Elektrik güç sistemlerinde geniş alan ölçüm sistemi ve fazör ölçüm birimlerinin yerleşiminin incelenmesi
Investigation of wide area measurement system and phasor measurement placement in power systems
Yazar: MEHMET ALİ MURAT İPEK
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Ölçüm yöntemleri = Measurement methods

Özet:
Çevresel ve ekonomik kısıtlamalar sebebiyle, mevcut güç sistemleri ve iletim hatları kapasitelerine yakın değerlerde işletilmeye çalışılmaktadır. Bu durum güç sistemlerinde gerilim kararsızlığına yol açmakta ve güç sistemlerindeki muhtemel gerilim çökmesi olaylarına zemin hazırlamaktadır. Bu sebeple, güç sistemi izlenebilirliği ve kontrolü için gelişen teknolojilerin de yardımıyla yeni ölçüm ve kontrol sistemi araştırmaları hız kazanmıştır. Mevcut enerji yönetim sistemlerini tamamlayıcı veya onların yerine geçen ölçme ve kontrol yöntemlerinden biri olan geniş alan ölçüm sistemi bu tezin konusunu oluşturmaktadır.Bu çalışmada öncelikle, bir izleme ve ölçüm yöntemi olarak geniş alan ölçüm sisteminin yapısı incelenmiştir. Geniş alan ölçümün nasıl yapıldığı, yerel gerilim ve akım fazör bilgilerinin FÖB'leri sayesinde merkezi kontrol noktasına iletilmesi ve merkezi kontrol noktasında gerekli algoritmalar çalıştırılarak, sistem kararsızlığı çökme boyutlarına ulaşmadan gerekli önlemlerin alınarak sistemin tekrar normal işletme koşullarına ulaştırılabilmesi anlatılmıştır. Geniş alan ölçüm sistemi, bozucu etki gerçekleşmeden önce bozucu etkiyi tanımlar ve gerekli önlemlerin alınmasını koordine ederek bozucu etkinin şiddetini azaltır veya bozucu etkiyi tamamen ortadan kaldırır. Ayrıca yine bu bölümde geniş alan ölçüm sisteminin mevcut izleme ve kontrol sistemlerine karşı olan üstünlüğü ve geniş alan ölçüm sisteminin en önemli unsuru olan fazör ölçüm birim teknolojisi mevcut senkrofazör standartları ışığında ayrıntıları ile anlatılmıştır.Üçüncü bölümde, güç sistemlerinde sistem topolojik gözlenebilirliği açısından FÖB'lerinin güç sisteminin gerekli baralarına yerleştirilmesi anlatılmıştır. Topolojik gözlenebilirlik tanımı verilmiş, graf teorisi ve benzetilmiş tavlama metodu gibi fazör ölçüm birimi yerleştirme metotlarından bahsedilmiştir. FÖB yerleşimine nasıl başlanacağı ve hangi kurallar ve adımlar ışığında sistemi gözlenebilir kılan minimum sayıdaki FÖB yerleşimine ulaşılacağından bahsedilmiştir.Son bölümde, derinlik metodu, graf teorisi yöntemi, tavlama metodu ve minimum kapsayan ağaç metodu gibi değişik yerleştirme metotları IEEE 14, IEEE 30, IEEE 57 ve IEEE 118 baralı test sistemlerine PSAT programı vasıtası ile uygulanmıştır. FÖB'lerinin sistemin hangi baralarına yerleştirilmesinin uygun olacağı araştırılmıştır. Elde edilen benzetim sonuçları karşılaştırılmış, yerleştirme metotlarının birbirlerine olan üstünlükleri ortaya koyulmuştur.Yapılan çalışmada güç sistemlerinin en önemli problemlerinden biri olan gerilim kararsızlığı probleminin, geniş alan ölçüm sistemi sayesinde nasıl önlenebileceği anlatılmıştır. Güç sisteminin gözlenebilir olması sistem durum yaklaşımı dolayısıyla sistem gerilim kararlılığının saptanmasında en önemli unsurdur. Bu sebeple artan kontrol sistemi maliyetleri de göz önünde bulundurarak, sistemi gözlenebilir kılan en az sayıdaki fazör ölçüm biriminin saptanmasını sağlayan ve bu fazör ölçüm birimlerinin hangi baralara yerleştirileceğine karar veren fazör ölçüm birimi yerleştirme metodu çok önemlidir.

Abstract:
Due to economical and environmental constraints, existing power systems and transmission lines are operated close to their limits. This situation causes voltage instability and possible voltage collapses. For this reason, by means of developing technology, the speed of researches on power system monitoring and measurement have increased. Wide area measurement system, which complements or replaces existing energy management systems, is the subject of this thesis.In this study, firstly, the structure of wide area measurement system is investigated as a monitoring and measuring tool. How the wide area measurement is maintained, transmission of local voltage and current phasors to central protection by means of phasor measurement units, taking necessary actions early enough in order to prevent voltage collapse by running the necessary algorithms in the central protection point, are also explained in this section. Wide area measurement and protection systems limit the severity of disturbances by early recognition as well as proposition and execution of coordinated stabilizing actions. Also in this section the advantages of wide area measurement system over existing monitoring and measurement systems are stated and phasor measurement technology is detailed based on synchrophasor standards.In the third section, phasor measurement placement for power system topological observability is summarized. The definition of topological observability is given and phasor measurement unit placement techniques like graph theoretic procedure and simulated annealing method are described. Initial placement, steps and criteria?s of placement are explained in order to detect minimum number of PMU that makes the system observable.In the last section, different PMU placement methods like depth first, graph theory, simulated annealing method and minimum spanning tree methods are applied to IEEE 14 bus, IEEE 30 bus, IEEE 57 bus, and IEEE 180 bus test systems by means of PSAT interface which runs in MATLAB. Appropriate PMU locations are investigated, simulation results are compared and advantages of these methods over each other are stated.In this thesis, how the voltage instability problem, one of the power system major problems, can be prevented by the help of wide area measurement system is briefly described. Power system observability, consequently power system state estimation is the most important issue on detecting power system stability. For this reason, finding minimum number of phasor measurement units and placement methods of this phasor measurement units in accordance with increasing costs are very significant.