Yük altında kademe değiştirici ve evirici destekli reaktif güç ayarıyla gerilim regülasyonu için analitik tabanlı yöntemlerin geliştirilmesi
Development of analytic based methods with on load tap changer and inverter aided reactive power regulation for voltage regulation
Yazar: SÜLEYMAN TUNÇEL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUBA GÖZEL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Enerji optimizasyon modeli = Energy optimization model ; Robust optimizasyon = Robust optimization ; Yüksek gerilim = High voltage ; Şebeke gerilimi = Network voltage

Özet:
Dağıtım şebekesi yapısı artan yük talepleri, dağıtık jeneratörlerin ve enerji depolama sistemleri ve yeni teknolojik sistemlerin entegrasyonuyla gerilim ihlallerini daha sık yaşanır hale getirmiştir. Bu sebeple, gerilim ihlallerinin üstesinden gelebilmek için etkili gerilim regülasyonu metotlarının türetilmesi önem arz etmektedir.
Mevcut literatürde gerilim regülasyonu; aktif güç, reaktif güç ayarlaması yöntemiyle ve yük altında kademe değiştirici, statik VAr kompansatör vb. komponentlerin kullanılmasıyla yapılmıştır. Aktif, reaktif güç ayar değerleri ve gerilim regülatörüne katılacak komponentlerin ayar değerleri, mevcut çalışmalarda ağırlıkla optimizasyon problemi çözümü yaklaşımı, öğrenme algoritmaları ve kontrol algoritmalarının uygulanmasıyla bulunmuştur. Literatürde, bu ayar değerlerinin pratik cebirsel işlemlerle bulunduğu analitik ifade temeline dayanan metotların eksikliği tespit edilmiştir. Bu kapsamda, ilk olarak yük altında kademe değiştiricili transformatörün kademe pozisyon ayarlamasıyla, bara gerilimlerini işletme limitlerinde tutan ve analitik ifadeden faydalanan metot geliştirilmiştir. Ek olarak, türetilen bu metot ufak değişiklerle gerilim profilini iyileştiren analitik tabanlı metoda geliştirilmiştir. İkinci olarak, dağıtık jeneratörlerin eviricilerinin reaktif güç kapasitesini ayarlayan analitik tabanlı metot geliştirilmiştir. Son olarak, yük altında kademe değiştirici transformatörün kademe pozisyonunu ve dağıtık jeneratörün reaktif güç çıkışını, koordineli biçimde ayarlayan, belli bir uygulama prosedürüne sahip ve eğri uydurma tekniğinden faydalanan algoritma geliştirilmiştir. 
Geliştirilen analitik tabanlı metotlar sayesinde optimizasyon problemi çözme yaklaşımlı vb. metotlara kıyasla işlem yükü önemli derecede azaltılarak, harcanan hesaplama süresi önemli ölçüde azaltılmıştır. Son katkı olarak, koordineli gerilim regülasyonu yaklaşımıyla, ilk olarak reaktif güç ayarlaması yapılarak yük altında kademe değiştiricili transformatörün kademe pozisyon hareket sayısı da azaltılmıştır.

Abstract:
The distribution grid structure is becoming more complex with increasing load demand, integration of the distributed generators and the energy storage systems, and new energy technology systems. In particular, these changes have made voltage violations in the distribution network more frequent. Therefore, it is important to create effective voltage regulation methods to overcome voltage violations.
In the existing literature, voltage regulation has been performed by adjusting active power, reactive power and using components such as on load tap changers, static VAr compensators and etc. The active and reactive power setting values and the setting values of the components to be included in the voltage regulator have been found in existing studies mainly by applying optimization problem solving approach, learning algorithms and control algorithms. In the literature, the lack of methods based on analytical expressions where these setting values are obtained by simple calculable algebraic operations has been realized. In this context firstly, an analytic based method was derived to keep bus voltages within operating limits by adjusting the OLTC tap position. In addition, this derived method is evolved into an analytic based method that improves the voltage profile with minor modifications. Secondly, an analytic method is developed to adjust the reactive power capacity of the distributed generator inverters. Finally, an algorithm that coordinates the tap position of OTLC and the reactive power output of the distributed generator is developed, which has a specific implementation procedure and utilizes the curve fitting technique. 
The proposed methods with analytical and algorithmic approaches significantly reduce the computational burden and the calculation time compared to the methods with optimization problem solving approach, etc. As a final contribution, with the coordinated voltage regulation approach, the number of tap position movements of the on load tap changer is also reduced by first adjusting the reactive power.