Effect of distributed generation in real network
Gerçek dağıtım sebekesinde dağıtık üretiminin etkisi
- Tez No: 558805
- Danışmanlar: PROF. DR. BELGİN TÜRKAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Enerji ve özellikle elektrik enerjisi, her ülke ve toplumun gelişmesi için bir zorunluluktur. Elektriğin son tüketiciye ulaştırılması için, alışılmış yöntemler olarak büyük elektrik santralleri, birleştirilmiş iletim şebekesi ve karmaşık dağıtım şebekesi kullanılmaktadır. Bu alışılmış şebekenin yanı sıra, dünya genelinde yeni trend olarak adlandırılabileceğimiz dağıtık üretim tesisleri devreye girmektedir. Dağıtık üretimin her geçen gün yaygınlaşmasında, doğa ve çevreyi korumak kadar bu tarz üretimlerin teknoloji fiyatının düşmesinin de etkesi olmuştur. Bu iki sebebin yanı sıra, devletlerin yenilenebilir kaynakları kullanarak enerji üretenlere türlü vergi indirimlerinin ve tanıdıkları kolaylıkların da etksi olmuştur. Türkiye, diğer ülkelerde de olduğu gibi, bu yeni düzene uyum sağlamaya çalışıyor. Bu bağlamda elektrik şebeke operatörlerinin, özellikle elektrik dağıtım şebekesi operatörlerinin ve şebeke planlayıcılarının, planlama ve yatırım çalışmalarında, dağıtık üretim kaynaklarını ve tesislerini dikkate almaları gerekmektedir. Bu yeni düzende, eski ve alışılmış şebekeye nazaran bazı büyük olarak nitelendirebileceğimiz değişiklikler gözlenmektedir. Dağıtık üretim sayesinde üretim noktaları son kullanıcıya çok daha yakın olacaktır, bu sebepten dolayı uzun iletim hatlarına ihtiyaç azalacaktır. İletim hatlarının doluluk oranlarından kaynaklanan yeni yatırımlar ertelenebilir veya tamamen iptal edilebilir. Ayrıca üretim ve tüketim noktalarının birbirlerine coğrafi olarak yakın olması şebeke kayıplarının düşürülmesine sebep olacaktır. Dağıtık üretim tesislerinin şebekeye entegre edilmesinin en az iletim tarafında olduğu kadar, dağıtım şebekesine de etkileri vardır. Şebekenin pasif (sadece enerji tüketen) bir şebekeden aktif (enerji tüketiminin yanı sıra üretimide olan) bir şebekeye dönüşmesi, herşeyden önce şebeke operatörlerinin dikkat etmesi gereken hususlardan biridir. Bu dönüşüm öncelikle enerji piyasasını etkilemektedir. Enerji piyasasının yanı sıra, dağıtık üretim tesisleri olan dağıtım şebekesinde, alışılmış şebekeye nazaran, bazı teknik konulara daha fazla dikkat edilmesi gerekmektedir. Bunlardan biri çift yönlü enerji akımının gerektirdiği çift yönlü korumadır. Alışılmış dağıtım şebeke yapısında, elektrik enerjisi iletim şebekesinden enerjiyi alıp son kullanıcıyı beslemekle mükelleftir, yeni şebeke yapısında ise dağıtık üretim tesislerinin şebekeye verdiği enerji nedeni ile çift yönlü enerji akışı oluşmaktadır. Bu durumun en çok arıza giderme senaryolarında dikkate alınması gerekmektedir. Bu tesislerin konumlandırılması sırasında dikkat edilmesi gereken bir konu ise; şebekeye enerji verilmesi esnasında yaşanan gerilim artması sebebiyle çok sayıda dağıtık üretim tesisinin coğrafi ve elektriksel yakınlığı sonucunda dağıtım şebekesinin bazı fiderlerinde gerilim seviyesinin üst limiti aşmasıdır. Dikkat edilmesi gereken başka bir husus ise dağıtık üretim tesislerinin şebekedeki kısa devre akımına olan etkileridir. Bu tesisler bu tezde yapılan analizler sonucunda da tespit edildiği gibi, olası kısa devre arızası esnasında meydana gelen kısa devre akımının artışına sebebiyet vermektedir. Bu artış sonucunda koruma felsefesinin ve ekipman ayarlarının tekrar gözden geçirilmesinin faydalı olacağı öngörülmektedir. Bu tez kapsamında iki farklı dağıtım şebekesi, analiz yazılımında modellenip analiz edilmiştir. Şebekelerin biri, IEEE 123 bara test şebekesi, diğeri ise Türkiye'de var olan dağıtım şebekelerinin birinden temin edilen veriler sayesinde modellenen şebekedir. Bu iki şebekede mevcut durum analiz edilip, zayıf ve sorunlu noktaların tespit edilmesinden sonra, bu sorunların çözülmesi için dağıtık üretim tesisi modelleyerek analizler farklı senaryolarda tekrarlanmıştır. Bu zayıf noktalar gerilim düşümü yaşayan baralar veya aşırı yüklenmeye maruz kalan hat ve kablolar olarak örneklenebilir. IEEE 123 bara test şebekesi dengesiz yüklenmektedir, şebekede üç faz ve tek faz bölgeler mevcuttur. İlk aşamada yapılan analizler sonucunda kaynak barasına yakın olan hatların aşırı yüklenmesi tespit edilmiştir. Bu sorunun sebebi tüm şebekenin aynı güzergah üzerinden kısıtlı hat kapasiteleri ile beslenmiş olmasıdır. Bu durumda aşırı yüklenen hatlarda, ekonomik ömürlerinin daha kısa olması ve termal kısıtların aşılması neticesinde, sık onarım veya yenileme gerekmektedir. Bu tez kapsamında ise bu durum, çözülmesi gereken bir sorun olarak ele alınmıştır. Bir başka sorun ise şebekedeki kaynak barasından uzak mesafede olan baraların gerilim seviyesinin kritik sınırlara yaklaşmış olmasıdır. Bu iki sorun dikkate alınarak dağıtık üretim tesisi şebekeye ilave edilerek farklı senaryolar oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Bu analizlere temel oluşturan senaryolar en sorunlu bölgelerdeki en iyi sonucu veren baralardan üçüne birer üç-faz üretim tesisi ilave edilmesidir. Bu üretim tesisleri 0,8, 0,75 ve 0,65 güç faktörü 1 ve 1,5 MVA gücünde farklı senaryolar ile değerlendirilmiş ve şebekedeki bu üretim değerleri dikkate alınarak analizler tekrar edilmiştir. Daha sonra bu üç üretim tesisinin aynı zamanda devrede oldukları senaryo farklı güç ve güç faktörü durumları değerlendirilmiştir. En son olarak üç-faz üretim tesislerine ek olarak bir adet tek-faz üretim tesisi şebekenin tek faz olan kısmındaki sorunlu baralardan birine ilave edilmiştir. Analiz sonuçları karşılaştırılıp değerlendirildiğinde tek faz üretim tesisinin devrede olması,en iyi senaryo olarak tespit edilmiştir. En iyi sonuçlar tüm üretim tesislerinin 0,65 güç faktöründe çalıştığı ve üç faz üretim tesislerinin toplamından 1,5 MVA güç şebekeye verildiği halde 0,5 MVA tek faz üretim tesisinden şebekeye verilmesidir. Hat yüklenmeleri ve bara gerilim seviyeleri yük akışı analizleri ile elde edilmiştir. Yük akışı analizine ek olarak üretim tesislerinin kısa devre akımı üzerinde olan etkilerini belirlemek için kısa devre analizleri üretim tesislerinin bağlı oldukları baralara ek olarak önemli bağlantı noktalarında da yapılmıştır. Analiz sonuçlarında kısa devre akımının artmış olması tespit edilmiştir. Kayıp enerji ise dağıtık üretim tesislerinin güç artışıyla orantılı olarak azalmıştır. Bunun sebebi ise şebekenin kaynağından daha az enerji çekilmesi ve dolayısıyla ana hatların daha az yüklenmesidir. IEEE 123 bara şebekesinde yapılan analizler ve alınan sonuçları temel alarak, gerçek dağıtım şebekesi modelindede aynı yaklaşım ile analiz ve değerlendirmeler yapılmıştır. Gerçek dağıtım şebekesi DIgSILENT programında modellenmiştir. Gerçek şebekede toplamda 662 adet transformatör modellenmiştir. Şebekedeki transformatörlerin toplam kurulu gücü 653,12 MVA olarak belirlenmiş ve bu transformatörler toplamda 200 MW puant yükünü beslemektedir. Şebekenin orta gerilim seviyesi 34,5 kV ve 10,5 kV' dan oluşmuştur. Gerçek şebeke modelinde yapılan ilk analizlerde herhangi bir hat veya kablonun aşırı yüklendiği tespit edilmemiştir. Bunun yanı sıra şebekenin 34,5 kV gerilim seviyesinden beslenen bölümünde, gerilim seviyesi kabul edilir sınırlar içerisinde olup herhangi bir müdahileye ihtiyaç olmamıştır. Şebekenin 10,5 kV seviyesinden beslenen baralarda ise gerilim düşümü görülmektedir. İlk aşamada indirici merkezlerindeki güç transformatörlerin kademe değiştiricisini kullanarak, güç transformatörünün alçak gerilim (10,5 kV) barasını, 10,5kV'a ayarladıktan sonra analizler tekrarlanmıştır. Bu durumda hala gerilim düşümü sorunu yaşayan baraların olduğu tespit edilmiştir. Sorunlu olarak nitelendirilen baraların gerilim seviyeleri 0,94 p.u.'den daha küçük olan baralardır. Bu baralar genel olarak iki farklı indirici merkezinden beslenmektedirler. Bu indirici merkezlerinden beslenen sorunlu baralar için farklı senaryolarda farklı baralardan dağıtık üretim tesisleri şebekeye ilave edilmiştir. Dağıtık üretim tesisleri 100 ve 150 kW güç ve 0,7 ve 0,8 güç faktörlerinde analiz edilmiştir. Analiz sonuçları dikkate alındığında en iyi sonuç, dağıtık üretim tesislerinin tümünün 150 kW ve 0,7 güç faktörü ile devrede oldukları durumda elde edilmiştir. Kısa devre akımı değeri ise tüm durumlarda, dağıtık üretim tesisi olmadığı duruma nazaran artış göstermektedir. Gerçek şebeke modelinde dağıtık üretimin 10,5 kV şebekesine ilave edilmiş olması ve bu şebekenin yüklenmesinin fazla etkilenmediğinden dolayı kayıplar çok değişmemiştir.
Özet (Çeviri)
Energy and especially electricity is a must for any country and society to develop. Considering the negative effects of fossil fuels, increasing in electricity demand and also popularity of renewable and distributed energy sources and also privatization politics of almost all countries, using distributed generation units specially in cities with huge populations or rural areas in which electricity transmission and distribution is very difficult, seems to be unavoidable. Based on the open market policy in which consumer's rights are become more important day by day, distribution companies have to and should to provide electricity with acceptable quality and also reliable. Distributed generation converts the passive distribution network in to an active network which is very different from the traditional and accustomed network. In this way from the traditional network in to the new world, the network planners and also government needs to know what is expecting them. In Turkey, just like too many other countries, government gave tax discounts, too many foundations and also guaranties for feed in tariff. Based on these foundations, aid and also considering the decrease in distributed generation technology especially roof top photovoltaic units, this kind of electricity generation become a phenomena in Turkey especially in large cities like Adana and Konya. In order to have a better perspective about the effects of the connecting distributed generation in to the distribution network both in positive and negative points of view, in this study first of all a brief literature review has been done about kinds of ancillary services which is currently performing both in transmission and distribution levels. In the following, distributed generation technologies, resources and also weakness-strength points of them has been studied. This review in fact was some how about what has performed until now in this field. Then in the first step of technical analysis, an IEEE standard network (IEEE 123 bus standard network) was studied. In this part, effects of connecting distributed generation in to a radial network has been studied. Connecting distributed generation to different buses and their effects on the voltage profile of the branches, contingency of lines and also short circuit current calculation have been analysed. In sight of the results of these studies, in the next step, a real distribution network has been analysed. The network single line diagrams and also transformers, lines, cables and loading parameters are real values used in the field. Load flow and short circuit analysis has been performed on this network in the same way as done in the IEEE standard network. Effects of connecting distributed generation units on the network has been studied. Best scenario for the power factor value and active power amount of the distributed generation is selected.
Benzer Tezler
- Mikro şebekelerde derin öğrenme destekli enerji yönetimi
Deep learning assisted energy management in microgrids
HALİL ÇİMEN
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURETTİN ÇETİNKAYA
- Dağıtılmış üretim'e sahip elektrik dağıtım sistemlerinde, arıza akımı sınırlayıcılarının ve yerleşim yerlerinin etkilerinin incelenmesi
A study of the effects of fault current limiters and their location on power distribution system with distributed generation
GÖKHAN ÇAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Yeni nesil aşırı yoğun heterojen haberleşme ağlarında stokastik geometri modelleri ile baz istasyonları yerleşimi
Base station deployment in next generation ultra dense heterogeneous communication networks via stochastic geometry models
MİNE ARDANUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- Dağıtık üretim sistemleri içeren dağıtım şebekelerinde akıllı gerilim kontrol yöntemi geliştirilmesi
Development of an intelligent voltage control method in distribution networks including distributed generation systems
MERVE GÜLERYÜZ HALAÇLI
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN DEMİRÖREN
- Optimization the placement and sizing of wind turbines and capacitor banks in the distributed system by hyper spherical search (HSS) algorithm
Hyper küresel arama (HSS) algoritması ile dağıtım sisteminde rüzgar türbinleri ve kapasitör bankalarının yerleştirilmesi ve boyutlandırılması
MONA FARNEJAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİL İBRAHİM OKUMUŞ