Mikro Şebekelerde Güç Kalitesinin İyileştirilmesi için D-STATCOM Tasarımı ve Analizi

Yıl 2021, , 361 - 372, 01.06.2021

Ersan Kabalcı , Oğuz Taşdemir

https://doi.org/10.2339/politeknik.696779

Öz

Endüstriyel uygulamalarda kullanılan yüklerin büyük bir kısmı gelişen teknolojiyle birlikte endüktif yüklerden oluşmaktadır. Endüktif yükler, yapıları gereği endüktif reaktif enerji tüketmektedirler. Tüketilen bu reaktif enerji, sistemin kalitesinde ve verimliliğinde düşüşe ve güç faktöründe sorunlara neden olmaktadır. Esnek alternatif akım iletim sistemleri (FACTS), güç sisteminin performansını ve kalitesini arttırmada önemli bir rol oynamaktadır. FACTS sistemiyle donatılmış bir güç sisteminin kontrolü daha hızlı ve kolaydır. Dağıtım Statik Senkron Kompanzatör (D-STATCOM), güç kalitesini arttırmak için kullanılan en yaygın FACTS cihazıdır. Reaktif güç kontrolü için kullanılan D-STATCOM, dağıtım sistemlerinde güç kalitesini arttırmak amacıyla kullanılan şönt bir cihazdır. D-STATCOM şebeke ile reaktif güç alış verişinde bulunarak gerilim dalgalanmalarını önler. Bu çalışmada, güç kalitesi problemlerinin kaynağında yok edilebilmesi için dağıtım hattıyla reaktif güç alışverişi yapan ve gerilim kaynaklı dönüştürücü temeline dayanan D-STATCOM’un modellenmesi MATLAB Simulink kullanılarak yapılmış ve benzetim sonuçları incelenmiştir. Modellenen sistemde, 4 km uzunluğunda bir dağıtım hattı, hat sonunda kompanzasyon için kullanılan D-STATCOM, 16,40 kVA (10kW+13kVAR) ve 22,36 kVA (10kW+20kVAR) gücünde iki ayrı test yükü kullanılmıştır. Bu yüklerin dağıtım hattında meydana getirdiği güç kalitesi problemleri modellenen D-STATCOM aracılığıyla giderilmeye çalışılmıştır. Yapılan benzetime göre, D-STATCOM şebekeye bağlandığında, sistemdeki gerilim dalgalanmasının ve toplam harmonik distorisyonunun (THD) büyük oranda azaldığı doğrulanmıştır. Sonuç olarak, D-STATCOM’un şebekedeki değişken yüklerin neden olduğu gerilim artışını veya çökmesini büyük ölçüde giderdiği, güç kaybını azalttığı ve buna bağlı olarak da gerilim kararlılığını arttırdığı gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Dağıtım statik senkron kompansatörü (D-STATCOM), Esnek alternatif akım iletim sistemleri (FACTS), Gerilim kaynaklı konvertör (GKK)

Desing and Analysis of D-STATCOM for Improving Power Quality in Micro Grids

Öz

The current loads in industrial applications are based on inductive loads due to developing technology. The inductive loads consume inductive reactive energy owing to their electrical structures. The consumed reactive energy causes to decrements in power quality and efficiency of the system in addition to power factor deficiencies. The flexible alternating current transmission systems (FACTS) play an important role in improving the performance and quality of the power system. The control of power systems that are equipped with FACTS systems are accomplished more rapidly and easily comparing to regular compensations. The Distribution Static Synchronous Compensator (D-STATCOM) is the most common FACTS device used to increase power quality. D-STATCOM, also used for reactive power control, is a shunt connected device which is used to improve power quality in distribution systems. D-STATCOM exchanges reactive power with mains and prevents voltage fluctuations. In this study, a D-STATCOM that is based on voltage source converter and exchanges reactive power with the distribution line to eliminate power quality problems at the source has been modelled in MATLAB Simulink software and the simulation results were examined. In the modelled system, 4 km distribution line has been modelled with two separate test loads at 16.40kVA (10kW+13kVAR) and 22.36kVA (10kW+20kVAR) rated power, and the D-STATCOM model at the end of the line. The power quality problems caused by these loads on the distribution line were tried to be eliminated through the modelled D-STATCOM. According to the simulation results, it is confirmed that the voltage fluctuation and total harmonic distortion (THD) on the load side are remarkably reduced when the D-STATCOM is connected to the network. As the result, D-STATCOM has been shown to greatly overcome the voltage rise or sags caused by variable loads in the network, to reduce power loss and accordingly improve the voltage stability.

Anahtar Kelimeler

The distribution static synchronous compensator (D-STATCOM), The flexible alternating current transmission system (FACTS), Voltage source converter (VSC)

Kaynakça

• [1] Ertay M.M., Aydoğmuş Z., “Statcom ile Bir Enerji İletim Sisteminde Gerilim Kontrolü”, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21: 1302-3055, (2010).
• [2] Zin, AAM., Moradi, M., Khairuddin, A., Zareen, N., Naderipour, A.R, Moradi, M., A Comprehensive Comparison of FACTS Devices for Enhancing Static Voltage Stability, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol.11, No.21, (2016).
• [3] Pattathurani, L., Dwibedi, R. K., Sivachidam baranathan, P., A Voltage Controlled Dstatcom for Power Quality Improvement, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE), 10(6):27-34, (2015).
• [4] Awasthi, V.M., Huchcle, V.A., Reactive Power Compensation Using D-STATCOM, 2016 International Conference on Energy Efficient Technologies for Sustainability (ICEETS), India, (2016).
• [5] Mokhtari, A., Gherbi, F.Z., Mokhtar, C., Kerrouche, K.D.E., Aimer, A.F., Study analysis and simulation of a static compensator D-STATCOM for distribution systems of electric power, Leonardo Journal of Sciences, 25:117-130, (2014).
• [6] Sirjani, R., Jordehi A.R., “Optimal placement and sizing of distribution static compensator (D-STATCOM) in electric distribution networks: A review”, Elsevier, Renewable and Sustainable Energy Reviews 77, 688-694, (2017).
• [7] Rohouma, W., Balog, R.S., Peerzada, A.A., Begovic, M.M., “D-STATCOM for harmonic mitigation in low voltage distribution network with high penetration of nonlinear loads” Elsevier, Renewable Energy 145, 1449-1464, (2019).
• [8] Ghosh A., Ledwich G., “Power Quality Enhancement Using Custom Power Devices”, M.A.Pai, Kluwer Academic Puplishers, USA, (2002).
• [9] Dekhandjı F. Z., Douche M., Zebıdı N., “DVR and D-STATCOM Mitigation Techniques of Power Quality Effects on Induction Motors”, Algerıan Journal of Signals And Systems, 2, 110-129, (2017).
• [10] ‘‘IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality’’, IEEE Std 1159-1995 , pp.1-80, 30 Nov. (1995).
• [11] Çöteli R., “Üç Seviyeli H Köprü Evirici Tabanlı D-Statkom’un Sinirsel Bulanık Ağ ile Denetimi”, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2010).
• [12] Kabalci E., “Converter and Output Filter Topologies for STATCOMs”. In: Shahnia F., Rajakaruna S., Ghosh A. (eds) Static Compensators (STATCOMs) in Power Systems., Springer, Singapore (2015)
• [13] Pattathurani L., Dwibedi R.K., Sivachidam B.P., “A Voltage Controlled Dstatcom for Power Quality Improvement”, IOSR-JEEE, 10(6): 27-34, (2015).
• [14] Gencer E., “Orta Gerilim Şebekelerinde Gerilim Sarkmalarında D-STATCOM’un Etkileri”, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2018).
• [15] Mokhtari A., Gherbi F.Z., Mokhtar C., Kerrouche K.D.E., Aimer A.F., “Study analysis and simulation of a static compensator D-STATCOM for distribution systems of electric power”, Leonardo Journal of Sciences, 25: 117-130, (2014).
• [16] Deniz E., Tuncer S., Gencoglu M.T., “Voltage Regulation in A Distribution System by Using STATCOM with Three Level Diode Clamped Inverter”, 5. International Advanced Technologies Symposium (IATS), Karabük, 1-7, (2009).
• [17] Çetin A., “Desing and Implementation of A Voltage Source Converter Based STATCOM for Reactive Power Compensation and Harmonic Filtering”, Doktora Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2007).
• [18] Rashid M.H., “Güç Elektroniği”, 1978, Timur Aydemir, NOBEL, 1155, Ankara, (2016).