SERİ KOMPANZASYON SİSTEMLERİNİN GEÇİCİ HAL KARARLILIĞINA ETKİLERİ

Transkript

1 Eİ KOMPANZAYON İTEMLEİNİN GEÇİCİ HAL KAALILIĞINA ETKİLEİ Ömer Özgür GENCE 1 emra ÖZTÜK 1, Eletri Mühendisliği Bölümü, Mühendisli Faültesi, Kocaeli Üniversitesi, 41100, İzmit/Kocaeli, 1 e-posta: ogencer@ou.edu.tr e-posta: semra@ou.edu.tr Anahtar özcüler: eri ompanzasyon, Geçici hal ararlõlõğõ, Gerilim ararlõlõğõ. ABTACT It is becoming increasingly important for power system planning and operating engineers to be capable of performing comprehensive transient stability analyses of the systems. This need is largely due to the recent trends towards operating systems under stressed conditions, as a result of increasing system loads without sufficient transmission and/or generation enhancements. There have been many failures, due to transient instability in power systems around the world. In recent years many researchers have suggested techniques for transient stability analysis considering both static and dynamic aspects. This paper is mainly concerned with analysis of transient stability effects of series compensation. The goal of this study is to present certain problem situations that are often encountered in the power system and show how series compensation can be used to improve the system performance. 1. GİİŞ Günümüzde süreli artan eletri enerjisi ihtiyacõna cevap verebilme için yeni üretim tesisleri urma geremetedir. Anca üretim tesislerini, coğrafi, eonomi, çevresel, politi, vb. nedenlerle her zaman tüeticilere ve özellile büyü tüetim merezlerine yaõn urma olanağõ bulunmadõğõ için, uza mesafelerden, büyü mitarda güç iletilmesi zorunludur [1]. Uzun mesafelerden, büyü mitarlarda enerji iletimi pe ço problemi beraberinde getirmetedir. Öncelile iletim geriliminin belirlenmesi, dolayõsõyla iletim hattõna ilişin iletenler, direler ve izolatörler gibi elemanlarõn gerilim düzeyine uygun olara boyutlandõrõlmasõ geremetedir. Bunun sonucu olara ortaya çõaca iletim ayõplarõnõn azaltõlmasõ ve iletim apasitesinin arttõrõlabilmesi için ontrolumanda sistemlerinin seçimi, esici ve ayõrõcõlarõn boyutlandõrõlmasõ, işletme ile ilgili olara iletimin tehat, çift-hat veya daha fazla sayõda hatla yapõlmasõ da başlõca problemlerdir. Şüphesiz bunlarõn yanõnda, üretimde ullanõlan senron generatörlerin, sistemlerinde oluşabilece bozucu etiler sonrasõnda, senronizmadan opup opmayacağõ diğer bir değişle ararlõlõ problemi, işletimin ana problemidir. Diğer önemli bir problem ise, yine bu tür işletme oşullarõna bağlõ olara ortaya çõan gerilim ve rotor açõsõ aralõlõğõ sorunudur. özü geçen bu problemleri çözme için bir taõm yöntem ve teniler geliştirilmiştir. Bunlardan bazõlarõ, gerilim seviyesinin yüseltilmesi, paralel hat çeilmesi, senron ondansatörler veya stati senron ondansatörler ullanõlmasõ ve yüse doğru gerilimle enerji iletimi yapmatõr. Bu yöntemlerin hepsi büyü yatõrõmlar geretirmetedir. eatif güç ontrolü ile sistemin gerilim ararlõlõğõnõn sağlanmasõnda, seri ompanzatör sistemlerinin ullanõlmasõ, yuarõda sayõlan yöntemlere göre daha prati ve eonomi bir çözümdür. Bu nedenle, bu çalõşmada iletim sistemlerinde reatif güç ontrolünü sağlayan seri ompanzasyon onusu ele alõnara, seri ompanzasyon sistemlerinin geçici hal ararlõlõğõna etileri örne bir test sistemi üzerinde incelenecetir.. KAALILIK - EAKTAN İLİŞKİİ Modern güç sistemlerimde enerji iletiminin önemli gün geçtiçe artmatadõr. Buna bağlõ olara çeşitli arõza durumlarõnda senron generatörlerin senronizmadan çõmalarõ, ararlõlõ sorunu meydana getirmetedir. Güç sistemlerinde geçici hal ararlõlõğõ, õsadevreler, üretim birimlerinin veya büyü güçlü tüeticilerin devre dõşõ almasõ gibi bozucu etiler sonucunda sistemin senronizmada alma yeteneği olara tanõmlanõr []. Geçici hal ararlõlõğõ, senron mainalarõn reatanslarõ ve ivmelenme sabitleri, iletim hatlarõnõn reatanslarõ gibi birço fatöre bağlõdõr. Çeşitli arõza durumlarõnda davranõşõ belirlenme istenilen güç sistemleri için geçici hal ararlõlõğõ analizi yapõlõren lineer olmayan denlemler ullanõlõr. Bu denlemlerin çözümü armaşõtõr ve uzun zaman almatadõr. Faat güç sistemleri ile ilgili

2 güvenilir bilgilere anca geçici hal ararlõlõ analizi ile ulaşõlabilir. eri ompansatörler, güç aõşõnõ ontrol etme yöntemlerinden biridir. İletim hatlarõnõn toplam reatanslarõnõ düşürmeleri başlõca ullanõm sebebidir. Şeil 1. Örne sistem. Şeil 1 dei gibi ii paralel hat üzerinden sonsuz baraya bağlõ bir senron mainede, şaft üzerinde ön hareetlendiricilerin meydana getirdiği T m meani moment ve eletrisel uvvetlerin oluşturduğu T e eletrisel moment vardõr. istemde oluşan bir hata sonucunda meani moment, eletrisel momentten daha büyü olursa aradai far, T a hõzlanma momenti meydana gelir ve j atalet atsayõsõ ile w açõsal hõzõna bağlõ olara, dw j Ta Tm Te (1 dt Şeil 1 de sistemde, mainada oluşan eletrisel gücün rotor açõsõna bağlõ değişimi, E. P sin δ (3 eşitliği ile bulunur. Burada E hat başõ gerilimi, hat sonu gerilimi, devrenin toplam reatansõdõr. onsuz büyü güçlü şebeeye göre salõnõm yapan bir mainanõn bulunduğu bir sistemde mainanõn rotor açõsõnõn belirsiz şeilde artõp artmadõğõnõ veya belirli bir çalõşma notasõ etrafõnda salõnõm yapõp yapmadõğõnõ, başa bir değişle mainanõn senronizma dõşõ olup olmadõğõnõ belirleme üzere salõnõm denlemlerinin çözülmesi ve rotor açõsõnõn zamana göre değişiminin çizilmesi gerelidir. Eğer sistem ararlõ ise salõnõm denleminin çözümü, δ rotor açõsõnõn belli bir denge (çalõşma notasõ etrafõnda eşit genlile salõnõm yaptõğõnõ gösterir. 3. Eİ KOMPANZE EDİLMİŞ İTEM eri ompanzasyon sistemlerinin geçici hal ararlõlõğõna etilerini inceleme için Şeil 3 dei ii mainalõ ve aralarõndai iletim hattõna seri ompanzasyon yapõlmõş sistemden yararlanõlmõştõr [4] bulunur. denleminde t zaman (s, w mainanõn rotor hõzõdõr (rad/s. Burada j, H ivmelenme atsayõsõ, δ rotor açõsõ ve öngörülen w 0 çalõşma hõzõna bağlõ olara yazõldõğõnda bozucu bir etide, mainada oluşa salõnõmlarõ gösteren salõnõm denlemi elde edilir. 0 H d δ T w t m T e ( Güç sistemine bağlõ bir generatör için salõnõm denleminin blo diyagramõ Şeil dei gibi çizilebilir. [3]. Diyagramda, iletim hatlarõ, yüler, güç eletroniği ontrolörleri ve diğer devre elemanlarõ, güç sisteminde temsil edilmetedir. δ 0 hatadan öncei rotor açõsõ, δ 0 ve mainanõn hõzõ w 0 olara belirlenmiştir. istemde olabilece arõzalar (õsa devreler, hat ve generatör arõzalarõ güç sistemi bloğunu etilemetedir. Şeil 3. eri ompanze edilmiş sistem. Devrenin eşdeğer hat reatansõ, seri ompanzasyon derecesi ya bağlõ olara: C L C L 1 L (4 L bulunur. Orta notasõna göre simetri olan sistemin, hat başõ ve hat sonu gerilimlerine göre hesaplanabilen M orta nota gerilimi referans alõndõğõnda, s hat başõ ve hatsonu gerilimleri: e jθ e jθ ( ( + j + j (5 olara elde edilir. Bunlara göre M gerilimi: Şeil. alõnõm denlemi blo diyagramõ.

3 M + M elinde bulunur. Hat aı mı ise, I j I + (6 olacatõr. Aõm ve gerilim denlemleri elde edildiğinden, hat başõ ve hat sonu görünür güç bağõntõlarõ yazõlabilir. * P + jq.i sin( θ θ + j * P + jq.i sin( θ θ + j M ve M gerilimleri: M M cosθ 1 + cosθ cos( θ θ (8 cos( θ θ ( 1 ( eri ompanzatörler tarafõndan üretilen reatif güç ise, Q C L olara elde edilir. ( + cos( θ θ (10 Hat başõ ve hat sonu gerilimlerini birbirine eşit, değerinde alõndõğõnda şu değerler bulunur. I sin P P Q + jq M + jq M C ( δ cos cos L cos δ cos δ ( δ sin( δ ( δ + j sin( δ sin δ + j sin δ + j 1 1 cos δ (7 (9 (11 Şeil 4 de seri ompanzasyon oranõ, 0,5 olan bir hat için hat başõ atif ompanzasyon ile üretilen reatif güç değerlerinin değişimi görülmetedir. Buna göre, ompanzasyon mitarõ arttõğõnda, ompanzasyon ile üretilen reatif güç ço artmata, sistem ararlõlõğõ arttõrmatõr. Şeil 4. eri ompanzasyon yapõlmõş sisteminde hatbaşõ atif ve reatif güçler. Şeil 4 dei eğriler incelendiğinde bir hatta %50 seri ompanzasyon yapõlmasõ durumunda, hatta verilen atif gücün yalaşõ 1,7 at arttõğõ görülmetedir. Buna göre ompanzasyon mitarõ arttõrõldõğõnda, üretilen reatif güç ve hattan çeilen gücün artacağõ anlaşõlmatadõr. değeri 1 yapõldõğõnda ise üretilen reatif güç ontrolsüz olara artaca, hat sonunda aşõrõ gerilimlere yol açacatõr. 4. TET İTEMİ ÜZEİNDE YAPILAN İMÜLAYONLA eri ompanzasyon sistemlerinin geçici hal ararlõlõğõna olan etilerinin incelenmesi için gerçe sistemde bulunan birço modeli apsayan 11 baralõ bir test sistemi ullanõlmõştõr [5]. Şeil 5 dei test sisteminde süreli hal oşullarõnõn sağlanmasõ sonuçlarõn daha anlaşõlõr bir biçimde elde edilmesi için tüm iletim hatlarõnda uzun hat modeli ullanõlmõş, ve hatlar doğal yülenme atsayõsõ oranlarõna yaõn değerlerde yülenmesi sağlanmõştõr. Şeil baralõ test sistemi.

4 11 baralõ test sistemi, eletrisel özellileri aynõ 4 generatörden beslenmetedir. Her bir generatörün gücü 700 MA dir. istem orta notasõ olan 8 No lu babaya göre simetritir. istemin temel güç değeri 100 MA dir. Bir güç sisteminin dinami davranõşõ incelenmeden önce, süreli haldei durumu, çalõşma notasõ belirlenmelidir. Bunun için test sisteminin 5-6 ve Nolu baralarõ arasõndai hatlara değişi oranlarda seri ompanzasyon yapõlmasõ durumunda Tablo- 1 dei yü aõşõ sonuçlarõ elde edilmiştir. Yü aõşõ analizi için IMPOW güç sistemleri analiz programõnõn OPTPOW yü aõşõ analiz modülü ullanõlmõştõr [6]. Şeil 6. 3 Faz-topra õsadevresinde GEN1 generatörü Tablo 1. Değişi ompanzasyon durumlarõnda bara gerilimleri. Başlangõç Durumu %50 eri Komp. %70 eri Komp. Bara Şeil 7. Faz-topra õsadevresinde GEN1 generatörü Tablo 1 dei bara gerilimlerine batõğõmõzda ompanzasyon mitarõ arttõça bara gerilimlerinin arttõğõ faat tüm ompanzasyon oranlarõnda bara gerilimlerinin süreli hal gerilim ararlõlõ sõnõrlarõ içinde aldõğõ görülmetedir. Şeil 8. 3 Faz-topra õsadevresinde GEN1 generatörü Yü aõşõ analiz sonuçlarõ ullanõlara sistemin dinami haldei davranõşõnõ belirleme için test sisteminin BU6 barasõnda 0,5 saniye süre ile sõrasõyla 3 Faz-topra, Faz-topra, 1 Faz-topra, Faz õsa devreleri oluşturulmuştur. Değişi ompanzasyon mitarlarõ için generatörlerin ve bara gerilimlerinin zaman bağlõ değişimleri IMPOW programõnõn DYNPOW dinami analiz modülü ullanõlara elde edilmiştir. Şeil 6-9 da GEN1 generatörününün rotor açõsõnõn GEN3 salõnõm barasõna bağlõ olara, değişi hata durumlarõnda, farlõ ompanzasyon mitarlarõ için zaman göre değişimleri çizilmiştir. Şeil 6. Faz õsadevresinde GEN1 generatörü rotor açõsõnõn değişimi. 5 saniye simülasyon süresi sonunda elde edilen sonuçlar incelendiğinde, tüm hata durumlarõnda seri ompanzasyon yapõlmadan önce generatörlerin rotor açõlarõnõn salõnõmlarõ süreli arttõğõ, sistemin

5 senronizmadan optuğu, ararsõz olara çalõştõğõ görülmetedir. isteme seri ompanzasyon yapõlara bazõ hatlarõn reatanslarõ düşürüldüğünde ise, salõnõmlarõn azaldõğõ, biraç periyot sonunda tamamen sönümleneceği görülmetedir. Şeil 5 dei test sisteminde barasõ eletrisel olara orta nota olmasõ, sistemin en büyü yüünün bulunduğu BU8 e ve hatalarõn oluşturulduğu BU6 ya yaõn olmasõ nedeniyle BU7 barasõnõn gerilim değişimleri değişi hata durumlarõ için incelendiğinde, Şeil eğrileri elde edilir. Şeil 10. Faz õsadevresinde BU7 barasõnõn Değişi hata durumlarõnda BU7 barasõnõn gerilim değişimleri incelendiğinde, ompanzasyon mitarõ arttõça bara gerilimlerindei salõnõmlarõn azaldõğõ, gerilim ararlõğõnõn arttõğõ görülmetedir. Şeil Faz-topra õsadevresinde BU7 barasõnõn Şeil 11. Faz-topra õsadevresinde BU7 barasõnõn Şeil 1. Faz-topra õsadevresinde BU7 barasõnõn 5. ONUÇLA Bu çalõşmada seri ompanzasyon sistemlerinin geçi hal ararlõlõğõna etileri örne bir sistem üzerinde, çeşitli hata durumlarõ için incelenmiştir. Elde edilen sonuçlardan, bir sistemde hata olmasõ durumunda, seri ompanzasyon yapõlmamõş ise generatörlerin rotor açõlarõndai salõnõmlarõn sönümlenmediği, benzer şeilde bara gerilimleri genliğinin süreli arttõğõ, sistemin gidere senronizmadan optuğu ve ararsõz olara çalõştõğõ gözlenmiştir. Değişi oranlarda seri ompanzasyon yapõlmõş sistemde bir ise, süreli halde iletim hatlarõnõn yü taşõma apasitesinin arttõğõ, bara gerilimlerindei salõnõmlarõnõn istenen değerler arasõnda olduğu, generatörlerin rotor açõlarõndai salõnõmlarõn ise azaldõğõ, sistemin hem açõsal hem de gerilim ararlõlõğõnõn arttõğõ görülmüştür. 6. KAYNAKLA [1] Ö. Özgür GENCE, eri Kompanzasyon istemlerinin Geçici Hal Kararlõlõğõna Etilerinin Örne Bir istem Üzerinde İncelenmesi, Kocaeli Üni. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüse Lisans Tezi. [] P. M. ANDEON, A. A. FOUAD, Power ystem Control and tability, IEEE Pres, pp [3] IEEE committee report on voltage stability of power systems: Concepts, analytical tools and industry experience IEEE:PE publication 90TH0358 PW. [4] P. M. Anderson,. G. Farmer eries Compensation of Power ystems, ayfa: [5] P. Kundur, Power ystem tability and Control, McGraw-Hill, New Yor, 1994, pp [6] emra ÖZTÜK, Ö. Özgür GENCE, Angle & oltage tability Improvement with eries Compensation, Proceedings of the econd IATED International Conference, Power And Energy ystems, pp