Dördün genlik modülasyonu kullanarak senkrofazör ölçüm yöntemi
Synchrophasor measurement method based on quadrature amplitude modulation
Yazar: ALİ GÖKOĞLU
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜL SALOR DURNA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Merkezi olmayan enerji üretim kaynaklarının yaygınlaşmasıyla birlikte tüm Dünyada şebekeler konvensiyonel yapıdan, dağıtık yapıya geçmektedir. Bu değişim, güç sistemi altyapısının daha detaylı izlenmesi ve otomasyonu gerekliliğini ön plana çıkmaktadır. Senkrofazör ölçümü, elektrik güç sistemlerinde arızaları tespit etmek ve sistem kararlılığını izlemek için yaygın bir araçtır ve senkrofazör ölçümleri için çeşitli Fazör Ölçüm Birimleri (PMU'lar) tasarlanmıştır. PMU'lar koordineli evrensel zamana senkronize edilmiş gerilim veya akım dalga biçimlerinin genliklerini, fazını, frekansını ve frekansın değişim oranını ölçebilen cihazlardır. Elektrik iletim seviyesinde, birden fazla PMU tarafından hesaplanan ve geniş alan izleme sistemleri aracılığıyla toplanan ölçüm verileri, şebeke durumunu belirli bir zamanda tahmin etmek için veri yoğunlaştırıcıları tarafından zamana göre toplanmaktadır. Bu şekilde, iletim sistemi operatörleri, sürekli şebeke dengesini izleyebilmekte, dinamik yükler ve hat koşul arızalarını tespit edip analiz edebilmekte ve güç sistemi hatlarının onarımı sağlamaktadır. Doğrusal olmayan dinamik yüklerin neden olduğu, hızlı bir şekilde zamanla değişen güç sistemi frekans durumları için özel olarak tasarlanmış PMU parametre hesaplama yöntemleri bulunmaktadır. Literatürde fazör kestirimi için, Ayrık Fourier Dönüşümü (DFT), ara değerli DFT, Kalman filtre, faz kilitlemeli döngü, Taylor Fourier filtre ve dalgacık dönüşüm algoritmaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, IEEE Std. C37.118.1 standardında tanımlanan M sınıfı doğruluk kriterlerine uygun bir şekilde sinyallerin anlık genlik ve faz açılarını kestirmek amacıyla Dördün Genlik Modülasyonu ve Senkron Referans Çerçeve Analizi'ne dayalı yeni bir yöntem tasarlanmıştır. Önerilen yöntem, düşük hesaplama yükü ve hızlı tepki ile kolayca uygulanabilmesiyle öne çıkmaktadır. Önerilen yöntem, zamanda değişen gerilim verileri kullanılarak doğrulanmıştır. Simülasyon sonuçlar ise önerilen yöntemin IEEE Std. C37.118.1 standardında tanımlanan doğruluk kriterlerini karşıladığı gösterilmiştir.

Abstract:
Power grids have recently been changing from conventional to distributed structure all over the globe due to the increasing penetration of decentralized resources into the grids, which brings a requirement to have advanced automation and monitoring structures specified for power systems. Phasor measurement Units (PMUs) have been designed for synchrophasor measurements and they are mainly used for fault detection and tracking network stability in power systems. PMUs are devices measuring magnitude, phase, frequency, and frequency deviation rate of voltage and current waveforms synchronized to universal time. At the transmission system level PMU measurements are gathered via wide area monitoring systems, and they are collected by data concentrators in order to estimate grid state at a specific time. Hence, transmission system operators can continuously monitor stability of the grid, detect and analyze dynamic loads and line condition faults, and mitigate power system faults. There are several PMU parameter calculation methods specifically designed for rapidly time-varying power system frequencies caused by nonlinear dynamic loads in the literature such as Discrete Phasor Transform (DFT), Interpolation DFT, Kalman Filter, phase-locked loop, Taylor Fourier filter and wavelet transform. This thesis proposes a novel design to estimate instantaneous magnitudes and phases of signals defined in IEEE Standard C37.118.1 with M class accuracy based on Quadrature Amplitude Modulation and Synchronous Reference Frame Analysis. The proposed methodology is tested on simulated time-varying voltage data and is shown to have low computational complexity and fast response. Besides, simulation results of the methodology satisfy the accuracy limits defined in IEEE Standard C37.118.1.