Dağıtık üretim tesislerinin maksimum şebeke entegrasyon limitinin belirlenmesi için yeni bir metodolojinin geliştirilmesi
Development of a new methodology for determining the maximum network integration limit of distributed generation facilities
Yazar: KADİR DOĞANŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. RECEP YUMURTACI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik dağıtım sistemleri = Electric distribution systems ; Güç sistemleri = Power systems

Özet:
Enerji sektörü, dünya ekonomilerinde oldukça önemli yere sahiptir ve elektrik enerjisi bu sektördeki payını her geçen gün artırmaktadır. Son yıllarda artan enerji talebi ve yükselen çevresel ve ekonomik endişeler, sektör içerisinde, temiz enerji kullanımı ve yüksek verimlilik eğilimlerini oluşturmuştur. Bunun neticesinde güç sistemleri hızlı bir değişim sürecine girmiştir. Dağıtık üretim (DÜ), bu sürecin getirdiği yenilikçi bir üretim şeklidir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının güç sistemlerine katılımına olanak sağlaması ve sistem kayıplarını azaltabilmesi yönünde sunmuş olduğu fayda potansiyeli dağıtık üretimin cazibesini artırmış ve dağıtık üretim tesislerinin güç sistemleri içerisinde yaygınlaşmasına sebep olmuştur.
Diğer taraftan, dağıtık üretim, merkezi üretim ve tek yönlü güç akışı altyapısına sahip geleneksel güç sistemleri açısından aykırı bir üretim olması sebebiyle güç sistemlerinde çeşitli sorunlara sebep olabilmektedir. Bu sorunlardan biri, güç sistemleri açısından oldukça büyük önem arz eden gerilim kalitesinin, dağıtık üretim katılımlarından etkilenmesidir. Dağıtık üreticiler, sisteme bağlandıkları nokta ve etrafında gerilim artışına neden olurlar. Doğru planlanmamış bir DÜ katılımı, sistemde aşırı gerilimlere sebep olabilir. Sistemdeki gerilim artışı, sisteme dâhil edilen DÜ birimin kapasitesi ile yakından ilişkilidir.
Dağıtık üreticilerin sağladığı faydalardan maksimum yönde yararlanabilmek ve sebep olabilecekleri sorunları minimuma indirebilmek amacıyla, güç sistemlerine DÜ katılımların en doğru şekilde gerçekleştirilmesi yönünde planlamaların yapılması önemlidir. DÜ planlama çok yönlü bir çalışmadır ve bu konu üzerine oldukça geniş bir literatür bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, sisteme bağlanacak DÜ birimin kapasitesi ile bağlantı sonrasında oluşacak sistem gerilimleri arasındaki ilişkinin matematiksel bir model üzerinden ifade edilmesi amaçlanmıştır. Böyle bir matematiksel modelin elde edilmesi ile sistemde aşırı gerilim sorunlarına yol açmayacak maksimum DÜ bağlantı
kapasitesinin hesaplanabilmesi mümkün olabilecektir ve bu yönüyle DÜ planlama çalışmalarında başvurulan bir hesaplama aracı olarak literatüre katkı sağlayabilecektir.
Literatürde aynı amaca uygun önerilen çeşitli matematiksel modeller yer almaktadır. Ancak bu modellerin türetilmesi aşamasında çeşitli varsayımlar ve ihmaller esas alınmıştır ve tamamı sistemin yüksüz durumunu esas alarak türetilmişlerdir. Bu çalışma iki kademeli olup, ilk kademesinde, sistemin yüksüz durumu esas alınarak türetilen matematiksel modellerin, kabul ettikleri varsayımlar ve ihmaller olmaksızın, yeni bir matematiksel modelin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Sonrasında ise sistemin yüklü ve üreticili durumunda kullanılabilecek bir matematiksel modelin elde edilmesi amaçlanmıştır.
Önerilen matematiksel modellerin kabiliyetlerini test etmek amacıyla 34 baralı bir test sistemi üzerinde çeşitli durum analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, önerilen matematiksel modellerin, alternatiflerine göre daha doğru ve tutarlı sonuçlar verebildiklerini kanıtlamışlardır.

Abstract:
The energy sector has a very important place in world economies and electricity energy is increasing its share in this sector day by day. Increasing energy demand and rising environmental and economic concerns in recent years have created tendencies on clean energy use and high efficiency within the sector. As a result of that, power systems have been entered into a process of change. Distributed Generation (DG) is an innovative generation concept, which is brought by these changes. Enabling integration of renewable energy sources into power systems and reducing system losses have increased the attractiveness of DG systems and have led to the inrease their penetration in power systems.
On the other hand, distributed generation can lead to various problems in power systems, as it is a production that is contrary to traditional power systems which are based on centralized energy generation and unidirectional power flow. One of these problems is voltage quality, which is very important in terms of power systems, is affected by the distributed generation integration. Distributed genaration units cause an increase in voltage at and around the integration point. Incorrectly planned DG integration may cause over voltages which is closely related to the capacity of the DG unit integrated into the system.
DG planning is quite important, in order to achieve maximum benefits from DG and to minimize the possible problems. DG planning is a versatile issue and there is a wide literature on this subject. In this thesis study, it is aimed to express the relationship between the capacity of the DG systems and the voltage values of the system after DG integration through a mathematical model. After the detemination of such a mathematical model, it is possible to calculate the maximum DG integration capacity which will not cause overvoltage problems in the system, and this will be able to
contribute to the literature as a calculation tool used in DG planning studies.
In the literature, there are various mathematical models which are focused on the same purpose. However, in the course of the derivation of these models, various assumptions and omissions have been taken as basis, and they are all derived based on the zero load case of the system. This study is two stage and in the first stage, it is aimed to propose a new mathematical model by developing the mathematical models derived from the unloaded state of the system. Subsequently, it is aimed to obtain a mathematical model that can be used for including the loads and generators of the systems into the calculations.
In order to test the capabilities of the proposed mathematical models, a variety of case studies have been performed on a 34-Bus radial test system. The obtained results show that; the mathematical model proposed for the zero load case of the system gives higher and more consistent results than the alternatives given in the literature.