Geri Dön

Elektrik enerji sistemlerinde güvenilirlik değerlendirmesi için kısıtlılık seçimi

Contingency selection for the reliability evaluation in the electric power systems

  1. Tez No: 100684
  2. Yazar: RAMAZAN ÇAĞLAR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 129

Özet

Çağdaş bir elektrik enerji sisteminin temel işlevi, kabul edilebilir bir güvenilirlik ve kalitede, mümkün olduğunca ekonomik olarak tüketicilere enerji sağlamaktır. Elektrik güç sistemi bu işlevi yerine getirken, aynı zamanda bir takım işletim kısıtlamaları içinde kalmalıdır. Çağdaş toplum, enerji kaynağının, sürekli olarak istediğinde mevcut olmasını beklemektedir. Buna karşın, sistem arızası sonucunu doğuran ve genellikle elektrik enerji sistemi mühendislerinin denetimleri altında olmayan, rastgele bileşen arızalan nedeniyle bu olanaklı değildir. Elektrik enerji sistemi güvenilirlik değerlendirmesinin çok geniş bir anlam aralığı vardır. Genel anlamı ile bu, sistemin işlevlerini yerine getirme yeteneğinin bütününü belirtir. Bu nedenle güvenilirlik değerlendirmesi,. sistem yeterliliği. sistem güvenliliği gibi iki temel alana ayrılarak yapılmaktadır. Yeterlilik, kurulu üretim ve iletim olanaklarının, toplam sistem yükü gereksinimini sağlamaya yönelik yeteneği ile ilgilidir. Bunlar, yeterli enerjiyi üretmek için gerekli donanım ve olanakları ve bu enerjiyi gerçek tüketici noktalarına taşımak için gerek duyulan ilgili iletim ve dağıtım işletim elemanlarını içerir. Bundan dolayı, yeterlilik, sistem bozucu etkilerini içermeyen durağan koşullarla ilgilidir. Güvenlilik, sistemde ortaya çıkan bozucu etkilere sistemin yanıt verme yeteneği ile ilgilidir. Bu nedenle, sistemin maruz kaldığı her türlü bozuculara sistemin yanıtı ile ilişkilidir. Elektrik enerji sistemi yeterlilik çalışmaları, üretim, iletim ve dağıtım gibi üç işlevsel bölgede ayrı ayrı yürütülür. Bu işlevsel bölgeler aşamalı (hiyerarşik) seviyeleri verecek biçimde birleştirilebilir. Aşamalı Seviye I (AS I) yalnızca üretim olanak ve vasıtaları ile ilgilidir. AS I de üretim sistemi, toplam sistem yük ihtiyacını karşılama yeterliliğini belirlemek amacıyla incelenir. Bu çoğunlukla“üretim kapasitesi güvenilirlik değerlendirmesi”olarak adlandırılır. Aşamalı Seviye n (AS II) hem üretim ve hemde iletim donanım ve olanaklarını içerir. Bu seviyedeki yeterlilik analizleri, çoğunlukla“karma sistem veya büyük iletim sistemleri güvenilirlik değerlendirmesi”olarak adlandırılır. AS II çalışmalarında, AS I'in üretim-yük modeline, iletim sisteminin modeli eklenir. AS II için temel modelleme yaklaşımı Şekil 1 de gösterilmektedir. AS II çalışmaları, çeşitli güçlendirme (iyileştirme) seçeneklerinin, hem üretim hemde iletim seviyesindeki etkilerini içeren, mevcut veya önerilen bir sistemin yeterliliğini değerlendirmek için kullanılabilir. Şekil 1 AS II için kavramsal yönler. AS in' ün bir bütün olarak değelendirilmesi, bu seviyenin üç işlevsel bölgenin hepsini birden içermesi nedeniyle çok karmaşıktır. Bu nedenle, dağıtım işlevsel bölgesi çoğunlukla ayn bir bölüm olarak analiz edilir. AS IH çalışmasının amacı, gerçek tüketici yük noktalarında uygun indisler elde etmektir. Bu çalışma, AS II incelemesine yönelik olarak değerlendirilebilir. AS II analizlerinde, aşın yüklenme etkileri, gerilim bozulmaları, üretimin yeniden dağıtılması ve bağımsız, bağımlı, ortak nedenli ve istasyon kökenli devre dışı kalmalar gibi bir çok karışıklıklar vardır. Bu seviyede güvenilirlik indislerinin değerlendirilmesi, çözümlenecek olasılıksal sistem durumlarının belirlenmesini içerir. AS II de, çoğunlukla iki tip indis hesaplanır: bara (yük noktası) indisleri ve sistem indisleri. Sistem indisleri bütün sistem yeterliliğinin değerlendirilmesini verirler. Yük noktası indisleri her bir bara üzerindeki etkiyi gözler (denetler) ve bir sonraki aşamalı seviye için giriş değerlerini sağlar. Çoğunlukla aşağıdaki bara ve sistem indisleri değerlendirilir: sistem arıza olasılığı, bozulmaların beklenen sayısı, yük kaybı olaylarının sayısı, atılan yük miktarı. Bütün bu indisler belirli bir zaman esas alınarak değerlendirilir, ki bu çoğunlukla bir yıldır. Karma sistem güvenilirliğinde kullanılan iki temel teknik vardır. Bunlar kısıtlılık sıralama ve Monte Carlo benzetimleridir. Kısıtlılık sıralama analizleri çoğunlukla üretim, yük ve iletim devresine ilişkin rastlantı değişkenlerinin ayrık olduğu kabulü altında ve analitik olasılık teknikleri kullanılarak gerçekleştirilirler. Kısıtlılık sıralama ilkesine dayalı elektrik enerji sistemi güvenilirlik değerlendirmesi akış diyagramı Şekil 2 de gösterilmektedir. İncelenecek durumların seçilmesi, karma elektrik enerji sistemi güvenilirliğinde önemli bir rol oynar. Bu nedenle kısıtlılık seçimi ilkesi, kısıtlılık sıralama tekniklerinin başlıca işlemlerinden birisidir. Sistemin arızalı durumlarının belirlenmesi için çoğunlukla esaslı bir çabaya girişilir. Özellikle, olası bütün kısıtlılıklardan en ciddi olanlarının belirlenmesi ve analiz edilmesi gereği vardır. Bu işlem çok fazla bilgisayar zamanını gerektirir. Önemi az olan (düşük yeğinlikli) kısıtlılıkların elenmesi ve yalnızca yüksek yeğinlikli kısıtlılıklar için ayrıntılı güç akışı analizlerinin uygulanmasına yönelik, etkin bir kısıtlılık sıralama ve seçim fonksiyonunu kullanmak yaygın kabul görmüştür. Son XIon yıllık dönemde, iletim hatları aktif güç akışı ve yük barası gerilim kısıtlılıkları seçimine yönelik algoritmaların geliştirilmesinde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Kısıtlılık durumunu Hayır «- I Evet İyileştirici etkinleri uygula. Hayır I Evet Problemin yeğinliğini hesapla. 1 Güvenilirlik indislerini oluştur. Hayır ı- I Evet Sonuçlan yaz. Dur) Şekil 2 Kısıtlılık sıralama yaklaşımının akış diyagramı Kısıtlılık seçimi problemi, kısıtlılıkları yeğinliklerine göre sıralayan etkin bir bilgisayar yönteminin geliştirilmesi ile ilgilidir. Bu yeğinlik, skaler bir niceliğin genliği olarak ölçülür ve Performans İndisi, PI (Başarım Belirteci, BB) olarak adlandırılır. Başarım belirteçleri, kısıtlılıkların, hem iletim hatları aktif güç akışları ve hem de yük barası gerilim genlikleri üzerindeki etkilerine değer biçerler. Bazı başarım belirteçlerinin ortak ifadesi, PI = !>,/;(*) (i) olarak verilebilir. Burada f/x), Xj durum değişkeninin bir fonksiyonu, yani aktif güç akışları veya bara gerilim genlikleri, w, bir ağırlık katsayısı ve m pozitif bir tamsayıdır. Alışılagelmiş kısıtlılık seçim algoritmlan, ağırlık katsayılarının ve üstel terimin seçimine odaklanmıştır. Yöntemlerin etkinliği, yanlış sınıflandırmanın sayısına bağlı olarak değerlendirilmektedir. xııBu çalışma, kısıtlılıkların otomatik olarak sıralanması ve seçilmesi için, iletim hatları aktif güç kayıplarına dayalı, farklı bir Başaran Belirteci formülasyonunu tanıtmaktadır. Önerilen formülasyon ne bir üstel terim, ne de bir ağırlık katsayısını gerektirir. Yöntem, iletim hattı aktif güç akışları ve başarım belirteci değişkenleri arasındaki korelasyonu kullanmaktadır. Bir NB-baralı elektrik güç sisteminde, toplam aktif iletim kayıpları PL, her bir iletim hattının aktif iletim kayıplarının (PL ) toplamı olarak ifade edilebilir. NB-l NB ^ = ZPl, (2) j=l fc=ı+l Toplam aktif iletim kayıpları PL, bara gerilim açılan tarafından belirlenen devre kayıpları PL, ve bara gerilim genliği taralından belirlenen devre kayıpları PLy olarak iki ana kısma ayrılabilir. Çalışmada, her parçanın, onunla ilgili farklı durum değişkenlerine baskın olarak duyarlı olduğu ve PLg nin hatların aşın yüklenmeleri, PLy nin bara gerilim genliği bozulmaları için etkin birer BB olabildiği gösterildi. Böyle bir bölümlendirme, elektrik enerji sistemlerinde iyi bilinen P-S, Q-V aynklaştırma ilkesinin kullanımını olanaklı kılmaktadır. Daha sonra, ilgili durum değişkenlerine göre önceden tanımlanmış kayıpların duyarlılığına bağlı olarak, generator ve iletim hattı devre dışı kalmaları, kendi aralarında yeğinliklerine göre sıralanmaktadır. Bu tezde, ayrıca, hat aşın yüklenmeleri ve yük barası gerilim genliği sınır bozulmalan için hızlı bir kısıtlılık analizi yöntemi geliştirildi. Yöntem, generator ve hat/transformatör devre dışı kalmalarını bir bozucu etki olarak ele almakta ve noktasal güç eşitliklerinin Taylor serisi açılımından yararlanmaktadır. Generator ve hat/transformatör devre dışı kalması analizleri ve benzetimler normal devre yapısı ve işletim koşullan (temel durum) altında yapılmaktadır. Bütün bağımlı sistem değişkenleri, durum değişkenlerindeki değişimleri kulanarak hesaplanmaktadır. Her bir iletim hattı kaybı ve dolayısıyla toplam kayıp, sistem güç akışı eşitlikleri ile başarım belirtecinin ilişkisini sağlamak amacıyla, sistem durum değişkenleri cinsinden ifade edilebilir. NB-\ NB ^r=/ow=II^fc (4) 1=1 fc=ı+l X111Generator ve/veya iletim hattı devre dışı kalması nedeniyle PL deki artımsal değişim, Taylor serisi açılımı kulanılarak ve bu açılımdaki yüksek mertebeli terimler ihmal edilerek, aşağıdaki eşitlikle verilebilir. AR = 'âPLrV Lt~{ âS AS + ( ^Lr } âV/VJ AV râPT V ây AY ( A* +AY1 âÂP, LT \ r \ 2 âS-ây) AS + AY2 âzP, Dr âv V V.ây AV (5) Kısıtlılıklar ve durum değişkenlerindeki artımlar arasındaki ilişki, güç akışı eşitliklerini ve iyi bilinen PS, Q-V çiftlerini kullanarak, elde edilebilir. âP âP â2P (6) âQ AV âQ â2Q AV dV IV V ây (7).ây burada A P ve AQ sırasıyla aktif ve reaktif güç uyuşmazhklannı belirtmektedir. Önerilen formülasyonun etkinliği, 24 baralı IEEE güvenilirlik test sisteminde“IEEE Reliability Test System”denenmiştir. Sonuçlar literatürde bildirilen alışılagelmiş başarım belirteçleriyle karşılaştınlmıştır. Önerilen formülasyonun, hatların aşın yüklenmeleri ve yük barası gerilim genliği bozulmaları için etkin olarak kullanılabileceği görülmüştür. XIV

Özet (Çeviri)

CONTINGENCY SELECTION FOR THE RELIABILITY EVALUATION IN THE ELECTRIC POWER SYSTEMS SUMMARY The basic function of a modern electric power system is to supply the customers as economically as possible and with an acceptable degree of reliability and quality. While satisfying this function, the power system should also remain within a set of operational constraints. Modern society expects the supply to be continuously available on demand. However, this is not possible due to random failures of components that result in system failure, which are generally not under the control of power system engineers. Electrical power system reliability assessment has a very wide range of meaning and it indicates, in a general sense, overall ability of the system to perform its function. For this reason power system reliability assessment is divided into two basic aspects;. system adequacy. system security. Adequacy relates to the ability of installed generation and transmission facilities to serve the total system-load requirements. These include the facilities necessary to generate sufficient energy and the associated transmission and distribution facilities required transporting the energy actual load points. Adequacy is therefore associated with static conditions, which do not include system disturbances. Security relates to the ability of system to respond to the disturbances arising within the system. Security is therefore associated with the response of the system to whatever perturbations it is subject. The adequacy studies of power supply system are conducted individually in three functional zones: generation, transmission, and distribution. The functional zones can be combined to give the hierarchical levels. Hierarchical level I (HL I) is concerned only with the generation facilities. At HL I the total system generation is examined to determine its adequacy to meet the total system load requirement. This is usually termed“generating capacity reliability evaluation. Hierarchical Level II (HL II) includes both generation and transmission facilities. Adequacy analysis at this level is usually termed ”composite system or bulk XVtransmission system reliability evaluation“. In HL II studies, the model of transmission system supplements the generation-load model of HL I. The basic modeling approach for HL II is shown in Figure 1. HL II studies can be used to assess the adequacy of an existing or proposed system including the impact of various reinforcement alternatives at both the generation and transmission levels. Figure 1 Conceptual tasks for HL n. The overall system evaluation of HL IQ becomes very complex because this level include all three functional zones; for this reason, the distribution system functional zone is usually analyzed as a separate entity. The objective of the HL HI study is to obtain suitable indices at actual consumer load points. This study can be ranked as an HL II level study. There are many complications in HLII analysis, such as overload effects, voltages violations, redispatch of generation and the considerations of independent, dependent, common cause and station- associated outages. Evaluation of reliability indices at this level involves specification of probabilistic system states to be analyzed. Two types of indices are usually computed at HL II; individual bus (load point) indices and overall system indices. The system indices give an assessment of overall adequacy, and load point indices monitor the effect on individual busbars and provide input values to the next hierarchical level. Following busbar and system indices are usually evaluated; the expected number violation, number of loss-of-load events, amount of load curtailment. All this indices are evaluated for a specified time basis, usually a year. In addition, the probability of system failure is also computed. There are two main techniques used in composite system reliability evaluation; contingency enumeration techniques and Monte Carlo simulations. Contingency enumeration analysis is usually performed under the assumption that random variables representing generation, load, and transmission network are discrete, and analytical probability techniques are used. The flow chart of the power system reliability evaluation based on contingency enumeration principle is given in Figure 2. The selection of states to be examined plays an important role in composite power system reliability evaluation. For this reason, contingency selection principle is one of the major processes of contingency enumeration techniques. A substantial effort is usually undertaken to identify failure states of the system. Specifically, the severe contingencies from all possible contingencies need to be identified and analyzed. This process requires a large amount of computational time. The strategy of using an XVIefficient contingency selection function to filter out a large number of low-severe contingencies and applying detailed power flow analysis only to high-severe contingencies is widely accepted. In the last decade significant progress has been made in the development of algorithms for real power line flow contingency selection and for bus voltage contingency selection. No - «- Select a contingency. I j Yes Take the remedial actions. No ”\ System problems? ^> i Yes Compute severity. Yes Form reliability indices..* İNo Print the results. Figure 2 The flow chart of contingency enumeration approach. Contingency selection problem is concerned with the development of efficient computer methods, which rank the contingencies due to their severity. This severity is measured as the magnitude of a scalar quantity, named as performance index (PI). Performance indexes evaluates the effect of contingencies either on the real power transmission flows or on the load bus voltage magnitudes. The common expression of several performance indices can be given as: pi = !>,/,(*) (i) Where fj (x) is a function of a state variable xJt i.e. real power transmission flows or load bus voltage bus magnitudes, Wj is a weighting coefficient and the exponent m is a positive integer. xvuConventional contingency selection algorithms are focused on the choice of the weighting coefficients and the exponents. The efficiency of the methods is evaluated depending on the number of misclassifications. This study presents a different contingency Performance Index (PI) formulation based on real power transmission losses in the system for automatic ranking and selection of contingencies. The proposed formulation does not require either an exponent or a weighting coefficient. The method makes use of the correlation between the real power transmission losses and the performance index variables. Total real power transmission losses PL in a NB-bus electric power system, can be expressed as the sum of individual losses on transmission lines, PL, i.e. NB-\ NB ^ = S5X- (2) >=1 k=i+l Total real power transmission losses PL, can be divided into two main parts; namely, network losses determined by bus voltage phase angles PL and network losses determined by bus voltage magnitudes PLy, Li'v Lâir“R * Each part was shown to be dominantly sensitive to different associated state variables. PL was shown to be an effective PI for line overloads and PL was shown to be effective for voltage magnitude violations. Such a division brings the use of well known PS, Q-V decoupling principle in electric power system. Depending upon the sensitivities of the prescribed losses with respect to associated state variables, both generating unit and tranmission line outages are ranked due to their severity among themselves. In this thesis, a fast contingency analysis method has been also improved for the line overloads and load bus voltage limit violations. Method treats generator and line/transformer outages as a disturbance and uses Taylor series expansion of nodal power injections. Generator and line/transformer outage analysis and simulations are carried out under normal network configuration and operation conditions. All the dependent system variables are calculated using the changes in state variables. Individual losses and therefore the total loss can be expressed in terms of system variables, to provide the coupling of the performance index with the system equations, i.e. load flow equations. NB-l NB pLT=mv)=TYPLik w 1=1 k=1+\ XV111Incremental changes mPL due to generation outages and/or line outages can be given by following equation, using Taylor series expansion and ignoring higher order terms in this expansion, AP,.”s âP, Lr \T Lt~{ d 8 AS+\ dP,“ Y AV (dPi >r lLT dVIV) dy AY ( a2 + AF2 â'P LT âS-ây) AS + AYT f \ dV \ V dy AF”(5) The relation between the contingencies and the state variable increments can be obtained by using load flow equations and the well known PS, Q-V coupling, dP dP â2P (6) âQ AV dQ â2Q AV A - ?oy (7) where, A P and A Q denote the real and reactive power mismatches, respectively. The effectiveness of proposed formulation is tested on 24-bus IEEE reliability test system (RTS). The results are compared to those of conventional performance indices reported in the literature. It is shown that the proposed formulation can effectively be used for line overloads and load bus voltage magnitude violations. XIX

Benzer Tezler

  1. Tez No

    95087

    Nonlineer yükleri içeren elektrik enerji sistemlerinde güvenilirlik analizi için yeni bir yaklaşım

    A New approach for reliability analysis of electrical energy systems including nonlinear loads

    MUĞDEŞEM TANRIÖVEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2000

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CELAL KOCATEPE

  2. Tez No

    212247

    İletim sistemlerinde güvenilirlik değerlendirmesi

    Reliability evaluation of transmission systems

    ENGİN AKÇAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERTAN YANIKOĞLU

  3. Tez No

    893518

    Elektrikli araçların kablosuz şarjı için mikro şebeke istasyonunun performans değerlendirmesi

    Performance evaluation of microgrid station for wireless charging of electric vehicles

    ABUBAKER MILAD ABDALLA SHABAAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇankırı Karatekin Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FATİH KORKMAZ

  4. Tez No

    335782

    Dependent failures and failure propagation in electric power systems

    Elektrik sistemlerinde bağımlı hata ve arıza yayılması

    KEYSAN SAEILAILONAHAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR

  5. Tez No

    892154

    Condition monitoring and fault detection for electrical power systems using signal processing and machine learning techniques

    Sı̇nyal ı̇şleme ve makı̇ne öğrenme teknı̇klerı̇ kullanılarak elektrı̇k güç sı̇stemleri ı̇çı̇n durum ı̇zleme ve arıza belirleme

    YASMIN NASSER MOHAMED

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞAHİN SERHAT ŞEKER

Geri Dön