Gerilim kararlılığının sağlanması için statik var kompanzatör konumunun çok kriterli karar verme teknikleriyle tespiti
Determining optimal static var compensator location for voltage stability using multi-criteria decision making techniques
Yazar: FARUK AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. BİLAL GÜMÜŞ
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Akıllı şebekeler = Intelligence networks ; Dağıtık sistemler = Distributed systems ; FACTS = FACTS ; Gerilim kararlılığı = Voltage stability ; Çok kriterli karar verme = Multi criteria decision making

Özet:
Elektrik şebekelerindeki sistem çökmeleri tüm dünyada her yıl yaklaşık 80 milyar $'lık ekonomik kayba sebep olmaktadır. Şebekede kullanılan şönt kompanzatörler kararlılık sınırını artırmak için en iyi seçenektir. Bu amaçla günümüzde kullanılan Esnek Alternatif Akım İletim Sistem (FACTS) cihazları geleneksel donanımlara göre oldukça maliyetli olduğundan en verimli konumun ve optimal boyutun bulunması çok önemli bir husustur. FACTS cihazlarının ciddi yatırım ve enerji maliyetine olan etkileri göz önüne alındığında bu doğrultuda yapılacak simülasyon çalışmalarının değeri açıkça görülmektedir. FACTS cihazları için uygun lokasyon seçimi ve ne oranda kompanzasyon yapılması gerektiği konularında birçok çalışma mevcuttur. Ancak yayınların bir kısmında hesaplanan değerler kayıpları azaltma, yüklenebilirliği arttırma, maliyetleri düşürme vb. sadece tek bir amaca yöneliktir. FACTS cihazlarının optimum konumu için son yıllarda çok kriterli yaklaşımlar geliştirilmiştir. Bununla birlikte, bu yöntemler her zaman hedefler arasında asgari memnuniyet düzeyine ulaşamayabilir. Farklı hedeflerin göreceli önemini göstermek için uygun ağırlıkların seçilmesi başka bir zorluk oluşturmaktadır. Literatürde kriterlerin ağırlık katsayıları eşit veya yakın olarak seçilmiş ve deneme-yanılma yöntemi ile bazı değerler elde edilmiştir. Tüm bu çalışmalarda karar vericiler kriter ağırlıklarını kendi önem derecelerine göre belirlemiş ancak tutarlılığını kontrol etmemişlerdir. Bu nedenle sonuçların güvenilirliği konusunda önemli bir eksiklik olduğu açıktır. Bu çalışmada öncelikle akıllı şebekeler, dağıtılmış üretim, FACTS, gerilim kararlılığı, Çok Kriterli Karar Verme (ÇKKV) ve Power System Analysis Toolbox (PSAT) programıyla ilgili bilgi verilmiştir. Daha sonra Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 14, 30 ve 118 baralı örnek şebeke modelleri oluşturulmuş, FACTS cihazı olarak sisteme Statik VAR Kompanzatör (SVC) eklenmiş, güç akış ve kararlılık analizleri yapılmıştır. Bunların ardından amaç fonksiyonu hesaplama altyapısının oluşturulması, analizlerden elde edilen yüklenme faktörü, gerilim sapması ve güç kayıplarının bulunan ağırlıklarla işleme sokulması, ÇKKV yöntemleriyle en uygun konumun tespiti için yapılan uygulamaların detayları anlatılmıştır. FACTS cihazının en uygun konumu için belirlenen hedefleri gerçekleştirmek adına bu alanda daha önce hiç kullanılmayan ÇKKV teknikleri uygulanmıştır. Temel olarak Analitik Hiyerarşi Süreci (AHS) tekniğiyle gerilim kararlılığı iyileştirilip FACTS kontrolör konumu optimize edilmeye çalışılmıştır. Kullanılan bu yöntemle, kriter ağırlıklarının tutarlılıkları test edilebildiğinden değerlerin güvenilirliği problemi de çözülmüştür. Daha sonra dokuz farklı ÇKKV yöntemi daha kullanılarak bir veri füzyon tekniği önerilmiştir. Bu yöntemler basit oldukları ve hesaplamalarda herhangi bir özel yazılım gerektirmedikleri için seçilmiştir. Tez çalışmasında son olarak şebeke kayıplarını en aza indirecek konumlara dağıtılmış üretim tesisleri entegre edilmiş ve çalışma tekrarlanmıştır. Kullanılan şönt kompanzatörle yüklenebilirlik sınırı arttırılıp, sistemin çökmeye gittiği kritik noktalarda iyileşme gözlenmiştir. Gerek FACTS donanımlarının optimum kapasitede kullanılması, gerekse hesaplamalarda hata oranı en aza indirilerek kaynakların ideal şekilde kullanılması sağlanmıştır. ÇKKV yöntemlerinin FACTS cihazlarının en uygun yerini seçmek için güçlü bir araç olarak kullanılabileceği kanıtlanmıştır. Tüm çıktılar IEEE'nin 14, 30 ve 118 baralı örnek modellerindeki simülasyon sonuçlarıyla elde edildiğinden karşılaştırılabilir, ölçülebilir ve daha sonra gerçek sistemlerde uygulanabilir niteliktedir. Sonuç olarak elektrik güç sistemlerinin etkin yönetimine olumlu katkı sağlanmıştır.

Abstract:
Blackouts in power systems cause approximately $80 billion in economic loss each year all over the world. Shunt compensators used in the network are the best option to increase the stability limit. For this purpose, Flexible Alternating Current Transmission System (FACTS) devices used today are quite costly compared to conventional equipment, so finding the most efficient location and optimal size is very important. Considering the effects of the FACTS devices on the serious investment and energy costs, the value of the simulation studies to be carried out in this direction is clearly seen. There are many studies on choosing the appropriate location for FACTS devices and how much compensation should be done. However, the values calculated in some of the publications are to reduce losses, increase loadability, reduce costs, etc. In recent years, multi-criteria approaches have been developed for the optimum location of FACTS devices. Nevertheless, these methods may not always reach the minimum level of satisfaction between targets. Choosing appropriate weights to show the relative importance of different goals is another challenge. In the literature, the weight coefficients of the criteria were chosen as equal or close, and some values were obtained by trial and error method. In all these studies, decision makers determined the criterion weights according to their own importance but did not check its consistency. Therefore, it is clear that there is an important deficiency in the reliability of the results. In this study, firstly, information about smart grids, distributed generation, FACTS, voltage stability, Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) and Power System Analysis Toolbox (PSAT) program is given. Later, IEEE's 14, 30 and 118 buses sample network models were designed, Static VAR Compensator (SVC) was added to the system as a FACTS device, and power flow and stability analyzes were made. After these, the details of the applications for the establishment of the objective function calculation infrastructure, the processing of the loading factor, voltage deviation and power losses obtained from the analysis, and determination of the most suitable position with the MCDM methods were explained. In order to achieve the targets determined for the most suitable location of the FACTS device, MCDM techniques, which have never been used before, have been applied in this area. Basically, with the Analytic Hierarchy Process (AHP) technique, the voltage stability has been improved and the FACTS controller position has been optimized. With this method used, since the consistency of criterion weights can be tested, the problem of reliability of values is also solved. Then, a data fusion technique was proposed using nine more MCDM methods. These methods are chosen because they are simple and do not require any special software for calculations. Finally, in the thesis study, distributed generation facilities have been integrated into locations that will minimize network losses and the work has been repeated. The loading capability limit was increased with the shunt compensator used, and an improvement was observed in critical points where the system collapsed. It was ensured that resources are used ideally by using FACTS equipment at optimum capacity and minimizing error rate in calculations. It has been proven that MCDM methods can be used as a powerful tool to choose the most suitable location for FACTS devices. All outputs are comparable, measurable and can then be applied in real systems, as they are obtained with the simulation results of IEEE 14, 30 and 118 buses test systems. As a result, a positive contribution has been made to the effective management of electrical power systems.