Güneş enerjisi inverterleri, enerji depolama sistemleri ve elektrikli araç şarj altyapılarının yaygınlaşmasıyla birlikte elektrik şebekesi ile çift yönlü etkileşim kuran güç elektroniği cihazlarının sayısı hızla artmaktadır.

Bu cihazların yalnızca ideal 230 V veya 400 V şebeke koşullarında düzgün çalışması yeterli değildir.

Gerçek elektrik şebekesinde;

  • gerilim düşmeleri,
  • gerilim yükselmeleri,
  • kısa süreli kesintiler,
  • frekans sapmaları,
  • faz dengesizlikleri,
  • harmonikler

gibi çok farklı olaylar meydana gelebilir.

Şebekeye bağlı bir inverter veya enerji dönüştürücünün bu koşullar altında nasıl davranacağını laboratuvar ortamında incelemek için şebeke simülatörleri kullanılır.

Enerjinin çift yönlü hareket ettiği modern test sistemlerinde ise rejeneratif şebeke simülatörleri önemli avantaj sağlar.

Şebeke Simülatörü Nedir?

Şebeke simülatörü, gerçek elektrik şebekesinin davranışını kontrollü ve programlanabilir şekilde oluşturabilen gelişmiş bir AC güç kaynağıdır.

Standart bir AC güç kaynağından farklı olarak yalnızca sabit gerilim ve frekans üretmez.

Test sırasında:

  • gerilim seviyesi,
  • frekans,
  • faz açısı,
  • dalga biçimi,
  • harmonik içeriği,
  • geçici gerilim olayları

programlanabilir.

Böylece gerçek şebekede rastgele oluşabilecek elektriksel olaylar laboratuvar ortamında kontrollü ve tekrar edilebilir şekilde oluşturulabilir.

Rejeneratif Şebeke Simülatörü Nedir?

Rejeneratif şebeke simülatörü, klasik şebeke simülatörüne ek olarak çift yönlü enerji akışı sağlayabilen bir güç elektroniği test sistemidir.

Bir güç kaynağı normalde enerjiyi:

Şebeke → Test cihazı → Test edilen ürün

yönünde aktarır.

Ancak şebekeye enerji verebilen bir inverter test edildiğinde enerji ters yönde hareket edebilir:

Test edilen ürün → Şebeke simülatörü → Elektrik şebekesi

Rejeneratif sistem bu geri gelen enerjiyi dirençlerde ısı olarak harcamak yerine şebekeye geri aktarabilir.

Bu özellik özellikle yüksek güçlü ve uzun süreli testlerde önemlidir.

Rejeneratif Sistem Neden Gereklidir?

Örneğin 15 kW gücünde bir fotovoltaik inverter test ediliyor olsun.

İnverterden çıkan enerjinin tamamı klasik bir elektronik yük üzerinde harcanırsa enerji büyük ölçüde ısıya dönüşür.

Bu durumda:

  • elektrik tüketimi artar,
  • laboratuvar sıcaklığı yükselir,
  • klima ihtiyacı artar,
  • yüksek güçlü yük sistemleri gerekir.

Rejeneratif sistemlerde ise test edilen cihazdan gelen enerjinin önemli bölümü tekrar elektrik şebekesine aktarılabilir.

Böylece özellikle uzun süreli yüksek güçlü testlerde enerji tüketimi ve ısı oluşumu azaltılabilir.

Four-Quadrant Çalışma Nedir?

Rejeneratif şebeke simülatörlerinde sık karşılaşılan ifadelerden biri four-quadrant, yani dört bölgeli çalışmadır.

Bu özellik cihazın farklı gerilim ve akım yönlerinde hem:

  • enerji sağlayabilmesini,
  • hem de enerji absorbe edebilmesini

ifade eder.

Bu yapı özellikle çift yönlü çalışan güç dönüştürücülerin test edilmesinde önemlidir.

Örneğin;

enerjiyi iki farklı yönde aktarabilir.

Bu nedenle tek yönlü bir AC kaynak bazı testler için yeterli olmayabilir.

LVRT Nedir?

LVRT, Low Voltage Ride Through ifadesinin kısaltmasıdır.

Türkçede düşük gerilimde çalışmayı sürdürme veya düşük gerilim geçiş testi olarak ifade edilebilir.

Elektrik şebekesinde bir arıza meydana geldiğinde gerilim kısa süreli olarak ciddi şekilde düşebilir.

Örneğin nominal gerilim:

230 V

iken kısa süreli olarak:

160 V, 100 V veya daha düşük

bir seviyeye inebilir.

Şebekeye bağlı inverterlerin belirli koşullarda hemen devreden çıkmak yerine tanımlanan süre boyunca şebekeye bağlı kalması gerekebilir.

LVRT testleri bu davranışın değerlendirilmesini sağlar.

LVRT Testi Nasıl Yapılır?

Şebeke simülatörü normal çalışma geriliminde başlatılır.

Örneğin:

230 V / 50 Hz

koşulu uygulanabilir.

Daha sonra önceden oluşturulan test profiline göre gerilim belirli bir seviyeye düşürülür.

Örneğin:

230 V → 100 V → 230 V

geçişi oluşturulabilir.

Gerilimin düşük seviyede kalacağı süre de programlanabilir.

Bu sırada test edilen cihazın:

  • şebekeye bağlı kalıp kalmadığı,
  • çıkış akımı,
  • koruma davranışı,
  • yeniden toparlanma süresi,
  • güç kontrolü

incelenebilir.

HVRT Nedir?

HVRT, High Voltage Ride Through ifadesinin kısaltmasıdır.

Bu testte şebeke gerilimi nominal seviyenin üzerine çıkarılır.

Örneğin:

230 V → 260 V → 230 V

gibi kontrollü bir gerilim profili uygulanabilir.

Amaç şebekeye bağlı cihazın kısa süreli yüksek gerilim koşullarındaki davranışını değerlendirmektir.

LVRT ve HVRT testleri özellikle yenilenebilir enerji sistemlerinde şebeke uyumluluğu açısından önemlidir.

Gerilim Düşmesi ile LVRT Aynı Şey midir?

Temel fiziksel olay açısından birbirleriyle ilişkilidir ancak test amacı farklı olabilir.

Basit bir voltage sag testi cihazın gerilim düşmesine verdiği genel tepkiyi inceleyebilir.

LVRT ise genellikle şebekeye bağlı enerji üretim veya dönüştürme sistemlerinin belirli gerilim-zaman profilleri karşısında bağlantısını ve çalışma davranışını değerlendirmek amacıyla uygulanır.

Bu nedenle LVRT testi genellikle önceden tanımlanmış bir gerilim profiline göre gerçekleştirilir.

Faz Dengesizliği Nasıl Simüle Edilir?

Gerçek üç fazlı şebekelerde her zaman üç fazın gerilimi tamamen eşit olmayabilir.

Örneğin:

L1 = 230 V
L2 = 210 V
L3 = 195 V

gibi asimetrik bir durum meydana gelebilir.

Gelişmiş üç fazlı şebeke simülatörlerinde her fazın gerilimi ve bazı sistemlerde faz açısı bağımsız olarak kontrol edilebilir.

Bu sayede;

  • tek faz gerilim düşmesi,
  • iki faz gerilim düşmesi,
  • faz dengesizliği,
  • faz açısı değişimi

gibi arıza senaryoları oluşturulabilir.

Frekans Değişimi Testleri

Elektrik şebekesinin yalnızca gerilimi değil frekansı da değişebilir.

Normal çalışma:

50 Hz

iken test sırasında:

49 Hz,
51 Hz,
47 Hz,
53 Hz

gibi farklı değerler uygulanabilir.

Bu sayede inverter veya diğer şebekeye bağlı cihazların frekans değişimlerine nasıl tepki verdiği incelenebilir.

Programlanabilir test profilleri kullanılarak frekansın belirli bir hızla yükselmesi veya düşmesi de simüle edilebilir.

Harmonik Simülasyonu Neden Yapılır?

Gerçek elektrik şebekesi ideal sinüs dalgasından oluşmaz.

Şebekede;

    1. harmonik,
    1. harmonik,
    1. harmonik,
    1. harmonik

gibi farklı frekans bileşenleri bulunabilir.

Gelişmiş şebeke simülatörleri temel sinüs dalgasının üzerine belirli harmonikleri ekleyerek bozulmuş şebeke koşulları oluşturabilir.

Bu test sayesinde cihazın harmonik içeren bir şebekedeki davranışı değerlendirilebilir.

Ara Harmonik Nedir?

Ara harmonikler temel şebeke frekansının tam katı olmayan frekans bileşenleridir.

Örneğin 50 Hz şebekede:

250 Hz tam olarak 5. harmoniktir.

Ancak 270 Hz gibi bir bileşen ara harmonik olarak değerlendirilebilir.

Gelişmiş güç elektroniği ve enerji dönüştürücü sistemlerinde ara harmoniklerin etkisinin de incelenmesi gerekebilir.

Şebeke Kesintisi Nasıl Simüle Edilir?

Programlanabilir şebeke simülatörü çıkış gerilimini kısa süreli olarak sıfıra düşürebilir.

Örneğin:

230 V → 0 V → 230 V

profili uygulanabilir.

Kesinti süresi:

  • birkaç milisaniye,
  • yüzlerce milisaniye,
  • birkaç saniye

olarak programlanabilir.

Bu test UPS, inverter, güç kaynağı ve kontrol sistemlerinin kısa süreli kesintilere nasıl tepki verdiğinin incelenmesinde kullanılabilir.

Sekans Testi Nedir?

Sekans testi, farklı şebeke olaylarının tek bir otomatik test programında arka arkaya uygulanmasını sağlar.

Örneğin:

  1. 230 V / 50 Hz – 10 saniye
  2. 180 V – 2 saniye
  3. 0 V – 200 ms
  4. 260 V – 1 saniye
  5. 230 V / 49 Hz – 10 saniye
  6. Normal çalışma koşuluna dönüş

şeklinde bir senaryo oluşturulabilir.

Bu yöntem manuel ayar ihtiyacını azaltır ve testlerin tekrarlanabilirliğini artırır.

Fotovoltaik İnverter Testlerinde Kullanımı

PV inverterler, güneş panellerinden gelen DC enerjiyi AC enerjiye dönüştürerek elektrik şebekesine aktarır.

Bu nedenle inverterin şebeke tarafındaki davranışı kritik öneme sahiptir.

Şebeke simülatörü kullanılarak;

  • düşük gerilim,
  • yüksek gerilim,
  • düşük frekans,
  • yüksek frekans,
  • harmonik,
  • faz dengesizliği,
  • kesinti

gibi farklı koşullar oluşturulabilir.

İnverterin bu durumlarda verdiği tepki ölçülerek tasarım ve doğrulama çalışmaları gerçekleştirilebilir.

Enerji Depolama PCS Testlerinde Kullanımı

Enerji depolama sistemlerinde kullanılan PCS, yani Power Conversion System, çift yönlü enerji akışına sahip olabilir.

Batarya şarj edilirken enerji:

Şebeke → Batarya

yönünde ilerler.

Batarya deşarj edilirken ise:

Batarya → Şebeke

yönünde enerji aktarılabilir.

Bu nedenle PCS testlerinde dört bölgeli ve rejeneratif şebeke simülatörleri önemli avantaj sağlar.

Aynı test sistemi hem enerji sağlayabilir hem de geri gelen enerjiyi absorbe ederek şebekeye aktarabilir.

Elektrikli Araç Şarj Sistemlerinde Kullanımı

Elektrikli araç şarj cihazlarının şebeke girişinde farklı koşulların test edilmesi gerekir.

Örneğin:

  • düşük şebeke gerilimi,
  • yüksek gerilim,
  • faz dengesizliği,
  • frekans sapması,
  • kısa süreli kesinti

simüle edilebilir.

Çift yönlü V2G sistemlerinde araç bataryasındaki enerji elektrik şebekesine geri aktarılabildiği için rejeneratif çalışma daha da önemli hale gelir.

UPS Testlerinde Kullanımı

UPS sistemlerinin temel görevi şebeke sorunlarında bağlı yükleri korumaktır.

Bu nedenle gerçek şebeke problemlerinin kontrollü biçimde oluşturulması UPS testlerinde oldukça değerlidir.

Şebeke simülatörü ile:

  • düşük gerilim,
  • yüksek gerilim,
  • frekans değişimi,
  • tamamen kesinti,
  • bozulmuş dalga şekli

oluşturularak UPS’in transfer ve koruma davranışları incelenebilir.

Rejeneratif Şebeke Simülatörü ile Programlanabilir AC Kaynak Arasındaki Fark

İki cihaz da kontrollü AC çıkış sağlayabilir.

Ancak temel fark enerji akışındadır.

Programlanabilir AC Güç Kaynağı

Temel olarak test edilen ürüne enerji sağlar.

Rejeneratif Şebeke Simülatörü

Enerji sağlayabildiği gibi test edilen üründen geri gelen enerjiyi de kabul edebilir ve uygun sistemlerde şebekeye geri aktarabilir.

Bu özellik aktif inverter ve çift yönlü güç elektroniği ürünlerinde önemli hale gelir.

Rejeneratif Sistemlerin Enerji Avantajı

Yüksek güçlü güç elektroniği testlerinde enerji maliyeti önemli olabilir.

Örneğin onlarca kilowatt seviyesinde bir inverter uzun süre tam yük altında test edildiğinde önemli miktarda enerji kullanılır.

Enerjinin elektronik yüklerde ısıya dönüştürülmesi durumunda ayrıca soğutma ihtiyacı ortaya çıkar.

Rejeneratif test altyapısı ise geri dönen enerjiyi tekrar şebekeye aktararak toplam laboratuvar enerji tüketimini azaltmaya yardımcı olabilir.

Şebeke Simülatörü Seçerken Nelere Dikkat Edilmeli?

Güç Kapasitesi

Test edilecek cihazın maksimum sürekli ve tepe gücü dikkate alınmalıdır.

AC Gerilim Aralığı

Test sırasında oluşturulacak minimum ve maksimum şebeke gerilimleri desteklenmelidir.

Akım Kapasitesi

Özellikle düşük gerilim ve yüksek güç testlerinde gerekli çıkış akımı kontrol edilmelidir.

Tek Faz ve Üç Faz Desteği

Uygulamaya göre tek faz, üç faz veya her iki çalışma modu gerekebilir.

Rejeneratif Çalışma

Çift yönlü inverter ve enerji depolama sistemlerinde enerji geri besleme özelliği değerlendirilmelidir.

Frekans Aralığı

Farklı şebeke frekanslarının ve frekans sapmalarının oluşturulabilmesi önemlidir.

Harmonik Üretimi

Şebeke bozulmalarının test edilmesi gerekiyorsa harmonik ve ara harmonik oluşturma özellikleri incelenmelidir.

Sekans Programlama

LVRT, HVRT ve karmaşık şebeke hata senaryolarının otomatik gerçekleştirilmesini kolaylaştırır.

Tepki Süresi

Milisaniye seviyesindeki şebeke olaylarının oluşturulacağı testlerde geçiş hızı önemlidir.

Otomasyon

Ethernet ve bilgisayar kontrolü gibi özellikler Ar-Ge ve üretim test sistemlerine entegrasyonu kolaylaştırır.

Ainuo ANRGS Rejeneratif Şebeke Simülatörleri

Unitek Elektrik ürün portföyünde farklı güç ihtiyaçlarına yönelik Ainuo ANRGS serisi rejeneratif şebeke simülatörleri bulunmaktadır.

ANRGS serisi özellikle;

  • fotovoltaik inverterler,
  • enerji depolama PCS sistemleri,
  • elektrikli araç şarj cihazları,
  • çift yönlü güç dönüştürücüler,
  • UPS sistemleri,
  • motor sürücüleri

gibi güç elektroniği ürünlerinin geliştirme ve doğrulama testlerine yönelik kullanılabilir.

Seride farklı güç kapasitelerinin bulunması sayesinde uygulamaya uygun sistem oluşturulabilir.

AC, DC ve AC+DC çalışma seçenekleri ile programlanabilir gerilim, frekans, faz ve dalga biçimi özellikleri farklı şebeke koşullarının laboratuvar ortamında oluşturulmasını sağlar.

Dört bölgeli çalışma özelliği ise çift yönlü enerji akışına sahip sistemlerin test edilmesine imkan verir.

Sonuç

Rejeneratif şebeke simülatörleri, günümüz güç elektroniği test laboratuvarlarının önemli bileşenlerinden biri haline gelmektedir.

Sadece ideal bir elektrik şebekesi oluşturmak yerine;

  • gerilim düşmesi,
  • gerilim yükselmesi,
  • kısa süreli kesinti,
  • frekans değişimi,
  • faz dengesizliği,
  • harmonik bozulma

gibi gerçek dünya koşullarının kontrollü şekilde oluşturulmasını sağlar.

LVRT ve HVRT gibi testler sayesinde özellikle fotovoltaik inverterler, enerji depolama sistemleri ve şebekeye bağlı güç dönüştürücülerin anormal şebeke koşullarındaki davranışları değerlendirilebilir.

Rejeneratif yapı ise çift yönlü çalışan cihazlardan geri gelen enerjinin tekrar şebekeye aktarılmasına imkan vererek özellikle yüksek güçlü ve uzun süreli testlerde daha verimli bir laboratuvar altyapısı oluşturulmasına yardımcı olur.