Geri Dön

Yerel elektrik santrallerinin kontrolu

Non-utility generation control

  1. Tez No: 66686
  2. Yazar: İSTEMİHAN GENÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖMER USTA
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1997
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 119

Özet

ÖZET Bu çalışmada, elektrik güç sistemlerinde paralel olarak çalışan Yerel Elektrik Santrallerinin şebekelerde ortaya çıkardığı güç üretimi kontrol problemleri ele alınmıştır. Enterkonnekte elektrik güç sistemlerinin birbirlerine bağlanarak yapılan Otomatik Güç Üretimi Kontrolünün, yerel elektrik santrallerinin şebekeye paralel bağlanmaları durumunda kullanılması konusu ele alınmıştır ve çeşitli işletme durumları açısından değerlendirme yapmak üzere simülasyonlar denenmiştir. Yerel elektrik santrallerinin güç üretimi kapasitelerinin şebekeye bağlanmaları durumunda Yük Frekans Kontrolü açısından etkileri ve kontrol açısından Yük Frekans Kontrolünün uygulanabilirliği üzerinde durulmuştur. Yerel Elektrik Santrallerinde bu tip kontrol problemlerinin üzerinde tartışılması bu tezde amaçlanmış olup, konuyu içeren ve temelini oluşturan güç sistemleri modellemeleri ve yük- frekans kontrolü ile ilgili bölümler tezde anlatılmış ve ilgili simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Bir güç sisteminde asıl amaç, güç üretiminin tüketici yükünü ve yük değişimlerini karşılaması ve izlemesini sağlamaktır. Senkron generatörler elektrik enerjisi üretiminde kullanılan en yaygın birimlerdir. Alternatif gerilim ile beslenen bir elektrik güç sisteminde güç üretimi, aktif ve reaktif güç üretimleri olarak iki bölümde incelenebilir. Aktif güç, generatörü tahrik eden türbin momenti ile kontrol edilirken; reaktif güç, uyarma sargılarına uygulanan gerilim/akım ile kontrol edilir. Aktif güç ve buna bağlı olarak frekans kontrolü, Yük Frekans Kontrolü çevrimi ile kontrol edilir. Reaktif güç ve buna bağlı olarak gerilim kontrolü ise Otomatik Gerilim Regülatörü tarafından kontrol edilir. Uygulamada birbirlerini etkileyen bu kontrol sistemleri, hızları ve cevap süreleri açısından değerlendirildiklerinde, gerilim regülatörlerinin aktif güç kontrolörlerine kıyasla çok hızlı cevap verdikleri görülür. Bu nedenle, kontrol açısından birbirlerine etkilerini ihmal ederek aktif güç ve reaktif güç kontrollerini birbirlerinden bağımsız olarak inceleyebiliriz. Tezin konusu gereğince, reaktif güç kontrolü modellere katılmamış ve bara gerilimleri sabit olarak düşünülmüştür. Elektrik güç sistemleri yüksek mertebeden doğrusal olmayan karmaşık yapıda olan büyük sistemlerdir. Yük Frekans Kontrolünün analizinin ve tasarımının yapılabilmesi için kurulan matematiksel modellerinin söz konusu incelemeye uygun, ve mümkün olduğu kadar basit yapıda olması istenir. Yük Frekans Kontrol sistemine uygun olarak, güç sisteminin içerdiği elemanların modellenmeleri tanıtılmış ve ele alınış biçimleri açıklanmıştır. XVKurulan modellerin söz konusu kontrol sisteminin yapısından dolayı, gerçek sistemdeki elemanların frekans/hız değişimlerine cevapları ele alınarak geliştirilmesi amaçlanmıştır. Generatörün salınım denklemi, frekansa bağlı ve frekanstan bağımsız yükler ve hız regülatörlerine ilişkin matematiksel modellerin çıkarımı yapılmıştır. Güç kontrol sistemi elemanları ayrı ayrı modellendikten sonra, şebekeden ayrı bir yükü besleyen tek başına işletilen bir senkron generatör-yük sistemi modeli kurulmuş ve bu model aynı baraya bağlı generator modellerine ve daha sonra da birbirlerine bağlı güç kontrol bölgelerinin oluşturduğu enterkonnekte güç sistemlerine genişletilmiştir. Bu modellere ait durum- uzay modelleri elde edilmiş, sürekli ve ayrık zamanda simülasyonları gerçekleştirilebildiği ve herhangi bir kontrol sisteminin uygulanabileceği esnek bir yapıya getirilmiştir. Bütün bu incelemeler, güç sistemlerine ait elemanların nominal çalışma koşullarına karşılık gelen noktalarda doğrusallaştırılmış ve bu çalışma noktaları civarında işletilmeleri sonucunda sistemin cevabını inceleyecek şekilde kurulan matematiksel modellere dayandırılmıştır. Bu çalışmalar sırasında, integral ve doğrusal karakteristikli regülatör çalışma prensipleri ve modelleri tanıtılmış, geçici ve sürekli halde performansları incelenmiştir. Güç kontrol bölgelerini oluşturan sistemlere ait toplu modellerin nasıl ele alınması gerektiği belirtilmiştir. Sadece doğrusal regülatörler tarafından kontrol edilen bir güç sisteminde, yük referans ayarı yapılmadığı takdirde, sistemde yük değişimleri olduğu zaman sistemin frekansında sapma ve yük ihtiyacının istenen güçle dengelenmediği görülür. Böyle bir sistemde bütün generatörler, bulundukları bölgeye ve üstlendikleri görevlere bağlı olmaksızın, regülatör statiklerine göre yük değişimini paylaşırlar. Daha yüksek verimli bir işletim sağlanması için yük değişimleri ile güç "üretimi arasında dengeyi sağlayacak ve sistemin frekansını istenen nominal değere getirecek bir kontrol sistemine ihtiyaç vardır. Otomatik Güç Üretimi Kontrolü, sistemin frekansını nominal değerde tutarak, sürekli olarak değişen yük ihtiyaçlarını izleyecek biçimde güç üretimini sağlayan ve güç kontrol bölgeleri arasında güç iletiminin belirlenen miktarlarda ve işletimin ekonomik olmasını sağlayan bir yöntemdir. Bu yöntemin bir alt kümesi olan Yük Frekans Kontrolü, sistemin frekansının nominal değerde ve güç üretiminin tüketici isteğiyle dengelenmesini ve bölgeler arası enerji akışının istenen miktarlarda olmasını sağlar. Üretimin ekonomik bir şekilde, işletme giderlerini en aza indirecek şekilde üretim birimleri tarafından sağlanmasını içeren çalışma ise Ekonomik Güç Dağıtımı konusunu oluşturur. Şebekeden bağımsız olarak çalışan senkron generatör-yük sistemi için yük frekans kontrolü bir integral karakteristikli hız regülatörü donanımı ile sağlanabilir. Böyle bir kontrol sisteminin oluşturulması için hız değişimlerini geri besleme işareti olarak alan integral alıcı özelliğine sahip bir düzeneğin XVIkurulmasına gereksinim vardır. Eklenen integral alıcının, hız değişimlerini sıfıra götüreceği açıktır. Seçilen integral alıcı katsayısının kararlılık sınırını aşmamasına dikkat edilmelidir. Böyle bir sistemde, normal koşullarda, herhangi bir yük değişimi söz konusu olduğu takdirde, sürekli halde, hız/frekans başlangıç değerine otururken, istenen yük değişimi tamamıyla generator tarafından karşılanır. Aynı baraya bağlı birden fazla generatörün şebekeden bağımsız bir şekilde bir yükü beslemesi söz konusu olduğunda, doğrusal karakteristikli hız regülatörü tarafından kontrol edilen senkron generator, ayarlı olduğu ve sabit tutulan yük referans noktasına bağlı olarak sistemin temel yükünü karşılarken, aynı baraya bağlı yük referans noktası bir integral alıcı geri beslemesi ile ayarlanan hız regülatörü ile kontrol edilen generator, yük değişimlerini izler ve dengeler. Kurulan modellerde makinalar arası salınımlar ihmal edilmiştir. Birbirleriyle güç alışverişi yapabilen farklı baralara bağlı generatörlerin işletilmesini temsil eden matematiksel modellerin kurulması için bara gerilimleri, hat ve generator reaktansları ve yük açıları ile ilgili doğrusallaştırılmış bir bağıntı modellere uyarlanmıştır. Yük referans noktalarının ayarlarını mümkün kılmayan, sadece doğrusal karakteristikli regülatörlerle donatılmış birer türbin-genratör-yük modelleriyle temsil edilen güç kontrol bölgeleri, bir yük değişimi olduğunda, sistemin frekansında, regülatör statikleri ve yük sönümleme katsayılarına bağlı olarak bir değişim görülür. Aralarındaki güç akışı değişimi de bölgeler tarafından istenen yük değişimlerine, regülatör statiklerine ve bölgelere ait yük sönümleme katsayılarına bağlı olarak istenen güç akışı değerinden bir sapma gösterir. Böyle bir enterkonnekte güç sisteminin yük frekans kontrolü, Bölge Kontrol Hatası olarak tanımlanan işaretleri kullanan bir kontrol sistemiyle sağlanabilir. Kontrol sisteminden istenen, her kontrol bölgesinin kendi enerji ihtiyacını kendi güç üretim birimlerinden sağlaması ve sistem frekansının başlangıç nominal değerine dönmesi ve böylelikle birbirlerini bağlayan hatlarda güç akışında eski değerinden, sürekli halde, sapma olmamasıdır. Kontrol sisteminde kullanılan bölge kontrol hatası, bölgeye ait frekans değişimlerini ve bölgeler arası güç akışını içeren bir işarettir. Bu tezde, klasik kontrol tekniği ile yük-frekans kontrolü yapılmak istenen bir sistemde, bölge kontrol hatası işaretleri, frekans değişimleri ve güç akışı değişimlerinin bir lineer kombinasyonu olarak düşünülmüştür. Bu kombinasyon içerisindeki sabitler veya kontrol parametreleri, kararlılık sınırını aşmadıkları takdirde, kontrol sisteminin sürekli halde performasını değiştirmezken, geçici halde doğrudan sistemin performasını etkilerler. Bu parametrelerin seçimi, regülatör statiklerine ve yük sönümleme katsayılarına bağlı olmak üzere çok sayıda yapılan simülasyon sonuçlarına göre yapılır. Söz konusu kontrol işaretleri, her kontrol bölgesi için integre edilerek yük referans noktası ayarı için kullanılmıştır. XVIIEle alınan bu kontrol metodu hız hatasını ve güç akışı sapmasını sıfıra götürürken her bölgenin kendi yükünü karşılaması sağlanmıştır. Bu konuyla ilgili durum çalışmaları dördüncü bölümde ayrıntılı olarak incelenmiş ve ilgili simülasyonlar yapılmıştır. Otomatik Güç Üretimi Kontrolü, her bölgenin ayrı merkezlerden yönetilmesiyle güç üretimi sağlayan bir yapıdadır. Ele alınan modeller göz önünde bulundurularak, her kontrol bölgesinin bölge kontrol hatası için hatlardaki güç akışı ve sistem frekansı değerlerinin ölçülmesi gereklidir, istenen güç akışı değerinin ve nominal frekansın göz önüne alınmasıyla bölge kontrol hatası belirlenir. Bu işaret istenmeyen birçok hızlı rastantısal değişimleri içerdiğinden filtrelerden geçirilir ve Otomatik Güç Üretimi Kontrolünü sağlayan bir algoritma ile generatörlere uygun yük referans noktalarının değişimleri dağıtılır. Model ve modele göre kurulan kontrol sistemi bir çalışma noktasında doğrusallaştırıldığından farklı çalışma noktaları için algoritmanın uygunluğunun sağlanması adaptif kontrol tekniklerinin uygulanmasıyla gerçekleşebilir. Bununla birlikte, algoritmalar, ölçüm-iletim nedeniyle oluşan zaman gecikmelerinin dikkate alınmasıyla kurulmalı, basit ve güvenilir olmalıdırlar. Son bölümde Yerel (Özel) Elektrik Santralleri kontrol problemleri tanıtılmıştır. Otomatik-Güç Üretimi Kontrolünün bu tip elektrik enerjisi üretim birimlerinde uygulanabilirliği ve gerekliliği tartışılmıştır. Yerel Elektrik Santralleri son yıllarda sayıları gittikçe artan, şebekeye paralel bağlı çalışan ve kontrolü doğrudan şebekeye bağlı olmayan elektrik enerjisi birimleridir. Birçok fabrika, şirket ve belediyenin enerji ihtiyaçlarının bir kısmını veya tamamını karşılayabilmek için kurabileceği bu özel santraller, enterkonnekte şebekeye paralel ve/veya ondan bağımsız olarak çalışabilmektedirler. Endüstriyel Santraller, Tüketici Santralleri, Ko-generasyon santralleri gibi çeşitli gruplara ayrılırlar. Ko-generasyon santrallerinde kayıp enerjinin geri kazanılması, yenilenebilir enerjinin ekonomik olarak kontrolü ve işletilmesi, puant güçlerin santraller tarafından tüketiciye iletilebilmesi ve elektrik kesintilerinin en aza indirilebilmesi gibi özellikleri, yerel elektrik santrallerinin yaygınlığını artırmaktadır. Sayılarının artması ve şebekeye bağlanmaları, birçok yerine getirilmesi gereken şartları ve problemleri beraberinde getirir. Bir yerel elektrik santrali çalıştığı elektrik şebekesinin bir parçası olmasına rağmen, bu şebekeden bağımsız bir kontrol ve koruma sistemine sahip olması, elektrik güç sistemleri sorumlularının kendi şebekelerine paralel çalışacak yerel elektrik sistemleri için belirli kurallar getirmelerine neden olmuşlardır. Bu karşılaşılan teknik problemler koruma, yerel elektrik santrallerinin gerilim kontroluna etkilerini ve Yük Frekans kontroluna etkilerini göz önünde bulunduran ve senkronlama ile ilgili birçok şartların yerine getirilmesini gerekli kılar. xviiiKontrol açısından problemler, ekonomik ve dinamik açıdan değerlendirilebilir. Küçük güçlü yerel santrallerin tek başlarına gerek frekans gerekse gerilim açısından bağlandıkları enterkonnekte şebekelerine pek fazla etkileri yoktur. Bu yüzden belirli bir gücün altındakiler gözlenmemekte ve şebeke tarafından kontrol edilmemektedir. Ancak çok sayıda küçük güçlü bu tip santrallerin ya da diğerlerine göre güç üretimi kapasitesi çok daha büyük olan özel santrallerin paralel bağlandıklarında şebekeye etkileri de büyük olmaktadır. Bu durumlar beraberinde işletme açısından belirli şartlar getirmektedirler. Bu nedenle, büyük güçlü yerel elektrik santrallerinin otomatik güç üretimi kontrolüne katılımı gerekliliği söz konusu olmaktadır. Bu tip elektrik enerjisi üretim birimlerinin işletilmesi; fazladan enerji üretebilmesi halinde istenirse şebekeye enerji satılabilmesi, kendi yükünün tamamını besleyemediği durumlarda istenirse şebekeden elektrik enerjisi satın alınması ve şebekedeki herhangi bir arıza durumunda kendi yüklerini beslemesi gibi durumları içermektedir. Enterkonnekte şebekelerde çeşitli kontrol bölgelerinde güç üretimi kontrolünün yapılmasını sağlayan Otomatik Güç Kontrolü prensiplerinin, her kontrol merkezinin ayrı bir merkezden yönetilmesi ve her bölgenin kendi yük ihtiyacını karşılaması özelliği ile Yerel Elektrik Santralleri için uygunluğu açıktır. Tez, bu işletme durumlarını inceleyen simülasyonlar ile sonlandırılmıştır. XIX

Özet (Çeviri)

SUMMARY Non-Utility Generation (Local Generation) is beginning to have significant impact on the operation of major electric utility companies. Non-utility generation includes classical (»generation plants, independent power producers, windmills and other sources not necessarily fully owned by regulated electric utility companies. These sources of generation usually operate synchronously with the rest of the electric power system network. They cause particular operational problems since they are characteristically owned by unregulated industries. In this thesis, some operational problems, concerning the non-utility generation are introduced. Among these problems, power generation control schemes applied to Dispersed Storage and Generation (DSG) units are discussed. It is aimed to analyze the compatibility of Automatic Generation Control (AGC) method, which is developed for the power control areas in electric utility systems, to the control procedures in power generation of Dispersed Storage and Generation units, which are operated parallel with or isolated from the utility. In order to analyze and simulate such a control procedure applied to non-utility generation, firstly, the components of the power systems and their interactions are modeled mathematically. In the representation of such systems, the linearized mathematical models which agree with AGC and which do not lead unnecessary complexity, are developed. An isolated power system, which is modeled, is expanded to a power system involving many control areas. These models are discretesized and modeled in PC in accordance with their both analog and state-space representations. After introducing the Load Frequency Control (LFC) principles, these models are used in simulation of many case studies, concerning about the operation of isolated and interconnected power systems. The performance and LFC studies are discussed and implementation of AGC methods are mentioned. Finally, non-utility generation and its parallel operation with electric utility systems are considered. The implementation of AGC principles on DSG unit power generation control is discussed. Some case studies, including the parallel operation of DSG units, having larger generation capacities, are studied and simulated and performance assessments are done. XIV

Benzer Tezler

  1. Tez No

    541842

    Su türbini hız regülatörleri için model referanslı uyarlamalı denetim eklentilerinin geliştirilmesi

    Model reference adaptive control add-ons for hydro turbine speed governors

    DOĞAN GEZER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YİĞİT TAŞCIOĞLU

    DR. TEVFİK KUTAY ÇELEBİOĞLU

  2. Tez No

    493806

    Yerel ve yenilenebilir güç santrallerinin dağıtım şebekelerinde kararlılık analizi ve işletmeye etkisi

    Stability analysis and operational effects of embedded and renewable power plants in distribution networks

    AYŞE İNCESU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET SERDAR YILMAZ

  3. Tez No

    652448

    Spatiotemporal forecasting of solar power generation with deep learning

    Uzayzamansal derin öğrenme ile güneş enerjisi üretimi tahminlemesi

    İSMAİL TOYHAN YUMRU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA GÖKÇE BAYDOĞAN

  4. Tez No

    507716

    Elektrik dağıtım sisteminde çok etmenli sisteme dayalı gerilim regülasyonu

    Multi agent system based voltage regulation for electrical distribution system

    EMRE KÖKSAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖMER GÜL

  5. Tez No

    879530

    Impacts of geothermal power plants on air quality, climate change and biodiversity

    Jeotermal enerji santrallerinin hava kalitesi, iklim değişikliği ve biyoçeşitlilik üzerindeki etkileri

    MERVE DÖNDÜ AYDIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL

    PROF. DR. MICHAEL LEUCHNER

Geri Dön