Şebekeye Bağlı Güneş Enerjisi Santrallerinin Harmoniklerine Etki Eden Parametrelerin Araştırılması

Year 2019, Volume: 10 Issue: 3, 919 - 931, 29.09.2019

Emre Nedimoğlu Bilal Gümüş

https://doi.org/10.24012/dumf.605070

Cited By: 1

Abstract

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.

Keywords

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

• Akdeniz, E. (2006). Yenilenebilir Kaynaklardan Enerji Üretiminin Şebekenin Enerji Kalitesi ve Kararlılığına Etkilerinin Incelenmesi. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
• Arrillaga, J., Smith, B.C., Watson, N.R. ve Wood, A.R., (1997). Power System Harmonic Analysis, John Wiley & Sons, New Delhi.
• 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.
• 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).
• 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.
• 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.
• 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
• 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.
• 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
• Sefa İ. ve Altın, N. (2009). Güneş Pili İle Beslenen Şebeke Etkileşimli Eviriciler Genel Bir Bakiş. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 24(3).
• Kandemir, Ç., Bayrak, M. (2015), “Fotovoltaik Sistemler Şebekeye Bağlı Olduğunda Oluşan Sorunlar”, VI. Enerji Verimliliği, Kalitesi Sempozyumu ve Sergisi Bildirileri (EVK).
• Kocatepe, C., Uzunoglu, M., Yumurtacı, R. ve Arıkan, O., (2003), Elektrik Tesislerinde Harmonikler, Birsen Yayınevi, İstanbul.
• 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.
• 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.
• Rashid, H. M., (1995), Power Electronics, Circuits, Devices, and Application, Prentice- Hall International, Inc.
• Schlabbach, J., & Gross, A. (2007, May). Harmonic current emission of photovoltaic inverters. 19th Int. Conf. on Electricity Distribution (CIRED 2007), Vienna, Austria.
• Simsek, B., & Bizkevelci E. (2013). Fotovoltaik Güneş Elektrik Santrallerinin Alçak Gerilim Şebekesine Bağlantı Esasları. 3. Ulusal Elektrik Tesisat Kongresi, İzmir. (pp. 1-24).
• TEİAŞ (2019), Elektrik İstatistikleri, Aylık Elektrik İstatistikleri, https://www.teias.gov.tr/tr/elektrik-istatistikleri
• Yeşil Ekonomi (2019). Kayseri OSB GES 50 MW güce ulaştı. Haberler. https://yesilekonomi.com/kayseri-osb-ges-55-mw-kurulu-guce-ulasti/
• 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