Geri Dön

Slow coherency based islanding and dynamic equivalencing in interconnected power systems

Enterkonnekte güç sistemlerinde eşevrelilik tabanlı adalara ayırma ve dinamik eşdeğerliğin belirlenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 335867
  2. Yazar: MOHAMMED MAHDI
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Elektrik şebekeleri, çeşitli bozucu etkenlere karşı tedbirli ve dayanıklı bir şekilde tasarlanmalarına rağmen, özellikle kararlılık sınırlarına yakın işletme durumlarında meydana gelebilecek ciddi arızalarda kararsız hale gelebilmektedirler. Şebekeyi etkileyen büyük bozucuların sebepleri olarak deprem, fırtına gibi çeşitli doğal afetler, insan kaynaklı işletme hataları, kontrol sistemlerinde karşılaşılabilen sorunlar, koruma sistemi tarafından tespit edilemeyen arızalar, sanal saldırılar, zayıf bağlantılar ve daha birçok çeşitli faktör sıralanabilir. Bu bozucu etkenler, sistemin kararsız hale gelmesine, hatta kaskad büyük çaplı arızaların oluşmasına sebebiyet verebilir. 14 Ağustos 2003 tarihinde Kuzey Amerika?da meydana gelen büyük çaplı enerji kesintileri bu tip büyük çaplı arızalardan sadece biridir. Geleceğin şebekelerinde düşünülen başlıca yaklaşımlar da, yine şebekenin kararlılığını olumsuz etkileme riskine sahiptir. Doğrudan depolanamayan, kesintili yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanan dağıtık üretim santralleri ve şebekeye farklı zamanlarda farklı yerlerden bağlanabilen elektrikli araçlar, sistemin kararlılığını etkileyebilecek diğer faktörlerden bir kısmıdır. Şebekenin tüketici kısmında ise, kullanıcılar ve yüklerin hassas kontrol, kaliteli ve kesintisiz enerji beklentileri yükselmektedir. Bu nedenlerden ötürü, şebekenin kapsamlı yönetimi ile ilgili araştırmalara ve çözümlere duyulan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Şebekede meydana gelen büyük bir bozucuya karşı , generatör grupları benzer kararteristiklerde hareket etmektedir. Generatör gruplarının geçici hal kararlılığı konusu özellikle önem arz etmektedir. Benzerlik tabanlı ada çalışması, bozucu durumunda generatör gruplarının davranışının incelenmesi için kullanılabilecek, hakkında literatürde birçok çalışma bulunan bir yöntemdir. Üzerinde yoğunlaşılması gereken başlıca nokta, generatörler arasındaki benzerliklerin tespit edilip, güç sisteminin, generatörlerin kendi aralarında senkron bir şekilde çalışabileceği çeşitli parçalara bölünerek adalar halinde işletilmesi amacıyla bu yöntemden faydalanılmasıdır. Bu çalışmada, elektrik şebekesinin bir bozucu durumunda büyük bir arızadan korunması ve çökmemesi için benzerlik tabanlı koruma yöntemiyle adalara bölünmesi konusu incelenmiştir. Benzerlik tabanlı koruma yönteminde öncelikle, sistemin korunması amacıyla kaç adaya bölünmesi gerektiği bilgisi, özdeğerleri ve sistemdeki doğal frekanslardan yararlanılarak belirlenmektedir. Ardından sistemdeki generatörler, benzerlik indislerinden yararlanılarak çeşitli gruplara ayırılmaktadır. Bir sonraki aşama, şebekedeki yük baralarının adalanmasıdır. Bunun için, her yük barasına bir geçici hal reaktansı bağlanması yerine, küçük bir eylemsizlik sabitine sahip sanal makinalardan yararlanılan basit ve hızlı sonuç veren bir yaklaşım önerilmiştir. Bu yaklaşımda, güç sistemi, gerçek makinalar ve sanal makinalar olmak üzere iki ana makina grubuna ayırılmaktadır. Bu sırada, yük baraları, sanal bir generatör barası ile temsil edilmektedir. Benzerlik tabanlı adalama, sistemi tamamen kapsayan yeniden düzenlenmiş sistem matrisine uygulanarak, şebeke adalara bölünmektedir. Şebeke çalışmasından, çok sayıda küçük ada çalışmasına geçildikten sonra, her adanın bünyesinde, üretim ile talebin dengelenmesi gerekmektedir. Bazı adalarda üretim, talebin üzerinde seyretmekteyken, bazı adalarda talebi karşılamakta yetersiz kalabilir. Bu gibi durumlarda kararlılığın korunabilmesi amacıyla yük atma ve generatör yüklenme oranında artış gibi çeşitli ek işlemler yapılabilir. Her ada için, yük ve generatör kapasitesi ayrı ayrı hesaplanarak, yük atma veya generatör yüklenme oranında değişiklik gibi işlemlerden hangilerinin uygulanacağına karar verilebilir ve bu işlemler uygulamaya koyulabilir. Koruma amaçlı adalama, her kontrol yönteminde olduğu gibi kritik bir uygulama zamanına sahiptir. Kritik zamana ulaşılmadan önce adalama işleminin tamamlanması gerekmektedir. Eğer kontrol hareket, kritik zamandan önce gerçekleştirilemez ve geç kalınırsa, sistemin kararlılığını yitirerek daha büyük sorunların meydana gelmesi muhtemeldir. Dolayısıyla, kritik zaman geçtikten sonra adalama işleminin gerçekleştirilmesinin herhangi bir faydası kalmamaktadır. Güç sistemlerinde gerçekleşmesi olası birçok farklı sorun mevcuttur. Bu sebeple, kritik zamanın, her bir sorun türü için ayrı ayrı hesaplanması ve tanımlanması gerekmektedir. Kritik zaman belirlenirken güç sistemindeki her sorun için, bir dizi dinamik benzetim uygulanması gerekmektedir. Tüm bu dinamik benzetimler için ciddi miktarda hesaplama zamanı ve işlemci gücüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bu gibi ihtiyaçları en aza indirgemek için, benzerlik tabanlı dinamik eşitlik yaklaşımı sunulmuştur. Benzerlik tabanlı dinamik yaklaşım tüm güç sisteminin, dahili alt sistem ve harici alt sistem olmak üzere iki ana kısma ayırılmasına dayanmaktadır. Dahili alt sistem, şebekede sorunun gerçekleştiği kısmı temsil etmektedir. Harici alt sistem ise, dahili alt sistemdeki elemeanlardan uzakta olan veya benzerlik içermeyen şebekenin diğer alt sistemlerinin temsilinde kullanılmaktadır. Çalışmada, benzerlik tabanlı dinamik eşitlik yaklaşımı iki farklı yönteme dayalı olarak sunulmuştur. Bunlardan biri çevrimiçi kararlılık destekli dinamik eşitlik, diğeri ise çevrimdışı kararlılık destekli dinamik eşdeğerdir. Çevrimiçi kararlılık destekli dinamik eşitlik, harici alt sistemler hakkında detaylı bilgilere ihtiyaç duyulmadan uygulanabilecek bir yöntemdir. Bu yöntemde, dahili ve harici alt sistemler arasındaki sınırlarda bulunan baralardan elde edilen ölçümlerden yararlanılmaktadır. Çevrimdışı kararlılık destekli dinamik eşitlikte ise, harici alt sistemlerin ayrıntılı parametreleri kullanılmaktadır. Önerilen yaklaşımda, her iki yöntem bir arada kullanılmaktadır. Şebekedeki tüm alt sistemler hakkında ayrıntılı bilgiler kullanılarak, iki yöntemin de avantajlarından istifade edilmektedir. Çevrimiçi kararlılık destekli dinamik eşitlik ile çevrimdışı kararlılık destekli dinamik eşitlik yöntemleri beraber kullanılarak sistemin dinamik eşdeğerinin ayrıntılı bir şekilde hesaplanabilmesi sağlanmaktadır. Sistemdeki her ada için yapılan dinamik eşitlik analizleri tamalandıktan sonra adalama işlemi için kritik zaman belirlenmektedir. Bu sayede, dinamik benzetimler için ihtiyaç duyulan hesaplama zamanı ve işlemci gücünden önemli miktarlarda tasarruf edilebilmesi mümkün hale gelmiştir. Geliştirilen yaklaşımlar, 16 generatörlü, 68 baralı bir güç sistemi üzerinde benzetimler aracılığıyla uygulanmıştır. Bahsi geçen güç sistemi, ABD?nin kuzey doğusu ve Ontario şebekesinin sadeleştirilmiş bir modelidir. 16 makinalı sistemde, New England şebekesi 9 adet makina ile detaylı bir şekilde temsil edilmiştir. Bu sisteme komşu New York, Pennsylvania, Michigan ve Ontario ise 6 makina ile gerçeğine büyük ölçüde benzer bir şekilde modellenmiştir.

Özet (Çeviri)

Electric power systems are designed to be robust and tolerant to disturbances, even so it may become unstable during severe faults, especially when they are operated close to their stability margins. The sources of such severe disturbances include earthquakes, hurricanes, human operation errors, control system failures, hidden failures in protection system, malicious attacks, weak connections, and a host of other factors. These disturbances may cause the system to lose stability and even lead to catastrophic failures, such as the North American Blackout on August 14, 2003. Therefore, the need for a systematic study and design of a comprehensive system control strategy is gaining more attention. Among these control methods, controlled system islanding is deemed as the final resort to save the system from a blackout. It has been observed that following large disturbances, groups of generators tend to swing together. Attention has thus been drawn to the stability of inter-area oscillations between groups of generators. The slow-coherency based defensive islanding, which has been widely studied in the literature, provides a potential method for capturing the movement of generators between groups under disturbance. Slow coherency based grouping is a method developed based on the idea of two-time-scale theorem. Two-time-scale theorem is based on the idea that the oscillations in power systems can be classified into two modes, which are local (or intra- area) modes in the 1?3 Hz range and inter-area modes of less than 1 Hz, or simply fast and slow modes. Two-time-scale theorem uses slow modes of the system to group the generators on the system. The issue becomes on how to take advantage of slow coherency between the generators and apply it in a method to island the power system into different parts in such a way that the generators in every part will be synchronous with each other. In this thesis, a method of slow coherency based defensive islanding is proposed, where the whole system will be divided into specific number of islands to protect it from a catastrophic fault and keep it away from a blackout. First, the number of the islands that the system should be divided on to secure it from the blackout need to be defined by using the knowledge of the eigenvalues and the natural frequencies of the system. Then, the generators inside the power system will be divided in groups according to their coherency indices by using the eigenvectors of the augmented system matrix according to the number of the islands. The next step is to island the load buses in the system, a fast and easy method is proposed in this dissertation where an artificial machine with a small inertia coefficient and no transient reactance attached to every load bus in the system. The power system will be divided into two groups of machines, the first group is the real machines of the system, and the second group is the artificial machines of the system. The slow coherency based islanding will be performed into the new augmented system matrix that have full dimension as the whole power system, and the whole system will be islanded into specific number of islands. Islanding the power system to smaller parts will cause some load shedding and generator capacity decreasing to assure the stability of these smaller islands after completing the islanding process. For every island, the load and generator capacity will be calculated and the necessary procedures either load shedding or decreasing the generation capacity will be performed on every island. Defensive islanding is as the same as any control method, it have critical time to be performed. The critical time for the islanding process is the time where we need to complete the islanding process before arriving to this time. For calculating the critical time for the islanding process, there will be many possible contingencies in the power system and for every contingency there will be a critical time for the islanding process. For every contingency, a set of dynamic simulation will be performed on the power system. All these dynamic simulation needs a lot of time and memory, to solve such a problem and to save the time and memory needed to calculate the critical time for islanding process for different contingencies a coherency based dynamic equivalent is proposed. Coherency based dynamic equivalent is based on dividing the whole power system into two mean parts, the internal subsystem where the contingency happen inside it, and the external subsystem where it is far or non-coherent with the internal subsystem. In this thesis, a coherency based dynamic equivalent is proposed depending on two different general methods, the online stability assessment dynamic equivalent and the offline stability assessment dynamic equivalent. The online assessment dynamic equivalent depends on building the dynamic equivalent without full knowledge of the external subsystem, just by taking the readings on the boundary buses between the internal and external subsystems. The offline stability assessment dynamic equivalent depends on the full knowledge of the external subsystem. The proposed method takes the advantages of both methods and combines them to build an equivalent with full information about every part in this equivalent. After finishing the dynamic equivalent for every island on the system, it will be used to calculate the critical time of the islanding process. In this way, a huge amount of time and memory will be saved for the dynamic simulations needed for calculating the critical time. The approaches developed have been validated on 16-generator 68-bus power system. This system is a much less detailed model of the U.S. Northeastern and Ontario system. In the 16-machine system, only the New England system is represented in detail with machines 1 to 9, while the neighboring utility systems in New York, Pennsylvania, Michigan and Ontario are modeled with large equivalent machines 10 to 16.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    506374

    Wide-area measurement-based early prediction and corrective control for transient stability in power systems

    Güç sistemlerinde geçici hal kararlılığı için geniş alan ölçümlerine dayalı erken kestirim ve düzeltici kontrol

    MOHAMMED S.M. MAHDI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ

  2. Tez No

    542758

    Experimental investigation of flexibility effects in flapping wing aerodynamics

    Çırpan kanat aerodinamiğinde esneklik etkilerinin deneysel olarak incelenmesi

    ONUR SON

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURİYE LEMAN OKŞAN ÇETİNER YILDIRIM

  3. Tez No

    472853

    BAMLET proteini üretimi ve koaservasyon yöntemiyle stabilitesinin arttırılması

    Production of BAMLET protein and increase stability with coacervation

    REYHAN KOYUNCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK

  4. Tez No

    724743

    Uzaktan algılama verileri kullanılarak kuraklık olaylarının alansal, zamansal ve frekans analizleri: Ege bölgesi örneği

    Spatio-temporal and frequency analysis of drought events via remote sensing data: Case study of Aegean region

    SEMRA KOCAASLAN KARAMZADEH

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEBİYE MUSAOĞLU

  5. Tez No

    539986

    Quantum aspects of molecular correlations in biological catalysis

    Biyolojik katalizde moleküler ilintilerin kuantum doğası

    ONUR PUSULUK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Biyofizikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KEREM CANKOÇAK

    PROF. DR. CEMSİNAN DELİDUMAN

Geri Dön