Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/15777
Title: Optimized And Coordinated Voltage Regulation In Electrical Distribution Systems With Distributed Generators
Other Titles: Dağıtık Üretim Birimlerine Sahip Elektrik Dağıtım Şebekelerinde En İyilenmiş Ve Eş Güdümlü Gerilim Regülasyonu
Authors: Genç, İstemihan
Asgharian, Vahid
10115449
Elektrik Mühendisliği
Electrical Engineering
Keywords: Dağıtık Üretim
Gerilim Regülasyonu
Optimizasyon
Distributed Generator
Voltage Regulation
Optimization
Issue Date: 2016
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: İletim sistemi gerilim seviyesi dağıtım merkezi transformatörleri ile daha düşük gerilim seviyelerine dönüştürülür. Birincil dağıtım sistemi dağıtım merkezleri ile dağıtım transformatörleri(34.5/0.4 kV) arasındaki güç ağıdır. Modern dağıtım sistemleri, dağıtım merkezinin primer devresinin çıkişindan başlar va müşteri terefinde sekonder servise sisteminede biter. Dağıtım sistemleri bir çok müşteriye hizmet vermektedir. Kullanılan gerilim standart şebeke uygulamalarına, mesafeye ve bağlı bulunan yük sayısına göre 2,300V ile 35,000V arasında değişiklik gösterir ve kısa mesafe için uygundur. Dağıtık üretim birimleri, büyük santrallere alternatif olarak doğrudan dağıtım ağına bağlı olan ve yenilenebilir enerji kaynaklarını güç sistemine entegre eden nispeten küçük santrallerdir. DG’lerin bir çok avantajı olmasına karşın, dağıtım sistemleri üzerinde ciddi etkileri vardır. Alışılagelen güç sistemleri, birincil merkezin tek güç kaynağı olduğu ve tek yönlü güç akışının olduğu dağıtım ağlarından meydana gelmektedir. Bu sistemlerde, gerilim radial ağların veya fiderlerin sonuna doğru yüklerden oluşan gerilim düşüşü sebebiyle azalabilir. Ancak, DG’nin dağıtım sistemine entegre edilmesi güç sistemleri koruma sistemini azaltan ters yük akışı yaratır. Ayrıca, DG’nin bağlı olduğu noktada gerilim seviyesi artarak fiderin gerilim profilinde değişikliğe yol açar. Rüzger türbinleri gibi yenilenebilir dağıtım sistemi kaynağının güç sistemine olan etkisi bu duruma verilebilecek spesifik bir örnektir. Endüksiyon jeneratörü tabanlı çalışan türbinler reaktif güç kompanzasyonu gerektirir. Genellikle kapasitör kurumları ile dengeli olsa da, karmaşık bir sistem içerisinde bir diğer husus, DG entegrasyonu planlaması boyunca değerlendirilmeli ve temsil edilmelidir. DG’lerin varlığı özellikle gerilim dalgalanmalarının ve kesintilerin sık meydana geldiği kırsal kesimlerde sağladığı fayda ile gerilim profilini iyileştirir. Büyük boyutlandırma ve uygun olmayan konumlandırma gibi durumlara bağlı istenmeyen gerilim profillerine neden olarak sisteme aşırı akım enjekte edilebilme olasılığı da vardır. Sistemin gerilim kararlığı temel olarak gerilim profillerine dayanmaktadır ve güvenilir bir şebeke işletimi için güç sistemlerinin her zaman kararlı olması çok önemlidir. DG’lerin varlığı dağıtım sisteminin kararlılığını iyileştirebilir yada kötüleştirebilir. Bu nedenle DG’nin boyutunu ve konumunu doğru seçmek esastır. Bu nedenle, DG’lerin gerilim regülasyonu üzerindeki etkisi ile ilgili araştırmalara ihtiyaç vardır. Güç kalitesi ile ilgili problemler eskiden beri süregelmekle beraber, son yıllarda tüketicilerin bu konudaki taleplerinin artmasının bir sonucu olarak güç kalitesi sorunları ve çözüm yolları çok daha fazla tartışılmaya başlanmıştır. Bu durum, güç kalitesi için eskiye göre daha üst düzey kalite standartlarının ve katı sınırların ortaya çıkmasını sağlamıştır. Yükün voltaj seviyesi üretim barasındaki voltaj, hatlardaki gerilim düşümü, trafonun kademesi ve dağıtım şebekesindeki gerilim düşümü tarafından belirlenir. Bu anlamda en zayıf baraya yapılan reaktif güç desteği gerilim seviyelerinin iyileştirilmesine yardımcı olur. Statik Var Kompanzatörü normalde şebeke geriliminin uzun süre değişimine sebep olabilecek istenmeyen durumlarda hızlı tepki veren, dinamik reaktif güç kompanzasyonu sağlayan sistemidir. Bu tez çalışmasında, kapasitörler ve statik VAr sistemleri gibi diğer kompanzasyon cihazlarının bulunduğu dağıtım şebekelerinde, yenilenebilir dağıtık üretim birimlerinin optimum boyutlandırılması ve yerleştirilmesi için çeşitli optimizasyon yöntemleri test edilmiş, önerilmiş ve geliştirilmiştir. Ele alınan problem, birtakım kısıtlar altında çok amaçlı bir optimizasyon problemi olarak formüle edilmiş ve önerilen algoritmalarla çözülmüştür. Uygulanan optimizasyon yöntemlerinde, şebeke güç kayıpları en az seviyelerde tutulurken, sistemdeki bara gerilimlerinin arzu edilen anma değerlerinden sapmalarının en aza indirilmesi başlıca amaç olarak benimsenmiştir. Parçacık sürü optimizasyonu (PSO) ve öğretim ve öğrenme tabanlı optimizasyon (TLBO) olmak üzere ele alınan iki sezgisel yöntem, iki amaç fonksiyonun birleştirilmesi ile elde edilen bir tek amaç fonksiyonun kullanılması ile optimizasyon problemine uygulanmıştır. Ağırlıklı toplam yaklaşımı ile, çok amaçlı optimizasyon problemi, sezgisel yöntemlerle çözülmek üzere, tek amaçlı bir probleme dönüştürülmüştür. Ayrıca problemin çözümü, çok amaçlı klasik optimizasyon yöntemi olarak, hedefe ulaşma (goal attainment) metodu ile aranmıştır. Öte yandan, çok amaçlı optimizasyon problemi, amaç fonksiyonları birleştirilmeksizin, baskın olmayanları sıralayan genetik algoritma II (non-dominated sorting genetic algoritm II) ile de doğrudan çözülmüştür. Önerilen yöntemlerin performanslarını değerlendirmek için bir IEEE 34 baralı test sistemi, MATLAB ortamında oluşturulmuştur. Sisteme entegre edilen dağıtık üretim birimlerinin, kapasitörlerin ve statik VAr sistemlerinin sağlayabilecekleri reaktif güç miktarları gibi işletim kısıtları tüm hesaplamalarda dikkate alınırken, dağıtım sistemi yük akışı hesaplamalarında doğrudan yük akışı yöntemi kullanılmıştır. Uygulanan yöntemlerin performansını değerlendirmek için bir kaç örnek durum çalışması geliştirilmiştir. Bir örnek durum çalışmasında, şebeke gerilim profilini düzenlemek ve toplam güç kaybını en aza indirmek üzere, test sisteminin belirli bir barasına bağlı dağıtık üretim biriminin optimal reaktif güç üretimi ve şebekeye bağlanacak kapasitör ve statik VAr sistemlerinin optimal yeri ve boyutu hesaplanmıştır. Başka bir örnek durum çalışmasında, fotovoltaik ve rüzgar türbini olmak üzere, farklı baralara bağlı iki çeşit dağıtık üretim birimi test sistemine entegre edilmiştir. Son bir durum çalışması olarak, güç kayıplarını en aza indirmek ve bara gerilimlerini düzenlemek için, sistemde hali hazırda tesis edilmiş dağıtım üretim birimi, kapasitör ve statik VAr sistemine ilişkin reaktif güç optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Yukarıdaki durum çalışmalarının tümünde, test sistemini ana şebekeye bağlayan transformatörün kademe değiştiricisi pozisyonunun, şebeke gerilim profili üzerine, ve aynı zamanda, kapasitör ve statik VAr sisteminin optimal boyutu ve yeri üzerine etkileri, ayrıca incelenmiştir.
In this thesis, various optimization methods for optimum sizing and allocation of renewable distributed generators (DGs) in the presence of other compensation devices such as capacitors and SVCs in distribution networks have been proposed, developed, and tested. The overall problem is formulated as a multi-objective optimization problem under several constraints and solved by the proposed algorithms. In the optimization methods applied, the main objective is to minimize the deviations of the system bus voltages from their desired nominal values, while the power loss in the network is also kept minimum. Two heuristic methods, particle swarm optimization and teaching learning based optimization, have been applied to the optimization problem using a single objective function obtained by aggregating the two objective functions. Using a weighted sum approach, multi-objective optimization problem is converted to a single objective problem to be solved by the heuristic methods. The solution to the problem has also been sought using the goal attainment method as a classical multi-objective optimization method. On the other hand, the optimization problem is also solved directly by the non-dominated sorting genetic algorithm preserving the number of the multi-objective functions. An IEEE 34 bus test system has been developed in the MATLAB® environment to investigate the performance of the proposed methods. A direct power flow method has been employed for the power flow calculations in the distribution system, while the operational constraints such as limits on the reactive power capabilities of DGs, capacitors and SVCs to be integrated in the system are taken into account in all computations. Several case studies are developed to assess the performace of the methods applied. In one of the case studies, the optimal reactive power generation of a DG connected to a specific bus of the test system is calculated, whereas the optimal sizes and locations of a capacitor and a SVC connected to the network are found such that the voltage profile in the network is regulated while the total power loss is minimized. In another case study, two different types of DGs, a photovoltaic and a wind turbine connected to different buses, are assumed in the test system. As a final case study, the reactive power optimization of the already installed system components, including a single DG, capacitor and SVC, is carried out to minimize the system power loss and to regulate the bus voltages. In all of the case studies above, the effects of the optimal tap changer position of the main transformer, which connects the test system to the main grid, on the network voltage profile, as well as on the optimal sizes and the locations of capacitor and SVC are also investigated.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016
URI: http://hdl.handle.net/11527/15777
Appears in Collections:Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
There are no files associated with this item.


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.