Geri Dön

Innovative volt/var control method tap staggering analysis and effects on the adaptive protection system in networks with renewable energy sources

Yenilenebilir enerji üretimi entegre edilen şebekelerde inovatif volt/var kontrol yöntemi tap staggerıng analizi ve adaptif koruma sistemine olan etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 856707
  2. Yazar: HAKAN KASAP
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BELGİN TÜRKAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 90

Özet

Dağıtık üretimin bulunmadığı ve yenilenebilir enerji entegrasyonunun olmadığı geleneksel güç şebekelerinde güç akışı, üretim merkezlerinden tüketim merkezlerine doğru tek yönlü olmaktadır. Fakat modern güç şebekelerinde dağıtık üretim çeşidi olarak yenilenebilir enerji kaynaklarının penetrasyonunun artırılması ile, üretim merkezi artık tüketim merkezleri tarafında da bulunmakta ve bu durum güç şebekesinde çift yönlü güç akışına sebebiyet vermektedir. Çift yönlü güç akışı ile değişen şebeke dinamiklerinden kaynaklananan gerilim aşımı sorunları ile koruma sistemi arızaları dahil olmak üzere çeşitli teknik sorunlar ortaya çıkmaktadır. Bu sorunlardan biri olan gerilim sınırı aşımı, şebeke ekipmanlarına potansiyel olarak zarar verebilir ve güç kalitesi sorunlarına yol açabilir. Tap Staggering gibi yenilikçi Volt/VAr kontrol yöntemleri bu sorunların üstesinden gelmek için kullanılabilir. Tap Staggering Volt/VAr kontrol metodu, şebekeden reaktif güç absorpsiyonu sağlamak için kullanılan bir yöntemdir. Dağıtım şebekelerinde mevcut olan paralel transformatörler üzerindeki yükte kademe değiştiriciler kullanılmaktadır. Bir eş değer paralel transformatördeki kademe arttırılıp, diğer eş değer paralel transformatördeki kademe aynı oranda düşürülür ve böylece paralel transförmatörler arasında gerilim farkı oluşturularak aralarında sirkülasyon akımı oluşması sağlanır. Oluşturulan sirkülasyon akımı sayesinde şebekeden reaktif güç absorpsiyonu sağlanmış olur. Şebekeden absorbe edilen reaktif güç sayesinde şebekedeki gerilim seviyesinin düşürülmesi sağlanır. Ancak Tap Staggering kullanılarak primer trafo merkezi tarafından reaktif gücün absorbe edilmesi, koruma sistemi üzerinde potansiyel bir risk oluşturur. Özellikle de DOC with Load Blinder koruma şeması için potansiyel bir risk oluşturur. DOC with Load Blinder, dağıtım şebekesinde üretilen yenilenebilir enerji kaynaklarının gücünün kısıtlanmadan şebekeye iletilmesini sağlayan bir koruma şemasıdır. Bu koruma sisteminin parametrelerinin ayarlarının şebekedeki değişen dinamiklere göre tekrar hesap edilmemesi durumunda, normal yük koşullarında arızalara ya da istenmeyen açmalara yol açabilir. Bu sorunu çözmek için adaptif koruma sistemi kullanılarak koruma sistemi parametreleri şebekenin o anki durumuna uygun olarak adapte edilir. Adapte edilen parametreler şebekede mevcut olan rölelere çevrimiçi olarak uzaktan gönderilir ve koruma cihazlarının adaptasyonu sağlanır. Bu çalışmada tap staggering Volt/VAr kontrol yöntemi, oluşuturulan şebeke modeli ve birçok farklı senaryo altında uygulanarak, bu metodun şebekeye ve adaptif koruma sistemine olan etkileri incelenmiştir. Şebeke modeli oluşturulurken gerçek bir şebekenin belirli bir bölümü kullanılarak; 132 kV iletim şebekesi, 33 kV ve 11 kV gerilim seviyelerindeki dağıtım şebekeleri, iletim şebekesine bağlı 3 adet indirgenmiş üretim şebeke besleme noktası modeli, 6 adet 33-11 kV yük altında kademe değiştirebilen transformatör modelleri, 132-33 kV transformatör modelleri, 2 adet rüzgar türbini modelleri, yük modelleri ve Siemens 7SA86 rölesi kullanılarak DOC with Load Blinder koruma şeması uygulanan röle modeli, akım-gerilim trafo modelleri ve lokal koruma bölgesi modeli oluşturulmuştur. 24 saatlik talep/rüzgar üretimi verilerine dayalı olarak şebeke modelleri güncellenerek farklı senaryolar yaratılmış ve PSS\textregistered Cape yazılımı kullanılarak gerçeklenmiştir. Bu senaryolara ek olarak 5 farklı kademe seti ile Tap Staggering uygulandığı için toplamda 120 farklı senaryo oluşturulmuştur. Bu senaryoları analiz etmek amacıyla Tap Staggering Makrosu ve Adaptif Koruma Makrosu Cape User Programming Language kullanılarak geliştirilmiştir. Tap Staggering Makrosu, dağıtım şebekesindeki 3 çift paralel transformatörün kademelerini belirlenen senaryolara uygun olarak değiştirir. Ayrıca şebekedeki rüzgar türbinlerinin aktif-reaktif çıkış gücünü değişen üretim profiline bağlı olarak adapte eder, yüklerin aktif-reaktif gücünü de değişen talep profiline göre günceller. Bu makro sonucunda her senaryoya ait şebekede baralarındaki gerilim seviyeleri, transformatörler ve röle üzerinden okunan reaktif güç tüketim miktarları, paralel transformatörlerin aktif güç kayıpları ve şebekedeki güç faktörü değerlerinin elde edilmesi sağlanır. Adaptif Koruma Makrosu ile mevut şebeke operasyonu ve dinamikleri ölçümleri alınır. Makroda mevcut olan adaptif koruma algoritması ile ölçümler baz alınarak DOC with Load Blinder koruma sistemindeki röleye ait parametre değerlerinin hesabı ile adaptasyon sağlanır. Yapılan çalışma sonucunda, Tap Staggering yönteminin uygulanmasının reaktif gücü absorbe ederek iletim sistemindeki aşırı gerilim sorunlarını etkili bir şekilde çözdüğü görülmektedir. Reaktif güç absorbsiyonu ölçümleri, T4 ve T5 transformatör baraları ile tap staggering uygulanan dağıtım şebekesindeki 3 çift paralel trafonsformatörün primer baraları üzerinden alınarak bu yöntemin reaktif güç tüketimi sağladığı sonucuna ulaşılmıştır. Her senaryoya ait bara gerilimi değerlerine bakılarak, tap staggering uygulanmadığında gerilim limitleri dışında olan bara gerilimlerinin, tap staggering uygulanarak istenen limitler içerisine getirildiği görülmektedir. Paralel transformatörlerde kademe kademelendirme seviyesi artırıldığında aktif güç kayıplarında artış olmasına rağmen, trafo verimleri üzerinden yapılan değerlendirmede güç kaybının standartlar dahilinde kaldığı görülmektedir. Ayrıca şebeke güç kalitesi açısından şebekedeki güç faktörü değerleri değerlendirilmiş olup, rölenin bağlı bulunduğu noktadaki güç faktörleri her senaryo için kaydedilmiştir. Ölçülen değerlere bakıldığında, maksimum tap staggering kademesi uygulamasının güç faktörünü 0.0035 değiştirdiği bulunmuş olup, güç kalitesi açısından şebekeye bir sorun yaratmadığı görülmüştür. Korum sistemi açısından Tap Staggering yönteminin uygulanmasının etkisine bakıldığında, DOC with Load Blinder koruma şemasını etkilediği ve dağıtım şebekesindeki rüzgar türbinleri aracılığıyla üretilen gücün iletim şebekesine ve oradan diğer şebekelere aktarımını sınırladığı görülmektedir. Tap Staggering metodunun uygulanması şebekedeki minimum kısa devre arıza akımlarını, aktif-reaktif güç değerlerini ve güç faktörü açısını etkilediği görülmüştür. Bu şebeke değerleri kullanılarak koruma sistemindeki DOC with Load Blinder koruma şemasına ait olan röle parametreleri yönlü aşırı akım fonksiyonu akım pickup değeri olan I>$_D_O_C$, load blinder fonksiyonu alanının resistif maksimumunu belirleyen R$_L_B$ ve bu alanın açısal olarak maksimumunu belirleyen $\alpha$ hesap edilmektedir. Değişen minimum kısa devre arıza akımları, aktif-reaktif güç değerleri ve güç faktörü açısına göre DOC with Load Blinder koruma şemasın ait olan I>$_D_O_C$, R$_L_B$ ve $\alpha$ parametreleri de değişmektedir. Bu sebeple değişen senaryo durumlarında DOC with Load Blinder koruma şeması parametrelerinin adapte edilmesi gerekmektedir. Adaptasyon sonrasında koruma sisteminin güvenilir bir şekilde çalışması sağlanır ve dağıtım şebekesinde bulunan rüzgar türbinleri tarafından üretilen gücün şebekeye kısıtlanmadan, verimli bir şekilde iletimi sağlanmış olur.

Özet (Çeviri)

The increasing presence of distributed generation sources of renewable energy on current networks poses many technical difficulties, which comprises issues associated with voltage and protection system malfunctions due to bidirectional power flow and altered grid dynamics. One of these challenges which is overvoltage problem has the potential to damage network equipment and induces quality related power issues. To resolve these issues, one of the innovative Volt/VAr control methods such as Tap Staggering could potentially be used. The Tap Staggering method uses the circulating current obtained by deliberately creating a tap level difference between parallel transformers to ensure reactive power absorbing from the grid. This method is applied to identical parallel transformers to achieve reactive power absorption, thereby reducing the voltage level in the grid. However, absorbing reactive power by the distribution substation using the Tap Staggering method poses a significant threat to protection system of te network, especially for the DOC with Load Blinder protection schema. Under normal load conditions, this situation may result in faults or undesired tripping. Therefore, this study investigates the impacts of the Tap Staggering method on the grid and adaptive protection system. Grid models are created based on a specific section of a real network, using changing grid models depending on 24 hour demand/generation profile of the loads and the wind turbines. In addition to these scenarios, Tap Staggering is applied with 5 different step sets, resulting in a total of 120 different scenarios. To analyze these scenarios, Tap Staggering Macro and Adaptive Protection Macro are developed which are contain automated network scenario change based on the hourly demand/generation levels, evaluation of the defined measurements and adaptation of the protection parameters based on the equations. The study results indicate that the application of the Tap Staggering method solves the overvoltage problems in the transmission network with an effective way through absorption of reactive power. In spite of the fact that there is an increase in the parallel transformers' active power loss as the tap difference between parallel transformers is widened, the evaluation based on the transformer efficiencies shows that power loss remains within standards. On the other hand, it is concluded that the Tap Staggering method influences the DOC with Load Blinder protection schema and restricts the transmission of power generated from wind turbines on the distribution grid to the transmission grid and beyond. Application of the Tap Staggering method influences minimum and maximum short-circuit fault currents and active-reactive power values in the grid and reverse power flow current and power flow angle measured on the relay causing changes in DOC with Load Blinder protection schema parameters (i.e., I>$_D_O_C$ pickup, R$_L_B$ and $\alpha$). For that reason, adaptation of the DOC with Load Blinder protection schema parameters is required for the entire studies. After adaptation of the parameters, the protection system performs reliably, and the power generation based on wind resource in the distribution grid is efficiently transmitted to the transmission grid and beyond without constraints.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    651471

    Low-cost perimeter intrusion radar development

    Düşük bütçeli çevre saldırı tespit radarı geliştirilmesi

    AHMET İNANÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASAF BEHZAT ŞAHİN

  2. Tez No

    496305

    Loop type DC micro-grid protection

    Alçak gerilim halka tipi DC mikro şebekeler için koruma şeması

    EMAN NAZUM ABDALAZIZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER USTA

  3. Tez No

    467074

    Spider camların düzleme dik yükleme halinde gerilme analizi

    The behaviour of spider glass under out of plane loads

    EREN KALAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İSMAİL GERDEMELİ

  4. Tez No

    853104

    Lityum iyon bataryalar için kobalt içermeyen düşük maliyetli katot elektrotlarının sentezi

    Synthesis of cobalt-free low-cost cathode electrodes for lithium-ion batteries

    SÜMEYYE KILIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER

  5. Tez No

    720716

    Volt elektrik motorlarında yeni ürün geliştirme sürecinin yapılandırılması

    Structuring of new product development process in volt electric motors

    MUHAMMED TAHA ÇETİNER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Endüstri Ürünleri TasarımıEge Üniversitesi

    Ürün Yaşam Döngüsü Yönetimi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ZEKİ ENGİN

Geri Dön