Enerji iletim sistemlerinin Facts elemanları kullanılarak şebeke gerilim ve frekans regülasyonu üzerine fizibilite analizi

Abstract

Elektrik enerjisinin arzında süreklilik çok önemli olup enterkonnekte güç sistemlerinde enerjinin devamlılığını sağlamak için, üretim ve tüketim miktarları her zaman dengede olmalıdır. Bu da ancak güç sisteminin gerilim ve frekansını dengede tutarak mümkün olabilir. Başka bir ifade ile arz ve talebin dengesi süreklilik göstermelidir. Aksi takdirde istenmeyen büyük dinamik salınımlar, gerilim çökmeleri meydana gelebilir. Enterkonnekte güç sistemlerinde elektrik enerjisinin kalitesi bozulur ve enterkonnekte güç sisteminin bölgesel veya ulusal çökmesine kadar varabilen problemlere yol açabilir. Çalışma kapsamında güç elektroniğine dayalı mikro elektronik, haberleşme ve ileri kontrolör uygulamaları içeren FACTS (Esnek Alternatif Akım İletim Sistemleri) kontrolörleri ile güç sistemleri kontrol altında tutularak, güç transferlerinin düzenlenip, taşıma kapasitelerinin de belirli sınırlar dâhilinde artırılabileceği gösterilmiştir. FACTS cihazları ile baralardaki gerilimin büyüklüğü ve faz açısı kontrol edilirken, iletim hatlarının işletme limitleri dâhilinde güvenli bir şekilde yüklenmesi ile sistem kayıpları en aza indirgenebilecektir. Güç sisteminde kullanılacak olan FACTS cihazlarının yerlerinin belirlenmesinde sezgisel algoritmalar kullanılarak, kayıpların minimize edilmesi doğrultusunda FACTS cihazlarının konumlanacağı bölgeler belirlenmiştir. Optimizasyon çalışmalarında sezgisel yöntemler ile elde edilen GA ve PSO algoritmaları kullanılmıştır. Sezgisel yöntemler ile güç sisteminin Kuzey barası optimum bara, ve FACTS cihazlarının çıkış gücü değeri 255 MVAr olarak bulunmuştur. Farklı sezgisel yöntemlerin optimizasyon teknikleri kullanarak, FACTS cihazların gerilim kararlılığına ve sistem kayıplarının azaltılmasına olan etkileri gösterilmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda enerji iletim sisteminin gerilim değerleri regüle edilmiş ve kayıpların azaltılmasına bağlı olarak sistem yüklenebilirliği artırılmıştır. Tez çalışmasında, Batı Akdeniz Bölgesi'nde bulunan güç sistemi, gerçekçi ulusal veriler kullanılarak yük akışı analizleri Dig-SILENT Power Factory yazılımı kullanılarak modellenmiştir. Güç sisteminde arıza oluşması durumunda, bara gerilimleri, aktif ve reaktif yük akışları incelenmiştir. FACTS cihazlarının dinamik bir sistem olan güç sistemlerinde, anlık ihtiyaçlara bağlı olarak reaktif güç üretip tüketebilen, reaksiyon süresi oldukça hızlı olan, güvenli ve işletme esnekliğine sahip sistemler olduğu görülmüştür. Enerji iletim sistemlerinde maksimum yüklenme sınırlarının bu sayede artırılabileceği ve güç sisteminin kontrolünü de kolaylaştırabileceği gerçekçi parametrelerle belirlenmiştir. SVC ve STATCOM kontrolörlerinin güç sisteminde oluşan gerilim çökmelerine karşı, sistemin kararlılık sınırlarına olan etkileri incelenmiştir. Optimize edilmiş FACTS cihazlarının güç sistemine entegre edilmesiyle, kritik baraların yüklenme kapasiteleri artmıştır. Şebeke modelinde meydana gelen sistem arızalarından ötürü kritik bara gerilimlerinde aşırı osilasyonlar oluşmaktadır. Alt limit aralığı 0.95-1.0p.u. olan gerilim düşümlerinde ve üst limit aralığı 1.0-1.05p.u. olan gerilim yükselmelerinde, FACTS cihazları bara gerilimlerini işletme limitlerinde tutmaktadır. Ayrıca, generatör gerilim kararlılığı da yükseltilerek buna göre güç sisteminin kapasitesi artırılmıştır. Enerji iletim sistemindeki 55.87 MWh olan toplam teknik kayıplar, SVC kontrolörleri ile 52.88 MWh'e ve STATCOM kontrolörleri ile 48.48 MWh değerine düşürülmüştür. Teknik kayıpların azaltılmasında en yüksek performansı, %13.22 kayıpları azaltan STATCOM kontrolörünün göstermiş olduğu, SVC denetleyicileri ile ise teknik kayıpların % 5.33 azaltıldığı tespit edilmiştir. STATCOM kontrolörleri, SVC kontrolörlerine göre iletim kayıplarını daha etkin bir şekilde minimize ederek, mevcut iletim sisteminin çalışma sınırlarını genişletmektedir. STATCOM kontrolörleri modellenen pilot güç sisteminde, SVC kontrolörlerine göre %10 daha fazla reaktif güç sağlayabilmektedir. STATCOM kontrolörlerinin bulunduğu baralarda, ani reaktif güç değişimlerine ve gerilim düşümlerine karşı simülasyon süresinin %1 inden daha düşük bir sürede anahtarlama yaparak cevap verdiği ve simülasyon süresinin %5 'inden daha düşük bir sürede sistemin kararlı hale getirdiği görülmektedir. Pilot bölge olarak seçilen ulusal bir elektrik enerji iletim sistemini, FACTS teknolojisi kullanılarak gerçekçi değerlerle modelleyip fizibilite çalışmasının gerçekleştirilmesi ile elde edilen sonuçlar ışığında Türkiye enterkonnekte sistemi için gerilim ve reaktif güç kontrolünün hassasiyetini artırarak, üretim ve tüketim dengesini daha kararlı hale getirmek suretiyle, teknik olarak enerji iletim maliyetinin düşürülmesine katkıda bulunulabileceği ön görülmektedir.