Aktif dağıtım şebekelerini asimetrik arızalara karşı korumak için yeni bir tümleşik koruma sistemi tasarımı ve geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı, aktif dağıtım şebekelerinde gerçekleşebilecek asimetrik arızalara karşı koruma sağlayan, ünite ve entegre koruma özelliklerine sahip, haberleşmeyi etkin bir şekilde kullanan yeni bir koruma yöntemi geliştirmektir. Bu koruma yönteminde entegre koruma sistemlerinin yapısına uygun olarak her baradan sorumlu bir röle bulunmaktadır, bara ve hat arızalarının tespiti bu entegre rölelerin haberleşmesi ile sağlanır. Yeni koruma sisteminde arıza ve arıza bölgesi tespiti, korunan ekipmanın (hat veya bara) bütün çıkşlarından alınan verilerin karşılaştırılması sonucu gerçekleşir. Böylece, hem ünite hem de entegre korumanın özelliklerini taşır. Yeni koruma yöntemi, asimetrik arızaların tespiti için simetrili bileşenler yöntemi sonucunda elde edilen gerilim ve akım bileşenlerini kullanır. Bu bileşenler yardımıyla hesaplanan dengesiz güç faktörünün korunan bölgedeki temel güce olan yüzdesel oranı oransal dengesiz güç faktörünü verir. Şebekeden ölçülen verilerle hesaplanan oransal dengesiz güç faktörü belli bir eşik değerin üstüne çıktığında arızanın varlığı belirlenmiş olur. Asimetrik arızalar, dengesiz bir reaktif güç kaynağı karakteristiğine sahiptir. Bu sayede, reaktif gücün negatif bileşeninin yönü takip edilerek arızanın bölgesi belirlenebilir. Yeni koruma yöntemine göre bir baraya bağlı bütün hatlardan alınan akım verileri ve baranın gerilim verisi ile her hat için oransal dengesiz güç faktörü hesaplanır. Herhangi bir hat için bu değer, ayar değerinin üstüne çıkarsa arıza tespit edilmiş olur. Arıza bölgesinin tespiti için reaktif gücün negatif bileşeninin yönü incelenir. Eğer, bu yön bütün hatlar için baradan hatlara doğru ise arıza barada gerçekleşmiş demektir. Eğer herhangi bir hat için bu yönün hattan baraya doğru olduğu tespit edilmişse arıza o doğrultuda gerçekleşmiştir. Arızanın korunan hatta gerçekleşip gerşekleşmediğinin belirlenmesi için hattın diğer ucundaki entegre koruma rölesi ile iletişime geçilir. Eğer her iki röle de arızanın aynı hatta meydana geldiğini tespit etmişse ilgili hatta asimetrik arıza tespit edilir. Farklı bir durum söz konusuysa arızanın koruma bölgeleri dışında daha uzak bir bölgede meydana geldiği anlaşılır ve yedek koruma devreye girer. Önerilen koruma yönteminde yedek koruma, arızanın birincil koruma bölgesinin dışında gerçekleştiği durumlarda ve/veya arızanın birincil koruma ile giderilemediği durumlarda devreye girer. Yedek koruma yönteminde, arızanın tespit edilmesinden sonra belirli bir zaman gecikmesi ile koruma devreye girer. Bu zaman gecikmesinin hesaplanması için standart ters zaman koruma fonksiyonları kullanılır. Koordinasyon için bu fonksiyonun zaman çarpanı kullanılarak zaman gecikmesi değiştirilebilir. Yeni koruma yönteminin performansının gözlemlenebilmesi için örnek bir aktif dağıtım şebekesi oluşturulmuş ve bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Bilgisayarlı simülasyon çalışmaları için MATLAB ve Simulink uygulamaları kullanılmıştır. Örnek aktif dağıtım şebekesinin bilgisayar ortamına aktarılmasının ardından yeni koruma yönteminin uygulanması için gerekli elemanlar da bu ortam üzerinde tasarlanmıştır. Yeni koruma sistemi için gerçekleştirilen performans analizi çalışmalarında örnek aktif dağıtım şebekesindeki bara ve hatlarda tek faz toprak ve faz faz arızaları ile hat iletkeninin kopması durumları incelenmiştir. İncelenen farklı arızalara ilişkin elde edilen verilen grafikler ile paylaşılmıştır. Bu analizin sonucunda, birincil koruma algoritması bara ve hatlarda meydana gelen asimetrik arızaları ve arıza bölgelerini doğru bir şekilde tespit etmeyi başarmıştır. Birincil koruma algoritması hız ve seçicilik açısından başarılı bir performans seriglemiştir. Yedek koruma algoritması da benzer şekilde arızaları ve arızaların doğrultusunu tespit etmeyi başarmıştır. Ancak, ünite koruma özelliği göstermemesi sebebiyle her durumda tam bir seçicilik sağlanması mümkün olmayacaktır. Bu çalışma kapsamında önerilen koruma yöntemi performans testlerinde beklenen başarıyı elde etmesine rağmen halen gelişmeye açık bir koruma yöntemidir. Örneğin, yeni koruma yönteminin arıza tespitinde kullanılan oransal dengesiz güç faktörünün hesaplanması için kullanılan temel güç ifadesi daha detaylı olarak belirlenebilir. Şehir şebekesinin ve dağıtık üretim tesislerinin arıza katkısı koruma bölgesine göre dinamik olarak hesaplanarak göz önünde bulundurulabilir. Yeni koruma yönteminde yedek korumayı geliştirmek amacıyla da farklı yaklaşımlardan faydalanmak mümkündür. Adaptif koruma yaklaşımının sağladığı avantajlar yeni koruma rölesinin yedek koruma algoritması üzerinde de uygulanabilir haldedir. Sonuç olarak, bu çalışmada önerilen koruma yöntemi asimetrik arızaların ve arıza bölgesinin tespitinde geleneksel yöntemlere kıyasla daha etkin bir yöntem olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, arıza tespitinde kullanılan dengesiz güç faktörü ile arıza bölgesinin belirlenmesinde kullanılan reaktif gücün negatif bileşeni kavramları şebekedeki dengesiz güç akışının analiz edilmesinde önemli rol oynayan kavramlardır ve farklı çalışmalara uygun bir başlangıç noktası sağlayabilecek niteliktedirler.