Yük barası ölçümlerine dayalı gerilim kararlılığı değerlendirmesi
Voltage stability assessment by using local bus parameters
Yazar: SELİM MERİÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA TURAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Anahtar kelimeler: Güç sistemleri, Gerilim kararlılığı, Gerilim kararlılık sınırları

Modern bir güç sisteminin ileri seviyede planlanmış olması beklenir. Güç sistemleri çok değişkenli, dinamik ve karmaşık sistemlerdir. Güç sistemlerinde görülen işletim sorunları ve arızalarının sebepleri çok çeşitlidir. Genel olarak güç arz ve talebinin yönetildiği düşünülen sistemlerde bile arızaların ötesinde, pek çok yönetim – kararlılık sorunları yaşanılabilmektedir. Güç sistemlerinde kararlılık; sistemin bir bozucuya maruz kaldıklarında oluşan geçici durum sonrasında, bozucu devre dışı kaldıktan sonra yeniden kararlı olarak işletimin sürmesi olarak özetlenebilir. Özelde, kararlılık konusu oluş - sonuç mekanizmaları ve süreleri kapsamında farklı sınıflarda incelenir.  

Her ne kadar güç sistemleri oldukça dikkatli planlansa da, işin gelişme sürecinde altyapılar sürekli güncellenerek genişlemek zorunda kalmıştır. Diğer taraftan endüstrideki yüklerin beklentileri ve karakterleri de değişime uğramıştır. Örneğin kontrollü yükler – sabit güç yükleri, güç sistem harmonikleri ve reaktif güç gereksinimlerinin artması, gücün farklı bölgeler üzerinden tedariki gibi yeni durumlar ortaya çıkmıştır. Alternatif enerji kaynakları devreye girmiş – dağıtık üretimler güç akışlarını dinamik olarak değiştirmeye başlamıştır. Tüm bunların sonucunda güç sistemlerinin yönetimi, kalitesinin sürdürülmesi git gide daha karmaşık hale gelmeye başlamıştır.

Mühendislerin teorik olarak tahmin ettiği pek çok sorun 1980'lerden itibaren gerçek olmaya başlamıştır. Karmaşıklaşmış güç sistemleri beklenmedik yüklenme durumlarında kararsızlık sınırına gelebilmektedir. Bu nedenle mevcut sistemlerin kararlı işletimi için yapılan çalışmalar büyük ilgi çekmeye başlamıştır.

Bu tezde, güç sistemlerinin kararlılık sorunlarından biri olan gerilim kararlılığı sınırlarının yerel bara parametrelerine dayalı kestirimler ile belirlenmesine yönelik bir dizi inceleme yapılmıştır. Güç sisteminin herhangi bir barası arkasında kalan Thevenin Eşdeğer Parametreleri kestirim yaklaşımı ile elde edilmiş, sistemin kararsızlık sınırına ne kadar yakın olduğuna ilişkin değerlendirmeler yapılmıştır. Konu ile ilgili teorik incelemeler basit bir simülasyon çalışması ile doğrulandıktan sonra, IEEE 30 baralı standart test sistemi üzerinde uygulanmıştır. Simülasyon sonuçları, kullanılan yaklaşımın gerilim çökme sınırlarını yeterince doğru hesapladığı ve gerilim kararsızlığından kaçınmak için kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Keywords: Power systems, Voltage stability, Voltage stability limits

Power systems are dynamic and multiparameter systems which are very complex. A modern electric power system is expected to be very well designed. The reasons of operating problems and faults in power systems are very diverse. Even if the power system in supply and demand balance, some operational or topological issues can couse stability problems. Power system stability generally refers to the capability of a power system to remain in a state of operation equilibrium under normal operation conditions and to regain an acceptable state of equilibrium after being subjected to disturbances. Stability problems are examined in different classes within the context of the occurrence and outcome mechanisms. 

Although power systems are designed properly in the beginning, sub-optimal hardware updates will be done by years as a result of continuous growth and industrialization. On the other hand, the variety and characteristics of the electrical loads are also changed by smart industrialization. New problems such as power delivery from distant and unexpected regions can occur as a result of power flow changes, increase in controlled loads and constant power loads, power system harmonics and reactive power demand increase. Renewable energy resources and distributed generations can cause unpredictable power flows and increasing complexity. As a result, the operating the power systems and maintening the quality have become increasingly complex.

Many problems, which hypothetically predicted by engineers, began to become real from the 1980s. Increasingly complicated power systems can go under unexpected loading conditions and come on the edge of unstablity. Therefore, the studies for the stable operation of existing systems attract great interest for engineers. 

In this thesis, voltage stability assessment which is the one of the major stability issue in power systems are examined by using local bus measurements. Thevenin equivalent model behind the corresponding local bus are estimated and the critical parameters are calculated to define voltage stability limits of the bus. Verification of the approach was done on a simple power system by simulation. Then concepts were applied on IEEE 30 bus standart test system. The simulation results has shown that the proposed assessment approach has accurate enough to estimate voltage stability limits and suitable for real time applications.