oluştuğundan UPFC gibi birleştirilmiş kompanzatör olarak adlandırılabilir [184]. Her bir çevirici (SSSC), kendi hattı için seri reaktif kompanzasyonu sağlar. Bununla birlikte, çeviriciler ve dolayısıyla hatlar arasında, ortak DC terminalleri aracılığıyla, aktif gücün transferi de sağlanır. Aktif gücün farklı hatlar arasındaki transferi; hatlar arasında aktif ve reaktif güç akışını eşitler, hatların aşırı yükünü azaltır, rezistif hat gerilim düşümlerine karşı ve reaktif güç talebine karşılık kompanzasyon sağlar ve dinamik bozucu etkiler için tüm kompanzasyon sisteminin etkinliğini arttırır [185]. Ayrıca, IPFC, bazı hatlar için aktif ve reaktif kompanzasyon sağlayarak tüm iletim hattının en iyi şekilde kullanımını mümkün kılar [186].
4.5. FACTS Cihazlarının Olumlu ve Olumsuz Etkileri
Günümüzde gelişen, güç elektroniği elemanları tabanlı FACTS cihazları elektrik güç sistemlerinde büyük bir kullanım alanı bulmaktadır. FACTS cihazlarının güç sistemlerinin işletilmesi ve kontrolünde sağladığı bazı yararlar aşağıda sıralanmıştır[133,137,187-189]:
a) FACTS’ler gerilim ve/veya akım kapasitelerini arttırarak mevcut iletim sistemlerinden daha iyi yararlanmayı sağlayabilirler. Böylece, daha verimli enerji iletimi sağlanmış olur.
b) FACTS cihazları yüksek güç transfer kapasitesi ile hattın devre dışı kalmasını engelleyerek sistem kararlılığının devamını sağlarlar. Geçici hal kararlılık sınırlarını yükselterek, kısa devre akımlarını ve aşırı yüklenmeleri sınırlayarak sistemin güvenliğini ve güvenilirliğini arttırmaktadırlar.
c) FACTS’lerin kullanılmasıyla enerji kalitesinin verimliliği de arttırılmış olur. Bu sayede, daha az dalgalanmalı gerilim ve istenilen frekans sağlanır.
d) FACTS’lerin üstün ve hızlı kontrol özellikleri sayesinde kontrollü güç akışı yapılabilmektedir. Böylece, kontrolsüz paralel ve döngüsel güç akışları kontrollü bir şekilde düzenlenebilir.
85
Kararlı hal çalışma problemlerinin çözümünde FACTS cihazlarının işlevlerinin bir özeti tablo 4.3’te verilmiştir [155].
Tablo 4.3. Güç sisteminin çalışmasında FACTS cihazlarının rolü
Konu Çalışma Sorunu Düzeltici Eylem FACTS Cihazı
Gerilim S
ın
ırlar
ı
Aşırı yükte düşük gerilim Hatta reaktif güç vermek STATCOM, SVC Zayıf yükte yüksek gerilim Hattan reaktif güç çekmek STATCOM, SVC,
TCR Kesinti sonrası yüksek gerilim Hattan reaktif güç çekmek;
Aşırı yüklenmeyi önlemek
STATCOM, SVC, TCR Kesinti sonrası alçak gerilim Hatta reaktif güç vermek;
Aşırı yüklenmeyi önlemek STATCOM, SVC
Termal S
ın
ırl
ar İletimde aşırı yüklenme Aşırı yükün azaltılması TCSC, SSSC, UPFC
Paralel devrelerde açma Devre yükünün sınırlanması TCSC, SSSC, UPFC
Döngüsel Ak
ış
Paralel hatlarda yük paylaşımı Seri reaktansın ayarlanması SSSC, UPFC, TCSC
Hata sonrası güç akışı paylaşımı
Şebekenin yeniden düzenlenmesi veya termal
sınırların kullanılması
TCSC, SSSC, UPFC
Ters yönlü güç akışı Faz açısının ayarlanması SSSC, UPFC
e) Yeni iletim hatlarının kurulması ciddi bir çevresel yıkıma neden olabilmektedir. FACTS cihazları mevcut güç sistemlerinin yüklenme kapasitesinde sağladığı artış ile yeni iletim hatlarının eklenmesine olan gereği ortadan kaldırarak tüketicilerin artan talepleri karşılanabilir. Ayrıca herhangi bir atık veya tehlikeli madde üretmediğinden çevreyi kirletmezler.
f) FACTS cihazlarının maliyetleri yüksek olmasına rağmen yeni iletim hatlarının kurulumu, kamulaştırma bedelleri, kurulum süresi, devreye alma süreci ve çevresel
yıkımlar daha yüksek maliyetler ortaya çıkarmaktadır. İletim hatlarındaki problemleri FACTS cihazları ile çözmek alternatif yöntemlere göre daha ekonomik bir yöntem olacaktır.
FACTS cihazlarının sayılan bu üstünlüklerine rağmen olumsuz yönleri de yok değildir. Bunların birkaçı aşağıda belirtilmiştir [190,191]:
a) FACTS’lerde kullanılan elemanlar pahalıdır ve ithalatla sağlanabilir. Tablo 4.4’te geleneksel cihazlar ile FACTS cihazlarının maliyet karşılaştırması verilmiştir [136].
Tablo 4.4. Geleneksel cihazlar ile FACTS cihazlarının maliyet karşılaştırması
Cihaz Maliyet (US $)
Paralel Kapasitör 8 $ / kVAr Seri Kapasitör 20 $ / kVAr
SVC 40 $ / kVAr – kontrollü bölüm TCSC 40 $ / kVAr – kontrollü bölüm STATCOM 50 $ / kVAr
UPFC – seri kısmı 50 $ / kVAr – seri güç akışı UPFC – paralel kısmı 50 $ / kVAr – kontrollü bölüm
b) Sistemlerin tasarımını, bakım ve onarımını yapabilecek yetişmiş eleman sayısı azdır.
c) Güç elektroniği tabanlı olduklarından sistemde kayıplar oluşur. Bu da elemanların ısınmasına sebep olur.
d) FACTS’leri oluşturan yarı iletken elemanların tetiklenmesi için ilave elektronik devrelere ihtiyaç duyarlar.
e) FACTS cihazları yüksek gerilimlerde kullanıldıklarından elemanların yalıtımı sorunu ortaya çıkmaktadır. Bu yüzden, hat ve yük tam olarak birbirinden yalıtılamaz.
BÖLÜM 5. ENERJİ FONKSİYONU ANALİZİ
5.1. Giriş
Enerji fonksiyonu analizi gerilim kararlılığına farklı bir açıdan bakmayı sağlar. Bu analizde, bir güç sisteminin çalışma kararlılığı bir çukurun dibinde duran bir topa benzetilebilir. Kararlılık, bu anlamda bir bozucu etki sonrası topun tekrar çukurun dibine yuvarlanması olarak yorumlanabilir. Güç sisteminde değişiklikler olduğu gibi çukuru çevreleyen tepelerin yüzeyinde ve tepe geçişlerinde de değişiklikler olabilir. Bir küçük bozucu etki ile tepe geçişinin çok azalması bir gerilim çökmesi olarak kabul edilirse, top çukurun dibinden tepe geçişinin diğer tarafına doğru yuvarlanabilir. Düşük tepe geçişinin yüksekliği hesaplanabilir ve gerilim kararsızlığına yakınlığını gözlemek için bir belirti olarak kullanılabilir.
Lyapunov’un ikinci metodu dinamik bir sisteme ilişkin diferansiyel denklemin çözümünü elde etmeksizin denklemin biçiminden dinamik sistemin kararlı olup olmadığının belirlenmesini sağlar. Lyapunov, sistemin içinde biriktirilen enerji ile sistemin dinamiği arasında bağıntı kuracak bir fonksiyon tanımlamıştır. Bu fonksiyon enerji kavramı göz önüne alınarak verilmiştir. Bir sistemin enerjisi sistem denge durumuna ulaşıncaya kadar sürekli olarak azalırsa, bu sistem kararlıdır. Fiziksel sistemler için yazılan enerji fonksiyonları pozitif ve belirli fonksiyonlardır. Toplam enerjisi sürekli olarak azalan bir sistemde ise enerji fonksiyonunun zamana göre türevi negatif olur. Lyapunov, enerji fonksiyonunun pozitif belirli olma özelliğinden ve kararlı sistemin enerji fonksiyonunun işte bu özelliğinden yararlanarak ikinci metodu vermiştir [115]. Enerji fonksiyonları Lyapunov fonksiyonlarının özel bir formudur.
Tezin analiz kısmını oluşturan bu bölümde sırasıyla tek makine sonsuz bara, indirgenmiş tek makine sonsuz bara, değiştirilmiş tek makine sonsuz bara ve son
olarak dört baralı güç sistemlerinin enerji fonksiyonu analizleri gösterilecektir. Genellikle, enerji fonksiyonu analizleri kontrol cihazlarının etkisini dikkate almadan bir güç sisteminin kararlılığını incelemek için kullanılmıştır. Bu tezle, yukarıda sayılan güç sistemlerinin SVC’li durumları da değişken gradiyent metotla oluşturulan enerji fonksiyonları yardımıyla incelenebilecektir. SVC’li ve SVC’siz durumlarının karşılaştırmaları verilecektir. Tek makine sonsuz bara ve değiştirilmiş tek makine sonsuz bara güç sistemlerinin enerji fonksiyonu analizleri için sayısal simülasyon çalışmaları MATHCAD programı, indirgenmiş tek makine sonsuz bara ve dört baralı güç sistem modellerinin enerji fonksiyonu analizleri için ise sayısal simülasyon çalışmaları MACSYMA programı kullanılarak yapılmıştır.
5.2. SVC’siz ve SVC’li Tek Makine Sonsuz Bara Güç Sistemi İçin Enerji