Elektrik dağıtım sistemlerinde kompanzasyon ve enerji kalitesi sorunları

Abstract

İnsanlığın elektrik enerjisi ihtiyacı her geçen gün artmaktadır; ancak bu ihtiyacın sahip olduğumuz kısıtlı kaynaklarla karşılanması gittikçe zorlaşmaktadır. Bu nedenle kullandığımız elektriği tasarruf etmenin yanında kalitesini de arttırmak arayışına gidilmiştir. Tüketiciye sunulan elektrik enerjisinin kesintisiz sağlanması ve gerilim, frekans ve güç faktörü gibi büyüklüklerin istenen sınırlar içerisinde kalması olarak tanımlanabilecek enerji kalitesi kavramı, uzun süredir elektrik mühendislerinin başlıca çalışma konuları arasında yer almaktadır. Elektrik enerji sistemlerinde işletmeyi kolaylaştırmanın, verimi arttırmanın ve enerji tasarrufu sağlamanın en etkin ve en kolay yöntemlerinden birisi reaktif güç kompanzasyonudur. Bu tez çalışmasının amacı, orta gerilim elektrik dağıtım sistemlerinde reaktif güce bağlı olarak ortaya çıkan enerji kalitesi problemlerini ve bunların çözüm yöntemlerini incelemektir. Bu kapsamda öncelikle dağıtım sistemleri incelenmiş, ardından reaktif güç kompanzasyonu hakkında bilgi verilmiştir. Sinüzoidal bir kaynaktan beslenen doğrusal olmayan yüklerde güç faktörünün tam olarak bir yapılması, sadece reaktif güç kompanzasyonu ile yeterli değildir. Güç faktörünün yükseltilmesi için sistemde mevcut olan harmonikler filtrelenerek kompanzasyon yapılmalıdır. Bu nedenle tezin üçüncü bölümünde harmonikler ve harmonikli durumda kompanzasyon konuları işlenmiştir. Ayrıca konunun pratiğinin anlaşılabilmesi için bir demir-çelik fabrikası elektrik dağıtım sistemi esas alınarak bir model şebeke oluşturulmuş ve bu modelin bilgisayar simülasyonu yapılmıştır. Günümüzde enerji sistemlerinde güç kalitesini sağlamak için SVC, STATCOM, SSSC ve aktif harmonik filtre gibi modern teknolojilerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Bu cihazlar aynı anda birçok değişkeni kontrol edebildiği için çoğunlukla tercih edilmektedir. Tez çalışmasının son bölümünde FACTS sistemleri denen modern enerji kalitesi cihazları incelenmiş ve SVC sistemi için demir-çelik fabrikası örneği verilmiştir.

It is impossible for us to meet our growing electrical energy demand with the world?s limited resources. We should improve the quality of the energy while saving it. The power quality concept that has been in the electrical engineers? research area for a long time can be defined as the electrical energy that is uninterrupted and its voltage, frequency and power factor are in allowable ranges. One of the most efficient and easy methods of making operation easier, improving efficiency and saving energy is power factor correction. The aim of this thesis is examining the power quality problems related to reactive power and their solution methods. To do this firstly distribution systems are studied and then power factor correction methods are examined. It is impossible to keep the power factor at unity with only power factor correction. To improve power factor, one must filter the harmonics in the system. In the third chapter of the thesis, harmonics and power factor improvement in harmonic-polluted systems are examined. For further understanding of the subject a computer simulation based on an iron and steel factory electrical distribution system has also been added. Modern technologies such as SVC, STATCOM, SSSC and active filter are taking more common part to maintain power quality in power systems. Because these devices can control many parameters at the same time they are preferred for use in power systems by electrical engineers. These modern systems are called FACTS devices and are studied in the last chapter of the thesis. An example SVC plant from iron and steel industry has also been added.