Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Performance Analysis of Harmonic Estimation Methods in Power Quality Disturbances

Yıl 2020, Cilt: 25 Sayı: 2, 849 - 860, 31.08.2020
https://doi.org/10.17482/uumfd.720797

Öz

In modern power systems, power quality problems have occurred with an increase of non-linear loads, power electronics components and circuits. Harmonics are the fundamental factors that affect power quality. Therefore, it is significantly important to detect, measure, estimate and suppress harmonics. There are many methods and techniques for harmonic estimation. However, disturbances in power systems affect the performance of these methods. In this study; different ten methods used in harmonic estimation (fast Fourier transform, chirp z-transform, discrete Hartley transform, Hilbert-Huang transform, Prony method, multiple signal classification, Kalman filter, least mean square, normalized least mean square, leaky least mean square) their performance in voltage sag, voltage swell, voltage interruption, and waveform distortions were examined and their comparative analysis was done.

Kaynakça

  • 1. Acha, E., Madrigal, M. (2002) Power System Harmonics Computer Modelling and Analysis, Wiley.
  • 2. Bi, G., Zeng, Y. (2004) Transforms and Fast Algorithms for Signal Analysis and Representations, Birkhäuser, USA.
  • 3. Bollen, M.H. J., Gu, I.Y.H. (2006) Signal Processing of Power Quality Disturbances, Wiley, New York.
  • 4. Bracewell, R.N. (1984) The Fast Hartley Transform, Proceedings of the IEEE, 72(8), 1010-1018. doi: https://doi.org/10.1109/PROC.1984.12968
  • 5. Chang, G. W., Chen, C.I. (2010) Measurement techniques for stationary and time-varying harmonics, IEEE PES General Meeting, Providence RI, USA, 25-29 July 2010. doi: 10.1109/PES.2010.5589611
  • 6. Cooley, J. W., Tukey, J. W. (1965) An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series, Mathematics of Computation, 19(90), 297-301. doi: 10.1090/S0025-5718-1965-0178586-1
  • 7. Haykin, S. (2001) Adaptive Filter Theory,4th ed., Prentice Hall.
  • 8. Hou, H.S. (1987) The fast Hartley transform algorithm, IEEE Transactions on Computers, C-36(2), 147 – 156. doi: https://doi.org/10.1109/TC.1987.1676877
  • 9. Huang, N. E., Shen, Z., Long, S. R., Wu, M. C., Shih, H. H., Zheng, Q., Yen, N. C., Tung, C.C., Liu, H. H. (1998) The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454(1971), 903–995. doi: 10.1098/rspa.1998.0193
  • 10. IEEE Power System Harmonics Working Group (1984) Bibliography of power system harmonics - Part I, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-103 (9), 2460-2469. doi: https://doi.org/10.1109/TPAS.1984.318400
  • 11. IEEE Power System Harmonics Working Group (1984) Bibliography of power system harmonics - Part II, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-103 (9), 2470-2479. doi: https://doi.org/10.1109/TPAS.1984.318401
  • 12. IEEE Std 1159-2019. IEEE recommended practice for monitoring electric power quality. doi: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2019.8796486
  • 13. Jain, S. K., Singh, S. N. (2011) Harmonics estimation in emerging power system: Key issues and challenges, Electric Power Systems Research, 81(9), 1754–1766. doi: 10.1016/j.epsr.2011.05.004.
  • 14. Kalman, R. E. (1960) A new approach to linear filtering and prediction problems, Journal of Basic Engineering, 82, 35–45. doi: 10.1115/1.3662552
  • 15. Kay, S.M. (1988) Modern Spectral Estimation: Theory and Application, Prentice-Hall, New Jersey.
  • 16. Kulu, M. (2020) Güç Sistemlerinde Harmonik Kestirim Yöntemleri ve Performans Analizleri, Yüksek lisans tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi, Türkiye.
  • 17. Lei, B., Xu, G., Feng, M., Zou, Y., van der Heijden, F., de Ridder, D., Tax, D.M.J. (2017) Classification, Parameter Estimation and State Estimation, Wiley, GB.
  • 18. Levy, B.C. (2008) Principles of Signal Detection and Parameter Estimation, Springer.
  • 19. MathWorks (2018). MATLAB. https://www.mathworks.com/.
  • 20. Mayyas, K., Aboulnasr, T. (1997) Leaky LMS algorithm: MSE analysis for Gaussian data, IEEE Transactions on Signal Processing, 45(4), 927-934. doi:https://doi.org/10.1109/78.564181
  • 21. Oppenheim, A.V.,Schafer, R.W. (1989) Discrete-time Signal Processing, Prentice-Hall, New Jersey.
  • 22. Poularikas, A.D. (Ed.) (2010) Transforms and Applications Handbook, 3rd ed., CRC Press, USA.
  • 23. Qi, L., Qian, L., Woodruff, S., Cartes, D. (2007) Prony analysis for power system transient harmonics, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2007(1) doi: https://doi.org/10.1155/2007/48406
  • 24. Rabiner, L.R., Schafer, R.W., Rader, C.M. (1969) The chirp z-transform, IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, 17(2), 86-92. doi:https://doi.org/10.1109/TAU.1969.1162034
  • 25. Rilling, G., Flandrin, P., Gonvalves, P. (2003) On empirical mode decomposition and its algorithms, IEEE-EURASIP Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing (NSIP '03), 1 June 2003, 8-11.
  • 26. Rodrigues, N.M., Ramos, P.M., Janeiro, F.M. (2018) Comparison of harmonic estimation methods for power quality assessment, J. Phys.: Conf. Ser. 1065 052036. doi:10.1088/1742-6596/1065/5/052036
  • 27. Sayed, A.H. (2008) Fundamental of Adaptive Filtering, John Wiley & Sons, New Jersey.
  • 28. Schmidt, R.O. (1981) A signal subspace approach to multiple emitter location and spectral estimation, Ph.D. Thesis, Stanford University, Stanford, CA.
  • 29. Singh, G. K. (2009). Power system harmonics research: a survey, European Transactions on Electrical Power, 19(2), 151–172. doi: 10.1002/etep.201.
  • 30. Uyar, M (2008) Güç kalitesindeki bozulma türlerinin akıllı örüntü tanıma yaklaşımları ile belirlenmesi, Doktora tezi, Fırat Üniversitesi, Türkiye.
  • 31. Vatansever, F., Çengelci, B. (2011) Prony yöntemiyle harmonik analizi, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS'11), Elazığ/Turkey, 16-18 May,134-137.
  • 32. Vatansever, F., Yalçın, N.A. (2016) Çevrimiçi harmonik simülatörü tasarımı, 4th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science (ISITES2016), Alanya/Antalya/Turkey, 3-5 November, 618-624.
  • 33. Vatansever, F., Yalcin, N.A. (2018) The design of harmonic simulator based on Hartley transform, Academic Perspective Procedia, 1(1), 21-24. doi: 10.33793/acperpro.01.01.7
  • 34. Welch,G., Bishop, G. (2006) An introduction to the Kalman filter, Technical Report, University of North Carolina at Chapel Hill, 127-145.
  • 35. Yalcin, N.A., Vatansever, F. (2020) Comparison of Prony and ADALINE method in inter-harmonic estimation, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 25(1), 405-418. doi: 10.17482/uumfd.592988

GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ

Yıl 2020, Cilt: 25 Sayı: 2, 849 - 860, 31.08.2020
https://doi.org/10.17482/uumfd.720797

Öz

Günümüz modern güç sistemlerinde doğrusal olmayan yüklerin, güç elektroniği elemanları ve devrelerinin artmasıyla birlikte güç kalitesi problemleri de ortaya çıkmaktadır. Güç kalitesini etkileyen unsurların başında da harmonikler yer almaktadır. Bu nedenle harmoniklerin tespit edilmesi, ölçülmesi, kestirimi ve bastırılması son derece önemlidir. Harmonik kestirimi için birçok yöntem ve teknikler mevcuttur. Ancak güç sistemlerinde meydana gelen bozukluklar, bu yöntemlerin performansını etkilemektedir. Gerçekleştirilen çalışmada; harmonik kestiriminde kullanılan on farklı yöntemin (hızlı Fourier dönüşümü, chirp z-dönüşümü, ayrık Hartley dönüşümü, Hilbert-Huang dönüşümü, Prony yöntemi, çoklu işaret sınıflandırma, Kalman filtre, en küçük ortalama kare, normalleştirilmiş en küçük ortalama kare, sızdıran en küçük ortalama kare) gerilim çökmesi, gerilim sıçraması, gerilim kesintisi ve dalga şekli bozulmalarındaki performansları incelenmiş ve karşılaştırmalı analizleri yapılmıştır.

Kaynakça

  • 1. Acha, E., Madrigal, M. (2002) Power System Harmonics Computer Modelling and Analysis, Wiley.
  • 2. Bi, G., Zeng, Y. (2004) Transforms and Fast Algorithms for Signal Analysis and Representations, Birkhäuser, USA.
  • 3. Bollen, M.H. J., Gu, I.Y.H. (2006) Signal Processing of Power Quality Disturbances, Wiley, New York.
  • 4. Bracewell, R.N. (1984) The Fast Hartley Transform, Proceedings of the IEEE, 72(8), 1010-1018. doi: https://doi.org/10.1109/PROC.1984.12968
  • 5. Chang, G. W., Chen, C.I. (2010) Measurement techniques for stationary and time-varying harmonics, IEEE PES General Meeting, Providence RI, USA, 25-29 July 2010. doi: 10.1109/PES.2010.5589611
  • 6. Cooley, J. W., Tukey, J. W. (1965) An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series, Mathematics of Computation, 19(90), 297-301. doi: 10.1090/S0025-5718-1965-0178586-1
  • 7. Haykin, S. (2001) Adaptive Filter Theory,4th ed., Prentice Hall.
  • 8. Hou, H.S. (1987) The fast Hartley transform algorithm, IEEE Transactions on Computers, C-36(2), 147 – 156. doi: https://doi.org/10.1109/TC.1987.1676877
  • 9. Huang, N. E., Shen, Z., Long, S. R., Wu, M. C., Shih, H. H., Zheng, Q., Yen, N. C., Tung, C.C., Liu, H. H. (1998) The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454(1971), 903–995. doi: 10.1098/rspa.1998.0193
  • 10. IEEE Power System Harmonics Working Group (1984) Bibliography of power system harmonics - Part I, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-103 (9), 2460-2469. doi: https://doi.org/10.1109/TPAS.1984.318400
  • 11. IEEE Power System Harmonics Working Group (1984) Bibliography of power system harmonics - Part II, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-103 (9), 2470-2479. doi: https://doi.org/10.1109/TPAS.1984.318401
  • 12. IEEE Std 1159-2019. IEEE recommended practice for monitoring electric power quality. doi: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2019.8796486
  • 13. Jain, S. K., Singh, S. N. (2011) Harmonics estimation in emerging power system: Key issues and challenges, Electric Power Systems Research, 81(9), 1754–1766. doi: 10.1016/j.epsr.2011.05.004.
  • 14. Kalman, R. E. (1960) A new approach to linear filtering and prediction problems, Journal of Basic Engineering, 82, 35–45. doi: 10.1115/1.3662552
  • 15. Kay, S.M. (1988) Modern Spectral Estimation: Theory and Application, Prentice-Hall, New Jersey.
  • 16. Kulu, M. (2020) Güç Sistemlerinde Harmonik Kestirim Yöntemleri ve Performans Analizleri, Yüksek lisans tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi, Türkiye.
  • 17. Lei, B., Xu, G., Feng, M., Zou, Y., van der Heijden, F., de Ridder, D., Tax, D.M.J. (2017) Classification, Parameter Estimation and State Estimation, Wiley, GB.
  • 18. Levy, B.C. (2008) Principles of Signal Detection and Parameter Estimation, Springer.
  • 19. MathWorks (2018). MATLAB. https://www.mathworks.com/.
  • 20. Mayyas, K., Aboulnasr, T. (1997) Leaky LMS algorithm: MSE analysis for Gaussian data, IEEE Transactions on Signal Processing, 45(4), 927-934. doi:https://doi.org/10.1109/78.564181
  • 21. Oppenheim, A.V.,Schafer, R.W. (1989) Discrete-time Signal Processing, Prentice-Hall, New Jersey.
  • 22. Poularikas, A.D. (Ed.) (2010) Transforms and Applications Handbook, 3rd ed., CRC Press, USA.
  • 23. Qi, L., Qian, L., Woodruff, S., Cartes, D. (2007) Prony analysis for power system transient harmonics, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2007(1) doi: https://doi.org/10.1155/2007/48406
  • 24. Rabiner, L.R., Schafer, R.W., Rader, C.M. (1969) The chirp z-transform, IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, 17(2), 86-92. doi:https://doi.org/10.1109/TAU.1969.1162034
  • 25. Rilling, G., Flandrin, P., Gonvalves, P. (2003) On empirical mode decomposition and its algorithms, IEEE-EURASIP Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing (NSIP '03), 1 June 2003, 8-11.
  • 26. Rodrigues, N.M., Ramos, P.M., Janeiro, F.M. (2018) Comparison of harmonic estimation methods for power quality assessment, J. Phys.: Conf. Ser. 1065 052036. doi:10.1088/1742-6596/1065/5/052036
  • 27. Sayed, A.H. (2008) Fundamental of Adaptive Filtering, John Wiley & Sons, New Jersey.
  • 28. Schmidt, R.O. (1981) A signal subspace approach to multiple emitter location and spectral estimation, Ph.D. Thesis, Stanford University, Stanford, CA.
  • 29. Singh, G. K. (2009). Power system harmonics research: a survey, European Transactions on Electrical Power, 19(2), 151–172. doi: 10.1002/etep.201.
  • 30. Uyar, M (2008) Güç kalitesindeki bozulma türlerinin akıllı örüntü tanıma yaklaşımları ile belirlenmesi, Doktora tezi, Fırat Üniversitesi, Türkiye.
  • 31. Vatansever, F., Çengelci, B. (2011) Prony yöntemiyle harmonik analizi, 6th International Advanced Technologies Symposium (IATS'11), Elazığ/Turkey, 16-18 May,134-137.
  • 32. Vatansever, F., Yalçın, N.A. (2016) Çevrimiçi harmonik simülatörü tasarımı, 4th International Symposium on Innovative Technologies in Engineering and Science (ISITES2016), Alanya/Antalya/Turkey, 3-5 November, 618-624.
  • 33. Vatansever, F., Yalcin, N.A. (2018) The design of harmonic simulator based on Hartley transform, Academic Perspective Procedia, 1(1), 21-24. doi: 10.33793/acperpro.01.01.7
  • 34. Welch,G., Bishop, G. (2006) An introduction to the Kalman filter, Technical Report, University of North Carolina at Chapel Hill, 127-145.
  • 35. Yalcin, N.A., Vatansever, F. (2020) Comparison of Prony and ADALINE method in inter-harmonic estimation, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 25(1), 405-418. doi: 10.17482/uumfd.592988
Toplam 35 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Elektrik Mühendisliği
Bölüm Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Meltem Kulu 0000-0003-0473-7731

Fahri Vatansever 0000-0002-3885-8622

Yayımlanma Tarihi 31 Ağustos 2020
Gönderilme Tarihi 15 Nisan 2020
Kabul Tarihi 5 Temmuz 2020
Yayımlandığı Sayı Yıl 2020 Cilt: 25 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Kulu, M., & Vatansever, F. (2020). GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 25(2), 849-860. https://doi.org/10.17482/uumfd.720797
AMA Kulu M, Vatansever F. GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ. UUJFE. Ağustos 2020;25(2):849-860. doi:10.17482/uumfd.720797
Chicago Kulu, Meltem, ve Fahri Vatansever. “GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 25, sy. 2 (Ağustos 2020): 849-60. https://doi.org/10.17482/uumfd.720797.
EndNote Kulu M, Vatansever F (01 Ağustos 2020) GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 25 2 849–860.
IEEE M. Kulu ve F. Vatansever, “GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ”, UUJFE, c. 25, sy. 2, ss. 849–860, 2020, doi: 10.17482/uumfd.720797.
ISNAD Kulu, Meltem - Vatansever, Fahri. “GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 25/2 (Ağustos 2020), 849-860. https://doi.org/10.17482/uumfd.720797.
JAMA Kulu M, Vatansever F. GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ. UUJFE. 2020;25:849–860.
MLA Kulu, Meltem ve Fahri Vatansever. “GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ”. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, c. 25, sy. 2, 2020, ss. 849-60, doi:10.17482/uumfd.720797.
Vancouver Kulu M, Vatansever F. GÜÇ KALİTESİ BOZULMALARINDA HARMONİK KESTİRİM YÖNTEMLERİNİN PERFORMANS ANALİZİ. UUJFE. 2020;25(2):849-60.

DUYURU:

30.03.2021- Nisan 2021 (26/1) sayımızdan itibaren TR-Dizin yeni kuralları gereği, dergimizde basılacak makalelerde, ilk gönderim aşamasında Telif Hakkı Formu yanısıra, Çıkar Çatışması Bildirim Formu ve Yazar Katkısı Bildirim Formu da tüm yazarlarca imzalanarak gönderilmelidir. Yayınlanacak makalelerde de makale metni içinde "Çıkar Çatışması" ve "Yazar Katkısı" bölümleri yer alacaktır. İlk gönderim aşamasında doldurulması gereken yeni formlara "Yazım Kuralları" ve "Makale Gönderim Süreci" sayfalarımızdan ulaşılabilir. (Değerlendirme süreci bu tarihten önce tamamlanıp basımı bekleyen makalelerin yanısıra değerlendirme süreci devam eden makaleler için, yazarlar tarafından ilgili formlar doldurularak sisteme yüklenmelidir).  Makale şablonları da, bu değişiklik doğrultusunda güncellenmiştir. Tüm yazarlarımıza önemle duyurulur.

Bursa Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı, Görükle Kampüsü, Nilüfer, 16059 Bursa. Tel: (224) 294 1907, Faks: (224) 294 1903, e-posta: mmfd@uludag.edu.tr