SENKRON GENERATÖRLERİN FARKLI DERECE MODELİNDEKİ ANALİZLERİNİN İNCELENMESİ INVESTIGATION OF ANALYSIS DIFFERENT ORDER MODELS OF SYNCHRONOUS GENERATORS

Transkript

1 İlri Tknoloji Bilimlri Drgisi Cilt 4, Sayı 2, 72-80, 205 Journal of Avanc Tchnology Scincs Vol. 4, No 2, 72-80, 205 SENKRON GENERATÖRLERİN FARKLI DERECE MODELİNDEKİ ANALİZLERİNİN İNCELENMESİ M. Knan DÖŞOĞLU * Uğur GÜVENÇ Gökhan POYRAZ 2 Bayram KÜÇÜK 3 Düzc Ünivrsitsi, Tknoloji Fak., Elktrik-Elktronik Müh., 8620, Düzc, TÜRKİYE 2 Bilcik Şyh Ebali Ünivrsitsi, Mühnislik Fak., Elktrik-Elktronik Müh.,20, Bilcik, TÜRKİYE 3 Gazi Ünivrsitsi, Bilişim Enstitüsü, 06500, Ankara, TÜRKİYE Özt- Yapılan bu çalışmaa, 4 baralı bir güç sistmin kullanılan snkron gnratörlrin farklı inamik rc mollmlri il gçici kararlılık urumlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Snkron gnratörlrin inamik mollmsin 2., 3. v 6. rc mollri kullanılmıştır. Bnztim çalışması Güç Sistmlri Analizi Programı (PSAT) a grçklştirilmiştir. Gnratör baralarının grilim ğişimlri, gnratörlrin açısal hız v aktif güç ğişimlri inclnmiştir. Yapılan çalışma sonucuna, snkron gnratörlrin rc mollrinin gliştirilmsi il sistmin kısa zaman için kararlı hal gliği v osilasyonların azalığı görülmüştür. Anahtar Klimlr- Snkron Gnratör, ÇBAG, Drc Mollri, PSAT INVESTIGATION OF ANALYSIS DIFFERENT ORDER MODELS OF SYNCHRONOUS GENERATORS Abstract- In this stuy, transint stability conitions of synchronous gnrators with iffrnt ynamic orr mols us in 4 buss powr systm was compar. 2r 3r an 6th ynamic moling of synchronous ynamic moling wr us. Simulation stuy was conuct in Powr Systms Analysis Program (PSAT). Voltag variations of gnrator buss, angular sp of gnrators, an activ powr of gnrator wr xamin. As a rsult of stuis, with th nhancmnt of ynamic orr mol in synchronous gnrator bcam stabl in a short tim, an it was obsrv that th oscillations incras an cras th prformanc of simulation stuy. Ky Wors- Synchronous Gnrator, DFIG, Orr Moling, PSAT * knanosoglu@uzc.u.tr 72

2 Döşoğlu M. K., Güvnç U., Poyraz G. v Küçük B. GİRİŞ (INTRODUCTION) Çok baralı güç sistmlrin gçici kararlılık urumlarınan aha az tkilnmsi snkron gnratörlrin çalışmasına olukça önmliir. Gçici kararlılık urumlarına snkron gnratörün kararsızlık urumunun uzun sürmsi sistmin çökmsin sbp olmaktaır. Bu problmin kısa zaman içrisin ortaan kalırılmasına inamik mollm yöntmlri tkili olmaktaır. Litratür inamik mollm mtoları il ilgili çalışmalar mvcuttur. Snkron gnratörlrin gçici kararlılık urumlarına Güç Sistmlri Kararlılığı (GSK) kullanılmıştır. Farklı tiplrki GSK yöntmlri gliştirilrk l iln sonuçlar ğrlnirilmiştir [-3]. Snkron gnratörlr farklı gnratör yöntici kullanılarak güç sistmlrin gçici kararlılık urumları inclnmiştir. Farklı gnratör yöntici mollrin ayrıca yni mtotlar kullanılarak simtrik v asimtrik kısa vr üzrinki tkilr üzrin urulmuştur. [4-5]. Snkron gnratörlr kararlılık iyilştirm mtotlarınan biri küçük sinyal kararlılığıır. Küçük sinyal kararlılığına snkron gnratörlrin gliştiriln mollmlri il glnksl olarak kullanılan kontrol ünitlrinin karşılaştırılması yapılmıştır. [6-8]. Snkron gnratörlrin vr ışı kalması urumuna oluşan frkans kararsızlığına karşı farklı kontrol mtotları gliştirilmiştir. Gliştiriln mollrin kısa zaman içrisin frkans kararlılığını ortaan kalırığı görülmüştür [9-0]. Snkron gnratörlrin bağlı oluğu baralara rüzgar türbini v günş panllrinin bağlanması il oluşabilck gçici kararlılık urumları için farklı kontrol yöntmlri gliştirilmiştir. Özllikl rüzgar hızının ğişimi v günşin tkisinin ğişimin kararsızlık urumunu minimum üzy inirm snkron gnratör uyarlanan kontrol yöntmi tkili olmuştur [-3]. Yapılan bu çalışmaa çok baralı güç sistmin snkron gnratörün farklı inamik mollmlri yapılmıştır. Bu farklı inamik mollrin 3 faz arızasınaki tkilri inclnrk, gçici urumlaraki zaman cvapları üzrin urulmuştur. Yapılan çalışma sonucuna rc molinin artışı hm bnztim çalışmasının prformansını hm sistmin kısa sür kararlı hal gliğini göstrmiştir. 2. SENKRON GENERATÖR MODELLERİ (SYNCHRONOUS GENERATOR MODELS) Snkron gnratör mollrin 2., 3., v 6. inamik rc mollri kullanılmıştır. 2. inamik rc molin tüm - ksni lktromanytik vrlri ihmal ilmiştir. 2. inamik rc moli iki ğişknl tanımlanmaktaır. Bunlar açı v açısal hızır. Açı v açısal hız ifalri Eş. v Eş. 2 göstrilmiştir. δ = ( ω ) () f b ω = ( P P D( ω )) / M (2) m 3. inamik rc molin tüm ksni lktromanytik vrlri ihmal ilmiştir v ksni inüktansı transfr fonksiyon içrisin kullanılmıştır. 3. inamik rc moli üç ğişknl tanımlanmaktaır. Bunlar açı, açısal hız v ksn gçici grilim kaynağıır. Açı, açısal hız v ksn gçici grilim kaynağı Eş. 3 v Eş. 5 arasına göstrilmiştir. δ = ( ω ) (3) f b ω = ( P P D( ω )) / M (4) m ( ) ( ) = ( f x x i + v ) / T (5) ' ' ' * ' s f 0 73

3 .::Snkron Gnratörlrin Farklı Drc Molinki Analizlrinin İnclnmsi::. 6. inamik rc molin ksnin bir vr v ksnin iki vrnin ilav ilmsi il l ilmktir. 6. inamik rc moli altı ğişknn oluşur. Bunlar; açı, açısal hız, ksn gçici grilim kaynağı, ksn gçici grilim kaynağı, ksn alt gçici grilim kaynağı, ksn alt gçici grilim kaynağıır. 6. inamik rc molinin l ilmsin kullanılan ifalr Eş. 6 v Eş. arasına göstrilmiştir. δ = ( ω ) (6) f b ω = ( P P D( ω )) / M (7) m x x T x x x i T v T '' '' ' ' ' 0 ' AA * ' = ' ' ( ) + / ' f 0 T 0 x T 0 f x x T x x x i T '' '' ' ' ' 0 ' ' = s( ) + ' ' ( ) / 0 T 0 x x x T x x x i T v T '' '' '' '' ' ' '' 0 ' AA * '' = + + ' ' ( ) + / ' f 0 T 0 x T 0 x x T x x x i T '' '' '' '' ' ' '' 0 ' ' = ' ' ( ) / 0 T 0 x (8) (9) (0) () Buraa, f b tml frkans, P m mkanik güç, M momnt, D sönümlm katsayısı, x an x - ksn snkron raktanslar, x an x - ksn snkron gçici raktanslar, x an x - ksn snkron alt gçici raktanslar, T 0 an T 0 - ksn açık vr gçici zaman sabiti, T 0 an T 0 - ksn açık vr alt gçici zaman sabiti, T AA - ksn ilav kaçak zaman sabiti, i an i - ksn akımı, δ rotor açısı, w rotor hızı, v f alan grilimi, an - ksn gçici grilim kaynağı, v - ksn alt gçici grilim kaynağıır[4]. Snkron gnratörlrin bütün inamik mollrin kullanılan sabit v raktans paramtrlri Tablo göstrilmiştir. Tablo. Snkron gnratörlrin sabit v raktans paramtrlri(constant an ractanc paramtrs of synchronous gnrators) Drc moli T 0 T 0 T 0 T 0 x x x x x x

4 Döşoğlu M. K., Güvnç U., Poyraz G. v Küçük B. 3. BENZETİM ÇALIŞMASI (SIMULATION STUDY) Yapılan bu çalışmaa 4 baralı güç sistmi üzrin tst ilmiştir. Bu çalışma Güç Sistmlri Analizi Programı (PSAT) il grçklştirilmiştir [5]. Oluşturulan 4 baralı güç sistminin vr moli Şkil göstrilmiştir. Şkil. 4 baralı güç sistmi (4 buss powr systms) 4 baralı bu güç sistmin 3 numaralı bara sonsuz bara olarak kullanılırkn,, 2 v 4 numaralı baralar gnratör barası olarak kullanılmıştır. Diğr gri kalan 7 bara is yük barası olarak kullanılmıştır. Bu sistmin -5, 2-6, 3- v 4-0 iltim hatlarına grilimi üşürn transformatörlr kullanılmıştır. 7 v 9 numaralı yük baralarına sabit mpans, sabit akım, sbait aktif güc sahip (ZIP) yüklr kullanılmıştır. ZIP yükün mpans v aktif güç ğrlri 0, akım ğri is olarak alınmıştır. Analizi yapılacak olan bu güç sistmin 8 numaralı baraa 3 faz arızası oluşmuştur. Bu arıza sürsi il.05 saniylr arasınaır. Bnztim çalışması üç aşamaan oluşmaktaır. İlk aşamaa 2. inamik rc moli, ikinci aşamaa 3. inamik rc moli v son aşamaa 6. inamik rc moli kullanılmıştır. 4. BENZETİM ÇALIŞMASI SONUÇLARI (SIMULATION STUDY RESULTS) 8 numaralı baraa 3 faz arızasının oluşmasına 2. inamik rc molin snkron gnratörlrin açısal hızı, bara grilimi v aktif gücü ğişimi Şkil 2 il Şkil 4 arasına göstrilmiştir..005 Gnrator Gnratör açısal hız ğişimlri (p.u) Gnrator2 Gnrator3 Gnrator Şkil Drc molin Snkron gnratörlrin açısal hız ğişimi (2. orr mol angular sp variations of synchronous gnrators) 75

5 .::Snkron Gnratörlrin Farklı Drc Molinki Analizlrinin İnclnmsi::...08 Gnratör baraları grilim ğişimlri (p.u) Bara Bara2 Bara3 Bara4 0.9 Şkil 3. Gnratör barası 2. rc molin grilim ğişimlri (Gnrator bus 2. orr mol voltag variations) Gnratör aktif güç ğişimlri (p.u) Gnratör Gnratör2 Gnratör3 Gnratör4 3 Şkil 4.: Snkron gnratörlrin 2.rc molin aktif güçlri (2. Orr mol ativ powr of synchronous gnrators) 2. inamik rc molin snkron gnratörün açısal hız ğişiminin p.u., gnratör barası griliminin 0.92 p.u ğrin üştüğü, gnratör aktif güçlrinin 3.4 p.u ğrin üştüğü görülmüştür. Snkron gnratörlr 2. inamik rc molin 3 faz arızasına sistmin kararsız oluğu görülmüştür. 8 numaralı baraa 3 faz arızasının oluşmasına 3. inamik rc molin snkron gnratörlrin açısal hızı, bara grilimi v aktif gücü ğişimi Şkil 5 il Şkil 7 arasına göstrilmiştir. 76

6 Döşoğlu M. K., Güvnç U., Poyraz G. v Küçük B..008 Gnratör açısal hız ğişimlri (p.u) Gnratör Gnratör2 Gnratör3 Gnratör4.00 Şkil 5. Snkron gnratörlrin 3. rc molin açısal hız ğişimi (3. orr mol angular sp variations of synchronous gnrators)..05 Gnratör baraları grilim ğişimlri (p.u.) Bara Bara2 Bara3 Bara Şkil 6. Gnratör barası 3. rc molin grilim ğişimlri (Gnrator bus 3. orr mol voltag variations) Gnratör aktif güç ğişimlri (p.u) Gnratör Gnratör2 Gnratör3 Gnratör4 3 Zaman(s) Şkil 7. Snkron gnratörlrin 3.rc molin aktif güçlri (3. orr mol activ powr of synchronous gnrators) 77

7 .::Snkron Gnratörlrin Farklı Drc Molinki Analizlrinin İnclnmsi::. 3. inamik rc molin snkron gnratörün açısal hız ğişiminin.0035 p.u., ğrin yüksliği görülmüştür. Gnratör barası griliminin 0.79 p.u ğrin üştüğü, gnratör aktif güçlrinin 3.4 p.u ğrin üştüğü görülmüştür. Snkron gnratörlr 3. inamik rc molin 3 faz arızasına sistmin yaklaşık olarak 5. saniy kararlı hal gliği görülmüştür. 8 numaralı baraa 3 faz arızasının oluşmasına 6. inamik rc molin snkron gnratörlrin açısal hızı, bara grilimi v aktif gücü ğişimi Şkil 8 il Şkil 0 arasına göstrilmiştir..009 Gnratör açısal hız ğişimlri (p.u) Gnratör Gnratör2 Gnratör3 Gnratör Şkil 8. Snkron gnratörlrin 6. rc molin açısal hız ğişimi (6. orr mıol angular sp variations of synchronous gnrators)..05 Gnratör baraları grilim ğişimlri (p.u) Bara Bara2 Bara3 Bara Şkil 9. Gnratör barası 6. rc molin grilim ğişimlri (Gnrator bus 6. orr mol voltag variations) 78

8 Döşoğlu M. K., Güvnç U., Poyraz G. v Küçük B Gnratör aktif güç ğişimlri (p.u) Şkil 0. Snkron gnratörlrin 3.rc molin aktif güçlri (6. orr mol activ powr of synchronous gnrators) 6. inamik rc molin snkron gnratörün açısal hız ğişiminin.0042 p.u ğrin yüksliği görülmüştür. Gnratör barası griliminin 0.86 p.u ğrin üştüğü, gnratör aktif güçlrinin 3.4 p.u ğrin üştüğü görülmüştür. 5. SONUÇ VE TARTIŞMA (CONCULUSION AND DISCUSSION) Çok baralı güç sistmin snkron gnratörlrin farklı rc molinki 3 faz arızasınaki tkilri inclnmiştir. Açı v açısal hızan oluşan 2. inamik molin 3 faz arızası için ytrsiz oluğu görülmüştür. Açı v açısal hıza ilav iln ksni grilim kaynağı il oluşan 3. rc molin sistmin blli bir zaman sonra kararlı hal gliği görülmüştür. Ayrıca osilasyonlar zaman içrisin azalmıştır. Snkron gnratör - ksn gçici v alt gçici raktansların ilav ilmsi il oluşan 6. inamik molin iğr mollr nazaran aha kısa zaman içrisin sistmi kararlı hal gtiriği v osilasyonların aha az oluğu görülmüştür. Yapılan karşılaştırma sonucuna 3 faz arızasına snkron gnratör paramtrlrinn aktif güç n fazla tkilnn paramtr olmuştur. 6. KAYNAKLAR (REFERENCES) Gnratör Gnratör2 Gnratör3 Gnratör4 3 [] Dysko, A., Litha, W.E., an O'Rilly, J., (200). Enhanc Powr Systm Stability by Coorinat Pss Dsign, Powr Systms, IEEE Transactions on, 25(), [2] Chung, C.Y., Wang, K.W., Ts, C.T., an Niu, R., (2002). Powr-Systm Stabilizr (PSS) Dsign by Probabilistic Snsitivity Inxs (Psis), IEEE Transactions on Powr Systms, 7(3), [3] Ramos, R. A., (2009). Stability Analysis Of Powr Systms Consiring Avr an Pss Output Limitrs. Intrnational Journal of Elctrical Powr an Enrgy Systms, 3(4), [4] Ourari, M.L., Dssaint, L.A., an Do, V.Q., (2006). Dynamic Euivalnt Moling Of Larg Powr Systms using Structur Prsrvation Tchniu, IEEE Transactions on Powr Systms, 2(3), [5] Khoabakhshian, A., an Hooshman, R., (200). A Nw PID Controllr Dsign for Automatic Gnration Control of Hyro Powr Systms, Intrnational Journal of Elctrical Powr an Enrgy Systms, 32(5),

9 .::Snkron Gnratörlrin Farklı Drc Molinki Analizlrinin İnclnmsi::. [6] Chung, C.Y., Wang, L., Howll, F., an Kunur, P., (2004). Gnration Rschuling Mthos to Improv Powr Transfr Capability Constrain by Small-Signal Stability, IEEE Transactions on Powr Systms, 9(), [7] Jia, H., Yu, X., Yu, Y., an Wang, C., (2008). Powr Systm Small Signal Stability Rgion with Tim Dlay, Intrnational Journal of Elctrical Powr an Enrgy Systms, 30(), [8] Romms, J., an Martins, N., (2008). Computing Larg-Scal Systm Eignvalus Most Snsitiv to Paramtr Changs with Applications To Powr Systm Small-Signal Stability, IEEE Transactions on Powr Systms, 23(2), [9] Kunur, P., Pasrba, J., Ajjarapu, V., Anrsson, G., Bos, A., Canizars, C., an Vittal, V., (2004). Dfinition an Classification of Powr Systm Stability IEEE/Cigr Joint Task Forc on Stability Trms an Dfinitions, IEEE Transactions on Powr Systms, 9(3), [0] Horn, J., Flynn, D., an Littlr, T., (2004). Fruncy Stability Issus for Islan Powr Systms, Powr Systms Confrnc an Exposition, IEEE PES,, [] Gautam, D., Vittal, V., an Harbour, T., (2009). Impact of Incras Pntration Of DFIG- Bas Win Turbin Gnrators on Transint an Small Signal Stability of Powr Systms, IEEE Transactions on Powr Systms, 24(3), [2] Wu, J.L., Zhou, S.X., Sun, J.F., Chn, S.S., an MENG, Q.H., (2004). Analysis on Maximum Powr Injction of Win Farm Connct to Powr Systm, Powr Systm Tchnology, 20, 006. [3] Slootwg, J.G., D Haan, S.W.H., Polinr, H., an Kling, W.L., (2003). Gnral Mol for Rprsnting Variabl Sp Win Turbins in Powr Systm Dynamics Simulations, IEEE Transactions on Powr Systms, 8(), [4] Milano, F., (2005). Documntation for PSAT Vrsion.3.4, 2005,[ ]. Powr. uwatrloo. ca/-fmilano/archiv/psat pf. [5] Milano, F., (2005). An Opn Sourc Powr Systm Analysis Toolbox, IEEE Transactions on Powr Systms, 20(3),