Enerji İletim Sistemlerinde Gerilim Kararlılığının Yeni Bir Yaklaşımla İncelenmesi

Abstract

Yapılan bu çalışmada, farklı hat işletme düzenlerinin ve elektriksel büyüklüklerin gerilim kararlılığına olan etkileri, yüklerin statik ve dinamik etkilerini de kapsayacak şekilde, ve yük akışı analizlerinin uygulamalarına dayalı olarak incelenmiştir. Öncelikle, yükler gerilim kararlılığı açısından bir sınıflandırılmaya tabi tutularak genel yapılan incelenmiştir. Esas çalışma ise üç ana grupta toplanmıştır. Birinci grupta, iki barah bir sistem için, statik anlamda incelemeler yapılmıştır. Önce iki bara arasına bağlı paralel hatlar için, statik gerilim kararlılığı açısından önemli bir gösterge olan ve hat sonundan çekilen güç ile hat sonu geriliminin genliğinin değişimini gösteren P-V eğrileri elde edilmiştir. Bu eğrilerin elde edildiği analitik ifadeler yardımıyla; güç katsayısının, paralel hat sayısının, hat başı geriliminin, hat kayıplarının, hat uzunluğunun, reaktif güç kompanzasyonunun, seri ve şönt kompanzasyonlann, P-V eğrilerini nasıl etkilediği ve eğri üzerindeki kritik gerilim ve güç noktasının değişimleri örnek bir hat üzerinde incelenmiştir. Daha sonra ise yine örnek hat üzerinde, çeşidi nokatalarda seri ve şönt kompanzasyonlar uygulanarak altı değişik hat işletim modeli elde edilmiştir. Bu arada P-V eğrileri üzerindeki kritik noktalan veren ifadeler doğrudan elde edilerek, altı farklı hat işletim modelinde değişik yüzdelerde seri ve şönt kompanzasyonlar uygulanmış ve bunlara ilişkin kritik değerler doğrudan hesaplanarak bu hat modelleri için statik gerilim kararlılığı açısından bir iyilik sırası belirlenmeye çalışılmıştır. İkinci grup çalışmalarda ise önce dinamik yük elemanları ve dinamik gerilim kararlılığı esasları incelemiş ve dinamik yük elemanı olarak seçilen asenkron motorun uç gerilimi değişimi ile, çeşitli koşullarda etkileşimleri gözlenmiştir. Daha sonra ise, örnek alınan alti hat modelinin herbirine asenkron motor yükü bağlı iken hatlardan birinin açması şeklinde bir bozucu etki uygulanmış ve farklı kompanzayon yüzdeleri altında, hatların, dinamik yük elemanlarıyla birlikte dinamik gerilim kararlılığına etkileri incelenmiştir. Bu şekilde, bir hat işletim modelinin statik anlamda kritik değerleri belirlenirken, hatta dinamik yük elemanı bağlı olması durumundaki etkileri de irdelenerek çeşitli kıyaslamalar yapılmıştır. Son grup çalışmada ise statik gerilim karaklığı açısından, N-barah sistemlerin incelenmesi için bir yöntem geliştirilmiştir. Buna göre sistemin herhangi bir yük durumu için yük akışı yapılarak, sahram borası ve gerilim kararlılığı açısından ilgilenilen baranın dışındaki tüm baralardaki güçler eşdeğer admitanslara çevrilerek bara admitans matrisine katılmış, ve nxn Hk YBARA 2x2 ' ye indirgenerek, sistem, bahsedilen iki bara arasında indirgenmiştir. Bu şekilde elde edilen iki baralı sistemin ilk grup çalışmalarda belirlenen formüllerle kritik değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra ilgili baranın yükü arttırılarak, yük akışı ıraksayana kadar kritik değerler hesaplanmaya devam edilmiştir. Bu yöntem, önce 11 baralı bir sisteme daha sonrada ülkemizden bir örnek olarak Kuzey Batı Anadolu Sistemine uygulanarak çeşitli işletme koşuflannda denenmiştir.

Electric energy, which is superior to other types in its production, transmission, distribution, and consumption, today has a very wide potential of use. On the other hand the demand for it is increasing in time. it is not ahvays possible to install power stations near the big consumers. Due to natural, environmental, economical, political and resource factors, the transmission of the energy produced away from the big consumer to these centers has some problems in it. Among the design and management problems faced during the transmission on great amounts of energy över the long distances, stability has great importance. Stability analyses comprise the investigation of the problem that synchronous generators feeding the system will remain in synchronism ör not following the disturbances such as faults, short circuits, line svvitching, loading and load reducing. Although in literatüre a great deal of research in this field has been report and lots of books and papers have been published, particularfy in recent years some problems faced in the high-capacity transmission systems have led to the necessity of considering the case from various aspects. in the cases reported in America, Europe and Japan, the voltage at some load buses has been observed to reduce abruptly and sequentialry and this phenomenon to pass to other load buses. The places and dates of some typical cases of this phenomenon are (GARSON W.Taylor, Power System Voltage Stabiliy, 1992): America:. New York, September 1970. Mississippi, July 1987. Baltimore, Juhy 1990 Europe :. Belgium, August 1982. Sweden, December 1983. France, Dec. 78, Jan. 87, Feb. 90, Nov. 90. England,May 1986 Japan :. Tokyo, Juty 1987 This rype of voltage reduction was fîrst named voltage avalanche ör voltage collapse and then it was studied widely under the title of voltage stability. xiii ÖZET Yapılan bu çalışmada, farklı hat işletme düzenlerinin ve elektriksel büyüklüklerin gerilim kararlılığına olan etkileri, yüklerin statik ve dinamik etkilerini de kapsayacak şekilde, ve yük akışı analizlerinin uygulamalarına dayalı olarak incelenmiştir. Öncelikle, yükler gerilim kararlılığı açısından bir sınıflandırılmaya tabi tutularak genel yapılan incelenmiştir. Esas çalışma ise üç ana grupta toplanmıştır. Birinci grupta, iki barah bir sistem için, statik anlamda incelemeler yapılmıştır. Önce iki bara arasına bağlı paralel hatlar için, statik gerilim kararlılığı açısından önemli bir gösterge olan ve hat sonundan çekilen güç ile hat sonu geriliminin genliğinin değişimini gösteren P-V eğrileri elde edilmiştir. Bu eğrilerin elde edildiği analitik ifadeler yardımıyla; güç katsayısının, paralel hat sayısının, hat başı geriliminin, hat kayıplarının, hat uzunluğunun, reaktif güç kompanzasyonunun, seri ve şönt kompanzasyonlann, P-V eğrilerini nasıl etkilediği ve eğri üzerindeki kritik gerilim ve güç noktasının değişimleri örnek bir hat üzerinde incelenmiştir. Daha sonra ise yine örnek hat üzerinde, çeşidi nokatalarda seri ve şönt kompanzasyonlar uygulanarak altı değişik hat işletim modeli elde edilmiştir. Bu arada P-V eğrileri üzerindeki kritik noktalan veren ifadeler doğrudan elde edilerek, altı farklı hat işletim modelinde değişik yüzdelerde seri ve şönt kompanzasyonlar uygulanmış ve bunlara ilişkin kritik değerler doğrudan hesaplanarak bu hat modelleri için statik gerilim kararlılığı açısından bir iyilik sırası belirlenmeye çalışılmıştır. İkinci grup çalışmalarda ise önce dinamik yük elemanları ve dinamik gerilim kararlılığı esasları incelemiş ve dinamik yük elemanı olarak seçilen asenkron motorun uç gerilimi değişimi ile, çeşitli koşullarda etkileşimleri gözlenmiştir. Daha sonra ise, örnek alınan alti hat modelinin herbirine asenkron motor yükü bağlı iken hatlardan birinin açması şeklinde bir bozucu etki uygulanmış ve farklı kompanzayon yüzdeleri altında, hatların, dinamik yük elemanlarıyla birlikte dinamik gerilim kararlılığına etkileri incelenmiştir. Bu şekilde, bir hat işletim modelinin statik anlamda kritik değerleri belirlenirken, hatta dinamik yük elemanı bağlı olması durumundaki etkileri de irdelenerek çeşitli kıyaslamalar yapılmıştır. Son grup çalışmada ise statik gerilim karaklığı açısından, N-barah sistemlerin incelenmesi için bir yöntem geliştirilmiştir. Buna göre sistemin herhangi bir yük durumu için yük akışı yapılarak, sahram borası ve gerilim kararlılığı açısından ilgilenilen baranın dışındaki tüm baralardaki güçler eşdeğer admitanslara çevrilerek bara admitans matrisine katılmış, ve nxn Hk YBARA 2x2 ' ye indirgenerek, sistem, bahsedilen iki bara arasında indirgenmiştir. Bu şekilde elde edilen iki baralı sistemin ilk grup çalışmalarda belirlenen formüllerle kritik değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra ilgili baranın yükü arttırılarak, yük akışı ıraksayana kadar kritik değerler hesaplanmaya devam edilmiştir. Bu yöntem, önce 11 baralı bir sisteme daha sonrada ülkemizden bir örnek olarak Kuzey Batı Anadolu Sistemine uygulanarak çeşitli işletme koşuflannda denenmiştir. xii ( * SUMMARY INVESTIGATION OF VOLTAGE STABILITY ON POWER TRANSMISSION SYSTEMS W1TH A NEW APPROACH * Electric energy, which is superior to other types in its production, transmission, distribution, and consumption, today has a very wide potential of use. On the other hand the demand for it is increasing in time. it is not ahvays possible to install power stations near the big consumers. Due to natural, environmental, economical, political and resource factors, the transmission of the energy produced away from the big consumer to these centers has some problems in it. Among the design and management problems faced during the transmission on great amounts of energy över the long distances, stability has great importance. Stability analyses comprise the investigation of the problem that synchronous generators feeding the system will remain in synchronism ör not following the disturbances such as faults, short circuits, line svvitching, loading and load reducing. Although in literatüre a great deal of research in this field has been report and lots of books and papers have been published, particularfy in recent years some problems faced in the high-capacity transmission systems have led to the necessity of considering the case from various aspects. in the cases reported in America, Europe and Japan, the voltage at some load buses has been observed to reduce abruptly and sequentialry and this phenomenon to pass to other load buses. The places and dates of some typical cases of this phenomenon are (GARSON W.Taylor, Power System Voltage Stabiliy, 1992): America:. New York, September 1970. Mississippi, July 1987. Baltimore, Juhy 1990 Europe :. Belgium, August 1982. Sweden, December 1983. France, Dec. 78, Jan. 87, Feb. 90, Nov. 90. England,May 1986 Japan :. Tokyo, Juty 1987 This rype of voltage reduction was fîrst named voltage avalanche ör voltage collapse and then it was studied widely under the title of voltage stability. xiii ÖZET Yapılan bu çalışmada, farklı hat işletme düzenlerinin ve elektriksel büyüklüklerin gerilim kararlılığına olan etkileri, yüklerin statik ve dinamik etkilerini de kapsayacak şekilde, ve yük akışı analizlerinin uygulamalarına dayalı olarak incelenmiştir. Öncelikle, yükler gerilim kararlılığı açısından bir sınıflandırılmaya tabi tutularak genel yapılan incelenmiştir. Esas çalışma ise üç ana grupta toplanmıştır. Birinci grupta, iki barah bir sistem için, statik anlamda incelemeler yapılmıştır. Önce iki bara arasına bağlı paralel hatlar için, statik gerilim kararlılığı açısından önemli bir gösterge olan ve hat sonundan çekilen güç ile hat sonu geriliminin genliğinin değişimini gösteren P-V eğrileri elde edilmiştir. Bu eğrilerin elde edildiği analitik ifadeler yardımıyla; güç katsayısının, paralel hat sayısının, hat başı geriliminin, hat kayıplarının, hat uzunluğunun, reaktif güç kompanzasyonunun, seri ve şönt kompanzasyonlann, P-V eğrilerini nasıl etkilediği ve eğri üzerindeki kritik gerilim ve güç noktasının değişimleri örnek bir hat üzerinde incelenmiştir. Daha sonra ise yine örnek hat üzerinde, çeşidi nokatalarda seri ve şönt kompanzasyonlar uygulanarak altı değişik hat işletim modeli elde edilmiştir. Bu arada P-V eğrileri üzerindeki kritik noktalan veren ifadeler doğrudan elde edilerek, altı farklı hat işletim modelinde değişik yüzdelerde seri ve şönt kompanzasyonlar uygulanmış ve bunlara ilişkin kritik değerler doğrudan hesaplanarak bu hat modelleri için statik gerilim kararlılığı açısından bir iyilik sırası belirlenmeye çalışılmıştır. İkinci grup çalışmalarda ise önce dinamik yük elemanları ve dinamik gerilim kararlılığı esasları incelemiş ve dinamik yük elemanı olarak seçilen asenkron motorun uç gerilimi değişimi ile, çeşitli koşullarda etkileşimleri gözlenmiştir. Daha sonra ise, örnek alınan alti hat modelinin herbirine asenkron motor yükü bağlı iken hatlardan birinin açması şeklinde bir bozucu etki uygulanmış ve farklı kompanzayon yüzdeleri altında, hatların, dinamik yük elemanlarıyla birlikte dinamik gerilim kararlılığına etkileri incelenmiştir. Bu şekilde, bir hat işletim modelinin statik anlamda kritik değerleri belirlenirken, hatta dinamik yük elemanı bağlı olması durumundaki etkileri de irdelenerek çeşitli kıyaslamalar yapılmıştır. Son grup çalışmada ise statik gerilim karaklığı açısından, N-barah sistemlerin incelenmesi için bir yöntem geliştirilmiştir. Buna göre sistemin herhangi bir yük durumu için yük akışı yapılarak, sahram borası ve gerilim kararlılığı açısından ilgilenilen baranın dışındaki tüm baralardaki güçler eşdeğer admitanslara çevrilerek bara admitans matrisine katılmış, ve nxn Hk YBARA 2x2 ' ye indirgenerek, sistem, bahsedilen iki bara arasında indirgenmiştir. Bu şekilde elde edilen iki baralı sistemin ilk grup çalışmalarda belirlenen formüllerle kritik değerleri hesaplanmıştır. Daha sonra ilgili baranın yükü arttırılarak, yük akışı ıraksayana kadar kritik değerler hesaplanmaya devam edilmiştir. Bu yöntem, önce 11 baralı bir sisteme daha sonrada ülkemizden bir örnek olarak Kuzey Batı Anadolu Sistemine uygulanarak çeşitli işletme koşuflannda denenmiştir. xii ( * SUMMARY INVESTIGATION OF VOLTAGE STABILITY ON POWER TRANSMISSION SYSTEMS W1TH A NEW APPROACH * Electric energy, which is superior to other types in its production, transmission, distribution, and consumption, today has a very wide potential of use. On the other hand the demand for it is increasing in time. it is not ahvays possible to install power stations near the big consumers. Due to natural, environmental, economical, political and resource factors, the transmission of the energy produced away from the big consumer to these centers has some problems in it. Among the design and management problems faced during the transmission on great amounts of energy över the long distances, stability has great importance. Stability analyses comprise the investigation of the problem that synchronous generators feeding the system will remain in synchronism ör not following the disturbances such as faults, short circuits, line svvitching, loading and load reducing. Although in literatüre a great deal of research in this field has been report and lots of books and papers have been published, particularfy in recent years some problems faced in the high-capacity transmission systems have led to the necessity of considering the case from various aspects. in the cases reported in America, Europe and Japan, the voltage at some load buses has been observed to reduce abruptly and sequentialry and this phenomenon to pass to other load buses. The places and dates of some typical cases of this phenomenon are (GARSON W.Taylor, Power System Voltage Stabiliy, 1992): America:. New York, September 1970. Mississippi, July 1987. Baltimore, Juhy 1990 Europe :. Belgium, August 1982. Sweden, December 1983. France, Dec. 78, Jan. 87, Feb. 90, Nov. 90. England,May 1986 Japan :. Tokyo, Juty 1987 This rype of voltage reduction was fîrst named voltage avalanche ör voltage collapse and then it was studied widely under the title of voltage stability.