Güç sistemlerindeki alanlar arası salınım için statik var kompansatör (SVC) tabanlı geniş alan sönümleme sistemi tasarımı
Static var compensator (SVC) based wide area damping system design for inter-area oscillation in power systems
Yazar: ŞAMİL BAYCAN YALÇIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET NACİ METE
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enterkonnekte güç sistemlerinde, salınımlar kendiliğinden gerçekleşen olgulardır. Bu salınımlar, kontrol altına alınıp sönümlenmediği sürece güç sistemlerinin sürekli hal kararlılığına bozucu etki yapmaktadırlar ve bunun sonucunda kademeli bir şekilde kesintilere ve en nihayetinde sistemlerin belirli bir bölümünün çökmesine sebep olabilmektedirler. Bu salınımlar, lokal mod salınımlar, burulma modu salınımları, kontrol modu salınımları ve alanlar arası mod salınımlar olmak üzere dört farklı kategoride sınıflandırılabilirler. İki ayrı alandaki güç sisteminin zayıf hatlarla birbirlerine bağlanmasıyla oluşabilen alanlar arası salınımlar, bu iki sistem arasındaki güç transferi kapasitesini sınırlamaktadır ve zayıf bir sönümleme karakteristiğine sahiptirler. Bu salınımları sönümleyebilmek ve bütün sistemin sürekli hal kararlılığını sağlayabilmek için en bilinen ve yaygın olarak kullanılan kontrolörler güç sistemi kararlılaştırıcılarıdır (PSS). Ancak PSS'ler lokal salınımları sönümlemede iyi bir performans gösterebilirken alanlar arası salınımları sönümlemede her zaman etkili olamamaktadırlar. Bu durum alanlar arası salınım gözlemlenebilirliğinin PSS girişlerinde kullanılan lokal sinyallerde düşük olması ile açıklanabilir. Senkron ölçüm sistemlerinin yaygınlaşmasıyla şebekenin herhangi bir noktasından alınan ölçümler –global sinyaller- bir iletişim ağı aracılığıyla kontrol birimlerine iletilmekte ve şebekenin gözlemi, korunması ve kontrolü gibi amaçlar için kullanılmaktadır. Global sinyallerin alanlar arası salınım sönümleme kontrolünde lokal sinyallerden daha etkili olduğu gösterilmiştir. Ancak bu sinyallerin kapalı devre kontrol için kullanımında değişken zaman gecikmeleri ve paket düşümleri gibi iletişim ağı kaynaklı problemler kontrolör tasarımında gözetilmelidir. Asıl fonksiyonları bağlı oldukları hatlardaki voltaj profilini düzenlemek olan Statik VAR kompansatörleri (SVC), referans voltajlarına eklenen sönümleme sinyali ile alanlar arası salınım sönümlemek amacı ile de kullanılabilmektedirler.
Bu çalışmada alanlar arası salınım sönümleme çalışmaları için referans model olan 2 alanlı 4 generatörlü  Kundur modeli kullanılarak SVC tabanlı bir geniş alan sönümleme kontrol sistemi tasarlanmıştır. Sönümleme de kullanılan global sinyal geometrik ölçü kullanılarak belirlenmiştir. Ağ gecikmeleri değişken olarak kabul edilmiş ve sönümleme sisteminin test edilmesi için bir gecikme profili tasarlanmıştır. Değişken ağ gecikmelerinin telafisi için global sinyallerin zaman etiketlerini kullanan bir telafi algoritması geliştirilmiştir. Önerilen sönümleme sistemi hem Matlab/SIMULINK kullanarak hem de OPAL-RT markalı gerçek zamanlı simülatörde denenmiş ve sonuçlar sunulmuştur. Sonuçlarda gerçek zamanlı simülatörden elde edilen sonuçlar ve simülasyondan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In interconnected power systems, oscillations may occur inherently. If these oscillations are not damped properly, they will degrade the steady-state stability of power systems and may lead to cascaded blackouts and even some parts of power system may collapse eventually. These oscillations can be classified as local modes, torsional modes, control modes and inter-area modes. Inter-area oscillations which can be originated by connecting two power systems in two different areas with weak tie lines, limit the power transfer across the areas and have low damping characteristics. The prevalent controllers so as to damp oscillations and to provide steady-state stability are power system stabilizers (PSS). However, PSSs can perform well in damping local oscillations, but they are not always effective in damping inter-field oscillations. This can be explained by the fact that inter-field oscillation observability is low in local signals used in PSS inputs. With the spread of synchronous measurement systems, measurements taken from any point of the power grid - global signals - are transmitted to the control units through a communication network and used for purposes such as grid monitoring, protection and control. Global signals have been shown to be more effective in inter-area oscillation damping control than local signals. However, in the use of these signals for closed-loop control, communication network-related problems such as variable time delays and packet drops must be considered in controller design. Static VAR compensators (SVC), whose main function is to regulate the voltage profile on the lines to which they are connected, can also be used to damp the inter-area oscillations with supplementary damping signal added to their reference voltages.

In this study, a SVC based wide area damping control system was designed by using the 2-field 4-generator Kundur model, which is the reference model for inter-field oscillation damping studies. The global signal used in the damping was determined using the geometric measure. The network delays are considered variable and a delay profile is designed to test the damping system. A compensation algorithm has been developed that uses time tags of global signals to compensate for variable network delays. The proposed damping system has been tested using both Matlab / SIMULINK and the OPAL-RT real-time simulator and the results are presented. In conclusion section, results which are achieved from real time simulator and simulation are compared.