GÜÇ SİSTEMLERİNDE YÜK-FREKANS KONTROLÜ VE TESTLERİ. Hazırlayan: Hayati SUİÇMEZ Enerjisa Enerji Üretim AŞ Elektrik Elektronik Müh.

Transkript

1 GÜÇ SİSTEMLERİNDE YÜK-FREKANS KONTROLÜ VE TESTLERİ Hazırlayan: Hayati SUİÇMEZ Enerjisa Enerji Üretim AŞ Elektrik Elektronik Müh. 1

2 TANIM : Enerji şebekelerinin kararlılığını sağlamak için, şebeke frekansının belirli değerler arasında tutulması operasyonuna Yük Frekans Kontrolü denir. Yük frekans kontrolu bir elektrik sisteminin üretim tüketim dengesinin kontroludur. Elektrik enerjisinin tüketildiği kadar üretilmesini veya üretildiği kadar tüketilmesini amaçlar. 2

3 Yük frekans kontrolüne niçin ihtiyac duyulur : 1. Sistem frekansını Ulusal yük tevzi merkezi tarafından tanımlanmış bir band aralığında tutmak, senkronizasyon ve kararlılığı muhafaza etmek Sabit şebeke frekansı Sabit genlikte ve Sinüsoidal formda gerilim 2. Bölgeler arası güç değişimlerini absorbe etmek Kesintisiz enerji sağlamak 3. Yük tevzi sistemine bağlı ünitelerin, max. verimlilikte çalışmalarını sağlamak Enerji kaybını azaltmak 3

4 Elektrik Üretimi ve Frekans : 4

5 Elektrik Üretimi ve Frekans : f = n.2p/120 ve φe = 2P.φg/2 f : Üretilen emk frekansı (periyot/sn) P : Alternatörün çift kutup sayısı n : Alternatörün devir sayısı (devir/dk φe : Elektiriksel açı (rad derece) φg : Geometrik açı (rad derece ) 5

6 Elektrik Üretimi ve Frekans : 1500 devir/dk ile dönen bu alternatorün ürettiği emk nin frekansı 50Hz dir. f = n.2p/120 = /120 = 50Hz e = Em.Sinwt / (w = 2πf ve wt = φe) Em = B..v Em : Endüklenen max. emk(volt) B : Magnetik endüksiyon(tesla) : İletkenin mag. alan içerisindeki boyu(m) v : İletkenin hızı(m/sn) 6

7 Elektrik Üretimi ve Frekans : 7

8 Elektrik Üretimi ve Frekans : Tm : Mekanik Moment (Türbin) Te : Elektriksel Moment (Senkron Makine) J : Eylemsizlik Momenti w : Dönme Hızı Üretim Talep (Yük) Frekans 8

9 Elektrik Üretimi ve Frekans : Stator sargılarında endüklenen gerilimin frekansı rotor hızı ile eş zamanlıdır. W = 120.f/p W : Açısal hız (rad/sn) f : Stator sargılarındaki gerilimin frekansı p : Kutup sayısı 9

10 Elektrik Üretimi ve Frekans : Böylece; Bir Generator ünitesinin nasıl enerji ürettiğini incelemiş olduk. Mekanik enerjiden elektrik enerjisi elde ettik... Üretilen elk.enerjisinin ortak bir baraya aktarılması ve buradan dağıtılması gerekiyor. 10

11 Senkronizasyon : Fakat ; Bir Santralde genellikle birden çok ünite bulunur 11

12 Senkronizasyon : Ve bir grid üzerinde birden çok Santral... 12

13 Senkronizasyon : Öyleyse, ne olmalı..? Aşağıdaki gibi mi...? 13

14 Senkronizasyon : 14

15 Senkronizasyon : Ne zaman ve niçin ihtiyaç duyulur? İki veya daha çok ünite generatörü veya elektrik üreten sistemler, aynı dağıtım sisteminin barasına bağlanmak istendiğinde, bu üniteler sırası ile senkronize edilmedilirler. Eğer, bu elektrik üreten üniteler senkronize edilmezlerse,sistemde çok büyük elektrik ve mekanik hasarlar oluşur. 15

16 Senkronizasyon : Faz sıralaması uyumu : Montaj sırasında, Ünite Generatörü faz sıralaması, grid e göre düzenlenir. (Grid : A B C // Unite Gen : A B C ) 16

17 Senkronizasyon : Gerilimlerin uyumu : Ünite Generatörünün gerilimi, grid gerilimine ayarlanır. Gerilimin setlenmesi. 17

18 Senkronizasyon : Frekans uyumu : Ünite Generatörünün frekansı, grid frekansına ayarlanır. 18

19 Senkronizasyon : Faz açısı Uyumu : Ünite Generatörünün faz açısı, grid in faz açısına ayarlanır. Frekans ve rotor hızı ince ayarları ile yapılabilir. 19

20 Senkronizasyon : Operasyonda senkronizasyon kontrolu / Senkronoskop 20

21 Yük-Frekans Kontrolu : Bir güç sisteminin frekansı,aktif güç dengesine bağlıdır. Frekans, sistemin her noktasında etkili ve ortak bir parametridir. Her hangi bir noktada oluşabilecek aktif güç talep değişimi, frekansın da değişimine neden olur.frekans ın değişimi ise, gerçek bir karmaşaya ve sistemin tamamen çökmesine neden olur. 21

22 Yük-Frekans Kontrolu : 22

23 Yük-Frekans Kontrolu : Bazı SCADA ekranları 23

24 Yük-Frekans Kontrolu : Yükteki değişime bağlı olarak frekansın zamana göre değişimi: 1. Kontrol edilmezse 2. Kontrol edilirse 2 no lu eğri ile gösterilen kontrol, Primer frekans kontrolüdür. Neden: f p kadar bir frekans hatası mevcuttur. P L : Yük Değişimi f : Frekanstaki değişim K n : Bir sistemin doğal güç-frekans karakteristiği 24

25 Yük-Frekans Kontrolu : 3 aşamalı olarak gerçekleştirilir Primer Frekans Kontrolu (Primary Frequency Control, governor action) Sekonder Frekans Kontrolu(Secondary Frequency Control, AGC) Tersiyer kontrol (Stand-by reserve) 25

26 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) : Elektik enerjisinin üretim - tüketim eşitliğinin bozulması durumunda sapmaya uğrayan sistem frekansını düzeltmeye yönelik, merkezi müdahale olmaksızın ünitenin otomatik tepkisidir. Bu tepki ünite rezerv kapasitesine ve türbin hız-eğim(speed-droop) oranına bağlıdır. 26

27 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) Hız eğim(speed-droop) : 1.Santral ünitesinin hız-eğimi(speed-droop) sözleşme ile belirlenir ve aşağıdaki förmüle göre hesaplanır s g f / f n (%) 100 P / P G GN 2.Ünitelerin hız-eğim(speed-droop) ve ölü bant değerleri sistem ihtiyacına göre TEİAŞ tarafından belirlenir.(±10 mhz) 27

28 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) Hız eğim(speed-droop) : fo : Ünite kontrol sisteminin frekans sapmalarına tepki vermediği frekans aralığı(ölü band-hz) Q : Primer frekans kontrol rezerv kapasitesi (MW) 28

29 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) : Burada anılmış rezerv, her zaman emre amade olmak zorundadır. Frekans sapması ±200 mhz i geçmesi durumunda primer frekans kontrolu aktive olur. 15 sn içerisinde primer rezerv güç ün %50 si ve 30 sn içerisinde de tamamı aktive olabilmelidir. Üniteler bu rezerv güçün tamamını en az 15 dk. sürdürebilecek yeterlilikte olmalıdırlar. 29

30 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) : 30

31 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) : Primer frekans kontrolu, türbin hız regülatörü aracılığı ile gerçekleştirilir. Üretim tüketim dengesi bozulduğunda, Enterkonnekte sistem yeni bir frekansta dengeye gelir. Bu durum, şebeke frekans sapmasına neden olur. Buna «Kalıcı Frekans Hatası nedir» 31

32 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) : Primer frekans kontrolü yapacak santraller TEİAŞ tarafından belirlenen oranlarda primer frekans kontrolüne katılmak zorundadırlar. 1.Hidroelektrik santrallerinde nominal güç ün %10 2.Kömür-Doğal gaz santrallerinde nominal güç ün %5 32

33 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) : UCTE(Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity) kriterlerine göre, min. ve max anlık frekans skalası 49,2 50,8 Hz skalasını aşmamalıdır.frekans 49 Hz in altına düşmesi durumunda, yük atma röleleri otomatik olarak çalışır. 33

34 Yük-Frekans Kontrolu : Primer Kontrol(Primary Frequency Control, governor action) Tek başına yeterli olmuyor İlave sistemler gerekiyor : 1.Çok bölgeli sistemlerde, bir bölgedeki frekans değişimi diğer bölgelere etki ediyor. 2.Sistemde kalıcı bir frekans hatası oluşuyor. 3.Tepki verilmiş yönde yeni bir üretim-tüketim dengesizliği oluşması durumunda,sistemin bu dengesizliği giderecek rezervi bulunmuyor. 4.Tüm sistemin güvenilirliği bulunmuyor. 34

35 Yük-Frekans Kontrolu Sekonder Frekans Kontrolu(Secondary Frequency Control, AGC) : Kalıcı frekans hatasının ortadan kalkmasına ve primer tepki rezervinin serbest kalmasına yönelik olarak sistemin, AGC aracılığı ile nominal frekansda üretimtüketim dengesinin yeniden kurulması çabasıdır. Enerji üretmekte olan bir santralın, nominal frekansı yakalayıncaya kadar AGC aracılığı ile enerji üretiminin, kabiliyeti ölçüsünde değiştirilmesi operasyonudur. fp =0 olmasını istiyoruz. 35

36 Yük-Frekans Kontrolu : Tersiyer Kontrol(Stand-by reserve) : Stand-by olarak bekleyen ünite ve/veya santrallerin gerektiğinde işletmeye alınmasıdır. Sekonder kontrol güçünün daha ekonomik ve homojen kulanımına olanak sağlar. Sekonder rezervleri, bir sonraki kullanıma yönelik serbest hale getirirler. 36

37 Yük-Frekans Kontrolu (Genel Bakış) : Hızlı Devreye Alma Yedekleri Sıcak Yedekler Ilık Yedekler Tersiyer Kontrol Tersiyer Kontrol (-İşletme Yedekleri) (Kapasite Kiralama) Sekonder Kontrol Sekonder Frekans Kontrolü (AGC) Primer Kontrol Primer Frekans Kontrolü Primer frekansın devrede olduğu fakat primer kontrolün sekonder kontrol ile yer değiştirdiği alan 30 sn. 15 dak. 37

38 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri 1) Rezerv Testleri ( f = ±200 mhz) : - Primer frekans kontrol rezerv kapasitesinin %50 si en fazla 15 sn içerisinde, tamamı (Q) ise 30 sn içerisinde ve lineer olarak etkinleşebilmelidir. - Primer frekans kontrol rezerv kapasitesi en az 15 dk boyunca sağlanabilmelidir. Rezerv testleri sırasında uygulanacak simule frekans grafiği. TEİAŞ

39 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri 2) Hassasiyet Testleri ( f = ±5 mhz, f = ±10 mhz ) : - Primer frekans kontrol hassasiyet testlerinde frekans sapmasının uygulandığı anda vana pozisyonunda değişiklik gözlenmeli. - Ünite duyarsızlığı ±10mHz i geçmemelidir.(ölü band-dead band) Hassasiyet testleri sırasında uygulanacak simule frekans grafiği.- TEİAŞ

40 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri 3) 24 saat lık Doğrulama Testleri : - Bu testin sonucu, ünitenin Primer frekans kontrol fonksiyonunun şebeke şartları altında sürekli çalışabileceğini doğrular nitelikte olmalıdır. 31) Ölçülecek Sinyaller ( Hidrolik Santrallerde) a) Aktif Güç b) Simule Frekans c) Ayar Kanat Açıklığı 32) Şebeke Hızı Yerine Simule Frekansın Uygulanması Hız regulatörleri,frekans bilgisini genellikle türbin mili üzerinden bir takometre vasıtası ile alırlar.türbin-generator ünitesi şebeke ile senkron çalıştığından,takometreden okunan değer,şebeke frekansına karşılık gelen bir devir sayısıdır. 40

41 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri Test sırasında şebeke frekansını istenildiği gibi değiştirmek mümkün olmayacağından, hız regulatörüne simule frekans uygulanması gerekmektedir. Uygulanacak bu frekans değeri, takometreden alınan değere uygun olmalıdır. Örneğin HES üniteleri 50 Hz şebeke frekansında, 200 dev/dk hız ile dönüyor ise, takometre, 50 Hz şebeke frekansında 200 Hz kare dalga üretiyor demektir. Simule frekans, bir frekans üreteci ve bir role vasıtası ile, ünite nominal devrine ulaştıktan ve paralele girdikten sonra anahtarlama yapılarak uygulanmaktadır. 41

42 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri Bu uygulamanın prensip şeması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Hız regulatörüne takometreden alınan frekans bilgisi yerine simule frekansın uygulanması. Anonim

43 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri 33) İstenen Şartlar : a) Ölü bant (dead-band) değerinin ayarlanabilir olması ve test öncesinde 0 (sıfır) mhz e ayarlanabilmesi. b) Hız-eğim (speed-droop) değerinin ayarlanabilir olması (hidroliklerde %4, diğer santrallerde %8) c) Frekans simülasyonu ve kayıt işleminindeki örnekleme oranının 100 ms (saniyede en az 10 veri ) olması. d) Ölçülen sinyallerin test süresi boyunca yaklaşık 45 dk boyunca kaydedilebilmesi.ancak bu kayıtların 24 saat boyunca yapılması istenirse, ilgili hardware buna göre seçilmesi. 43

44 Yük-Frekans Kontrolu Testler UCTE Kriterlerine Göre Primer Frekans Kontrol Testleri : e) Regülator parametrilerinin (P, I ve D) uygun tepki için ayarlanabilir olması. f) Testlerin yapılacağı max. ve min. çıkış gücü seviyelerinin testler öncesi hazırlanmış olması. g) Alınan tüm kayıtların «Text/ASCII» biçiminde bilgisayar ortamı dosyası halinde teslim edilmesi. 44

45 Yük-Frekans Kontrolu Testler Sekonder frekans sinyal kontrolleri : Tersiyer frekens sinyal kontrolleri : a) Bunlar Teleinformasyon planında tanımlanmış bulunan ve «Point to Point» testler kapsamındaki sinyal doğrulama kontrolleridir. 45

46 Yük-Frekans Kontrolu Testler Sekonder frekans sinyal kontrolleri : Tersiyer frekens sinyal kontrolleri : 46

47 GÜÇ SİSTEMLERİNDE YÜK-FREKANS KONTROLÜ VE TESTLERİ SORULAR...? 47

48 GÜÇ SİSTEMLERİNDE YÜK-FREKANS KONTROLÜ VE TESTLERİ TEŞEKKÜRLER. 48