Elektrik Güç kalitesi ve Dinamik Gerilim Regülatörü
Elektrik güç kalitesi, günden güne önemi artan bir terimdir. Elektrik enerjisine olan talebin artması, yük karakteristiklerindeki değişim ile güneş ve rüzgar enerji üretim tesisleri gibi yenilebilir enerji kaynaklarının elektrik şebekelerine nüfuz etmesi elektrik güç kalitesi kavramının önemini ortaya çıkarmıştır. Elektrik güç kalitesi, son kullanıcı yüklerinin veya elektrik şebekesine bağlı ekipmanlarının, önemli bir performans ve ömür kaybı yaşamadan, istenilen şekilde çalışmasını sağlayan bir dizi elektriksel parametreler ve limitler olarak tanımlanabilir. Elektrik güç kalitesi problemleri ise, son kullanıcı yüklerinin veya elektrik şebekesine bağlı ekipmanlarının arızalanmasına veya hatalı çalışmasına sebep olan voltaj, akım ve frekans değişimlerinden kaynaklı güç problemleri olarak tanımlanabilir.
Elektrik şebekelerinde en sık karşılaşılan güç kalitesi problemlerinin başında gerilim tepesi, gerilim çukuru, aşırı gerilim, düşük gerilim ve gerilim dengesizliği gelmektedir. Bu güç kalitesi olayları, şebekeye bağlı yüklerin devreden çıkmasına, ekipmanların arızalanmasına ve endüstriye proseslerin durması ile ciddi ekonomik kayıplara sebep olmaktadır. Bu gerilim kalitesi problemleri için en etkin çözümü dinamik gerilim regülatörü (DGR) sağlamaktadır. DGR şebekeye seri olarak bağlanan güç elektroniği tabanlı bir güç kalitesi kompanzayon sistemidir. DGR sağladığı yüksek performanslı gerilim kompanzasyonu ile şebekede oluşan gerilim kalitesi olaylarının yük tarafında görülmesini engelleyerek etkili bir koruma sağlamaktadır.
Temel Çalışma Prensibi
DGR’ nin temel amacı şebeke geriliminde oluşan güç kalitesi olaylarını yarım periyottan daha kısa sürede tespit edip, kompanze ederek yük tarafında gerilim kalitesini sağlamaktır. DGR’ nin temel çalışma prensibini gösteren blok şema Şekil 1’ de verilmiştir. DGR, temel olarak kontrol sistemi ve güç devresinden oluşmaktadır. DGR’ nin kontrol sistemi, şebeke gerilimini sürekli bir şekilde izleyerek, uygulanan tespit ve kontrol yöntemleri yardımıyla gerilimde oluşan güç kalitesi olaylarını yarım periyottan daha kısa bir süre içerisinde tespit etmektedir ve kompanzasyon için gerekli kontrol sinyallerini üretmektedir. DGR’ nin güç devresi ise kompanzasyon için gerekli olan gerilimin üretilmesini ve şebekeye seri bir şekilde iletilerek yük tarafında gerilim problemlerinin görülmesini önlemektedir. Böylelikle yüklerin şebekede oluşan gerilim kalitesi problemlerinden korunmasını sağlamaktadır.
Şekil 1 – DVR Çalışma Prensibi
Güç Katı Topolojisi
DGR’ nin güç katı tek hat gösterimi Şekil 2’ de verilmiştir. DVR güç katı da kapasitör bankası üzerinden sırt-sırta bağlanmış aktif doğrultucu güç katı seri evirici güç katlarından oluşmaktadır.
Şekil 2 – DGR güç katı tek hat devre şeması
Aktif doğrultucu, PWM sinyallleri ile kontrol edilen IGBT tabanlı bir doğrultucu çeşitidir. Konvansiyonel diyotlu/tristörlü doğrultuculara göre çok daha düşük akım toplam toplam harmonik bozulumuna (THD:<%3) sahiptir. Aktif doğrultucunun görevi, kontrol sisteminden gelen anahtarlama sinyallerine göre kompanzasyon için gerekli olan sabit da gerilimi sağlamaktır. Aktif doğrultucunun güç katı, evirici, da bağ kondansatör bankası ve çıkış filtresinden oluşmaktadır. Evirici kontrol sisteminin gönderdiği anahtarlama sinyallerine göre gerekli olan sabit da bağ gerilimini sağlamak için şebekeden gerekli olan aktif gücün akışını gerçekleştirir. Çıkış filtresi ise aktif doğrultucu eviricisi tarafından üretilen anahtarlama harmoniklerinin filtrelenmesi için kullanılmaktadır.
Seri evirici güç katı ise evirici, çıkış filtresi, koruma tristör grubu ve enjeksiyon transformatöründen oluşmaktadır. Evirici, kontrol sisteminin oluşturduğu anaharlama sinyallerine göre kompanzasyon için gerekli olan gerilimi oluşturmaktadır. Çıkış filtresi, aktif doğrultucu filtresinde olduğu gibi, seri evirici tarafından üretilen anahtarlama harmoniklerinin filtrelenmesi için kullanılmaktadır. Koruma tristör grubu ise her faz için birbirine anti-paralel olarak bağlı tristörlerden oluşmaktadır. Koruma tristör grubu, şebekede veya DGR’ de bir hata oluşması durumunda aktif hale gelerek seri evirici güç katının devreden ayrılmasını ve sistemin korumasını sağlamaktadır. Enjeksiyon transformatörü ise evrici tarafından üretilen kompanzasyon gerilimini şebekeye seri olarak enjekte edilmesini ve şebeke ile DGR arasındaki izolasyonu sağlamaktadır.
DA bağ kondansatör bankası ise, aktif doğrulcucu kontrolcüsü kompanzasyon anında tepki verene kadar ki süre içerisinde DVR’ ın beklenen kompanzasyon gereksinimlerini sağlayabilmesi için gerekli olan enerjiyi depolamak için kullanılmaktadır.
