Şebekeye Bağlı Güneş Enerjisi Santrallerinin Harmoniklerine Etki Eden Parametrelerin Araştırılması

Öz

Küresel iklim değişikliğinin önlenmesi amacıyla yapılan çalışmalar ve geliştirilen politikalar enerji üretiminde, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını hızla artırmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik enerjisinin şebekeye bağlantısı, güvenlik, güç kalitesi ve yönetim açısından önem arz etmektedir. Azalan kurulum maliyetleri güneş enerjisinden elektrik üreten sistemlerin kullanımını yaygınlaştırmıştır. Şebeke bağlantılı güneş enerji santrallerinin şebekeye bağlantılarında en önemli sorunlardan birisi de sistemden kaynaklanan harmoniklerdir. Şebeke bağlantısında kullanılan eviriciler harmonik üretimine neden olmaktadır. Oluşan harmonikler şebekenin güç kalitesi üzerinde olumsuz etkiler yaratmaktadır. Bu çalışmada şebekeye bağlı güneş enerjisi santrallerinin oluşturduğu harmonik etkiler araştırılmıştır.

Bu amaçla öncelikle fotovoltaik güneş enerji santrali MATLAB/Simulink’de modellenmiş ve benzetimi yapılarak harmonik etkiler elde edilmiştir. Yapılan benzetim gerçek bir güneş santralinden alınan harmonik verileriyle karşılaştırılmıştır. Kabul edilebilir bir hata oranı ile doğruluğu ispatlanan model yardımıyla harmoniklere etki eden parametreler araştırılmıştır. Güneş santrallerinde oluşan harmonikler üzerinde ışımanın ve sıcaklığın etkisi incelenmiştir. Birinci incelemede sıcaklık sabit iken ışımanın değişimin harmonik üzerine etkisi araştırılmıştır. İkinci inceleme de ise ışıma sabit iken sıcaklık değişimin harmonikler üzerindeki etkisine bakılmıştır. Sistemde kullanılan filtrenin harmonikler üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Bunun yanında, harmoniklerin azaltılması için öneriler de bulunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Fotovoltaik,Harmonik,Evirici,Güneş Işınımı,Güç kalitesi,yenilenebilir enerji,Toplam Harmonik Bozulma faktörü

HARMONICS EFFECTS OF GRID CONNECTED SOLAR POWER PLANT

Abstract

Our standards of living depend on energy, and the increasing demand for clean and cheap one made the renewable energy preferred. There are many kinds of renewable energy. However, the most important one is the solar energy that can be divided into two sections: the first one is the solar thermal that is used for heating, and the second one is the photovoltaic that is used for electrical generation. For electrical generation, we can use a system that consists of photovoltaic, batteries, inverters, etc. In this system we can connect the photovoltaic to the grid by inverters that cause harmful harmonics and thus reducing the quality of electrical generation.

“Harmonics Effects of Grid Connected Solar Power Plant” takes more and more importance.

 

Studies and policies developed in energy production have accelerated the use of renewable energy sources, in order to reduce climate change, the issue of safety, energy quality and the connected way in which electricity power generated from renewable energy sources takes great importance. The use of solar energy centers has spread, because of its cost has been reduced, when connecting solar centers with the grid, the most important problems that we can face are the harmonics caused by the system.  Inverter is the main reason for generating harmonics, which has   negatively affected on energy quality. In this paper we have studied   the effects of harmonics when connecting a solar power center with the grid.

 

To achieve this study, a solar power center has been simulated by MATLAB / Simulink environment. Harmonic effect was obtained. The results that obtained has been compared with real data taken from the solar power center its capacity 1 MW. Simulation results has been proved its validity through an acceptable error rate, Accordingly the factors affecting the harmonics were studied. The effect of both radiation and temperature on harmonics have been studied. First, study has done when the temperature was constant, we have studied the effect of radiation change on harmonics. Second, study has done when the radiation was constant, we have studied the effect of temperature change on harmonics. After that effect of the filters on harmonics are determined. Finally, suggestions were made to reduce the impact of harmonics.

Keywords

• Photovoltaics,Harmonics,Solar Radiation,Inverter,Renewable Energy,Power Quality,Total Harmonic Detorsion

References

1. Akdeniz, E. (2006). Yenilenebilir Kaynaklardan Enerji Üretiminin Şebekenin Enerji Kalitesi ve Kararlılığına Etkilerinin Incelenmesi. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
2. Arrillaga, J., Smith, B.C., Watson, N.R. ve Wood, A.R., (1997). Power System Harmonic Analysis, John Wiley & Sons, New Delhi.
3. Çelebi, A. ve Çolak, M. (2005). Şebekeye Bağlı Fotovoltaik sistemlerde oluşan harmoniklerin şebekeye etkileri. 3. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, 19-21 Ekim 2005, Mersin, Türkiye.
4. Dinçer, F. (2011). Türkiye'de Güneş Enerjisinden Elektrik Üretimi Potansiyeli-Ekonomik Analizi ve AB Ülkeleri ile Karşılaştırmalı Değerlendirme. Kahramanmaras Sutcu Imam University Journal of Engineering Sciences, 14(1).
5. Du, Y., & Lu, D. D. C. (2018). Harmonic Distortion Caused by Single-Phase Grid-Connected PV Inverter. In Power System Harmonics-Analysis, Effects and Mitigation Solutions for Power Quality Improvement. IntechOpen.
6. Du, Y., Lu, D. D. C., James, G., & Cornforth, D. J. (2013). Modeling and analysis of current harmonic distortion from grid connected PV inverters under different operating conditions. Solar Energy, 94, 182-194.
7. Efe, S . (2016). Power Flow Analysis of a Distribution System Under Fault Conditions. International Journal of Energy and Smart Grid , 1 (1) , 22-27 . DOI: 10.23884/IJESG.2016.1.1.03
8. Haydaroğlu, C. ve Gümüş, B. (2017). Investigation of the effect of short-term environmental contamination on energy production in photovoltaic panels: Dicle University solar power plant example. Applied Solar Energy, 53(1), 31-34.

9. Hong, S., & Zuercher-Martinson, M. (2010). Harmonics and Noise in Photovoltaic (PV) Inverter and The Mitigation Strategies. Solectria Renewables, White Paper. https://www.solectria.com/site/assets/files/1482/solectria_harmonics_noise_pv_inverters_white_paper.pdf
10. Sefa İ. ve Altın, N. (2009). Güneş Pili İle Beslenen Şebeke Etkileşimli Eviriciler Genel Bir Bakiş. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 24(3).
11. Kandemir, Ç., Bayrak, M. (2015), “Fotovoltaik Sistemler Şebekeye Bağlı Olduğunda Oluşan Sorunlar”, VI. Enerji Verimliliği, Kalitesi Sempozyumu ve Sergisi Bildirileri (EVK).
12. Kocatepe, C., Uzunoglu, M., Yumurtacı, R. ve Arıkan, O., (2003), Elektrik Tesislerinde Harmonikler, Birsen Yayınevi, İstanbul.
13. Moazzenzadeh, M., & Şekerci, H. Güneş Enerji Sistemlerinin Elektrik Şebekesi Güç Kalitesine Harmonik Ve Ara-Harmonik Açısından Etkisinin İncelenmesi. 5.Ulusal Elektrik Tesisat Kongresi, Ekim 2017, İzmir, Türkiye.
14. Rao, P. J. B., & Srikanth, B. (2016). Harmonic Reduction in Grid Connected Solar PV System By Using SVPWM Technique. International Journal of Applied Engineering Research, 11(6), 3853-3858.
15. Rashid, H. M., (1995), Power Electronics, Circuits, Devices, and Application, Prentice- Hall International, Inc.
16. Schlabbach, J., & Gross, A. (2007, May). Harmonic current emission of photovoltaic inverters. 19th Int. Conf. on Electricity Distribution (CIRED 2007), Vienna, Austria.
17. Simsek, B., & Bizkevelci E. (2013). Fotovoltaik Güneş Elektrik Santrallerinin Alçak Gerilim Şebekesine Bağlantı Esasları. 3. Ulusal Elektrik Tesisat Kongresi, İzmir. (pp. 1-24).
18. TEİAŞ (2019), Elektrik İstatistikleri, Aylık Elektrik İstatistikleri, https://www.teias.gov.tr/tr/elektrik-istatistikleri
19. Yeşil Ekonomi (2019). Kayseri OSB GES 50 MW güce ulaştı. Haberler. https://yesilekonomi.com/kayseri-osb-ges-55-mw-kurulu-guce-ulasti/
20. Yıldırım, B . (2017). Investigation with Modal Analysis of Effects Of High PV Penetration on Power System Voltage Stability. International Journal of Energy and Smart Grid , 2 (1) , 17-26 . DOI: 10.23884/IJESG.2017.2.1.02