T.C. NĠĞDE ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI

Transkript

1 YÜKSEK LĠSANS TEZĠ H. YILDIZ, 0 NĠĞDE ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ T.C. NĠĞDE ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI HABERLEġME GECĠKMELERĠNĠN YÜK FREKANS VE JENERATÖR UYARMA KONTROL SĠSTEMLERĠNĠN KARARLILIĞINA OLAN ETKĠLERĠNĠN ARAġTIRILMASI HANĠFĠ YILDIZ Ağuto 0

2

3 T.C. NİĞDE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI HABERLEŞME GECİKMELERİNİN YÜK FREKANS VE JENERATÖR UYARMA KONTROL SİSTEMLERİNİN KARARLILIĞINA OLAN ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI HANİFİ YILDIZ Yükek Lian Tezi Danışman Doç. Dr. Saffet AYASUN Ağuto 0

4

5 ÖZET HABERLEŞME GECİKMELERİNİN YÜK FREKANS VE JENERATÖR UYARMA KONTROL SİSTEMLERİNİN KARARLILIĞINA OLAN ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI YILDIZ, Hanifi Niğde Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü Elektrik-Elektronik Mühendiliği Anabilim Dalı Danışman: Doç. Dr. Saffet AYASUN Ağuto 0, 66 ayfa Elektrik güç itemlerinde kullanılan ölçüm cihazları ve data iletiminde kullanılan haberleşme itemlerinden dolayı ihmal edilemeyecek büyüklükte zaman gecikmeleri gözlenmektedir. Bu zaman gecikmeleri itemin dinamik performanını olumuz etkilemekte ve kararızlıklara neden olmaktadır. Bu yükek lian tez çalışmaı iki aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamaında; Yük Frekan Kontrol Sitemlerinde zaman gecikmeinin item kararlılığına etkii Matlab/Simulink programı kullanılarak araştırılmıştır. İkinci aşamaında; jeneratör uyarma kontrol itemlerinde ie literatürde bulunan Rekaiu Metodu kullanılarak teorik olarak itemin kararlı olacağı makimum zaman gecikmei heaplanmış ve bulunan teorik onuçlar Matlab/Simulink programı kullanılarak doğrulanmıştır. Simülayon onuçları ile teorik olarak heaplanan makimum zaman gecikmelerinin doğru bir şekilde heaplandığı belirlenmiştir. Anahtar Sözcükler: Yük Frekan Kontrolü, Jeneratör uyarma Kontrol Sitemi, Otomatik Üretim Kontrolü, Kararlılık, Zaman Gecikmei, Rekaiu Metodu, MATLAB/SIMULINK, Haberleşme Gecikmei. iii

6 SUMMARY INVESTIGATION OF THE EFFECTS OF COMMUNICATION TIME DELAYS ON THE STABILITY OF THE LOAD-FREQUENCY AND GENERATOR EXCITATION CONTROL SYSTEMS YILDIZ, Hanifi Nigde Univerity Graduate School of Natural and Applied Science Department of Electric Power Sytem Supervior : Aoc. Prof. Dr.Saffet AYASUN Augut 0, 66 page In electrical power ytem, large time delay that cannot be ignored are oberved becaue of meaurement device and communication ytem ued for data tranfer. Thee time delay adverely affect the dynamic performance of the ytem and caue intabilitie. Thi thei include two main ection. In the firt ection, the effect of time delay on the tability of load-frequency control ytem are invetigated by uing Matlab/Simulink. In the econd ection, the delaymargin for tability are theoretically determined by uing Rekaiu method and theoretical reult are verified by Matlab/Simulink. Keyword: Load frequency control, automatic generation control, tability, time delay, Rekaiu ubtitution, MATLAB/SIMULINK, delay margin. iv

7 TEŞEKKÜR Niğde Üniveritei Mühendilik-Mimarlık Fakültei Elektrik-Elektronik Mühendiliği Bölümü nde 00-0 Eğitim-Öğretim yılında hazırlanan bu tez çalışmaında; bilgi, tecrübe ve deteğini benden eirgemeyen danışmanım Doç. Dr. Saffet AYASUN a, Niğde Üniveritei Elektrik-Elektronik Mühendiliği bölümündeki değerli öğretim elemanlarına, maddi ve manevi detekleri ile her zaman yanımda olan aileme teşekkürlerimi unarım.. v

8 İÇİNDEKİLER ÖZET... iii SUMMARY...iv TEŞEKKÜR...v İÇİNDEKİLER... vi ŞEKİLLER DİZİNİ... viii TABLOLAR DİZİNİ...x KISALTMALAR DİZİNİ... xi BÖLÜM GİRİŞ... BÖLÜM YÜK-FREKANS VE OTOMATİK ÜRETİM KONTROLÜ...3. Yük-Frekan Kontrolü Jeneratör Modeli Yük Modeli Türbin Modeli Hız Kontrol Ünite Modeli...7. Otomatik Üretim Kontrolü..... Tek Bölgeli Sitemde AGC..... Çok Bölgeli Sitemde AGC Uygulamaı...4 BÖLÜM 3 TÜRKİYE ULUSAL ELEKTRİK ŞEBEKESİNDE KULLANILAN SCADA/EMS SİSTEMİ SCADA Sitemi Ulual Yük Dağıtım Merkezinde Kullanılan SCADA/EMS Sitemi Yeni Ulual Yük Dağıtım Siteminin Yapıı İletişim Sitemi Uzak Terminal Birimleri (RTU) Enerji Yönetim Sitemi (EMS) Yeni Ulual Yük Dağıtım Siteminin Fonkiyonları Ulual Yük Dağıtım Siteminin Genişletilmei Çalışmaları SCADA Siteminde Kullanılan Haberleşme Yöntemleri Gerilim Hatları Kiralanmış Hatlar Radyo Haberleşmei Uydu İletişimi Fiber Optik Kablo...30 vi

9 3.3.6 Kablouz (Wirele) Haberleşme İletişim Gecikmeinin Sebepleri...3 BÖLÜM 4 ZAMAN GECİKMELİ YÜK FREKANS KONTROLÜNÜN MATLAB/SİMULİNK ANALİZİ Haberleşme Gecikmeli Otomatik Üretim Kontrol Sitemi Zaman Gecikmeli Yük Frekan Kontrolünün MATLAB/Simulink Analizi 37 BÖLÜM 5 ZAMAN GECİKMELİ UYARMA KONTROL SİSTEMLERİNİN REKASİUS METODU İLE KARARLILIK ANALİZİ Jeneratör Uyarma Sitemi Zaman Gecikmeli Jeneratör Uyartım Sitemi Modeli Gecikmenin Sitem Kararlılığına Etkii Rekaiu Metodu Makimum Zaman Gecikmeinin Rekaiu Metodu İle Teorik Olarak Heaplanmaı Zaman Gecikmeli Jeneratör Uyarma Kontrol Siteminde Makimum Zaman... Gecikmeinin Rekaiu Metodu İle Heaplanmaı Ve Kazançlarının Makimum Zaman Gecikmeine Etkii Teorik Sonuçların MATLAB/Simulink İle Doğrulanmaı...58 SONUÇ...63 KAYNAKLAR...65 vii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil. Senkron jeneratör için LFC ve AVR diyagramı...3 Şekil. Jeneratör blok diyagramı...5 Şekil.3 Jeneratör ve yük blok diyagramı...5 Şekil.4 Jeneratör ve yük blok diyagramı...6 Şekil.5 Tekrar ııtılmayan buhar türbinleri için blok diyagramı...6 Şekil.6 Hız kontrol ünite itemi...8 Şekil.7 Hız kontrol ünitei kalıcı durum hız karakteritikleri...8 Şekil.8 Buhar türbini için hız kontrol itemi blok diyagramı...9 Şekil.9 İzole edilmiş güç itemi için LFC blok diyagramı...0 Şekil.0 LFC blok diyagramı, giriş P ( ) çıkış ( ) L Ω... Şekil. İzole edilmiş güç itemi için AGC blok diyagramı...3 Şekil. İzole edilmiş güç itemi için AGC eşdeğer blok diyagramı...3 Şekil.3 İki bölgeli güç itemi...4 Şekil.4 İki bölgeli güç itemi için eşdeğer devre...4 Şekil.5 İki bölgeli bir item için yük-frekan kontrol blok diyagramı...7 Şekil.6 İki bölgeli item için AGC blok diyagramı...8 Şekil 3. SCADA iteminin genel yapıı...0 Şekil 3. TEİAŞ Milli yük tevzi iteminin genel yapıı... Şekil 4. İki bölgeli veri iletim zaman gecikmei içeren yük-frekan kontrol..iteminin blok diyagramı...34 Şekil 4. Zaman gecikmeli itemin kararlılığının τ zaman..gecikmeine göre değişimi...36 Şekil 4.3 Kontrol iteminin imulink modeli...38 Şekil 4.4 İntegral kontrol yokken itemin benzetim cevabı...38 Şekil 4.5 İntegral kontrol yokken Pm Pm ve P onuçları...39 Şekil 4.6 İntegral kontrollü itemin imulink modeli...39 Şekil 4.7 İntegral kontrol varken itemin benzetim cevabı...40 Şekil 4.8 İntegral kontrol varken Pm Pm ve P onuçları...40 Şekil 4.9 Makimum integral kazanç değerinde benzetim onucu K*= Şekil 4.0 Kı=0.75 için itemin kararız çıkış onucu...4 viii

11 Şekil 5. Uyarma kontrol itemi...43 Şekil 5. Kapalı çevrim kontrol itemi...45 Şekil 5.3 Zaman gecikmeli itemin kararlılığının τ zaman gecikmeine göre..değişimi...48 Şekil 5.4 Zaman gecikmeli jeneratör uyarma kontrol itemin Matlab/Simulink modeli...58 Şekil 5.5 K P =0., K I =0.5 ve τ =0.545 n değeri için ınırda kararlı...60 Şekil 5.6 K P =0., K I =0.5 ve τ =0.6 n değeri için kararız...60 Şekil 5.7 K P =0., K I =0.5 ve τ = n değeri için kararlı...6 Şekil 5.8 K P =0.7, K I = ve τ =0.065 n değeri için ınırda kararlı...6 Şekil 5.9 K P =0.7, K I = ve τ = n değeri için kararız...6 Şekil 5.0 K P =0.7, K I = ve τ = 0.98 n değeri için kararlı...6 ix

12 TABLOLAR DİZİNİ Tablo 3. Sitemdeki toplam iletişim gecikmeleri...3 Tablo 4. AGC item modeli değerleri...37 Tablo 4. Farklı Kı değerlerinde makimum τ* değerleri...4 Tablo 5. Zaman gecikmeli jeneratör uyarma kontrol itemi tranfer fonkiyonları katayıları...54 Tablo 5. Rekaiu metoduyla farklı Kı ve Kp değerleri için heaplanmış olan Makimum zaman gecikme ınırı τ * (n) Tablo 5.3 Makimum gecikme ınırını içeren benzetim onuçları...59 x

13 KISALTMALAR SCADA: Superviory Control And Data Acquiition- İzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sitemi EMS : Energy Managment Sytem Enerji Yönetim Sitemi AGC : Automatic Generation Control- Otomatik Üretim Kontrolü LFC : Load-Frequency Control-Yük-Frekan Kontrolü AVR : Automatic Voltage Regulator-Otomatik Voltaj Regülatörü RTU : Remote Terminal Unit -Uzak Uç Birim BKM : Bölgeel Kontrol Merkezi LAN : Local Area Network -Yerel Alan Ağı MKM : Milli Kontrol Merkezi ADKM : Acil Durum Kontrol Merkezi xi

14 BÖLÜM I GĠRĠġ Elektrik güç itemlerinde yük talebinin değiģimi onucu itemin nominal frekanında itenmeyen değiģimler gözlenmektedir. Üretimin talebi karģılayabilecek düzeylerde olmaı için kontrol itemleri kullanılmaktadır. Kontrol itemlerinde kullanılan ölçüm cihazları ve data iletiminde kullanılan haberleģme itemlerinden dolayı ihmal edilemeyecek büyüklükte zaman gecikmeleri gözlenmektedir. Bu zaman gecikmeleri itemin dinamik performanını olumuz etkilemekte ve kararızlıklara neden olmaktadır [-]. Otomatik üretim kontrol itemleri, aktif ve reaktif güç taleplerini frekan ve gerilimi abit tutarak karģılamak için üretim miktarını ayarlamaktadır. Ancak, veri iletim zaman gecikmeleri nedeniyle üretim miktarı zamanında ayarlanmadığından itemin performanı olumuz olarak etkilenmekte ve item kararızlaģmaktadır [-6]. Sitemin ınırda kararlı olacağı makimum zaman gecikmeinin heaplanmaı, itemin güvenilir ve kararlı bir biçimde yük-frekan kontrolünün yapılabilmei için önemlidir. Yük Frekan Kontrolü (Load-Frequency Control, LFC) ve Otomatik Voltaj Regülatörü (Automatic Voltage Regulator, AVR) itemlerindeki kontrol inyallerinin zaman gecikmeleri, açık ve gürültülü haberleģme itemleri kullanıldığında önemli derecede artmaktadır [3,4]. LFC ve AVR itemlerindeki haberleģme gecikmeleri 5-5 n değerlerinde olmaktadır [6]. HaberleĢme gecikmelerinin değeri fizikel haberleģme ağları (fiberoptik kablo, dijital mikrodalga ağları, güç iletim hatları, telefon hatları, uydu vb.) [] bundan baģka kullanılan gönderme protokolü, haberleģme ağ yoğunluğu (tıkalı, yavaģ çalıģan) ve fazör paket boyutuna bağlı olarak da değiģir. Sonuç olarak gecikme değeri belirli değerler araında ratgele değiģir. Bu nedenle, itemin kararız hale gelmeden tolere edebileceği zaman gecikmeinin ınır değeri olarak bilinen makimum zaman gecikmeini heaplamak gerekir. Gecikme ınır değeri bilgii, zaman gecikmeinin neden olabileceği etkiye engel olabilmek için kontrolör taarımında yardımcı olmaktadır.

15 Bu yükek lian tez çalıģmaında; Yük Frekan Kontrol Sitemlerinin MATLAB/SIMULINK programı kullanılarak zaman gecikmeinin item kararlılığına etkii araģtırılmıģ ve Jeneratör Uyarma Kontrol Sitemlerinde literatürde bulunan Rekaiu Metodu kullanılarak teorik olarak itemin kararlı olacağı makimum zaman gecikmei heaplanmıģ ve bulunan teorik onuçlar MATLAB/SIMULINK programı kullanılarak doğrulanmıģtır. Simülayon onuçları ile teorik olarak heaplanan makimum zaman gecikmelerinin doğru bir Ģekilde heaplandığı belirlenmiģtir. Bu tezin diğer bölümleri aģağıdaki biçimde düzenlenmiģtir. Bölüm II de Yük-Frekan ve Otomatik Üretim Kontrolü konularında temel bilgiler unmaktadır. Bölüm III te Türkiye Ulual Elektrik ġebekeinde Kullanılan SCADA/EMS Sitemleri, bu itemlerde kullanılan haberleģme çeģitleri ve gözlemlenen gecikmeler konularında bilgiler yer almaktadır. Bölüm IV te Zaman Gecikmei içeren otomatik üretim kontrol iteminin Matlab/Simulink programı ile yapılan kararlılık analizleri unulmuģtur. Bölüm V te ie zaman gecikmeli uyarma kontrol iteminin kararlılık analizi bulunmaktadır. Son olarak Bölüm VI da onuç ve öneriler verilmiģtir.

16 BÖLÜM II YÜK-FREKANS VE OTOMATĠK ÜRETĠM KONTROLÜ.. Yük-Frekan Kontrolü Güç iteminin yeterli kapaitede çalıģabilmei için frekan abit kalmalıdır. Yük Frekan Kontrolü (LFC) uygulamaının amaçları; item frekanını abit tutmak, jeneratörler araında yükü paylaģtırmak ve bağlantı hattında planlanan enerji alıģveriģini ağlamaktır. LFC iteminin modeli ġekil. de bulunmakta olup, çalıģma itemi; bağlantı noktaındaki aktif güç değiģimi ( P g ) ve frekan değiģimi ( f ), rotor açıındaki değiģimlerin ölçümleri ile belirlenir. Hatalı inyal, örneğin f ve P tie, yükeltilip, karıģtırılarak aktif güç yetki inyaline ( oluģacak artıģ için tahrik makineine inyal gönderilir [7-9]. PV ) dönüģtürülür ve böylece torkta Tahrik itemi Otomatik Gerilim Düzenleyici (AVR) Jenerayon alanı Gerilim Senörü Türbin G P V P, G Q G Valf Kontrol Mekanizmaı Valf Kontrol Mekanizma P C P tie Yük Frekan Kontrolü (LFC) Frekan enörü ġekil. Senkron jeneratör için LFC ve AVR diyagramı 3

17 Bundan dolayı, tahrik makinei, jeneratör çıkıģından P g miktarında bir değiģim vererek, belirli toleranlar dahilinde f ve P tie değerlerinde değiģikliğe neden olur. Bir kontrol iteminin taarımı ve analizi yapılırken ilk yapılmaı gereken Ģey, itemin matematikel modelinin gerçekleģtirilmeidir. Bu modellerden yaygın olarak kullanılanlardan biri tranfer fonkiyonu metodu diğeri de durum değiģken yaklaģımı metodudur [7]. Durum değiģken yaklaģımı metodu, lineer olmayan itemlere de uygulanabilir. Tranfer fonkiyonu ve lineer durum eģitliklerini kullanabilmek için, item öncelikle lineer duruma getirilmelidir. Sitemin tanımlanmaı için, matematikel eģitliklerle uygun varayımlar ve yaklaģımlar yapılarak, item lineer duruma getirilir. Böylece, birbirini takip eden bileģenler elde etmek için tranfer fonkiyonu modeline ihtiyaç duyulur [7]... Jeneratör modeli Bir enkron makineye alınım denklemi uygulanıra, küçük bir yanılmayla; H d P dt m P e (.) veya hızdaki küçük apma Ģartları altında; d dt ( P H m P ) e (.) her ünitede hız ile ifade edilen, notayonda kein olmamakla birlikte; d dt ( P m P e ) H (.3) ifadelerini elde ederiz. (.3) denklemine Laplace dönüģümünü uygulanıra; H P P m e (.4) ifadei elde edilir. Yukarıdaki bu ifadenin blok diyagramı ġekil. de göterilmiģtir [7]. 4

18 P m H P e ġekil. Jeneratör blok diyagramı.. Yük modeli Bir güç itemindeki yük, elektrikli cihazların çeģitliliğinden oluģur. Rezitif yüklerde (aydınlatma ve ııtıcı yükleri gibi) elektrikel güç, frekantan bağımızdır. Motor yükleri ie, frekantaki değiģimlere karģı duyarlıdır. Frekantaki bu duyarlılık, bütün hareketli donanımların hız-yük karakteritiklerinin karmaına bağlıdır [7,8]. Karma yükün hız-yük karakteritiği; Pe PL D (.5) Ģeklinde olur. EĢitlikte, frekana duyarlı olmayan yük değiģimi; D ie, frekana PL duyarlı yük değiģimini götermektedir. D yükteki yüzde değiģimin, frekantaki yüzde değiģime oranı olarak verilmektedir. Örneğin, frekanta olabilecek % lik bir değiģim yükte %.6 bir değiģime ebep oluyora D=.6 dır. ġekil.3 te jeneratör blok diyagramı yük modeli ile birlikte göterilmiģtir. ġekil.3 teki bait geri beleme dönüģümü ortadan kaldırılarak, ġekil.4 teki blok diyagramı elde edilebilir [7,8]. P L P m H D ġekil.3 Jeneratör ve yük blok diyagramı 5

19 P L P m H D ġekil.4 Jeneratör ve yük blok diyagramı..3 Türbin Modeli Mekanik gücün kaynağı, genellikle tahrik makinei olarak bilinen, hidrolik antrallerdeki hidrolik türbinler; kömür, gaz, nükleer yakıtların yanmaıyla elde edilen enerjinin buhar türbinlerinde kullanılmaı ve gaz türbinleridir. ġekil.5 teki türbin modeli için; mekanik çıkıģ gücündeki değiģimler ( değiģimlerle ( PV Pm ), buhar valf durumundaki ) bağlantılıdır. Genel karakteritikler içeriinde çok farklı türbin tipleri bulunmaktadır [7,8]. Tekrar ııtma yapılamayan buhar türbinleri için en bait tahrik makinei modelinde tek bir zaman abiti yaklaģımı yapılıra, tranfer fonkiyonu aģağıdaki biçimde ifade edilebilir. G T P m P V T (.6) P V T P m ġekil.5 Tekrar ııtılmayan buhar türbinleri için blok diyagramı Zaman abiti T, genellikle 0. ile.0 aniye araında bir değer alır. 6

20 ..4 Hız kontrol ünite modeli Jeneratörün elektrikel yükü aniden artırıldığında; elektrikel güç, mekanikel güç giriģini aģar. Bu güç yeterizliği, döner itemde depolanan kinetik enerjiden karģılanır. Kinetik enerjide meydana gelen azalma, türbin hızını etkiler ve onuç olarak jeneratör frekanı düģer. Hızdaki bu değiģim türbin yöneticii tarafından hiedilir ki bu durumda türbin giriģ valfinin ayarlanmaı ayeinde, mekanik güç çıkıģı, yeni kalıcı durum hızına getirilerek ağlanır. En önce devreye giren kontrol ünitei Hız Kontrol Üniteidir ki, bunlar dönen flyball ler ayeinde hızı hieder ve hızdaki değiģimi mekanikel hareket ile ağlar. Fakat en modern kontrol ünitelerinde hız değiģimini hietmek için elektronik araçlar kullanılmaktadır [7,8]. ġekil.6 da bir Hız Kontrol Ünitei nin gerekli parçaları Ģematik olarak göterilmiģtir..hız Kontrol Ünitei: Gerekli parçaları, türbin dingili tarafından kullanılan antrifüjlü flyball veya diģli takımlarıdır. Mekanizma, düģey hareketi aģağı ve yukarı yönlerde, orantılı olacak Ģekilde yaparak, hız değiģimini ağlar..bağlantı Mekanizmaı: Bir hidrolik yükeltici ayeinde flyball daki hareket dönüģümü, türbin valflerine gönderilir ve türbin valf hareketinden bir geri beleme ağlanır. 3.Hidrolik Yükeltici: Buhar valflerinin kontrolünün ağlanmaı için, büyük ölçekli mekanikel güçlere ihtiyaç duyulur. Bu yüzden kontrol ünitei hareketleri, hidrolik yükelticilerin birçok aģamaıyla yükek güçlü kuvvetlere dönüģtürülür. 4.Hız DeğiĢtirici: Hız değiģtirici, nominal çalıģma frekanında yükü programlamak için elle yada otomatik olarak kontrol edilebilen bir ervo motordan oluģur. Düzeltme noktaı ayarlanarak, itenilen yük değiģimi nominal çalıģma frekanında programlanabilir. 7

21 M DÜġÜRÜCÜ YÜKSELTĠCĠ YÖNETĠCĠ KONTROLLÜ VALFLER HIZ DEĞĠġTĠRĠCĠ HĠDROLĠK YÜKSELTĠCĠ HIZ YÖNETĠCĠSĠ ġekil.6 Hız kontrol ünite itemi Kalıcı durum için, yük arttığı zaman hızı düģürmek amacıyla, hızın düģmeine izin verecek Ģekilde kontrol üniteleri taarlanmıģtır. ġekil.7 de bir hız kontrol üniteine ait kalıcı durum karakteritiklerini götermektedir [7,8] Hız değiģtirici olacak Ģekilde ayarlanmıģtır.0 P=0.65 pu Hız değiģtirici olacak Ģekilde ayarlanmıģtır.0 P=.0 pu R= P P, pu ġekil.7 Hız kontrol ünitei kalıcı durum hız karakteritikleri P 8

22 Eğrinin eğimi, hız regülayonunu temil etmektedir (R). Hız kontrol üniteleri, ıfırdan tam yüke kadar %5 6 civarında bir hız regülayonuna ahiptir. Kontrol ünite mekanizmaı, bir karģılaģtırıcı gibi davranır. Bu karģılaģtırıcı çıkıģı gücü olan Pg, referan ayar P ile kontrol ünitei hız karakteritiklerinden verilen güç olan ref R araındaki farka eģittir. P g P ref R (.7) ya da düzleminde P g R P ref (.8) Ģeklinde ifade edilir. gücü, hidrolik yükeltici ayeinde buhar valf poziyonu gücü olan PV ye P g dönüģtürülür. Lineer bir iliģki olduğunu farz edelim ve bait bir zaman abiti olduğunu düģünelim. Bu kabuller altında düzleminde iliģkii, P V P g g (.9) Ģeklinde ifade edilir. (.8) ve (.9) eģitlikleri ġekil.8 de göterilen blok diyagramda görülmektedir. ġekil.4, ġekil.5 ve ġekil.8 de yer alan blok diyagramlar bir araya getirilire, güç iteminden izole edilmiģ itemin yük-frekan kontrolünü göteren blok diyagramı elde edilir. Bu blok diyagramı ġekil.9 da verilmiģtir. P ref P g g P V R ġekil.8 Buhar türbini için hız kontrol itemi blok diyagramı. 9

23 P L P ref Pg g PV T Pm H D Hız Regülatörü Governor Dönen kütle ve yük Türbin Jeneratör R ġekil.9 Ġzole edilmiģ güç itemi için LFC blok diyagramı ġekil.9 daki blok diyagramında; yük değiģimi giriģ olarak; P L frekan apmaı da çıkıģ olarak yeniden çizilire, ġekil.0 daki blok diyagram elde edilir. ġekil.0 ndaki blok diyagramın açık-çevrim tranfer fonkiyonu; KG H R H D g T (.0) ve yük değiģimi PL, frekan apmaı olunca kapalı-çevrim tranfer fonkiyonu P H D R L g T g T (.) T P (.) L Ģeklinde ifade edilir. 0

24 P L H D () Türbin R g T ġekil.0 LFC blok diyagramı, giriģ çıkıģ P L Yük değiģimi bir baamak giriģidir, örneğin P P yararlanırak, nın kalıcı durum değeri L L /. Son değer teoreminden lim PL 0 (.3) D R Ģeklinde bulunur. Sitemde frekan-haa yük olmadığı takdirde (D=0), frekantaki kalıcı durum apmaı kontrol ünitei hız regülayonu tarafından belirlenir ve aģağıdaki gibi R (.4) P L ifade edilir. Kontrol ünitei hız regülayonu ile birlikte birçok jeneratör iteme bağlandığı zaman, frekan içindeki kalıcı durum apmaı PL (.5) D R R R n haline gelir. Burada etmektedir. R, R,... R n n adet jeneratörün hız regülayon katayıını ifade

25 . Otomatik üretim kontrolü Eğer itemdeki yük artırılıra, hız kontrol ünitei tarafından yeni yüke göre buhar giriģi değeri ayarlanmadan önce türbin hızı düģer. Hız değerindeki değiģim azaldığında, hata inyali küçülür ve hız kontrol ünitei flyball bileģeni abit hız durumunu ürdürebileceği noktaya doğru yaklaģmaya çalıģır. Fakat bu abit hız ayar noktaı olmayacaktır, adece bir offet durumunu belirtecektir. Hız veya frekanı ayarlamanın bir yolu da, itemin nominal değerinde bir integral kontrolör eklenmeidir. Ġntegral kontrolör ünitei, itemde bir periyot içinde meydana gelen ortalama hataları göterir ve offet durumunun üteinden gelebilir. Bu özelliklerinden dolayı itemi tekrar ayar noktaına döndürebilir, bu yüzden bu integral hareketleri, kalıcı hal durumuna geçiģ olarak iimlendirilir. Bu nedenle item yükünde devamlı olarak meydana gelen değiģimlerde, frekan değeri nominal çalıģma Ģartlarına ayarlanarak, üretimin kontrolü ağlanabilir. Bu çalıģma itemi, Otomatik Üretim Kontrolü (Automatic Generation Control, AGC) olarak adlandırılır [7-9]. Birçok koldan oluģan bir enterkonnekte Ģebekede AGC nin görevi; yükleri itemde bulunan jeneratörlere dağıtmak ve böylece düzgün frekan koģullarını ürdürürken, bağlantı noktalarında meydana gelen zamanlanmıģ güç değiģimlerinin kontrolünü doğru yapmak, makimum ekonomi koģullarını ağlamaktır. Yapılan inceleme zamanla değiģmeyen itemler için geçerlidir ve bu yüzden kalıcı durum baģarıı ağlanmaktadır. Büyük itemlerde meydana gelen geçici arızalar ve acil durumlarda, AGC devre dıģı bırakılır ve diğer acil uygulamalar kullanılır. Bir onraki bölümde, AGC nin bir enterkonnekte güç iteminde olduğunu düģünerek incelemeler yapılacaktır... Tek bölgeli itemde otomatik üretim kontrolü BaĢlıca yük-frekan kontrolü dönüģümlerinde, item yükünde meydana gelen değiģimler, kontrol ünitei hız regülayonuna bağlı olarak kalıcı durum frekan apmaına neden olurlar. Frekan apmaını ıfıra düģürmek için, kalıcı hal geçiģ hareketi ağlanmak zorundadır. Bu hareketi, item üzerinde bir integral kontrolör tanımlanıp, yük referan ayarlarını düzeltmek uretiyle, hız ayar noktaı değiģtirilmiģ olur [7-9].

26 Ġntegral kontrolör, item tipini artırır. Yük-frekan kontrolü itemi, ikinci dönüģüm eklentiiyle ġekil. de göterilmiģtir. P L P ref g P V T Pm H D Governor Türbin Dönen Kütle ve Yük Hız Regülatörü Türbin Jeneratör R K I ġekil. Ġzole edilmiģ güç itemi için AGC blok diyagramı P L H D K I R g T ġekil. Ġzole edilmiģ güç itemi için AGC eģdeğer blok diyagramı Memnun edici bir geçici bir cevap için, integral kontrolör kazancı K I mutlaka ayarlanmalıdır. Paralel kolların birleģtirilmei onucu oluģan eģdeğer devre ġekil. de verilmiģtir. 3

27 ġekil. deki blok diyagram için kapalı çevrim tranfer fonkiyonu yazılıra, gt w P H D K R L g T I (.6) Ģeklinde olur... Çok bölgeli itemde otomatik üretim kontrolü Birçok durumda, jeneratörlerin bir bölümü birbirleriyle yakından kuplajlıdır ve uyum içinde çalıģırlar. Bundan baģka, jeneratör türbinleri aynı cevap karakteritiklerine ahip olmak iterler. Bunun gibi jeneratörlerin bir bölümü uyumludurlar. Bölge kontrolü yerine, yük frekan kontrolü ile tüm itemin tanımlanmaı mümkündür. Çok bölgeli itemlerde otomatik üretim kontrolünün gerçekleģtirilmei için, öncelikle ġekil.3 te bulunan bölgeli item üzerinde çalıģılmalıdır. Enterkonnekte eģdeğer üretim üniteinin bağlantı hattı ile kayıpız olduğu düģünülen ve reaktanı X tie olan iki bölgenin verildiğini farz edelim. Her bir bölge bir voltaj kaynağı ve eģdeğer reaktantan oluģmak üzere ġekil.4 te göterilmiģtir [7,8]. ENH I.Bölge X tie II.Bölge ġekil.3 Ġki bölgeli güç itemi X X X X tie E E ġekil.4 Ġki bölgeli güç itemi için eģdeğer devre 4

28 Normal çalıģma poziyonunda, I.bölgeden II.bölgeye aktarılan aktif güç değeri, E E P (.7) in X X, X X tie X Ģeklinde verilebilir. (.7) eģitliği, bağlantı noktaı için küçük bir apmayla lineer hale dönüģtürülebilir. dp P d 0 P (.8) P nin değeri, baģlangıç çalıģma açıındaki güç açı eğriinin eğimidir Bu durum enkronize edilmiģ güç katayıı olarak tanımlanır. Bu nedenle. dp E E P (.9) 0 d co X 0 eģitliğini elde ederiz. Bağlantı noktaı güç apmaı, bu formdan çıkarılıra; P P (.0) elde edilir. Bağlantı noktaı güç akıģı, akıģın yönüne bağlı olarak bir bölgede yük artıģı, diğer bölgede yük düģüģü olarak ortaya çıkar. AkıĢın yönü, faz açıı farkı ile belirlenmiģtir. Eğer ie güç akıģı; () nolu bölgeden, () nolu bölgeye doğru gerçekleģir. ġekil.5 de iki bölgeli bir itemde ilk çevrimi içeren yük-frekan kontrolü blok diyagramı yer almaktadır. Yük değiģimi P L () nolu bölgede olduğunda; kalıcı durum halinde, her iki bölgede aynı kalıcı hal frekan apmaına ahip olacaklardır. (.) ve P (.) m P PL D P m P D 5

29 6 Mekanik güç değiģimi, kontrol ünitei hız karakteritikleri tarafından belirlenir ve R P m (.3) R P m (.3) eģitlikleri, (.) eģitliğinde yerine konulup nın çözümü yapılıra; D R D R P L B B P L (.4) D R B (.5) D R B B ve B frekan bia faktörleri olarak tanımlanır. Bağlantı noktaındaki güç değiģimi, D R D R P D R P L P L B B B (.6) Ģeklinde elde edilir. Normal çalıģma modu için bait kontrol tratejileri aģağıdaki gibi verilebilir: ) Nominal çalıģma frekanın korunmaı ( 60 Hz ) ) ÇalıĢma programındaki bağlantı hattı akıģının ürdürülmei 3) Her bölgenin kendi yük değiģimini karģılamaı

30 R P L P ref g Hız Regülatörü P V T P m H D Governor Türbin Dönen Kütle ve Yük Türbin Jeneratör ve Yük P P ref g P V P m T H D Governor Dönen Kütle Hız Regülatörü Türbin Jeneratör ve Yük P L R ġekil.5 Ġki bölgeli bir item için yük-frekan kontrol blok diyagramı Her bir bölgenin, bölge kontrol hataını ıfıra çekmeye çalıģtığı yerlerde gelenekel yük-frekan kontrolü, bağlantı hattı bia kontrolüne dayanmaktadır. Her bir bölgenin kontrol hataı (Area Control Error, ACE), bağlantı hattı hataı ve frekanın lineer kombinayonundan oluģur. ACE i n P j ij K i (.7) Bölge bialamaı K i, komģu bölgelerde meydana gelen bir arıza enaında bölgelerin birbirini etkileme miktarını belirler. Bölge bialamaı K i, frekan bia faktörüne eģit eçildiği zaman tüm bölge için itenilen çalıģma performanına ulaģılır, örneğin, Bi D. Bu nedenle, iki bölgeli bir item için ACE; i R i ACE P B ACE P B (.8) 7

31 haline gelir. Böylece P ve P programlanan çalıģma eviyeine ulaģır. Bölge kontrol hataı aktivayon inyallerini kullanarak, referan güç ayar noktalarında değiģikleri oluģturur ve kalıcı hal durumuna ulaģıldığında P ve değerlerini ıfıra götürür. Ġntegratör kazanç abiti, bölgenin kararızlık moduna gitmeini önleyecek kadar küçük eçilmelidir. ġekil.6 da iki bölgeli bir itemin bait AGC blok diyagramı görülmektedir. Blok diyagramı kolaylıkla n -bölgeli bir item için geniģletilebilir. B R P L ACE K I g P V T P m H D Governor Hız Regülatörü Türbin Jeneratör ve Yük P P P ACE K I g Governor P V P m T Türbin P L H D Hız Regülatörü Türbin Jeneratör ve Yük R B ġekil.6 Ġki bölgeli item için AGC blok diyagramı 8

32 BÖLÜM III TÜRKĠYE ULUSAL ELEKTRĠK ġebekesġnde KULLANILAN ĠZLEME, KONTROL VE VERĠ TOPLAMA SĠSTEMĠ (SCADA)/ENERJĠ YÖNETĠM SĠSTEMĠ (EMS) 3. SCADA itemi SCADA adı "Superviory Control and Data Acquiition" kelimelerinin ilk harflerinden oluģmuģtur. Türkçe'ye "Ġzleme, Kontrol ve Veri Toplama Sitemi" olarak çevrilmiģtir. SCADA itemi izleme, danıģma, kontrol ve veri toplama iģlevlerini yerine getirir [0]. SCADA itemi geniģ bir alana yayılmıģ cihazların (elektrik makineleri, keici, ayırıcı, trafo, vb.) bir merkezden bilgiayar aracılığıyla denetlenmeini, izlenmeini, önceden taarlanmıģ bir mantık içinde iģletilmeini ve geniģ zaman birimine ait verilerin aklanmaını ağlayan itemlere verilen genel bir iimdir. ġeki 3. de itemin Ģematik yapıı görülmektedir. Bu item ayeinde, bir teie veya iģletmeye ait tüm elemanların kontrolünden üretim planlamaına, çevre kontrol ünitelerinden yardımcı iģletmelere kadar bütün birimlerin kontrolü ve gözetlenmei ağlanabilir. Bu item, bir dizi elektronik kontrol ünitelerini, endütriyel bilgiayarları veya iģ itayonlarını, uygulama yazılımlarını ve iletiģim bölümlerini içerir [0-]. SCADA ea olarak üç bölümden oluģur:. Remote Terminal Unit (Uzak Uç Birim): Veri toplama ve kontrol uç birimlerini oluģturan itemlerdir.. Communication Sytem (ĠletiĢim Sitemi): Bir bölgeden baģka bir bölgeye karģılıklı olarak, veri veya haberin gönderilmeini ağlayan itemlerdir. 3. Mater Terminal Unit (Kontrol Merkezi Sitemi): GeniĢ bir coğrafi alana yayılmıģ teilerin, bilgiayar ealı bir yapıyla uzaktan kontrol edildiği izlendiği ve yönetildiği yer olarak tanımlanabilir. 9

33 3. Ulual yük dağıtım merkezinde kullanılan SCADA/EMS itemi Ulual Elektrik ġebekeinin gerçek-zamanlı olarak izlenmei amacıyla ilk SCADA/EMS Sitemi 980 lerin onlarında ervie girmiģti. Bu item uzaktan kumanda imkanı bulunmayan bir Gözetimel Denetim ve Veri Toplama (SCADA) ve Enerji Yönetim Sitemi (EMS) idi [0]. Analog Ölçü Noktaları Digital Ölçü Noktaları BĠLGĠSAYARLAR Donanım-Yazılım Ġnan-Makine Arabirimi GiriĢ-ÇıkıĢ Birimleri Kontrol Maaı A R A B Ġ R Ġ M M O D E M A R A B Ġ R Ġ M M O D E M RTU Remote Terminal Unit Bilgi Tolama ve Denetleme Birimi Ġnan-Makine Arabirimi ÇıkıĢlar (yazıcı,çizici ) ANA KONTROL MERKEZĠ ĠLETĠġĠM SĠSTEMĠ Sayıcılar Sayaç Durum Kontrol Noktaları UZAK UÇ BĠRĠM ġekil 3..SCADA iteminin genel yapıı BaĢlangıçta, GölbaĢı ndaki Ulual Kontrol Merkezi ile Adapazarı, ÇarĢamba, GölbaĢı, Ġzmir ve Keban daki beģ Bölgeel Kontrol Merkezine (BKM) ve bunlara bağlı 45 Uzak Terminal Birimini kapayan bu iteme dahil merkez ayıı giderek artırılmıģ ve 78 e yükeltilmiģti. BKM ler SCADA fonkiyonlarına ahip iken, UKM de buna ilaveten Enerji Yönetim Sitemi (EMS) yazılımları da bulunmaktaydı. Bu SCADA/EMS Siteminin zamanla ekimei ve ihtiyaçları karģılamakta yeteriz kalmaı nedeniyle yenilenerek halihazırda ġekil 3. deki yapıya ulaģmıģtır []. 0

34 Tüm Kontrol Merkezlerinde bulunan Gözetimel Kontrol ve Veri Toplama (SCADA) fonkiyonlarına ilave olarak, Milli Kontrol Merkezi ve Acil Durum Kontrol Merkezinde (ADKM) Enerji Yönetim Sitemi (EMS) fonkiyonları da bulunmaktadır. TEĠAġ elektrik Ģebekeinin yönetim ve kontrol için kullanılan mevcut SCADA ve Enerji Yönetim Sitemi (EMS) imkânlarının yenilenmei ve geniģletilmei amacıyla gerçekleģtirilen Ulual Yük Dağıtım Siteminin Yenilenmei ve GeniĢletilmei Projeinin SözleĢmei tarihinde Siemen AG/ Siemen A.ġ. Konoriyumu ile imzalanmıģ ve yeni SCADA/EMS itemi (SINAUT Spectrum) tarihinde ervie alınmıģtır []. TRAKYA YTM ĠSTANBUL K.DOĞU ANADOLU YTM SAMSUN DOĞU ANADOLU YTM ERZURUM K.BATI ANADOLU YTM ADAPAZARI BATI ANADOLU YTM ĠZMĠR MĠLLĠ YTM ANKARA G.DOĞU ANADOLU YTM ELAZIĞ ORTA ANADOLU YTM ANKARA KEPEZ YTM ANTALYA ÇUKUROVA YTM ADANA TEĠAġ Milli Yük Tevzi Siteminin Genel Yapıı

35 ġekil 3.. TEĠAġ Milli Yük Tevzi Siteminin Genel Yapıı 3.. Yeni ulual yük dağıtım iteminin yapıı Ulual Yük Dağıtım Sitemi hiyerarģik bir yapıya ahiptir ve bu hiyerarģinin tepeinde GölbaĢı ndaki Ulual Kontrol Merkezi (UKM) bulunmaktadır. UKM ye bağlı olan 9 Bölgeel Kontrol Merkezi (BKM) Adapazarı, Ġtanbul, Antalya, Ankara, Samun, Adana, Erzurum, Ġzmir ve Keban da kurulmuģtur. Halen, toplam olarak 60 civarında trafo merkezi ve antrallerde bulunan Uzak Terminal Birimleri (RTU) ilgili BKM ye bağlıdır. Bu merkezlerden adedi uzaktan kumanda imkanına ahiptir. Ulual Kontrol Merkezi (UKM) ve Acil Durum Ulual Kontrol Merkezinde (AUKM) SCADA fonkiyonlarına ilaveten EMS yazılımları da bulunmaktadır []. Ulual Kontrol Merkezi, SUN Ultra50 Server ve Ultra0 iģ-itayonlarından oluģan ve Ģebekenin iģletilmei ile ilgili karmaģık heaplamaları yapan UNIX-tabanlı dağıtılmıģ bir bilgiayar itemine ahiptir. UKM deki bilgiayar itemlerinin arızalanmaı durumunda, bu merkezin yedeği olarak TEĠAġ Genel Müdürlük Binaında bir Acil Durum Ulual Kontrol Merkezi (AUKM) kurulmuģtur. Ġlave olarak, Adapazarı, ÇarĢamba, Keban, Ġzmir, Ġkitelli ve GölbaĢı ndaki altı Bölgeel Kontrol Merkezinin her biri, Ultra50 Server ve Ultra0 iģ-itayonlarından oluģan UNIX-tabanlı dağıtılmıģ bilgiayar itemleri ile donatılmıģtır. Bütün kontrol merkezlerinde yükek hızlı (00Mbit) Yerel Alan Ağı (LAN) mevcuttur. UKM ve AUKM de kütle-veri aklama için 7GB RAID-Sitemi kullanılmaktadır.

36 Yedekli bir yapıya ahip olmak amacıyla, kontrol merkezlerinde yedek bilgiayar yapıları kullanılmıģtır. RTU lar, ilgili bölgeel kontrol merkezlerine Telekontrol Arabirimleri (TCI) vaıtaıyla bağlanmıģtır. Kontrol merkezlerindeki bilgiayar itemleri için haa gerçek-zaman, GPS itemleri ile ağlanmaktadır. RTU ların enkronizayonu BKM ler tarafından iletiģim linkleri üzerinden gönderilen enkronizayon inyalleri ile ağlanmaktadır [0-]. 3.. ĠletiĢim itemi Milli Kontrol Merkezi, Acil Durum Kontrol Merkezi ve Bölgeel Kontrol Merkezleri araındaki iletiģim Türk Telekom ġirketinden kiralanan kanallar, uydu kanalları (VSAT) ve TEĠAġ ın kendi fiber optik kanalları üzerinden gerçekleģtirilmektedir [0]. Veri iletiģiminin güvenilirliğinin artırılmaı amacıyla MKM ile BKM ler araında ve BKM ler ile RTU lar araında yedekli iletiģim kanalları kullanılmaktadır. Bölgeel Kontrol Merkezleri ile RTU lar araındaki veri iletiģimi, enerji nakil hatları üzerinden kuranportör (PLC) kanalları, TEĠAġ ın kendi fiber optik kanalları ve Türk Telekom A.ġ. den kiralanan kanallar üzerinden yapılmaktadır. BKM ler ve RTU lar araında 00, 600, 00, 400, 9600 ve 900 bp veri iletiģim hızları kullanılmaktadır. Kontrol Merkezlerinde RTU linkleri Telekontrol Arabirimleri (Telecontrol Interface, TCI) üzerinden noktadan-noktaya (point-to-point) veya multidrop (party-line) yapıda çalıģacak Ģekilde bağlanmaktadır [0-]. Kontrol Merkezleri araında kullanılan veri iletiģim protokolü IEC (ICCP) iletiģim protokolüdür. RTU lar ile kontrol merkezleri araında ie, yeni tip RTU lar için IEC iletiģim protokolü, eki RTU lar için de F4F iletiģim protokolü kullanılmaktadır. RTU iletiģim linklerinin ve kontrol merkezleri araı iletiģim linklerinin çalıģma durumları izlenmekte ve iletiģim itatitikleri, iletiģim linklerinin kaliteini takip amacıyla arģivlenmektedir. Kontrol Merkezleri araındaki veri iletiģimi, 64 kpp hızında çalıģan TEĠAġ ın kendi fiber optik kanalları, Türk Telekom A.ġ. den kiralanan kanallar ve uydu linkleri üzerinden yapılmaktadır. MKM de, gelecekte komģu ülkelerin milli kontrol merkezleri ve diğer kontrol merkezleri (ör. UCTE koordinayon merkezi) ile veri alıģ-veriģi yapabilmek için bağlantı imkanları da mevcut olup, bu bağlantılar için de IEC iletiģim protokolü kullanılmaı öngörülmüģ bulunmaktadır. Ayrıca, kontrol merkezleri, trafo merkezleri ve antrallar araında e iletiģimi amacıyla kullanılmakta olan ve Özel Telefon Santrallarından (PAX) oluģan özel bir telefon itemi mevcuttur. 3

37 3..3 Uzak terminal birimleri (RTU) TEĠAġ ın Milli Yük Tevzi Sitemine bağlı 00 ün üzerindeki RTU nun büyük çoğunluğu ilgili bölgeel kontrol merkezlerine noktadan-noktaya (point-to-point) bağlanmıģ durumdadır [0].Trafo merkezi ve antrallerde bulunan RTU lar vaıtaıyla toplanan bilgiler iģlenerek Bölgeel Kontrol Merkezlerine, oradan da Milli Yük Tevzi ve Acil Durum Merkezine gönderilmektedir. Kontrol merkezlerinden gönderilen kontrol inyalleri de RTU lar vaıtaıyla antral ve trafo merkezlerine iletilmektedir. RTU lar vaıtaıyla antral ve trafo merkezlerinden, jeneratör üniteleri, hat ve trafoların aktif ve reaktif güç değerleri, bara gerilim değerleri, trafo kademe değiģtirici poziyon bilgileri, bazı merkezlerden akım, frekan gibi ölçümler, antrallere iliģkin bazı ilave veriler, topoloji belirleyen keici, ayırıcı, toprak ayırıcıı bilgileri ve alarm bilgileri ile enerji ölçümleri gibi Ulual Enterkonnekte Elektrik ġebekeinin izlenmei ve iģletilmei için ihtiyaç duyulan veriler toplanmaktadır [0]. Genel olarak, analog ölçümler 0 aniyede bir belirli bir eģik değerinin (threhold) aģılmaı durumunda kontrol merkezine gönderilirken, durum ve alarm bilgileri ie durum değiģikliği olduğunda gönderilmektedir. Durum ve alarm bilgileri için zaman-etiketi (time-tag) bilgileri de kontrol merkezine gönderilmektedir. Ayrıca, tüm durum, alarm ve ölçüm bilgileri 30 dakikada bir toplanmaktadır. RTU lar durum değiģikliklerinin oluģ zamanını zamanetiketi olarak ilgili Bölgeel Kontrol Merkezine göndermektedir. Yeni RTU lar durum ve alarm bilgilerini zaman etiketlemek için milianiye çözünürlüğe ahiptir. Bu değer eki RTU lar için 0 milianiyedir. Yeni RTU lar ayrıca, uzaktan kumanda özelliğine de ahiptirler Enerji yönetim itemi (EMS) Denetimel Kontrol ve Veri Toplama (SCADA) Siteminin fonkiyonlarına ilave olarak, Milli Kontrol Merkezi (MKM) ve Acil Durum Kontrol Merkezinde (ADKM) Enerji Yönetim Sitemi (EMS) fonkiyonları da bulunmaktadır. Enerji Yönetim Sitemi (EMS) kapamında MKM ve ADKM de bulunan Durum Ketirimi, Kııtlılık Analizi, Yük AkıĢ Programı, Otomatik Üretim Kontrolu (AGC), Ekonomik Yükleme, Yedek Ġzleme, AlıĢveriĢ ĠĢlemleri Programlama, Hidro Termik Koordinayon, Kıa Dönem Yük Tahmini ve Yük Tevzici Eğitim Simulatörü (adece MKM de) fonkiyonlarını içermektedir [0-]. 4

38 3..5 Yeni ulual yük dağıtım iteminin fonkiyonları SCADA Sitemi yaklaģık 60 antral ve trafo merkezindeki Uzak Terminal Biriminden (RTU) gerçek-zamanlı olarak veri toplamaktadır. Toplanan bilgiler, analog ölçümleri (aktif güç, reaktif güç, gerilim, frekan, trafo kademe poziyon bilgii, akım, v.), enerji ayaç bilgileri, anahtarlama teçhizatı durum bilgileri ve alan bilgilerini kapamaktadır. SCADA iteminin bir parçaı olarak, ilk aģamada itayonda uzaktan kumanda uygulamaı da gerçekleģtirilmiģ bulunmaktadır []. Her Bölgeel Kontrol Merkezi üreç-denetim (RTC) bilgiayarı düzenli olarak kendi bölgeindeki bütün RTU ları Telekontrol Arabirimi (TCI) üzerinden veritabanını mevcut durum ve ölçüm bilgileriyle güncelleģtirmek amacıyla orgulamaktadır. Bu veriler, Bölgeel Kontrol Merkezinde veritabanın güncelleģtirilmeinde kullanılır ve iģlenerek uygun Ģekillerde operatörlere unulur. RTU lardan alınan bilgilerden ihtiyaç duyulanlar Ulual Kontrol Merkezi ve Acil Durum Ulual Kontrol Merkezine gönderilir. Ulual Kontrol Merkezinde Bölgelerden alınan veriler, Ģebeke görüntüleri, raporlar ve alarm litelerinin oluģturulmaında kullanılır ve enerji yönetim itemi heaplamalarına temel teģkil eder. Ulual Kontrol Merkezinde Yük Frekan Kontrol (LFC) programı tarafından heaplanan ayar-değerleri (et-point) SCADA itemi üzerinden LFC ye katılan antrallere gönderilmektedir. SCADA itemi krolonojik olay raporlama imkanına ahiptir. Digital bilgiler, oluģ zamanına göre RTU da zaman-etiketlenmekte ve durum değiģikliğine ilaveten bu bilgiler de ilgili bölgeel kontrol merkezlerine gönderilmektedir. Sitem, bütün kontrol merkezlerinde Arıza Verilerinin Toplanmaı fonkiyonuna ilaveten, kapamlı bir veri arģivleme ve grafik kabiliyetine ahiptir. Ayrıca, UKM ve AUKM de iliģkiel vertabanı mevcuttur [0,]. SCADA fonkiyonuna ilaveten, Ulual Kontrol Merkezi ve Acil Durum Ulual Kontrol Merkezi aģağıda belirtilen Enerji Yönetim Sitemi (EMS) fonkiyonlarına ahiptir: Durum Ketirimi, Kııtlılık Analizi, Optimum Yük AkıĢı, 5

39 Yük Frekan Kontrolü, Ekonomik Yükleme, Rezerv Ġzleme, AlıĢveriĢ ĠĢlemleri Programlama, Hidro-Termik Koordinayon, Kıa-Dönem Yük Tahmini, Yük Tevzici Eğitim Simülatörü (adece MKM de). Gelecekte, UYD Siteminin daha fazla trafo merkezi ve antrali kapayacak Ģekilde geniģletilmei planlanmaktadır. Sitemin kapaitei, mevcut ve gelecekteki ihtiyaçlar dikkate alınarak 500 RTU olarak düģünülmüģ bulunmaktadır. Yeni UYD itemi ile, yük frekan kontrolüne katılan antrallerin ayıı da artırılmıģ bulunmaktadır [] Ulual Yük Dağıtım Siteminin GeniĢletilmei ÇalıĢmaları Halen, ervie yeni giren 380kV trafo merkezleri ile özel ektör antralleri SCADA/EMS Sitemine dahil edilmeye devam edilmektedir. Diğer yandan, mevcut SCADA Sitemine Seyhan, Erzurum ve Kepez Yük Tevzi Merkezlerinin de dâhil edilmei amacıyla gerçekleģtirilmei öngörülen yeni proje için Ģartname hazırlama çalıģmalarına devam edilmektedir. Türkiye Elektrik Sektöründeki yeniden yapılanma ürecine paralel olarak Ulual Yük Dağıtım merkezinde ihtiyaç duyulacak ilave teknik ve ticarete yönelik programlar daha onra Enerji Yönetim Sitemine (EMS) ilave edilecektir []. 3.3 SCADA Siteminde Kullanılan HaberleĢme Yöntemleri SCADA Siteminde itemin normal çalıģmaı için iletiģim hayati öneme ahiptir. ĠletiĢim kanallarının veri elde edebilmei ve kontrolündeki hızı önemli ölçüde SCADA Sitemini etkilemektedir. Buna bağlı olarak Kontrol Merkezindeki kullanıcı arabirimi ve uygulama yazılımları da etkilenir. SCADA Siteminin en yükek baģarı düzeyi ile uygulamaı iletiģim itemine bağlıdır [0-]. 6

40 SCADA itemlerinde aģağıdaki haberleģme itemleri kullanılmaktadır.. Gerilim Hatları. KiralanmıĢ Hatlar 3. Radyo HaberleĢmei 4. Uydu ĠletiĢimi 5. Fiber Optik Kablo 6. Kablouz (Wirele) HaberleĢme 3.3. Gerilim hatları Power Line Carrier - PLC gerilim hatları üzerinden haberleģmeyi ağlayan bir tekniktir. PLC haberleģmei için kullanılan cihazlar bağlaģtırıcı elemanları ile gerilim hattına bağlanır. Bu cihazlar bilgi inyalini modüle ederek hatta enjekte ederler. Alıcı ie bilgiyi taģıyan frekanı filtreleyerek alır ve demodüle eder [0-]. PLC'ler yükek gerilim ve alçak gerilim hatlarında kullanımına göre iki gruba ayrılır. 38 KV ve üzerindeki gerilimlerde iletim hatlarının ağladığı bant aralığından faydalanarak 50 khz. ile 500 khz araındaki frekanları taģıyıcı frekan olarak kullanabilir ve bu ayede yükek iletiģim hızlarına çıkabilir. 38 KV gerilim eviyeinin altındaki dağıtım hatlarında 5 khz ile 0 khz civarındaki frekanları, taģıyıcı frekan olarak kullanır. Bilgi bu aralıktaki frekanlarla modüle edildiğinden ancak 300 baud/ hızındaki haberleģmeye izin verir. Bu hız birçok SCADA fonkiyonu için yeteriz kalacağı için adece bazı özel amaçlar için kullanılır. Ayrıca bu teknikte, hatlardaki gürültüler, hava değiģiminden ya da açılıp kapanan dağıtım elemanlarının durumlarından kaynaklanan empedan değiģiklikleri iletiģimi bozabilir [0-] KiralanmıĢ hatlar Otomatik aramalı ve kullanıcıya tahi edilmiģ kiralık hatlar olmak üzere telefon hatlarında iki yöntem kullanılır. Otomatik aramalı telefon hattında iletiģim öncei aramalarda hatlar dolu olabilir, bu ebeple tercih edilmez. Kiralık hatlarda ie hatlar her zaman güvenilir olmayabilir [0]. 7

41 Türk Telekom iki tip hat ağlayabilmektedir:. KiralanmıĢ Türk Telekom Hattı (Leaed Line) : Bu hat için özel olarak ayrılmıģtır. Her an kullanıma hazırdır.. Otomatik Aramalı Türk Telekom Hattı (Dial Up) : HaberleĢme önceinde telefon konuģmaında olduğu gibi arama yapmak gerekir. Bu hatta antraller meģgul olduğunda veri iletiģimi yapılamaz. Avantajları: a. Çok ayıda hat kiralama imkânı verir b. Lian, bina, kule, v gerektirmez. c. Ġlk yatırım marafı düģüktür. Dezavantajları: a. HaberleĢme ortamının orumluluğu Türk Telekom ile paylaģılmıģtır. b. Arızaların onarılmaı uzun zaman alabilir. c. Zamanla maliyetlerde artıģ olabilir. d. Bazı yerlerde kiralık hat ayıını artırmak mümkün olabilir Radyo haberleģmei Radyolu itemler, özellikle çok adreli itemler ve pread-pectrum radyolar (98-95 MHz) haberleģme için yeterli bant unmanın yanı ıra dağıtım itemindeki arızalardan etkilenmedikleri için güvenilir bir iletiģim ortamı ağlarlar. Ancak radyo iletiģiminde frekan lianı (tahii) zorunludur. GeniĢ bir alana yayılan dağıtım otomayonu itemi için farklı bölgelerde değiģik frekan kullanmak ve bunun onucunda, özellikle Ġtanbul gibi büyük Ģehirlerde, çok miktarda frekan tahii zorunlu olabilecek, bir kıım yerlerde ie frekan bulmak büyük orun olacaktır. Bunun yanı ıra MHz bandında çalıģan radyo itemlerinde arazi ve binalar antenlerin birbirlerini görmeini engellemekte ve inyal kaliteini bozmaktadır. Bu durumlarda ek maliyet getiren tekrarlayıcıları kullanmak gerekmekte, kimi zaman tekrarlayıcı itayon anteni yükekliklerini arttırmak da orunu çözmeye yetmemekte, tekrarlayıcı ayıını çoğaltmak zorunlu olmakta bu da maliyeti daha arttırmaktadır [0-]. 8

42 Bir merkez ile çok ayıda RTU' nun haberleģtiği MHz ve Mhz bandındaki radyo itemlerinde, bir RTU' nun veri iletiģimi ureinde ve ıklığındaki kııtlamalar çok fazla fider ve dağıtım tranformatör merkezi kapayan dağıtım otomayon iteminde büyük bir dezavantaj olmaktadır. Antenlerin birbirlerini görmei gerekmeyen VHF telizlerde ie ağlanan bant dardır ve veri iletiģimi çoğu zaman güvenilir olmayabilir. Radyo Frekan ĠletiĢim Avantajları:. ĠletiĢim için yeterli band ağlar,. Dağıtım itemindeki arızalardan etkilenmez 3. Yükek güvenirlilik ağlar. Dezavantajları:. Lian gerektirir,. Mikrodalga haberleģmede, iki kule araında onradan kurulan binalar ve yetiģen ağaçlar orun çıkarır, 3. Tekrarlayıcılar (repeater) maliyeti arttırabilir Uydu iletiģimi Son yıllarda SCADA uygulamalarında uydu haberleģmei de kullanılmaya baģlanmıģtır. Uydu yerden gönderilen inyali alır, yükeltir, frekanı da değiģtirir ve baģka bir noktaya gönderir. Frekanı değiģtirmeinin nedeni kendiine gönderilen frekanla karıģmaını engellemektedir. Yeterli band geniģliği ağlayan ve arıza yapma oranı düģük olan uydu haberleģmei, dağıtım otomayonu için tercih edilebilecek bir iletiģim ortamı olmaına rağmen maliyeti çok yükektir. Uydu göndermek veya mevcut uydulardan kanal kiralamak ve yeryüzü terminalleri kurmak çok pahalıdır [0-]. Avantajları:. Yeterli band geniģliği ağlar,. Arıza yapma oranı düģüktür. Dezavantajları:. Uydu göndermek maraflıdır,. HaberleĢme için yeryüzünde büyük yer itayonları kurmak gerekir. 3. HaberleĢmede yaklaģık yarım aniyelik bir gecikme olur. 9

43 3.3.5 Fiber optik kablo Metalik iletkenlerin tüm olumuz özelliklerine karģılık optik fiberlerin belirli ütünlüklere ahip olmaı ebebiyle ilk olarak çok modlu fiberler kullanılmıģ, daha onra gerekli geliģtirmeler yapılarak tek modlu fiberler kullanılmaya baģlanmıģtır. Optik fiber liflerinde bilgi iletimi için kızılaltı (infrared) dalga boyları kullanılır. Optik fiber yalıtkan bir maddeden (cam) üretildiği için elektromanyetik alanlardan etkilenmez. Böylece aynı kablo içinde olan ayrı lifler de birbirini etkilemezler ve ideal dekuplaj ortamı ağlanır. Diğer bir önemli ütünlük ie alıcı ve verici araında hiçbir elektrikel bağlantı olmamaıdır. Elektrik inyali kendiini ileyecek olan (örneğin genliği, frekanı veya ayıal inyal iletimi öz konuu ie, inyalin Ģeklini değiģtirecek olan) devreye gelir. Bu devrenin çıkıından alınan elektrik inyali optoelektronik çeviriciye verilir. Optoelektronik çeviriciler elektrikel uyarılara göre görülebilen veya görülmeyen ıģık radyayonunu üreten yarı iletken devrelerdir. Optik iletim itemlerinde özel olarak geliģtirilen ıģık açan diyotlar (Light Emitting Diode:LED) ile yükek dereceli yarı iletken (laer diyotlar) kullanılır. Bu malzeme ile akımdaki zamana bağlı değiģimler, ıģık yoğunluğundaki değiģimlere çevrilir. IĢık yayıcı veya alıcılarıyla fiber kablonun bağlantıı değiģik ek tipleriyle gerçekleģtirilir. Kenar ve orta kızılötei bölgeler yani 800 ile 800 nm dalga boyları araı fiber optik haberleģme için kullanılmaktadır (Hewlett Packard, 993). Bütün bu ütünlükler heaba katıldığı optik fiberler özellikle demiryolları gibi yükek gerilimleri, item ve hatları içeren ortamlarda, iletim kaliteinin çok önemli olduğu telekomünikayon iletmelerinde, hafif olmalarından dolayı büyük tonajlı gemilerde, bakır kablolardakinin terine dıģarıdan dinlenmei neredeye olanakız olduğu için akeri haberleģme itemlerinde kullanılmaktadır. Fiber optik iletiģimde veri iletiģimi acıında, elektromanyetik giriģimden, darbeden ve toprak problemlerinden etkilenmeyen, çok güvenilir bir ortam ağlanır. GeniĢ bir band ağladığından dolayı çok yükek veri hızlarına çıkmak mümkündür. Ayrıca, fiber optik kabloda kıa devre durumları olmadığından yangın gibi problemlere yol açmaz. Bu iletiģim yöntemi özel alıcı-vericilere, kablo uçlarında özel konnektörlere ve bu konnektörlerin takılmaı için eğitim görmüģ peronele ihtiyaç duyar. Ġlk yatırım marafları fazla olmaına rağmen kullanım ıraında ek maliyet getirmediğinden, tercih edilebilir. Ayrıca bu yöntem ayeinde iletiģim ortamının iģletim, bakım ve onarım orumluluğu her hangi bir kurum 30

44 ile paylaģılmamaktadır. Yukarıda açıklanan nedenlerden ötürü SCADA Sitemi iletiģimi için fiber optik kablolar tercih edilebilir. Bu kabloların yerleģtirilmei, yer altı güç kablolarının döģenmei ıraında onlara paralel olarak yapılacağından, ayrıca bir kazı iģlemi gerekmeyecek, böylece ilk yatırım maliyeti düģecektir. Fiber optik kablo maliyetleri ie güç kablolarının maliyetlerinin %-' i kadar olmaktadır Kablouz (Wirele) haberleģme Elektromanyetik dalgaların geniģ frekan aralıklarında yayılımı analitik ve deneyel metotların çoğalmaından ve teknolojinin hızla yaygınlaģmaından onra mobil cihazların abit IP adrei almaları ile birlikte hem güvenli hem de çok daha ucuz veri tranferi ve gözlemleri yapılmaktadır. Bu metotla, PLC üzerinden, karģılaģılan mevcut iteme göre gerek analog gereke dijital veriler alınıp, kontrol edilebilir. Aynı Ģekilde analizler onucunda, komut verilip iteme hükmedilebilinir ĠletiĢim Gecikmeinin Sebepleri Elektrik güç itemlerinde geniģ alana yayılmıģ kontrol itemleri mevcut olduğunda zaman gecikmei kaçınılmazdır ve bu gecikmeler itemin dinamik performanını olumuz yönde etkileyebilmektedir. Faz ölçüm ünitei ve iletiģim ağının kullanımından kaynaklanan gecikme aģağıdaki ebeplerden dolayı vardır. Tranduer gecikmei: Akım ve gerilim tranduerleri akım ve gerilimin etkin değerlerini ölçmek için kullanılır.. ĠĢleme zamanı: Tranduerlerden elde edilen datanın dijital fourier dönüģümü kullanarak faz bilgiine dönüģtürülmei için gerekli zaman 3. ĠletiĢim hattı gecikmei: Kullanılan iletiģim hattının tipine ve faz ölçüm ünitei ile merkezi kontrol üniteinin araındaki meafeye bağlı olarak gecikmeler meydana gelmektedir. 3

45 Tablo 3. Sitemdeki toplam iletiģim gecikmeleri ĠletiĢim tipi Zaman gecikmei (milianiye) Fiber-optik kablo Mikrodalga iletiģimi Gerilim hatları Telefon hatları Uydu iletiģimi ĠletiĢim hatlarındaki zaman gecikmei değerleri Tablo 3. de verilmiģtir. Tablodan da görüldüğü gibi gecikme ürei en yükek iletiģim yöntemi uydu iletiģimidir. Gecikme değeri en düģük iletiģim yöntemi de fiber optik kablo ile iletimdir. Buradan da anlaģılacağı gibi itemde haberleģme yöntemi olarak fiber optik kablo kullanılıra itemin kararlılığı da artırılmıģ olur [3]. 3