektedirler. Dağıtım sistemlerinde bir grup yük birbirine çok yakın biçimde konumlandırılmakta ve bir ana dağıtım noktasından beslenmektedir. Bu özellikten dolayı bu tip yükler doğrusal ve doğrusal olmayan, bir ve üç fazlı birden fazla yük içermelerine rağmen tek bir yük gibi kabul edilmektedirler. Sinusoidal olmayan sürekli halde, üç-fazlı, simetrik olmayan dağıtım şebekelerinin, faz bileşenleri yöntemi ile 3-fazlı olarak modelenmesi ve analiz edilmesi gerekmektedir. xııTransformatörlerin yıldız noktası gerilimleri ile nötr yada toprak iletkenlerindeki harmonik akımlarının da hesaplanması gerektiği durumda ise 3 fazlı analiz, yerini çok-fazlı analize bırakmaktadır. 3 fazlı harmonik analizi yapılan elektik dağıtım sistemlerinin boyutunun, üç fazlı analiz nedeniyle, üç kat daha büyümesi ve harmonik analizinin, ilgilenilen harmonik sayısı kadar, tekrarlanıyor olması yeni yöntem arayışlarını beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada, dağıtım şebekelerinin harmonik analizi ele alınmıştır. Simetrik yapıda olmayan dağıtım şebekelerinin harmonik analizi için, 3 -fazlı harmonik bağımlı modeller, faz bileşenleri kullanılarak, elde edilmiştir. Burada, üç fazlı bir sistemin tek bir devre olarak modellenmesi düşüncesi ile hareket edilmiştir. 3 fazlı sistemin tek bir devre olarak modellenmesinin bir fazlı sistemin modellenmesinden farkı, üç fazlı yapı nedeniyle üç kat artan bara sayısıdır. 3 fazlı sistemin, fazlara ait baraları kendi aralarında gruplamp, faz sırasmda tasnif edilerek ve bu faz grupları da çok- uçlunun uçları olacak biçimde düzenlenerek, matematiksel modelleri elde edilmiştir. Baraların gruplanmasının bir sonucu olarak, hatların matematiksel modellerinin elde edilişinde, bellek ihtiyacı ve işlem sayısı azalmıştır. Çok-fazlı dağıtım şebekelerinin tek bir devre gibi modellenmesinin bir getirişi olarak, bir fazlı temel güç akışı ve harmonik analiz yöntemleri, çok-fazlı sistemler için genelleştirilerek verilmektedir. Dağıtım şebekelerinin simetrik olmayan yapılarının yanında birden çok harmonik kaynağı barındırmaları nedeniyle, sabit harmonik kaynağı modeli ile harmonik analizi yapılmadan önce temel güç akışı yapılarak harmonik akım kaynaklarının genlik ve açılarının güncellenmesi gerekmektedir. Matematiksel modelleri fazlar gruplanmış tek bir devre gibi verilen üç fazlı dağıtım şebekelerinin analizi için bir fazlı Newton-Raphson güç akış algoritması geneleştirilerek, çok fazlı güç akışı algoritması verilmiştir. Çok-fazlı dağıtım sistemlerinin harmonik bağımlı matematiksel modellerinin elde edilmesi için hatlar, transformatörler ve senkron generatörün matematiksel modelleri uçları gruplanmış çok-uçlu eleman kavramı yardımıyla verilmiştir. Literatürde bir fazlı doğrusal ve doğrusal olmayan yüklerin uçlarında yapılan akım ve gerilim ölçümlerini kullanarak bu yükleri temsil eden eşdeğer devrenin elde edilmesi için verilen algoritma geliştirilmiştir. Buna ek olarak yük modellerinin eşdeğer devrelerinin verilmesi yerine yük çok-uçlusunun matematiksel modelleri verilmiştir. Doğrusal olmayan bir fazlı yüklerin modellenmesi için geliştirilen algoritmanın, simetrili bileşen devrelerine ve üç fazlı yüklere uygulanması ayrıca ele alınmıştır. Dağıtım şebekelerinin frekans cevabının belirlenmesi, alçak gerilim sistemlerin çok- fazlı harmonik bağımlı modellerinin elde edilmesi ve harmonik analiz sonuçları ve bir ve üç fazlı yüklerin modellenmesi için sayısal uygulamalar verilmiştir. İlk uygulamada, eleman modellerinin ve kompanzasyon kapasitesinin yer ve değer değişiminin dağıtım şebekesinin frekans cevabına etkisi EEEE nin 3 baralı test sistemi ile incelenmiştir. Bir fazlı analiz sonuçları test sistemi sonuçları ile tamamıyla uyuşmaktadır. Orijinal test sisteminde yapılan bazı değişiklerle elde edilen 3 fazlı sistemde hatların fazları arasındaki kuplajın ve transformatör bağlama grubunun şebekenin frekans cevabına etkisi incelenmiştir. Üç fazlı simetrik dağıtım xmsistemlerinde tek fazlı olarak frekans cevabının belirlenmesinin transformatör bağlama grubuna bağlı olarak hatalı olabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, simetrik yapıda olmayan şebekelerde fazlar için ayrı ayrı frekans cevabının belirlenmesi yerine bir faz için frekans cevabının belirlenmesinin de genelde hatalı olacağı gösterilmiştir. İkinci uygulamada, IEEE nin bina elektrik dağıtım sistemleri için verdiği test sistemi üzerinde çok fazlı dağıtım sistemlerinin harmonik bağımlı modellerinin elde edilmesi ve çok-fazlı harmonik analizi için verilen yaklaşımın uygulaması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar test sistemi sonuçları ile uyuşmaktadır. Üçüncü uygulamada, bir fazlı doğrusal ve doğrusal olmayan yüklerin modellenmesi için verilen geliştirilmiş algoritmanın sayısal uygulaması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatür sonuçları ile uyuşmaktadır. Ayrıca, üç fazlı doğrusal ve doğrusal olmayan yüklerin modellenmesi için verilen yöntemin dört uygulaması yapılmıştır. Özet olarak bu çalışmada faz bileşenleri ve çok-uçlu eleman kavramı yardımıyla 3-fazlı elektrik dağıtım sistemlerinin ve yüklerin harmonik bağımlı matematiksel modellerinin çıkarılması için çeşitli algoritmalar önerilmiştir. Bu modeller elde edilirken kullanılan bir yenilik de çok fazlı sistemlerin fazlan gruplanmış tek bir çok uçlu gibi ele alınmasıdır. Ayrıca dağıtım sistemlerinin çok fazlı harmonik analizi için yeni çok fazlı temel bileşen ve harmonik güç akışı algoritmaları verilmiştir. Son olarak modelleme ve harmonik analiz için önerilen algoritmaların doğruluğu sayısal uygulamalarla gösterilmiştir. XIV

Özet (Çeviri)

HARMONIC ANALYSIS OF 3-PHASE DISTRUBITON NETWORKS BY UTILIZING CONCEPT OF MULTI-TERMINAL COMPONENTS AND PHASE COORDINATES SUMMARY It has been long known that non-linear loads introduce distortion in voltage and current waveforms in distribution networks. In addition to the long-known non-linear loads, the widespread use of power electronic devices and the increase in devices sensitive to distortions in waveforms has enhanced the importance of research on this subject. Using Fourier analysis methods, periodic and distorted waveforms of voltage and current are stated as the sum of sinusoidal waves with different magnitudes and frequencies. Components with a multiple frequency of fundamental frequency are called harmonics. To determine the effects of harmonics to distribution networks, harmonic currents and voltages must be calculated. The accuracy of these calculations depends on the use of appropriate models and analysis methods. 3 -phase power systems are required to be modelled and analysed by phase coordinates method when they are asymmetric. This study aims multi-phase modelling in harmonic domain and harmonic analysis of asymmetric distribution networks. Single phase, two phase, three phase, three phase-four wire systems can be found together in distribution networks. In addition, there are three phase and single-phase capacitors for compensation purposes. The phase shift due to delta connected windings in distribution networks with more than one harmonic sources is important since the harmonic currents are added in common coupling points. When transposition is used to increase the balance of the fundamental frequency system on long transmission lines, the balance of the system in harmonic domain is lost. In addition, transmission system voltage supplying distribution networks can have harmonics. Linear and non-linear single-phase loads, and/or imbalanced three-phase loads introduce imbalanced loads to distribution networks. In modelling of distribution networks in harmonic domain, linear loads are presented as frequency dependent admittance or impedance. In distribution systems, a group of loads are placed close to each other and supplied from one central distribution point. Therefore, this type of loads are considered as a single load, although they consist of more than one linear and non-linear, single and/or 3 -phase loads. In non-sinusoidal steady state, 3-phase asymmetric distribution networks need to be analysed and modelled with phase coordinates method as three-phase. When it is required to calculate the transformer wye point voltage as well as the harmonic currents on neutral and ground wires, multi-phase analysis takes place of 3 XVphase analysis. The fact that the dimension of analysis increases by a factor of 3 when the analysis of distribution networks is done in 3-phase and harmonic analysis is repeated for desired harmonic numbers brings a need for new methods in 3-phase harmonic analysis of distribution networks. In this study, distribution network harmonic analysis is considered. For harmonic analysis of asymmetric distribution networks, 3-phase harmonic dependent models are obtained using phase coordinates. One of the main points of departure is the idea of modelling of three phase systems as a single circuit. The difference between modelling of three phase systems as a single circuit and modelling of a single phase system is the three times increased number of busses because of 3 phase structure. The mathematical model of the three-phase system is obtained by grouping the busses belonging to each phase together in the order of phases and arranging these phase groups as the nodes of the multi-terminal component. As a result of grouping of busses, the need for memory and the number of calculations are reduced in obtaining the mathematical models of lines. An advantage of modelling multi-phase distribution networks as a single circuit is that single-phase fundamental power flow and harmonic analysis methods can be generalized for multi-phase systems. Since distribution systems have more than one harmonic source along with their asymmetric structures, magnitudes and angles of harmonic current sources need to be updated using fundamental load flow before doing harmonic analysis with fixed harmonic sources model. For the analysis of three-phase distribution networks with mathematical models that are derived as a phase-grouped-single-circuit, a multi-phase power flow algorithm is given by generalizing the single-phase Newton-Raphson power flow algorithm. To obtain harmonic dependent models of multi-phase distribution networks, mathematical models of lines, transformers and synchronous generators are given utilizing multi-terminal component concept in which the terminals are grouped. An algorithm in literature used for modelling of linear and non-linear single loads by using the voltage and current measurements at their buses has been improved. In addition to this, mathematical models of loads are given utilizing the concept of multi-terminal components. The application of the proposed method to symmetrical components circuits and three-phase loads has also been considered. Numerical applications to determine frequency response of networks, to obtain multi-phase harmonic dependent models and the results of harmonic analysis for lpw voltage systems, and to model single and three phase loads are given. In the first application, the effect of changes in component models and the place and the value of compensation capacitors to frequency response of distribution networks are investigated using IEEE's 3 bus test system. Single-phase analysis results are in a complete agreement with the results of the test system. By applying changes to the original test system, a test system in three-phase was obtained and the affect of coupling between line phases and transformer connection to network frequency response is studied. It is shown that depending on the transformer connection determining the frequency response in three-phase symmetric distribution networks by a single phase could be wrong. In addition to this, it is shown that obtaining the xvi î-.eYÖKSIK6ÖirrtMKÜROUİ DOKÜMANTASYON MOtlSZtfrequency response for one phase instead of finding the frequency response of each phase is generally wrong in asymmetrical networks In the second application, the application of the proposed approach to obtain harmonic dependent models of multiphase distribution systems and multiphase harmonic analysis using the IEEE's test system for building distribution systems is achieved. The results are in agreement with test system's results In the third application, numerical application of the algorithm improved for modelling of linear and non-linear single-phase loads is done. The results are in agreement with the results in the literature. In addition to this, four applications of modelling of 3 -phase linear and non-linear loads are done. To sum up, in this thesis, a set of algorithms is proposed for deriving the mathematical models of 3 -phase electrical distribution systems and loads using phase coordinate and the concept of multi-terminal component. In deriving these models the innovative idea of using a phase-grouped multi-terminal component in place of multi-phase systems is used. In addition to this, new fundamental and harmonics power flow algorithms for the harmonic analysis of multi-phase distribution systems are given. In the end, the correctness of the algorithms proposed for modeling and harmonic analysis are demonstrated on numerical applications. xvn

Benzer Tezler

  1. Tez No

    46531

    Büyük boyutlu şebekelerin diakoptics yöntemi ile kısa devre analizi

    Başlık çevirisi yok

    ÖMER GÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1995

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    DOÇ.DR. ADNAN KAYPMAZ

  2. Tez No

    143618

    Computer simulation of electromigration induced void-grain boundary interactions and the prediction of cathode failure times in bamboo structures

    Elektrogöç'e bağlı boşluk-tanecik sınırı etkileşimlerinin bilgisayar modellemesi ve bambu yapılardaki katot bozulma zamanlarının tahmini

    ERSİN EMRE ÖREN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2003

    Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TARIK OĞURTANI

  3. Tez No

    98455

    Elektrik enerji sistemlerinin üç fazlı analizi

    Three-phase analyses of electrical energy systems

    AYDIN GÜNEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. ADNAN KAYPMAZ

  4. Tez No

    269426

    Reactive extraction of pyruvic acid from aqueous single and mixed acid solutions

    Pirüvik asitin tek ve karışık sulu asit çözetilerden tepkimeli özütlenmesi

    MUSTAFA ESEN MARTI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. TÜRKER GÜRKAN

  5. Tez No

    389385

    A review and evaluation of development in exploration, production, reserves estimation, and research efforts for shale gas and oil

    Şeyl gazı ve petrolü için arama, üretim, rezerv kestirimive araştırma çalışmalarının incelenmesi ve değerlendirilmesi

    OSMAN MOHAMMED

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM METİN MIHÇAKAN

Geri Dön