Enerji iletim hattı parametrelerinin kestiriminin incelenmesi
An examination of power transmission line parameters' estimation
- Tez No: 166175
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2005
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
ENERJİ İLETİM HATTI PARAMETRELERİNİN KESTIRIMINİN İNCELENMESİ ÖZET Gelişen teknolojiye bağlı olarak hız kazanan sanayileşme ile elektrik enerjisine olan gereksinim büyük ölçüde artmıştır. Elektrik enerjisinin üretimi, iletimi ve dağıtımı ile sorumlu bulunan kuruluşların başlıca amacı, üretilen enerjiyi tüketicilere sürekli bir koordinasyon ile ve arz güvenirliliği, ekonomik, verimlilik, iyi bir çevre performansı, sosyal hedefler gibi sorumlulukları taşıyarak sağlamaktır [1]. Elektrik üretim merkezlerinde üretilen elektrik enerjisinin, tüketicilere ulaştırılması amacıyla elektrik enerji iletim sistemleri tesis edilmektedirler. Enerji iletim sistemleri üretilen elektrik enerjisini tüketiciye, yeraltı kabloları ile veya iletim hatları ile olmak üzere iki şekilde iletirler. Enerjinin iletim hatları yoluyla iletiminin yeraltı kabloları ile iletilmesine göre daha çok tercih edilmesinin nedeni daha ekonomik olmasıdır [2]. Buna karşılık elektrik enerjisinin iletim hatları ile iletilmesinde bir takım problemler ile karşılaşılmaktadır. Enerji iletim hatlarının değişen bölgesel, atmosferik ve çalışma koşullarından etkilenmeleri ve parametrelerinin bu faktörlerle değişmesi, karşılaşılan problem arasında en önemli olanıdır. Sistem planlaması ve işletmesi, sistemi kurmak ve güvenilir ve ekonomik işleyişini sağlamak amacını içermektedir ve bu amaçla uygulanan çalışmaların farklılığına gereksinim duymaktadır. Kısa devre çalışmaları, yük akışı çalışmaları, geçici durum çalışmaları, kararlı durum çalışmaları, bu çalışmalar arasında yer almaktadır [2]. Bu çalışmalar ile, gerçekte varolan enerji iletim sisteminin, yük ve üretim miktarına, yalıtım maliyetlerine, iletim sistemi elemanlarının kapasitelerine, iletim koridorlarına ilişkin kısıtlamalara ve öngörülen güvenirlilik kriterine bağlılığı test edilmektir. Test aşamasında, bilgisayar programları ve benzetimlerden yararlanılmaktadır. Değişik çalışma koşulları altında ortaya çıkabilecek problemlere çözüm bulmada iletim hattı parametrelerini kestirebilmek çok önemlidir. Parametrelerin kestirimi ile, hassas arıza analizlerinde ve arıza bölgelerinin belirlenmesinde hatanın en aza indirilmesi, sayısal koruma aygıtlarının koruma işlevlerini yerine getirmesi, en doğru ve en kısa sürede gerekli müdahalenin yapılabilmesi ile elektrik enerji sisteminin güvenli ve güvenilir çalışması sağlanmaktadır. İletim hattını oluşturan temel birimler, hattı meydana getiren iletkenlerin birim uzunluğunun direnci (R) ve endüktansının (L) yanı sıra; birbirine paralel ve izole edilmiş bu hat iletkenleri arasında varolan kapasite (C) değeri ile yalıtkan maddenin mükemmel olmaması nedeniyle küçük de olsa varolan kondüktans (G)' dır. R, L, C, G parametreleri hat iletkeninin fiziksel özelliklerine, boyutlarına, yapılış biçimine göre hesaplanıp; frekansla ve çevre koşullarıyla (hat üzerindeki bir bölümün bakım nedeniyle yeni bir iletkenle değişiminin gerekmesi, eklenen hatlar, arazi koşullan nedeniyle hattın güzergahının değişimi, atmosferik koşullar, vb.) değişmektedir [3]. Enerji iletiminde önemli yer tutan bu parametrelerin hesaplanmasının yanında en etkin şekilde kestirilebilmeleri için ulusal ve uluslararası bir takım çalışmalar xıvyapılmaktadır [4-10]. Analitik yolla elde edilen parametrelerde kullanılan eşitliklerin çok sayıda veriye ve ek ölçüm aletlerine duyduğu gereksinim nedeniyle yaşanan zorluk aşılmaya çalışılmaktadır. Teknolojinin gelişimi ve bu gelişim ile birlikte kullanılabilen bilgisayar programları ve benzetimleri ile değişik çalışma koşulları altında ortaya çıkabilecek sorunların eşzamanlı olarak belirlenmesi ve sorunlara çözüm bulunması amacıyla ele alınan iletim hattı parametrelerinin kestirebilmesi konusu önem kazanmıştır. Bu nedenle zaman ve fazör domende çözümler elde etmeye dayalı yöntemler geliştirilmektedir. Tez çalışmasının amacı, enerji iletim hattı parametrelerinin kestiriminin incelenmesidir, iletim hattı parametreleri özellikleri ve etkilendikleri faktörlerle birlikte ele alınarak, iletim hatlarının modellenme şekilleri ve iletim sisteminde meydana gelebilecek simetrisizlikler ile dönüşüm yöntemleri açıklanmıştır. Elektrik enerji iletim hattı parametrelerinin analitik olarak hesaplanması ve göz önüne alınan çeşitli parametre kestirim yöntemlerine ait teorik bilgiler verilmiştir. Analitik yolla parametreleri hesaplanarak oluşturulmuş bir örnek sistem üzerinde, iletim hattı parametre kestirimi için biri zaman domeninde, diğeri fazör domenindeki verileri kullanan, göz önüne alınan iki yöntemin çeşitli çalışma koşullarını içeren uygulamalara ilişkin sonuçlara yer verilmiştir. 154 kV luk örnek sisteme ait iletim hattı parametrelerinin analitik yolla hesaplanması EMTP-ATP programıyla, çeşitli senaryolar şeklinde ele alınarak incelenen sistem çalışma koşulları altında ilgilenilen iletim hattına ait parametrelerin kestirimi MATLAB-Simulink programıyla gerçeklenmiştir. Örnekleme frekansının değişiminin sistem benzetimi üzerindeki etkisi, arıza yerinin etkisi, arıza direncinin büyük bir değer seçiminin parametre kestirimine olan etkisi, ilgilenilen hatta açma durumlarında parametre kestiriminin gerçekleşip gerçekleşememesi, örneklemenin eşzamanlı olması gerekliliğinin araştırılması gibi durumlar incelenmiştir. Kestirim sonucunda elde edilen sonuçlar tablolar halinde analitik değer ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Tez çalışmasının içerdiği incelemeler neticesi elde edilen sonuçlar ve öneriler son bölümde sunulmuştur. XV
Özet (Çeviri)
AN EXAMINATION OF POWER TRANSMISSION LINE PARAMETERS' ESTIMATION SUMMARY Rapidly increasing industrialization due to the improvements in the technology has increased the demand for electrical energy which is differentiated from other types of energies with its discrete characteristics. Having a daily and seasonal cyclical demand, impossibility of mass storage, difficulty of ensuring a stable production- capacity ratio, having long life facilities with high initial investment needs, and the importance for the community are some of these discrete characteristics [1]. Keeping these characteristics in mind, companies who are responsible for production or distribution of electrical energy has additional responsibilities such as supplying the energy with perfect coordination, security, economy, efficiency and supplying it to the exact demand in the cleanest way possible. The fact that these responsibilities should be fulfilled for each and every demand point makes it a very complex system and increases the importance of the energy transmission system. Energy transmission systems are the connection between the electric producing plants and the electricity demanding customers. These systems use two different ways to transmit the energy which are underground or overhead transmission lines. The overhead transmission lines are preferred more than the underground lines due to the economical concerns [2]. Even if the costs are lower in transmitting through aerial transmission lines some other problems comes up. The effects of rapidly changing regional, atmospheric and other conditions on the transmission lines and the parameters changing accordingly are main problems that can be faced in the design of these systems. In the planning stage of a system the goal is to set up the system and in the operating stage the goal is to provide a secure and cost-efficient service. Different working conditions should be considered to achieve this goal. Such conditions are short circuit, power flow, transient analysis and stability analysis [2]. Other than these conditions, the system should also be tested with other criteria in mind such as the actual load and the production quantities of the transmission system, isolation costs, element capacities, several environmental restrictions and other criteria for improving security. Computer and simulation technology is used in the initial testing stage. The estimation of the transmission system parameters is crucial in solving problems in the system which can be seen in different working conditions. Correctly determining these parameters is important for making an accurate fault determination, minimizing fault location errors, using the protective elements effectively and acting quickly and accurately to the problems in the system hence having a secure and trusted working condition. The main elements of a transmission fine are the resistance (R) and the inductance (L) of a unit length of the line; capacity (C) between two isolated parallel lines and xvifinally, even if it is very small, the conductance (G) due to imperfect isolation of the materials. R, L, C and G parameters are calculated by looking at the physical characteristics, length and production method of the transmission lines and they are effected by the frequency and the working conditions such as the need of changing a part of the line for improvement, addition of new lines to the system, rerouting the lines due to territorial restrictions, environmental considerations and so on [3]. Other than the current calculation methods, several national and international projects are going on for the estimation of such important parameters [4-10]. Scientists are working on methods for overcoming the problems of the analytical calculations which are mainly caused by the excessive input variables and different measurement techniques. With the improvements in technology and newly born computer programs and simulation capabilities as a result of these improvements, it is now possible to simulate the system with different working environments and finding solutions to upcoming problems hence to estimate the parameters more efficiently. Philippot and Maun's works on estimation of the impedance and the admittance of an excess loaded transposed transmission line using the current and voltage on both ends of the line is one of the documents that can be found in the literature today [5]. Koglin and Schmidt have suggested a new concept of estimating the parameters using the fault logs of the digital relays on the line terminals during the single-pole autoreclosing, possibly caused intentionally and during an event outside the line section like short circuit current of a phase-to-ground fault [6]. Fault determination and location of fault determination techniques using Phasor Measurement Unit (PMU) also includes line parameter estimation algorithms [7]. The used parameter estimation algorithm is developed for solving the uncertainty in the parameter values caused by the aging of the transmission line. The method by Gapalakrishnan can estimate adaptive parameters by using the signs of the current and voltage on the both ends of a short transmission line in the time domain [10]. This method uses the measured data for the normal working condition and fault outside of the line to make the estimation of the line modal parameters. The goal of the thesis is to analyze the estimation of the energy transmission line parameters. The factors effecting the transmission line parameters are analyzed in the second section of the thesis. Third section is made up of the transmission line models and transformation methods for possible transmission system asymmetries. Some theorical information is given in the fourth section about the analytical calculation method and about two considered methods for estimating transmission line parameters. Fifth section includes the results of two different methods which are using time domain and the phasor domain, for estimating transmission line parameters for an analytically calculated sample system. The sixth section -the final section- includes the analysis of the solutions gathered from previous studies in the thesis and recommendations. In the actual systems it is not possible to accurately calculate the parameters due to unknown values of the factors that effect the transmission system. Especially frequency, ground resistance, saturation effect are some factors that changes the transmission line parameters' values [11]. The transmission line parameter estimation which is analyzed in this thesis is done using two methods which time xvnand phasor domain methods via current and voltage values at both line terminals. Lyapunov [10] Theory is used in the estimation which called adaptive parameter estimation using the time domain. In the phasor domain however, current and voltage values in the synchronized and unsynchronized line terminals from the digital relays records are used for estimation [6]. EMTP-ATP program is used to calculate the transmission line parameters of the 154kV sample system. The parameter estimation is done using MATLAB-Simulink program by testing the system with different working conditions in different scenarios. The effects of the sampling frequency used in the simulation, determination the fault location, selection of a high fault resistance on the parameter estimation, possibility of estimating the parameters when single-pole autoreclosing occurs in the line, and the necessity for a simultaneous sampling were analyzed. The estimation results were compared with the analytical values in the form of tables. As it can also be seen from the results gathered from both time and phasor estimation methods were very accurate. In despite of this, the last section includes recommendations about both methods on possible improvements for their application areas. XVill
Benzer Tezler
- Enerji iletim sistemlerinin UPFC ile kontrolü
The control of the energy transmission systems with UPFC
MUHAMMED MUSTAFA ERTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZAFER AYDOĞMUŞ
- Enerji iletim hatlarında manevra aşırı gerilimlerinin analizi
Analysis of switching overvoltages on transmission lines
NURİ SEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. UĞUR ÜNVER
- Corona ring design and parameter optimization for 380 kV V-insulator strings used in Turkish national power transmission system
Türkiye ulusal elektrik iletim sisteminde kullanılan 380 kV V-askı izolatörleri için korona halkası tasarımı ve parametre optimizasyonu
SUAT İLHAN
Doktora
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR
- Transformatör sargılarında oluşan hızlı değişimli geçici olayların incelenmesi ve enerji iletim sistemlerinin modellenmesinde yeni bir yaklaşım
Investigation of high speed transients on transformer windings and a new approach in modelling of energy transmission systems
A.OĞUZ SOYSAL
Doktora
Türkçe
1985
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. M. KEMAL SARIOĞLU
- Tristör kontrollü reaktif güç kompanzasyon sistemi denetimi ve uygulaması
An implementation of thyristor controlled reactive power compensation system and it?s application
ÖKKEŞ FATİH KEÇECİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ŞEKKELİ