MikroşebekelerveUygulamaları*

Transkript

1 Ders 4 Bahar &

2 Dağıtık Enerji Üretiminin Etkileri 2&

3 Güç Kalitesi ve Güvenilirlik Modern dağıtım sistemleri çok sayıda üretim noktası ve çeşitli bileşenlerden oluşmaktadır. Bunların dağıtım sistemi ile etkileşimi tüketicilere sağlanan enerjinin karakteristiğinde geçici değişimler meydana getirir. Güç kalitesi bu değişimlere, güvenilirlik ise kesintilerin sıklığına bağlıdır. 3&

4 DG ve Mikroşebekelerin Etkileri DG ve mikroşebekeler güç kalitesi/güvenilirlik üzerinde olumlu etkilerde bulunabilir. Potansiyel servisler aşağıdaki gibidir: CHP uygulamaları güç sisteminin toplam verimini arttırmakta, ayrıca tüketiciler için ısı ve elektirği ayrı ayrı almaktan daha ekonomik olmaktadır. Merkezi santrallerden uzak olan tüketiciler için enerjinin bölgesel üretimi çok daha etkin maliyetlidir 4&

5 DG ve Mikroşebekelerin Etkileri DG generatörleri sadece pik dönemlerde kullanılarak dağıtım şirketi tarafından tüketicilere uygulanan talep ücretlerinin azalmasına yardımcı olurlar. Pik azaltılması (peak shaving) olarak bilinen bu uygulama hem tüketicinin maliyetlerini azaltır hem de elektrik sisteminin kapasitesinin artmasına katkı sağlar. DG generatörleri şebeke kesintisi veya arızası esnasında öncelikli yüklerin beslenmesinde kullanılabilir. 5&

6 DG ve Mikroşebekelerin Etkileri Gelişmiş güç elektroniği arayüzleri sayesinde DG generatörler gerilim ve frekans açısından yüksek kaliteli güç sağlarlar. Dolayısıyla ayrı UPS sistemlerine gerek kalmadan çok hassas yüklerin beslenmesi için oldukça uygun sistemlerdir. 6&

7 Güç Kalitesi Bozucu Etkileri Akım ve gerilimin dalga şeklinde (genlik ve frekans) belli sapmalar meydana getiren ve tüketcilere problem çıkaran etkilerdeir. Başlıca bozucu etkiler aşağıdaki gibidir: Transient Gerilim pik ve dipi Gerilim yükselmesi ve düşümü Kesinti Harmonik bozulma Gerilim çentiği Kırpışma Elektriksel gürültü 7&

8 Transient Çok hızlı gerilim değişimi biçimindeki alt çevrim gerilim bozulmasıdır. Frekans khz veya MHz mertebesinde iken gerilimdeki sapma birkaç yüz veya bin volt mertebesinde. 8&

9 Transient Yıldırım, elektrostatik deşarj, yük giriş-çıkışları, hatların devreye giriş-çıkışları, kapasitör banklarının devreye alınması gibi enerji enjekte edilmesi sırasında meydana gelirler. Sönümlü veya sönümsüz biçimde olabilirler. Binaya girişlerde veya cihazların bağlantı noktalarında gerilim bastırıcı özel elemanlar kullnılarak etkileri önlenebilir. 9&

10 Gerilim dip/pik (sag/swell) Yarı peryot ila birkaç saniye aralığında süren gerilimin RMS değerindeki değişimler. Tek faz toprak arızasında diğer fazlarda geçici gerilim yükselmeleri meydana gelebilir veya büyük yüklerin devreden çıkması, büyük kapasitör banklarının devreye girmesi de neden olabilir. Pik mikroişlemcili digital kontrol cihazlarına, dip ise güç kaynaklarına zarar verebilir. 10&

11 Gerilim yükselmesi/düşmesi (over/under voltage) Gerilimde 2 dakikadan fazla süren yükselme veya düşmeler. Gerilim düşümü hat veya transformatörlerin ani devre dışı kalması, üretimin düşmesi veya hatların kapasitelerinden fazla yüklenmesi neden olabilir. Gerilim düşmesi genellikle kademe değiştirici trafo ile düzeltilebilir. 11&

12 Gerilim yükselmesi/düşmesi (over/under voltage) Gerilim yükselmesi gerilim düzenleyici kapasitörlerde veya iletim/dağıtım transformatörlerindeki sorunlardan kaynaklanır. Gerilim regülatörü veya UPS sistemi ile düzeltilebilir. 12&

13 Kesinti (outage) Belli bir süre boyunca gerilim kaybı kesinti olarak ifade edilir. Kısa süreli (2 dk az) veya uzun süreli olabilir. Kesicilerin açması veya hatlardaki kopma nedeni ile meydana gelirler. 13&

14 Kesinti (outage) Batarya ile birlikte UPS sistemi, volan ile mekanik enerji depolanması veya çoklu fider beslemesi ile kesintinin etkisi azaltıalbilir. Ani kesintiden etkilenmemek için UPS ile birlikte statik transfer anahtarı kullanılmalı. Uzun süreli kesintilerde dizel jeneratör veya düşük emisyonlu alternatif kaynakların kullanılması uygun olabilir. 14&

15 Harmonik bozulma (harmonic distortion) Gerilim veya akımdaki dalga şeklinin sinüsoidal formdan sapması olarak ortaya çıkar. Temel bileşenden başka yüksek frekanslı bileşenler de bulunur. Bilgisayarlar, floresant armatürler, motor sürücüler başlıca nedenleri Aktif/pasif filtre, empedans reaktörleri, 12 darbeli giriş transformatör bağlantıları ile önlenebilir. 15&

16 Gerilim çentiği (voltage notching) Yarı iletken anahtarlam elemanlarının kullanıldığı yerlerde gerilim dalgasında çentikler meydana gel Anahtarlama esnasında fazlar arasında çok kısa süreli kısa devreler meydana gebilir. Çentikli kaynağa bağlanan hassas cihazları korumak için %3 empednas reaktörü yerleştirerek etkileşim önlenebilir. 16&

17 Kırpışma (fliker) 25 Hz altındakı frekanslardaki gerilim dalgasının modülasyonu. B frekanslarda standart ampülün ışığındaki değişim insan gözü tarafından algılanır. Genellikle kaynak makineleri veya ark fırınları kırpışmaya neden olur. Statik VAR sistemleri veya filtreler ile ortadan kaldırılabilir. 17&

18 Elektriksel gürültü (electrical noise) Yüksek frekanslı, düşük gerilimli işaretlerin hat gerilimi üzerinde toplanması sonucu oluşan elektromanyetik girişim (EMI). Genellikle haberleşme sistemlerini etkiler. Yıldırım düşmesi, statik elektrik, yüksek frekanslı anahtarlama vb. kaynaklanabilir. Filtrelerle etkisi azaltılabilir. 18&

19 Güç Kalitesine Hassas Tüketiciler Elektrik kesintisini belli bir süreden fazla tolere edemeyecek tüketiciler back-up jeneratör kullanmaktadır. Güç kalitesindeki bozulmadan dolayı ekonomik kayıplara uğrayan tüketiciler ise genellikle UPS sistemi ve kaliteyi arttıran düzenleyici ekipmanlar (power conditioning) kullanmaktadır. 19&

20 Güç Kalitesine Hassas Tüketiciler Kaliteli enerjiye ihtiyaç duyan tüketici grupları: Kritik görevdeki bilgisyar sistemleri Haberleşme tesisleri Sağlık tesisleri Sürekli prosesdeki üretim sistemleri Hizmet sektörü 20&

21 Güç Kalitesi Düzeltme Teknolojileri Tüketiciler tüm sistemlerini (bina girislerinde), belli bir yük grubunu (özel devre koruması ile) veya belli cihazları (özel koruma ekipmanları ile) korumak gereği duyabilirler. Koruma seviyesi öncelikli yüklerin türüne ve büyüklüğüne bağlıdır ve güç düzenleyici ekipmanlar farklı biiçimde sınıflandırılabilir. 21&

22 Güç Düzenleyici Ekipmanlar Küçük ölçekli cihazlar (3 kva kadar) Cihaz bazında kullanılırlar.! UPS! Tek faz gerilim bastırıcı! Tek faz güç düzenleyiciler, izolasyon tarfoları ve gerilim regülatörleri 22&

23 Güç Düzenleyici Ekipmanlar Orta ölçekli cihazlar (100 kva kadar) Bu ekipmanlar tipik olarak elektrik bağlantı noktalarında, fider veya kollarda bulunur.! Tek faz (3-18 kva) ve üç faz UPS! Üç faz gerilim bastırıcı! Üç faz güç düzenleyiciler; izolasyon tarfoları ve gerilim regülatörleri, aktif/pasif harmonik filtreler 23&

24 Güç Düzenleyici Ekipmanlar Büyük ölçekli cihazlar (100 kva dan büyük) Bu ekipmanlar binanın dışında kapalı bir binada bulunurlar.! Enerji depolama sistemleri! Büyük ölçekli UPS! Alçak gerilim statik transfer anahtarları (<600 V)! Orta gerilim statik transfer anahtarları, ve şönt kompanzatör, kesiciler gibi kullanıcı ekipmanları 24&

25 Alternatif Güç Kaynağı Teknolojileri Alternatif kaynaklar kullanmak suretiyle tüketicilerin servis güvenilirlikleri ve güç kalitesi arttırılabilir. Bu kaynak ikinci bir dağıtım fideri, yedek jeneratör veya DG sistem olabilir. Güç kalitesi ve güvenilirliğin iyileştirilmesi ikinci kaynağın bağlantı anahtarı teknolojisine bağlıdır. 25&

26 Kaynak bağlantı anahtar teknolojileri Manuel transfer anahtarı Anahtarlama birkaç dakika aldığından yalnızca uzun dönem kesintileri önler. Otomatik transfer anahtarı Beslemedeki hatayı algılar ve otomatik olarak diğer kaynağa geçer. İkinci besleme yedek generatör olduğunda yaklaşık 10 sn sürer (dizel). Uzun kesintiler önler, ani kesintiler ve dipler için yetersiz. 26&

27 Kaynak bağlantı anahtar teknolojileri Statik kaynak transfer anahtarı 4 sn gibi çok hızlı sürede cevap verir. Bir kaynaktan diğerine kesintisiz geçiş sağlayan yarı iletken anahtar elemanları kullanılır. UPS yedeği olmadan jeneratör uygulaması bu tüe anahtarlar için uygun değildir. 27&

28 Güç Düzenleyici Teknolojiler Tüketici tarafındaki güç kalitesini iyileştirmek için kullanılan teknolojilerdir. 28&

29 Güç Düzenleyici Teknolojiler Transient aşırı gerilim koruyucular (TVSS) Yıldırım darbesı ve diğer aşırı gerilimlere karşı koruyucu olarak kullanılırlar. Genellikle metal oksit varistor (MOV) kullanılır. Bilgisayar gibi küçük yükleri veya tüm tesisi koruyacak boyutta olurlar. 29&

30 Güç Düzenleyici Teknolojiler VAR kompanzatörler Gerilim sag ve swell gibi stabil olmayan durumlar sistemdeki kompanzasyonsuz reaktif güçlerden kaynaklanabilir. Gerilimi kararlı tutmak için kullanılan reaktif güç kompanzasyon teknolojileri: Senkron kondansatör Statik senkron kompanzatör Sabit kapasitör bankları (STATCOM) Tristör anahtarlamalı kapasitör Aktif VAR kompanzatör (TSC) Tristör kontrollü reaktör (TCR) Statik VAR kompanzatör (SVC) 30&

31 Güç Düzenleyici Teknolojiler Dinamik Gerilim Onarıcı (DVR) Gerilim transienti, dipi ve piki gibi geçici durumlarda sistemin uygun şekilde çalışmasını sağlayan cihazdır. Şebeke ile yük arasına seri olarak bağlanır ve tüketici noktasındaki gerilimi stabil tutar. DVR daki kapasitörler ms civarındaki dip gerilimi için enerji depolayabilir. 31&

32 Güç Düzenleyici Teknolojiler İzolasyon transformatörü Ekranlamalı izolasyon transformatörü hassas yükleri elektromagnetik girişimden (EMI) korumak için kullanılır. 32&

33 Güç Düzenleyici Teknolojiler Motor-Alternatör Seti Gerilim kararlılığı ve gürültü bastırmasını birlikte sağlayan oldukça etkili hat düzenleyicidir. Generatör veya alternatör akupleli AC veya DC motor içerir. Ataletten dolayı kısa süreli kesintileri tolare edebilir. Generatörün sargılarından kaynaklanan harmonikler dışında gerçek bir kalite izolasyonu sağlar. Şebekedeki bozulmaları yansıtmaz. 33&

34 Güç Düzenleyici Teknolojiler Kesintisiz güç kaynağı (UPS) Çift çevrim UPS lerde AC giriş DC ye doğrultulur. İnverter öncelikli yükleri beslemek için regüle edilmiş AC çıkış üretir 34&

35 Güç Düzenleyici Teknolojiler Kesintisiz güç kaynağı (UPS) Yarı iletken statik geçiş anahtarı, UPS arızası veya aşırı yük durumunda inverterden by-pass AC girişe transfer eder. Bu durum kesintisiz biçimde gerçekleşir. 35&

36 Güç Düzenleyici Teknolojiler Kesintisiz güç kaynağı (UPS) Geçiş devresi tarnsfer anahtarı ile paraleldir ve motor sürmeli devre kesiciler içerir. Yükü by-pass kaynağa/ kaynaktan transfer edebilmek için senkronizasyon ve kontrol devresi ile donatılmıştır. 36&

37 Güç Düzenleyici Teknolojiler Çift çeverim UPS in üstünlükleri Önceliki yükler AC girişten tamemen izoledir Yükler daima invetrerden beslenir, kesintiden etkilenmezler AC giriş gerilim ve ferekansında dalgalanma olsa dahi yüke yansımaz Hat araızasında ters yönde yük akışı olmaz Sadece bataryalar değil, volan, süper kondansatör gibi teknolojiler kullanılabilir. 37&

38 DG Entegrasyonun Etkileri Dağıtım şebekelerine DG entegrasyonunun (mikroşebeke formunda ) başlıca olumlu etkileri güvenilirlik ve güç kalitesindeki iyileşmedir. 38&

39 DG Entegrasyonun Etkileri Güvenilirlik ve güç kalitesindeki iyileşme için gerekli başlıca unsurlar: Hızlı cevap Senkronizasyon Yumuşak geçiş İzolasyon Yeterli depolama Öncelikli yüklerin beslenmesi Paylaşım (dispatch) özelliği Verimlilik Düşük salınım 39&

40 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 1. Basit Yedek Üretim Bağlantısı Otomatik transfer anahtarı (ATS) üzerinden yapılan bu bağlantı yükleri uzun süreli kesintilere karşı korur. Dizel jeneratör yaklaşık 10 sn de devreye girer. Jeneratörün aşırı yüklenmesini önlemek için yükler önceliğe göre sıralanır. 40&

41 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 2. Güç kalitesi destekli ikincil DG sistemi İleri kontrol sistemi ile kısa süreli kesintilere ve ani gerilim dalgalanmalarına karşı koruma sağlar. Generatör yükleri beslemeye başlayana kadar sahadaki enerji depolama sistemi kullanılır. 41&

42 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 2. Güç kalitesi destekli ikincil DG sistemi Bu bağlantı biçimi güç kalitesine hassas yükler için kullanılır. Acil durumlar dışında ekonomik sebeplerle de uygulanabilir. Şebeke ve mikroşebeke arasında uygun koordinasyon ile pik azaltılması uygulaması gerçekleştirilir. 42&

43 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 3. Öncelikli yüklere güç kalitesi destekli birincil DG sistemi CHP sistemi şebeke ile paralel biçimde işletmededir. Enerji kesintisi esnasında yüklerin beslenmeye devam edebilmesi için generatör tipinin, dişli sisteminin, kontrolörlerin vb. özel tasarlanması gerekir. 43&

44 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 4. Öncelikli yüklere güç kalitesi destekli yumuşak geşişli DG sistemi Ada koruma özelliği ile Şebekeden bağımsız çalışma özelliğine sahiptir. 44&

45 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 5. Güç kalitesi ortamında kesintili güneş DG sistemi Bu konfigürasyon gereksinim duyulan güç kalitesine sahip enerjiyi sağlamaktadır. 45&

46 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 6. Güç kalitesi ortamında kesintili rüzgar DG sistemi 46&

47 DG Entegrasyonu Örnek Bağlantıları 7. Çift DC hatta sahip çok yüksek güvenilirlikli bağlantı Yüksek güvenilirlik talep eden tüketicilerin tercihi. Bu sistemde DG başlıca kaynak, şebeke ise yedektir. Normal işletme durumunda şebeke bağlantısı yok. 47&

48 DG Entegrasyonunda kaynakla ilgilli konular 1. Enerji depolama kapasitesi generatör güç verene kadar yeterli olmalı. Dizel generatör 10 sn, mikrotübün 90 sn civarında hazır olur. 2. DG sistemi motorun çalışsması veya diğer ani yük değişimlerini gerilim kontrolünü kaybetmeden destekleyebilmeli. Yakıt hücreli, mikrotürbünlü DG dizel generatörün tersine adım yüklerini karşılayamayabilir. 48&

49 DG Entegrasyonunda kaynakla ilgilli konular 3. Şebeke ile paralel çalışan DG bağlantı korumalarına sahip olmalı 4. Statik filtreye sahip UPS kullanılan sistemler hafif yüklenme durumunda aşırı kapasiteden dolayı gerilim kontrolünü kaybedebilir. 5. DG sistem hassas yüklere çok yüksek düzeyde güvenilir enerji sağlamak üzere çift hat, ATS vb. kullanarak yeterli yedekleme sağlamalıdır. 49&

50 DG Entegrasyonunda kaynakla ilgilli konular 6. DG sistem herahangi bir yangın durumundayükleri korumak için yangın duvarları ile birbirinden ayrılmalıdırlar. 7. Bekleme konumunda bulunan DG sistemlerinde çift başlatma sistemi, özel yakıt filtereleri vb. bulunmalıdır. 50&

Mikroşebekeler*ve*Uygulamaları*

MikroşebekelerveUygulamaları*