Güneş santrallerinin dağıtım şebekelerine etkileri ve Volt/Var/Demand kontrolü ile gerilim regülasyonunun sağlanması
The effects of solar power plants on the distribution networks and providing voltage regulation by Volt / Var / Demand control
Yazar: FIRAT GÜLER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAMZA FEZA CARLAK
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Aktif dağıtım şebekelerindeki Volt/Var/Demand kontrolü, tüketici noktaları, iletim, üretim ve şebeke işletim değişimlerinden etkilenen çok yönlü bir fonksiyondur. Bu yöntemin şebeke gerilim değişimlerini gidermek için kullanıldığı bir numaralı şebeke elemanları yük altındaki kademe değiştiriciler (LTC), gerilim regülatörleri kapasitör ve reaktörlerdir. Bu şebeke elemanları kullanılarak gerçekleştirilen gerilim seviyesi değişimleri abone tarafındaki güç kalitesi ile aktif ve reaktif tüketimi etkilemektedir. Reaktif yüklerin, aktif yüklere oranla gerilim değişiminden daha fazla etkilenmesi dolayısıyla abone tarafındaki güç faktörü de değişmektedir. Bu değişimler dağıtım şebekesindeki güç akışlarına etki ederek, teknik kayıpları ve dolaylı olarak faturalamaları etkilemektedir.

Tez çalışmasında ilk olarak güneş santrallerinin dağıtım şebekesine olan etkisi simülasyon çalışması üzerinden incelenmiştir. Fider üzerindeki güneş santrallerinin hattaki yük durumlarına bağlı olarak dağıtım şebekesinde meydana getirdiği ve getirebileceği gerilim yükselmeleri ve hatlardaki akım taşıma kapasitelerine olan etkileri, gerçekçi bir şebeke modeli tasarlanarak, şebekeye dair yük akışı analizleri gerçekleştirilerek incelenmiştir. Simülasyon çalışması Digsilent PF kullanılarak Burdur TEİAŞ Trafo Merkezinden (BURDUR TM) çıkan Kozluca Fideri üzerinde gerçekleştirilmiştir. 19.5 MW kurulu gücünde lisanssız GES bağlantı görüşü verilmiş olan Kozluca Fideri'nde tüm bu GES'lerin bağlanması durumunda fiderde oluşabilecek şebeke sıkıntıları incelenmiş ve alternatif çözüm yöntemleri önerilmiştir.

Simülasyon çıktılarının sahadaki sonuçlarını gözlemlemek ve önerilen yöntemlerin fiderdeki etkilerini görmek amacıyla Burdur TM Kozluca fideri üzerindeki 1 adet Güneş Santraline uzaktan haberleşme sistemi kurulmuş (SCADA) ve Java Script programlama dili ile geliştirilen merkezi yazılım algoritması ile kontrol sağlanmıştır. Bu santraldeki tüm inverterler bir datalogger yardımıyla farklı reaktif güç setlerinde çalıştırılmış ve fiderdeki gerçekleşmeleri fider başındaki A sınıfı kalite kaydedici yardımıyla izlenmiştir. Merkezi yazılımda, fiderde istenilen reaktif gücü kontrol altında tutabilen ve EPDK'nın istemiş olduğu güç kalitesi sınırları içerisinde kalmasını sağlamak amaçlanmıştır.

Yöntem olarak güneş enerjisi santrallerindeki (GES) inverterlerin çıkış parametreleri kullanılmış, merkezi yazılım üzerinden otomatik bir karar yapısı ile şebeke durumu için en uygun gerilim veya aktif/reaktif güç değerleri kontrol edilmeye çalışılmıştır. Çalışma sonucunda güneş santralleri ile dağıtım şebekesinde merkezi ve lokal olarak kontrol seçeneklerinin aynı anda sunulacağı, inverter bazında çözünürlükte kontrol yeteneğine sahip olacak tek bir ara yüzden hareket edebilen bir kontrolün söz konusu olabileceği görülmüştür.

Tasarlanan algoritmada, Volt/VAR regülasyonu için şebekede var olan GES'ler kullanıldığından, fider hattı üzerinde ek bir reaktör, kapasitör, OLTC kurulumunun gerekliliğinin ortadan kalkacağı ve dağıtım şirketlerin gerilim regülasyonu ve reaktif güç kontrolü için harcadığı yatırım maliyetlerinin ve ayrıca şebekeye dair teknik kayıpların düşürülebileceği, simülasyon ve saha çalışması sonuçlarında elde edilmiştir.

Abstract:
Volt / VAR / Demand control is a versatile function affected by consumer points, transmission, production and network operation changes in active distribution networks. On load tap changers (LTC), voltage regulators, capacitors and reactors are the main elements for regulating voltage changes in such distribution network. The voltage level changes using these network elements affect the power quality and the active and reactive consumption on the subscriber side. The power factor on the subscriber side also changes as reactive loads affecting system voltage more than active loads. These changes affect the power flows in the distribution network as well as technical losses and invoices.

First off, the effect of solar power plants on the distribution network was investigated by using simulation study in this thesis. According to the load status of the solar power plants on the feeder effects on the distribution network events, such as voltage increases and current carrying capacities on the lines were examined with realistic grid simulation. Simulation study was carried out, on Kozluca feeder from Burdur TEİAŞ substation with DIgSILENT PF. When all these power plants with the connection license of 19.5 MW are activated in the Kozluca feeder the network grid problems were examined and the solution methods have been proposed.

Remote communication system (SCADA) was installed to 1 Solar Plant on the Burdur TM Kozluca substation and control was provided by the centralized software for in order to observe the results of the simulation outputs in the field and to see the effects of the proposed methods. All inverters in this plant were operated in different reactive power sets with a datalogger and the realizations in the feeder were monitored with the help of the class A quality recorder in the feeder head. In the main software, the algorithm which has been able to control the desired reactive power in the feeder and to keep it within the power quality indicators required by EPDK, has been run.

In order to observe the results of the simulation outputs in the field and to see the effects of the proposed methods on the feeder, by designing a new control algorithm for reactive power control, an alternative method has been proposed for voltage regulation problems in the distribution network and the existing standard applications. As a method, the output parameters of the inverters in solar power plants were used, and an automatic decision making system was used to control the most suitable voltage or active / reactive power values. As a result of the study, it was seen that central and local control options would be presented at the same time in solar power plants and distribution network, and there could be a control that could move from a single interface which would have control capability on the basis of inverter.

Since the existing solar power plants in the network are used for the regulation of the volts / VAR, the need of additional reactor, capacitor, OLTC installation on the feeder line will be eliminated and the investment costs which is spend by distribution companies for reactive power control and voltage regulation can be reduced.