Search

Due to the population surge on a global scale and increased mobility needs of people, transportation vehicles has became an even important requirement day by day, and the number of vehicles in traffic continues to increase rapidly. Thus, the use of vehicles with conventional internal combustion engines with gasoline and diesel fuel is not be sustainable due to both their contribution to environmental pollution and limited fuel reserves in nature. Therefore, many developed countries support the work on electric vehicle design and production, and also prepare regulations on tax subsidies and stricker regulations to expand the use of the electric vehicles. On the other hand, the researchers’ interest on the electrical vehicle design has been in increase, and the related literature shows continuous growth. In this paper, a comprehensive literature survey on the mechanical powertrain structures, electric motors, motor driver circuits, batteries, battery management systems and charging systems used in electrical vehicles are presented, and the recent developments on these systems and components technologies are also discussed., Küresel ölçekte nüfus artışı ve insanların artan hareketlilik ihtiyaçları sonucunda, gün geçtikçe ulaşım araçları daha önemli bir gereksinim haline gelmekte ve buna bağlı olarak trafiğe çıkan araç sayısı hızla artmaya devam etmektedir. Böylece, benzin ve dizel yakıtlı geleneksel içten yanmalı motorlara sahip araçların kullanımı, hem çevre kirliliğine sebep olmaları hem de doğadaki fosil yakıt rezervlerinin sınırlı olmasından dolayı sürdürülebilir olmaktan çıkmaktadır. Bu durum karşısında, birçok gelişmiş ülke, elektrikli araç tasarımı ve üretimi üzerine çalışmaları desteklemektedir. Ayrıca, bu ülkeler elektrikli araç kullanımının yaygınlaşması için vergisel avantajlar ve zorlayıcı önlemler üzerine mevzuat düzenlemeleri yapmaktadır. Diğer taraftan, araştırmacıların elektrikli araç tasarım çalışmalarına ilgisi artmakta ve konu üzerine literatür sürekli bir gelişim göstermektedir. Bu makalede, elektrikli araçlarda kullanılan, mekanik güç aktarma yapıları, elektrik motorları, motor sürücü devreleri, bataryalar, batarya yönetim sistemleri ve şarj sistemleri hakkında kapsamlı bir literatür taraması sunulmuş, ayrıca bu sistemler ve bileşenleri üzerine son teknolojik gelişmeler tartışılmıştır.

Today, power electronic-based loads, which draw harmonically distorted currents, are widely used in the industrial distribution systems. Thus, line currents and bus voltages have high harmonic distortion levels. It is known in the literature that harmonics cause adverse effects such as loss increase in power system equipment, decrease of power factor, torque pulsations in rotating electric machines, malfunction of measurement and protection devices. Accordingly, to reduce these adverse effects, harmonic mitigation devices as passive and active filters are widely employed by consumers and utilities. For designing passive filters, it is conventionally aimed to achieve different goals as minimization of current and / or voltage total harmonic distortion, power factor maximization and minimization of filter cost and losses while keeping individual / total harmonic distortion levels and power factor in the recommended intervals defined by international standards. On the other hand, recent studies in the literature have designed optimal passive filters to maximize transformer’s loading capacity under harmonic distortion conditions while considering conventional optimal passive filter design constraints. In this study, firstly, for the solution of the optimal C-type passive filter design problem, which aims to maximize the loading capacity of the transformer in a typical industrial power system with harmonic distortion, the big bang big crunch, ant lion optimization and dragonfly optimization algorithms was comparatively evaluated in terms of their results and speed. And then, the performance of the designed optimal passive filter was analysed for the cases where the total harmonic distortion of the source, line impedance’s magnitude, and line impedance’s X/R ratio change., Günümüzde, endüstriyel tesislerin bulunduğu dağıtım sistemlerinde harmonik bozulmaya sahip akım çeken güç elektroniği temelli yükler yaygın olarak kullanılmaktadır. Dolayısıyla, bu sistemlerde hat akımları ve bara gerilimleri yüksek değerlerde harmonik bozulmaya sahiptir. Harmoniklerin, güç sistem elemanlarında kayıp artışı, güç faktöründe düşüş, dönen elektrik makinalarında moment dalgalanmaları ile ölçüm ve koruma elemanlarının hatalı çalışması gibi olumsuz etkilere sebep olduğu literatürde bilinmektedir. Bu olumsuz etkileri azaltmak amacıyla harmonik bozulmayı iyileştiren pasif ve aktif filtreler tüketiciler ve enerji servis sağlayıcılar tarafından yaygın olarak uygulanmaktadır. Pasif filtrelerin tasarımında geleneksel olarak, her bir harmonik ve toplam harmonik bozulma seviyelerini ve güç faktörünü uluslararası standartlarda tavsiye edilen aralıklarda tutmanın yanı sıra akım ve/veya gerilim toplam harmonik bozulma indislerinin minimizasyonu, güç faktörünün maksimizasyonu, filtre maliyeti ve kayıplarının minimizasyonu amaçlanmıştır. Diğer taraftan, literatürdeki yeni çalışmalar, pasif filtreleri, geleneksel harmonik bozulma ve güç faktörü kısıtlarını dikkate alarak, transformatörlerin harmonik bozulma şartlarında yüklenme kapasitesini maksimize etmek amacıyla tasarlamıştır. Bu çalışmada, öncelikle, harmonik bozulmaya sahip tipik bir endüstriyel güç sistemi için transformatör yüklenme kapasitesinin maksimizasyonunu amaçlayan optimal C tipi pasif filtre tasarım probleminin çözümünde, büyük patlama büyük çöküntü, karınca aslanı optimizasyon ve yusufçuk optimizasyon algoritmaları sonuç ve hız bakımından karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Daha sonra, tasarlanan optimal pasif filtrenin performansı, kaynağa ait toplam gerilim harmonik bozulmanın, hat empedansı genliğinin ve hat empedansı X/R oranının değişkenlik gösterdiği durumlar için analiz edilmiştir.

Balcı, Murat Erhan (Balıkesir Author), This paper examines the concept of apparent power: It advocates the idea that the apparent power quantifies an ideal situation that represents optimum energy flow conditions not only for the energy supplier, but for the consumers as well. Different apparent power definitions were evaluated based on the simulation of a typical power network that supplies linear and nonlinear loads. The effects of different methods of nonactive power compensation on the power factor, unbalance, harmonic distortion, motor power losses and converters voltage ripple are analyzed. It was concluded that the present apparent power definition needs improvement, a mathematical expression that will favor in equal measure the provider and the user of electric energy., Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK)

Bu tezde; sinüzoidal olmayan dengeli ve dengesiz güç sistemleri için literatürde var olan görünür güç tanımları ve güç ifadeleri, gözden geçirilmiş ve en iyi dengeli kapasitif kompanzasyon bakımından niceliksel biçimde analiz edilmiştir. Sonuçlar; sinüzoidal olmayan ve dengesiz şartlarda görünür güç tanımlarının ya sistem veriminin ölçülmesini dikkate aldığı ya da güç sistem elemanlarının boyutlandırılmasında araç olarak kullanılabilmeye uygun olduğunu göstermiştir. Ayrıca en iyi dengeli kapasitif kompanzatör gücü hakkında bilgi veren ve güç sistemlerinde bulunan harmonik üreten yüklerin tespitinde kullanılabilen bir güç ifadesinin gerekliliği görülmüştür.Tezin ileriki bölümlerinde; bu ihtiyaçları gideren yeni bir güç ifadesi sinüzoidal olmayan-dengeli gerilim ile sinüzoidal olmayan-dengesiz akımların bulunduğu tek faz ve üç faz-üç iletkenli sistemler için önerilmiştir. Bu güç ifadesinin reaktif güç bileşeninin en iyi dengeli kapasitif kompanzatörün çektiği gücü verdiği simülasyon temelli karşılaştırmalı analizlerle gösterilmiştir. Bunun yanında en iyi dengeli kapasitif kompanzatörde bulunan özdeş kondansatörlere ait plaka gücünün seçimi için bir hesap metodu reaktif güç kontrol rölelerine uygulanmak üzere geliştirilmiştir. Bu geliştirilen güç faktörü iyileştirme metodunun reaktif güç rölelerinde uygulanan klasik metotlara göre avantajları örnek bir sistemde yapılan simülasyon temelli karşılaştırmalı analizlerle gösterilmiştir.Yeni güç ifadesinin kaydırılmış iletkenlik güç bileşeninin harmonik üreten yüklerin tespit edilmesinde araç olarak kullanılabilirliği ölçüm temelli istatistiksel analizlerle gösterilmiştir. Bu sonuç tipik dağıtım sisteminde gerilim harmoniklerinin çeşitli açı değerleri ile hattın çeşitli X/R oranları için diğer metot ve indislerinde dikkate alındığı karşılaştırmalı analizlerle desteklenmiştir. In this thesis, the apparent power definitions and their resolutions for nonsinusoidal balanced and unbalanced systems are reviewed and quantitatively analysed with respect to optimum balanced capacitive compensation. It is found that the apparent power definitions either consider to mesaure the system efficiency or are used to be a tool for the sizing of the power system equipment. It is also seen that there is a groving need for a power resolution of the apparent power that provides information on the optimum balanced capacitive compensator and aims to become a tool for the detection of harmonic producing loads of the system.In the further chapters of the thesis, a power resolution, which fullfils these requirements, is proposed for the single-phase and three-phase & three-line systems, which contain nonsinusoidal & balanced voltages and nonsinusoidal & unbalanced currents. It is figured out from the comparative analysis based on simulations that the reactive power component of the new power resolution gives the power of the optimum balanced capacitive compensator. In addition to that, a calculation method of the name plate power of the identical capacitors of the optimum balanced capacitive compensator is proposed for the application to reactive power control relays. The advantages of the developed power factor improvement method against the classical methods, already implemented in the relays, are shown by means of a comparative analysis in a representative test system.By using statistical analysis based on an actual measurements, it is pointed out that the scattered conductance power component of the new power resolution can be used as a tool for the detection of the harmonic producing loads. In a typical distribution system, this result is also consolidated by means of comparative analysis against other methods and indices for the various phase angles of the voltage harmonics and X/R ratios of the line. 145

IV ÖZET Son yıllarda güç kalitesi kavramı üzerine olan ilgi güç sistemlerinin verimliliğinin güç kalitesi olaylarının başarılı olarak ele alınmasına bağlı hale gelmesinden ve müşterilerin daha bilinçli olmasından dolayı artmaktadır. En önemli güç kalitesi olaylarından biride güç elektroniği cihazlarının kullanımının yaygınlaşmasından kaynaklanan gerilim ve akım dalga formundaki bozulmalardır. Burada sunulan çalışmaların ana konusu olan güç sistemlerindeki bozulmuş dalga formları genel olarak harmonik teorisi kullanılarak analiz edilir. Dolayısıyla bu çalışmanın ilk bölümünde; güç kalitesi problemlerine bilhassa harmoniklerin üzerinde durularak genel bir bakış yapılmıştır. İkinci bölümde ise harmonik domenindeki güç tanımlan ve harmonik üreten yüklere ait modeller hakkında literatür taraması sunulmuştur. Daha sonra, literatürde sinüzoidal olmayan şartlar için oluşturulmuş güç tanımlan diferansiyel durum denklemleri ile elde edilen gerçekçi bir yük modeli ile kaynak empedansının etkisi dikkate alınarak analiz edilmiştir. Oluşturulan gerçekçi yük modeli yardımıyla yük gerilimi ve hat akımına ait kapalı form ifadeler elde edilmiştir. Bu ifadeler kullanılarak geleneksel harmonik yük modelleri olan Sabit Akım Kaynağı ve Norton modellerinin geçerliliği parametrik analizlerle incelenmiştir. Sonuç olarak; Fryze, Shepherd ve Zand, Sharon ve Czarnecki tarafından önerilen güç tanımlannm kaynak verimine yönelik doğru bilgiler sağlandığı görülmüştür. Shepherd ve Zand'ın güç bileşenlerinin hattın yüklenme şartlannın anlaşılmasında yararlı olduğu anlaşılmıştır. Bunlara ek olarak; her iki harmonik üreten yüklere ait modelin harmonik analizlerinde rahatlıkla kullanılabileceği tespit edilmiştir. Her iki modelin incelenen durumlar için gerçekçi model ile karşılaştırdığında küçük yüzdelerde hatalar yaptığı elde edilen sonuçlardan açıkça görülmektedir. Sonuç olarak; Sabit Akım Kaynağı modeli kullanımı daha kolay olduğu için Norton modelinden daha fazla tercih edilebilir. V SUMMARY It is already known that, in the last decades, great interests have been focused on power quality concept, mainly due to the fact that customer awareness on the subject has been gradually increased and also effective utilisation of the network has become largely depend on successful handling of the power quality events. One of the most important power quality events is distortion on the voltage and current waveforms, which is primarily caused by large proliferation of power electronics devices. The distorted waveforms of the power system, which is the main subject of the studies presented here, is generally analysed by using harmonic theory. Accordingly, in the first part of the study, a general overview on the power quality problems is provided giving particular emphasis to the harmonics. In the second part, a thorough literature survey on power definitions on harmonic domain and harmonic load models are presented. Consequently, power definitions for nonsinusoidal conditions in existing literature are analysed using a realistic load model, which is determined via differential state equations, and considering the effect of source impedance. By using developed realistic model, closed form expressions of the load voltages and line currents are determined. Furthermore validity of traditional harmonic load models, namely; Constant Current Source and Norton models, are investigated through parametric analyses. It is concluded that, power definitions proposed by Fryze, Shepherd and Zand, Sharon, and Czarnecki provide correct information regarding the source efficiency. Power decomposition according to Shepherd and Zand can also be useful to understand line loading conditions. In addition to these, it is found that, both harmonic load models could fairly be used for harmonic analysis. It is evident from results that errors, when evaluated against to the realistic model, are in the order of a few percent for both models for the considered cases. Therefore usage of Norton models maybe discouraged due to its complexity. 130