gerÇek zamanli gÜÇ kalİ daĞitim sİstemlerİndekİ gÜÇ...

6
Fırat Üniversitesi-Elazığ GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİTESİ İZLEME SİSTEMLERİ İLE ELEKTRİK DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ KALİTESİNİN İNCELENMESİ Hüseyin ERİŞTİ 1 , Yakup DEMİR 2 1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Tunceli Üniversitesi [email protected] 2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Fırat Üniversitesi [email protected] ÖZET Bu bildiride, elektrik dağıtım sistemlerindeki güç kalitesinin belirlenmesi için gerçek zamanlı güç kalitesi izleme sistemi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen güç kalitesi izleme sistemi, Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi yanında bulunan dağıtım trafo merkezinde yapılmıştır. İzleme sisteminde ilk olarak, güç sistemine bir güç kalitesi analizörü bağlanmıştır. Bu güç kalitesi analizörü ile sisteme ait akım, gerilim, güç ve frekans gibi parametrelerin yanı sıra sistemde meydana gelen güç kalitesi olayları kayıt altına alınmıştır. Daha sonra elde edilen güç kalitesi verileri bilgisayar ortamına aktarılarak güç kalitesi analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizlerde, akım ve gerilim harmonikleri incelenilmiştir. Ayrıca sistemde meydana gelen güç kalitesi olaylarının türleri de belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Güç Kalitesi, Güç Kalitesi İzleme Sistemi, Elektrik Dağıtım Sistemleri. 1. GİRİŞ Son yıllarda; güç sistemlerine bağyüklerin karakteristiklerindeki hızlı değişim, giderek artan enerji talebi ve enerji maliyetlerindeki hızlı artışlar nedeniyle, güç kalitesi ve enerji verimliliği güç sistemlerinin en önemli parametrelerinden birisi olmuştur. Güç kalitesi problemleri, endüstride fabrikaların çalışmasını olumsuz yönde etkilemekle beraber, güç sistemlerinde ekipman tahribatı gibi bir çok sorun oluşturmaktadır. Bu sorunlar, hem hat sonundaki kullanıcılara hem de güç sistemi elemanlarına ciddi boyutlarda maliyet ve işletim sorunları ortaya çıkarmaktadır. Bu problemlerin oluşturduğu sorunların ortadan kaldırılabilmesi için elektrik sistemlerindeki güç kalitesi parametrelerinin sürekli izlenmesi ve kontrolü büyük önem arz etmektedir. Güç sisteminin belirli bölgelerine yerleştirilen güç kalitesi izleme sistemlerinin en önemli iki özelliği, güç kalitesi olaylarını belirlemesi ve analiz etmesidir [1]. Güç kalitesi izleme sistemleri kullanılarak; Sistemin güç kalitesi performansının belirlenmesi, Güç kalitesi bozulma türünün, kaynağının ve sebeplerinin belirlenmesi, Sistemin nominal yük ile çalışması için gerekli işletim şartlarının belirlenmesi, Güç sisteminin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi için gerekli parametrelerin belirlenmesi, gibi enerji tesislerinin işletilmesi ve korunması hakkında önemli bilgiler elde edilir. Bu veriler doğrultusunda hangi bölgelere hangi özellikte bir güç kalitesi iyileştirme cihazının (aktif güç filtreleri, gerilim düzenleyiciler, kesintisiz güç kaynakları vb.) konulması gerektiğine karar verilebilir [2]. Bu bilgiler ışığında önerilen çözümler sistemin sürekliliğini ve güvenilirliğini artırmanın yanında sistemin kontrolünü de kolaylaştırır. Bu amaç için, güç kalitesi izleme cihazları yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Elektrik güç sisteminin ve bu sisteme bağlanan yüklerin, arızasız ve güvenli bir şekilde çalışabilmesi için, sistemdeki gerilimlerin belirli bir genlikte olmasının yanı sıra, 50 Hz frekansa sahip olması ve faz gerilimleri arasındaki açının da 120 derecede kalması istenir. Ancak sistemde meydana gelen arızalar, yıldırım şmesi veya kapasitör bankalarının anahtarlanması gibi durumların sonucunda, sistem gerilimlerinin genlik, frekans ve faz açısı değerleri olması gerekenden farklı değerlere sahip olabilmektedirler. Literatürde, güç kalitesi problemleri adı altında, bu olumsuz durumları inceleyen ve çözüm önerileri ortaya koyan çalışmalar yapılmaktadır [3-11]. Bu çalışmada, Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü yanındaki Transformatör (FÜMET) binasında dağıtım sisteminin güç kalitesi parametrelerinin belirlenmesi için bir güç kalitesi izleme sistemi gerçekleştirilmiştir. Bu izleme sistem ile ilgili aşağıdaki adımlar gerçekleştirilmiştir. Akım, gerilim, frekans ve güç parametrelerinin gerçek zamanlı izlenilmesi, Sistemde meydana gelen güç kalitesi olaylarının tespit edilmesi, İzleme sisteminden elde edilen akım ve gerilim büyüklüklerine ilişkin harmonik analizleri, Tespit edilen güç kalitesi olay türlerinin belirlenmesine ilişkin analizler, Dağıtım sistemi için güç kalitesi değerlendirmeleri. 2. GÜÇ KALİTESİNİN İZLENMESİ Bir güç sisteminin enerji kalitesi, güç sistemine yerleştirilen bir güç kalitesi izleme sistemi ile belirlenmektedir. “Elektrik İletim Sistemi Arz Güvenirliği ve Kalitesi Yönetmeliği” [12], “Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği” [13] ve Elektrik Piyasasında Dağıtım Sisteminde Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği, Ticari ve Teknik Kalitesi Hakkında Yönetmeliği” [14] dikkate alınarak, izlemeden elde edilen güç kalitesi verileri ile sistemin güç kalitesi raporları çıkarılmaktadır. Elektrik piyasasında dağıtım sisteminde sunulan elektrik enerjisinin tedarik sürekliliği, ticari ve teknik kalitesi hakkındaki yönetmelikte; gerilim harmonik sınır değerleri, Tablo 1’deki 351

Upload: others

Post on 12-Sep-2019

17 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİ DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ ...web.firat.edu.tr/feeb/kitap/C12/107.pdf · fırat Üniversitesi-elazığ gerÇek zamanli gÜÇ kalİtesİ İzleme

Fırat Üniversitesi-Elazığ

GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KAL İTESİ İZLEME S İSTEMLERİ İLE ELEKTR İK DAĞITI M SİSTEMLERİNDEK İ GÜÇ KAL İTESİNİN İNCELENMES İ

Hüseyin ERİŞTİ1, Yakup DEMİR2

1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Tunceli Üniversitesi [email protected]

2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Fırat Üniversitesi [email protected]

ÖZET

Bu bildiride, elektrik dağıtım sistemlerindeki güç kalitesinin belirlenmesi için gerçek zamanlı güç kalitesi izleme sistemi gerçekleştirilmi ştir. Gerçekleştirilen güç kalitesi izleme sistemi, Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi yanında bulunan dağıtım trafo merkezinde yapılmıştır. İzleme sisteminde ilk olarak, güç sistemine bir güç kalitesi analizörü bağlanmıştır. Bu güç kalitesi analizörü ile sisteme ait akım, gerilim, güç ve frekans gibi parametrelerin yanı sıra sistemde meydana gelen güç kalitesi olayları kayıt altına alınmıştır. Daha sonra elde edilen güç kalitesi verileri bilgisayar ortamına aktarılarak güç kalitesi analizleri gerçekleştirilmi ştir. Yapılan analizlerde, akım ve gerilim harmonikleri incelenilmiştir. Ayrıca sistemde meydana gelen güç kalitesi olaylarının türleri de belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Güç Kalitesi, Güç Kalitesi İzleme Sistemi, Elektrik Dağıtım Sistemleri.

1. GİRİŞ

Son yıllarda; güç sistemlerine bağlı yüklerin karakteristiklerindeki hızlı değişim, giderek artan enerji talebi ve enerji maliyetlerindeki hızlı artışlar nedeniyle, güç kalitesi ve enerji verimliliği güç sistemlerinin en önemli parametrelerinden birisi olmuştur. Güç kalitesi problemleri, endüstride fabrikaların çalışmasını olumsuz yönde etkilemekle beraber, güç sistemlerinde ekipman tahribatı gibi bir çok sorun oluşturmaktadır. Bu sorunlar, hem hat sonundaki kullanıcılara hem de güç sistemi elemanlarına ciddi boyutlarda maliyet ve işletim sorunları ortaya çıkarmaktadır. Bu problemlerin oluşturduğu sorunların ortadan kaldırılabilmesi için elektrik sistemlerindeki güç kalitesi parametrelerinin sürekli izlenmesi ve kontrolü büyük önem arz etmektedir. Güç sisteminin belirli bölgelerine yerleştirilen güç kalitesi izleme sistemlerinin en önemli iki özelliği, güç kalitesi olaylarını belirlemesi ve analiz etmesidir [1]. Güç kalitesi izleme sistemleri kullanılarak; � Sistemin güç kalitesi performansının belirlenmesi, � Güç kalitesi bozulma türünün, kaynağının ve sebeplerinin belirlenmesi, � Sistemin nominal yük ile çalışması için gerekli işletim şartlarının belirlenmesi, � Güç sisteminin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi için gerekli parametrelerin belirlenmesi, gibi enerji tesislerinin işletilmesi ve korunması hakkında önemli bilgiler elde edilir. Bu veriler doğrultusunda hangi

bölgelere hangi özellikte bir güç kalitesi iyileştirme cihazının (aktif güç filtreleri, gerilim düzenleyiciler, kesintisiz güç kaynakları vb.) konulması gerektiğine karar verilebilir [2]. Bu bilgiler ışığında önerilen çözümler sistemin sürekliliğini ve güvenilirliğini artırmanın yanında sistemin kontrolünü de kolaylaştırır. Bu amaç için, güç kalitesi izleme cihazları yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Elektrik güç sisteminin ve bu sisteme bağlanan yüklerin, arızasız ve güvenli bir şekilde çalışabilmesi için, sistemdeki gerilimlerin belirli bir genlikte olmasının yanı sıra, 50 Hz frekansa sahip olması ve faz gerilimleri arasındaki açının da 120 derecede kalması istenir. Ancak sistemde meydana gelen arızalar, yıldırım düşmesi veya kapasitör bankalarının anahtarlanması gibi durumların sonucunda, sistem gerilimlerinin genlik, frekans ve faz açısı değerleri olması gerekenden farklı değerlere sahip olabilmektedirler. Literatürde, güç kalitesi problemleri adı altında, bu olumsuz durumları inceleyen ve çözüm önerileri ortaya koyan çalışmalar yapılmaktadır [3-11]. Bu çalışmada, Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü yanındaki Transformatör (FÜMET) binasında dağıtım sisteminin güç kalitesi parametrelerinin belirlenmesi için bir güç kalitesi izleme sistemi gerçekleştirilmi ştir. Bu izleme sistem ile ilgili aşağıdaki adımlar gerçekleştirilmi ştir.

• Akım, gerilim, frekans ve güç parametrelerinin gerçek zamanlı izlenilmesi,

• Sistemde meydana gelen güç kalitesi olaylarının tespit edilmesi,

• İzleme sisteminden elde edilen akım ve gerilim büyüklüklerine ilişkin harmonik analizleri,

• Tespit edilen güç kalitesi olay türlerinin belirlenmesine ilişkin analizler,

• Dağıtım sistemi için güç kalitesi değerlendirmeleri.

2. GÜÇ KAL İTESİNİN İZLENMES İ

Bir güç sisteminin enerji kalitesi, güç sistemine yerleştirilen bir güç kalitesi izleme sistemi ile belirlenmektedir. “Elektrik İletim Sistemi Arz Güvenirliği ve Kalitesi Yönetmeliği” [12], “Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği” [13] ve “Elektrik Piyasasında Dağıtım Sisteminde Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği, Ticari ve Teknik Kalitesi Hakkında Yönetmeliği” [14] dikkate alınarak, izlemeden elde edilen güç kalitesi verileri ile sistemin güç kalitesi raporları çıkarılmaktadır. Elektrik piyasasında dağıtım sisteminde sunulan elektrik enerjisinin tedarik sürekliliği, ticari ve teknik kalitesi hakkındaki yönetmelikte; gerilim harmonik sınır değerleri, Tablo 1’deki

351

Page 2: GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİ DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ ...web.firat.edu.tr/feeb/kitap/C12/107.pdf · fırat Üniversitesi-elazığ gerÇek zamanli gÜÇ kalİtesİ İzleme

Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011

gibi ve akım harmonik sınır değerleri ise Tablo 2’deki gibi tanımlanmıştır.

Tablo 1: Gerilim harmonikleri için sınır değerleri

Tek Harmonikler Çift Harnomikler 3’ün Katları

Olmayanlar 3’ün Katları

Olanlar Harmonik

Sırası Sınır Değer

Harmonik Sırası

Sınır Değer

Harmonik Sırası

Sınır Değer

5 7 11 13 17 19 23 25

% 6 % 5

% 3.5 % 3 % 2

% 1.5 % 1.5 % 1.5

3 9 15 21

% 5 % 1.5 % 0.5 % 0.5

2 4

6,…,24

% 2 % 1

% 0.5

Tablo 2: Akım harmonikleri için sınır değerleri

Tek Harmonikler

ISC/IL <11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TTB <20

20<50 50<100

100<1000 >1000

4.0 7.0 10.0 12.0 15.0

2.0 3.5 4.5 5.5 7.0

1.5 2.5 4.0 5.0 6.0

0.6 1.0 1.5 2.0 2.5

0.3 0.5 0.7 1.0 1.4

5.0 8.0 12.0 15.0 20.0

Çift harmonikler, kendinden sonraki tek harmonik için tanımlanan değerin %25’i ile sınırlandırılmıştır. ISC = Şebekeye bağlantı noktasındaki Kısa devre akımı IL = Şebekeye bağlantı noktasındaki yükün maksimum demand akımı

Bir güç kalitesi izleme sisteminde, sürekli olarak akım ve gerilim dalga şekilleri ile sistemde meydana gelen güç kalitesi bozulması kayıt altına alınmaktadır. Bu işlemleri gerçekleştiren ölçüm cihazına, güç analizörü adı verilmektedir [15]. Genel olarak güç kalitesi analizörleri, sistem geriliminin etkin değerindeki değişime göre olayları tespit etmekte ve Fourier dönüşüm yöntemi ile harmonik analizleri yapabilmektedir.

Güç kalitesi ölçümlerine ait genel bir yapı, Şekil 1’deki gibi gösterilebilir. Bu ölçüm sisteminin yapısında ilk olarak, akım ve gerilim ölçümleri gerçekleştirilir. İkinci aşamada, bu ölçüm verileri sürekli durumdan ayrık duruma getirilerek belirli bir örnekleme frekansında örneklendirilir. Son aşamada ise, bu ayrık akım ve gerilim verilerinde meydana gelen değişimlerin belirli zaman aralıklarına ait ortalama değerleri kayıt altına alınır. Ayrıca, sistemde meydana gelen dalga şekli bozulmaları için gerekli hesaplama ve kayıt işlemleri de gerçekleştirilir. Ölçüm sistemleri, sistem hafızasına kayıt edilen verilerin, bilgisayar ortamına aktarılması özelliğine de sahiptirler. Böylece, bu ölçüm verileri bir merkezde biriktirilir ve gerekli ileri analiz işlemleri, bilgisayar ortamında gerçekleştirilir.

Ölçme işlemi

Önişleme

Ortalama alma

Kayıt işlemi

Olay tespiti

Bilgilerin elde edilmesi

Kayıt işlemi

Bilgisayar ortamına aktarım

Ölçüm göstergesi

1 2

3

Şekil 1: Güç kalitesi ölçümlerinin genel yapısı

3. GERÇEKLE ŞTİRİLEN İZLEME S İSTEMİ

Gerçekleştirilen güç kalitesi izleme sisteminin blok diyagramı Şekil 2’de gösterilmiştir. Bu izleme sistemindeki FUBAP biriminin desteğiyle alınan güç kalitesi analizörü, FÜMET’de bulunan dağıtım transformatörünün çıkışına bağlanmış ve güç sistemi olayları izlenmiştir. Gerçekleştirilen izleme sisteminin ilk aşamasında, akım ve gerilim verileri öncelikle cihaz hafızasına kaydedilmiştir. Daha sonra ikinci aşamada bu veriler, periyodik olarak bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Üçüncü aşamada ise bilgisayar ortamında yapılan analizler sonucunda dağıtım sistemine ait güç kalitesi bilgileri çıkartılarak karar ve öneriler geliştirilmi ştir.

Şekil 2: Güç kalitesi izleme sisteminin blok şeması

Yapılan ölçüm işlemiyle; sistem büyüklükleri ve sistemde

meydana gelen olaylara ait veriler kaydedilmiştir. Sisteme ait; akım, gerilim, frekans, güç türleri, güç katsayısı gibi büyüklüklerdeki değişimler, 5’er dakikalık süre içerisindeki aldıkları maksimum, minimum ve ortalama değerleri cihaz hafızasına kaydedilmiştir. Cihaz yazılımıyla akım ve gerilimde meydana gelen dalga şeklindeki bozulmalar, güç sistemi olayı olarak tespit edilmiştir. Faz gerilim sinyallerinin etkin değerinin nominal değerine göre %10’luk bir azalışı veya artışı, olay olarak tanımlanmıştır. Cihaz hafızasına, olayın oluşum anını içeren 12 periyot süreli 3 fazlı olay gerilim ve akım verileri kaydedilmiştir. Cihaz yazılımıyla 3 fazlı gerilim ve akımlar, 10.25 kHz örnekleme frekansı ile kaydedilmiştir. Şekil 3’te, ölçüm yeri ve sistemi görülmektedir. Güç analizörü kullanılarak, Aralık 2008 ile Ekim 2009 tarihleri arasında sürekli olarak kayıt yapılmış ve güç kalitesi verileri elde edilmiştir.

Şekil 3: Güç kalitesi izleme merkezi

352

Page 3: GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİ DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ ...web.firat.edu.tr/feeb/kitap/C12/107.pdf · fırat Üniversitesi-elazığ gerÇek zamanli gÜÇ kalİtesİ İzleme

Fırat Üniversitesi-Elazığ

3.1. Sistem Büyüklüklerinin Ölçülmesi FÜMET ölçüm işlemiyle, sistemde meydana gelen güç sistemi olaylarının yanı sıra sisteme ait akım, gerilim, frekans, güç türleri ve güç katsayısı gibi büyüklükler sürekli olarak kaydedilmiştir. Şekil 4’de, şebeke gerilimimizin bir fazına ili şkin 09.02.2009 tarihine ait bir günlük efektif değerinin 5’er dakikalık süreçler içerisinde aldığı minimum ve maksimum değişim değerlerini görülmektedir. Ayrıca Şekil 5’de de, aynı gün için frekans değişim değerleri verilmiştir.

Sistem gerilimi, özellikle büyük güçlü yüklerin anahtarlanması ve arıza olayları sonucunda ani olarak düşmektedir. Şekil 4’de bu ani düşmelerin etkisi ve sıklıkla meydana geldiği açıkça görülmektedir. Saat 16.00 sistemde oluşan bir arıza olayı, sistem geriliminde yaklaşık olarak %20’lik bir ani bir düşme meydana getirmiştir. Sistemdeki bu değerdeki ani düşme, IEEE 1159-1195 standartlarına göre çökme türü bir güç kalitesi bozulması olarak tanımlanmaktadır.

00.00 04.00 08.00 12.00 16.00 20.00 24.00180

190

200

210

220

230

240

250UminUmax

Zaman (Saat) Şekil 4: Bir günlük şebeke gerilimindeki değişim

Fre

kan

s (H

z)

Şekil 5: Bir günlük şebeke frekansındaki değişim Şekil 6’da, 5 periyotluk süre ile örnek alınan 3 fazlı

gerilim ve akımdaki değişimler verilmiştir. Transformatör merkezine bağlı alıcıların, çoğunlukla flüoresan lambalar ve bilgisayarlardan oluşması nedeniyle, özellikle akım verilerinde oldukça fazla harmonikli bileşen bulunduğu görülmektedir.

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

-

400

-

300

-

200

-

100

0

100

200

300

400

Zaman (s)

(a)

Geri

lim

(V

)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

Ak

ım (

A)

Zaman (s)

(b)

Şekil 6: (a) Şebeke gerilimi ve (b) şebekeden çekilen akım

Güç sistemlerinde meydana gelen harmonikler, cihazların yanlış çalışmasına veya hiç çalışmamasına, trafo ve motorların aşırı ısınmasına, iletişim hatlarında parazitlere, ölçümlerin yanlış yapılmasına, elektrik aygıtlarının ömürlerinin azalmasına, alıcıların ve sistemlerin güç kayıplarının artmasına sebep olmaktadır. Ayrıca harmonikler, güç faktörünün düzeltilmesi için endüstriyel tesislerde yapılan kompanzasyon ünitelerinde, rezonans olayı sonucu ciddi problemlere neden olmaktadır [16,17]. Harmoniklerin zararlı etkilerinin azaltılması için, harmonik değerlerinin doğru ve sürekli ölçülmesine ihtiyaç vardır. Harmoniklerin güç sisteminde meydana getirdiği sorunların giderilmesi için bu bileşenlerin ölçümü ve analizi çok önemlidir. Ele alınan sistemlerde, hangi noktalardan ölçüm yapılacağı ve bunların analizlerinin nasıl gerçekleştirileceği, dikkat edilmesi gereken konulardır.

Bu çalışmada, akım ve gerilim sinyalleri için Fourier dönüşümü yöntemi kullanılarak harmonik analizi yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, gerilim ve akım sinyallerine ait harmonik seviye değerleri, Toplam Harmonik Bozulma (THB) ve Toplam Talep Bozulma (TTB) değerleri elde edilmiştir. Tablo 3’te akım sinyallerine ve Tablo 4’de gerilim sinyallerine ait 20. harmonik seviyesine kadar harmonik gerilim yüzdeleri, THB ve TTB değerleri verilmiştir. THB değerleri,

( )

( )1etk

40

2nnetk

V

V

THB∑

== (1)

ile elde edilir. Burada, Vetk(n): n. harmonik gerilimin etkin değeri ve Vetk(1): şebeke frekansındaki gerilimin etkin değeridir. TTB değerleri ise,

( )

( )yetk

40

2nnetk

I

I

TTB∑

== (2)

353

Page 4: GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİ DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ ...web.firat.edu.tr/feeb/kitap/C12/107.pdf · fırat Üniversitesi-elazığ gerÇek zamanli gÜÇ kalİtesİ İzleme

Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011

ile elde edilir. Burada, Ietk(n): n. harmonik akımın etkin değeri ve Ietk(y): toplam talep bozulma akımının etkin değeridir.

Tablo 3: Gerilim sinyalleri için harmonik değerler

Tek Harmonikler (%) Çift Harmonikler (%) Faz A Faz B Faz C Faz A Faz B Faz C 3 0.5879 0.3003 0.0725 2 0.1907 0.3257 0.1549

5 2.7188 2.6636 2.7153 4 0.0750 0.1826 0.1155

7 0.8384 0.5873 0.6286 6 0.0602 0.0795 0.0138

9 0.0690 0.1424 0.0727 8 0.0855 0.0790 0.0266

11 0.1897 0.0550 0.1106 10 0.0368 0.0553 0.0364

13 0.2250 0.1424 0.1887 12 0.0356 0.0454 0.0117

15 0.0898 0.2003 0.0992 14 0.0263 0.0191 0.0231

17 0.1402 0.2442 0.1325 16 0.0280 0.0307 0.0144

19 0.0560 0.0810 0.0468 18 0.0216 0.0499 0.0245

Faz A THB % 2.95

Faz B THB % 2.79

Faz C THB % 2.86

Tablo 4: Akım sinyalleri için harmonik değerler

Tek Harmonikler (%) Çift Harmonikler (%) Faz A Faz B Faz C Faz A Faz B Faz C 3 14.1818 24.0128 15.4799 2 0.6642 0.1822 1.5867

5 13.5647 20.6674 15.2324 4 0.5847 0.1042 0.3513

7 5.4528 7.6057 6.8418 6 0.5435 0.5047 0.5436

9 0.3740 2.1809 0.7157 8 0.1547 0.2267 0.2416

11 1.8302 1.3652 0.9125 10 0.1633 0.2194 0.1726

13 2.6655 3.9608 3.8404 12 0.1886 0.1965 0.3239

15 1.2392 2.8210 1.5455 14 0.1677 0.3887 0.1492

17 1.7490 4.4342 2.1984 16 0.0897 0.3918 0.5276

19 0.3359 1.2059 0.3188 18 0.1709 0.4541 0.2557

Faz A TTB %20.80

Faz B TTB %33.38

Faz C TTB %23.41

Şekil 7’de, 01.06.2009 ile 08.06.2009 tarihleri arasındaki

bir haftalık süre boyunca hattan çekilen görünür gücün, 5’er dakikalık süreler içerisinde aldığı minimum ve maksimum değişim değerleri görülmektedir. Ayrıca Şekil 8’de, aynı hafta için güç faktöründeki ortalama değişim değerleri verilmiştir.

Şekil 7: Bir haftalık süre boyunca hattan çekilen görünür güç

Şekil 8: Bir haftalık süre boyunca güç faktöründeki ortalama değişim 3.2. Ölçümler Sonucunda Elde Edilen Güç Kalitesi Olayları

Güç kalitesi analizörü ile 10 aylık süre boyunca yapılan FÜMET ölçümlerinde, sistemde meydana gelen olaylar kayıt altına alınmıştır. Bu kayıt işleminde ilk olarak, cihaz programı ile sistemdeki gerilimin etkin değerindeki %10’luk bir anlık değişim meydana gelmesi durumundaki olaylar tespit edilmektedir. Sonra, bu olay sürecini kapsayan 12 periyotluk olay gerilim ve akım verileri cihaz hafızasına kaydedilmektedir. Ölçümler sonucunda, 354 güç sistemi olay verisi cihaz tarafından tespit edilmiştir. Bu olaylar üzerine yapılan analizler sonucunda; 318 arıza olayı, 18 hat enerjilenmesi olayı, 16 kesinti olayı ve 2 transformatör enerjilenmesi olayı görülmüştür. Şekil 9’da, olayların meydana geldiği aylara ait dağılımlar verilmiştir.

Şekil 9: Kayıt edilen olayların aylık dağılımları

Ayrıca güç kalitesi analizörü, geçici durum olaylarını da

kaydetme özelliğine sahiptir. Ölçüm merkezinde kompanzatörler kullanılarak güç kompanzasyonu yapılmaktadır. Sistemdeki kapasitörler otomatik olarak devreye çok sık olarak devreye girmekte ve çıkarılmaktadır. Böylece sistemde, oldukça fazla sayıda geçici durumlar meydana gelmektedir. Şekil 10’da güç kalitesi izleme sisteminde kayıt altına alınan güç kalitesi olaylarına ait dalga şekilleri verilmiştir.

354

Page 5: GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİ DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ ...web.firat.edu.tr/feeb/kitap/C12/107.pdf · fırat Üniversitesi-elazığ gerÇek zamanli gÜÇ kalİtesİ İzleme

Fırat Üniversitesi-Elazığ

(a)

(b)

(c)

(d)

Şekil 10: Güç kalitesi analizörü tarafından tespit edilen bazı güç kalitesi olayları: a) arıza olayı, b) kapasitör anahtarlanması olayı, c) kesinti olayı ve d) hat enerjilenmesi olayı

4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

Bu çalışmada, bir güç kalitesi analizörü kullanılarak güç sistemlerindeki güç kalitesinin izlenmesi ve analizi gerçekleştirilmi ştir. Yapılan izleme ve analiz işlemleri için bir güç kalitesi analizörü FÜMET’de bulunan dağıtım transformatörünün çıkışına bağlanmıştır. Bu güç kalitesi analizörü ile dağıtım merkezine ait akım, gerilim, güç ve frekans büyüklüklerine ilişkin ölçümler gerçekleştirilerek akım ve gerilim değerleri için harmonik analizleri yapılmıştır. Ayrıca, izleme merkezinde meydana gelen güç sistemi olayları tespit edilmiş ve yapılan incelemelerle bu olayların türleri de belirlenmiştir. Gerçekleştirilen harmonik analizlerinde, Tablo 1’deki gerilim harmonik sınır değerleri dikkate alınarak, Tablo 3’teki FÜMET ölçümlerinden elde edilen gerilim değerlerinin harmonik analizi sonuçlarına göre, ölçümü yapılan gerilim sinyallerinin harmonik içeriklerinin yönetmeliklere göre belirlenen sınırların altında olduğu görülmektedir. Tablo 2’deki akım harmonik sınır değerleri dikkate alınarak, Tablo 4’de FÜMET ölçümlerinden elde edilen akım değerlerinin harmonik analizi sonuçlarına göre, harmonik içeriklerinin yönetmeliklere göre belirlenen sınırların üzerinde olduğu sonucuna varılmaktadır. Bu durumun en temel nedeni,

sisteme bağlı flüoresan lambaların ve bilgisayarların çoğunlukta olmasıdır. Elde edilen ölçümler sonucu, aylık olarak ortalama 35 güç sistemi olayı meydana geldiği ve bu durumlarda özellikle arızalı fazlarda gerilim seviyesinin oldukça azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, sürekli olarak kompanzasyon kapasitörlerinin devreye girip çıkması ile çok sayıda geçici durum olayı meydana geldiği görülmüştür. Bu nedenle, sisteme bağlanacak olan mikroişlemci tabanlı elektronik sistemler, motor hız kontrol düzenleri gibi cihazların güç kalitesine karşı duyarlılığı göz önüne alınmalıdır. Böylece, cihazın hatalı çalışması ve arızalanması gibi durumların önüne geçilmiş olunur. Elde edilen güç kalitesi izleme verilerinde, dağıtım sisteminin güç kalitesinin artırılması ve bunu sağlayacak çözüm önerilerinin uygulamaya geçirilmesi için oldukça önemli bilgiler bulunmaktadır. Böylece yapılan izleme ve analizlere göre, dağıtım sistemlerinde güç kalitesi parametrelerinin izlenmesi hem dağıtım sistemi için hem de sisteme bağlı kullanıcılar için oldukça önemli ve gerekli olduğu sonucuna varılmıştır.

5. TEŞEKKÜR

Yazarlar, bu çalışmaya FÜBAP-1605 no’lu proje ile destek veren Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne teşekkür ederler.

6. KA YNAKLAR

[1] McGranaghan, M. F. and Santoso, S., “Challenges and Trends in Analyses of Electric Power Quality Measurement Data”, EURASIP Journal on Applied Signal Processing, 1: 171–171, 2007.

[2] Güç Kalitesi Milli Projesi, http://www.guckalitesi.gen.tr. [3] Erişti, H., Uçar A, and Demir, Y., “Wavelet-based

Feature Extraction and Selection for Classification of Power System Disturbances using Support Vector Machines”, Electric Power Systems Research, 80(7):743-752, 2010.

[4] Bollen, M .H. J., Understanding Power Quality Problem, Voltage Sags and Interruptions. IEEE Press, New York, 2000..

[5] Santoso, S., Powers, E. J., Grady, W. M. and Parsons, A. C., “Power Quality Disturbance Waveform Recognition using Wavelet-Based Neural Classifier, I. Theoretical Foundation”, IEEE Transactions on Power Delivery, 15:222–228, 2000.

[6] Dash, P. K., Panigrahi, B. K. and Panda, G., “Power Quality Analysis using S-transform” IEEE Transactions on Power Delivery, 18(2): 406–411, 2003.

[7] Bollen, M. H. J. and Gu, I. Y. H., Signal Processing of Power Quality Disturbances, John Wiley & Sons, New York, 2006.

[8] Gaouda, A. M., Salama, M. M. A., Sultan, M. R. and Chikhani, A. Y., “Power Quality Detection and Classification Using Wavelet Multiresolution Signal Decomposition”, IEEE Transactions on Power Delivery, 14(4):1469–1476, 1999.

355

Page 6: GERÇEK ZAMANLI GÜÇ KALİ DAĞITIM SİSTEMLERİNDEKİ GÜÇ ...web.firat.edu.tr/feeb/kitap/C12/107.pdf · fırat Üniversitesi-elazığ gerÇek zamanli gÜÇ kalİtesİ İzleme

Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu 2011

[9] Erişti, H., and Demir, Y., “An Efficient Feature Extraction Method for Classification of Power System Disturbances”, International Conference on Power Systems Transients, IPST2009, Kyoto, Japan, June 3–6, 2009.

[10] Erişti, H. and Demir, Y., “A New Algorithm for Automatic Classification of Power Quality Events based on Wavelet Transform and SVM”, Expert Systems with Applications, 37(6):4094-4102, 2010.

[11] Radil, T., Ramos, P. M., Janeiro, F. M. and Serra, A. C., “PQ Monitoring System for Real-Time Detection and Classification of Disturbances in a Single-Phase Power System”, IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement, 57(8):1725-1733, 2008.

[12] Resmi Gazete, Elektrik İletim Sistemi Arz Güvenirliği ve Kalitesi Yönetmeliği, 25639, 10/11/2004.

[13] Resmi Gazete, Elektrik Piyasası Şebeke Yönetmeliği, 25001, 22/01/2003.

[14] Resmi Gazete, Elektrik Piyasasında Dağıtım Sisteminde Sunulan Elektrik Enerjisinin Tedarik Sürekliliği, Ticari ve Teknik Kalitesi Hakkında Yönetmelik, 26287, 12/09/2006.

[15] Radil, T., Ramos, P. M., Janeiro, F. M. and Serra, A. C., “PQ monitoring system for real-time detection and classification of disturbances in a single-phase power system”, IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement, 57(8):1725–1733, 2008.

[16] Chi-Jui, W., Wei-Nan, C., “Developing a Harmonics Education Facility in a Power System Simulator for Power Engineering Education”, IEEE Transactions on Power Systems, 12(1):22–29, 1997.

[17] Lin, H., “An Internet-based Graphical Programming Tool for Teaching Power System Harmonic Measurement”, IEEE Transactions on Education, 49-3, 404–414, 2006.

356