SSSC (Statik Senkron Seri Kompansatör)

Statik Senkron Seri Kompansatör (SSSC), güç sitemine seri bağlanan bir FACTS denetleyicisi olup gerilim kaynaklı konverter (VSC), DC kapasitör ve kuplaj transformatöründen meydana gelmektedir (Song ve Johns 2008). Statik Senkron Seri Kompansatörün, Statik oluĢu devreye kapasitör/reaktör ilave çıkarması olmadığını, senkron oluĢu enjekte geriliminin hat akımıyla aynı faz açısında olmasını, seri oluĢu kendisinin dolayısıyla enjekte ettiği gerilimin devreye seri olduğunu ifade eder (Hingorani ve Gyugyi 1999). Genel olarak SSSC, güç sistemindeki aktif ve reaktif güç kontrolünü sağlamak için tercih edilmektedir. SSSC ile güç sistemi akımı direkt kontrol edilebilmektedir. Üretilen reaktif güce bağlı olarak hat akımı ve gerilimi değiĢebilmektedir. SSSC, kapasitif ve endüktif olarak çalıĢabilmektedir. ġekil 3.10 ile SSSC‟ nin genel yapısı gösterilmiĢtir ( DöĢoğlu 2010).

19

ġekil 3.10. (a) SSSC‟ nin temel yapısı , (b) SSSC‟ nin eĢdeğer devresi (Padiyar 2007)

SSSC‟nin yaptığı, iletim hattının reaktansının (XL) bir kondansatör, konverter ve transformatör üzerinden azaltma iĢidir. Seri kompanzasyon yöntemi ile iletim hattının reaktansı azaltılır. Bu Ģekilde, hattan akmakta olan aktif güç akıĢı denetlenebilmektedir (Dirik 2006). SSSC ile iletim hattındaki empedansın kontrolü, SSSC‟nin iletim hattına uygun faz açısında gerilimin enjekte edilmesi ile gerçekleĢir. Ġletim hattındaki empedansın kontrolü sistemdeki kapasitif ve endüktif durumlara göre gerçekleĢmektedir. Sistemdeki aktif güç kontrolü açının genlik değerine göre reaktif güç kontrolü ise gerilimin genlik değerine bağlı olarak yapılmaktadır (DöĢoğlu 2010). SSSC iletim hattına eklediği gerilim, güç sistemindeki akan akım ile aynı fazda olur ise SSSC ile iletim hattı arasında aktif güç alıĢveriĢi gerçekleĢir. Fakat SSSC‟nin iletim hattına eklediği gerilim iletim hattından akan akım arasında 90˚ faz farkı var ise SSSC ile iletim hattı arasında reaktif güç alıĢveriĢi gerçekleĢir. Bu durumlar ġekil 3.11‟ de değiĢik çalıĢma modları için fazörsel olarak gösterilmiĢtir (Dirik 2006).

20

Güç sistemi ile aktif ve reaktif güçlerin alınıp verileceğini konverter çıkıĢ gerilimi ve güç sistemi akımı belirlemektedir. ÇalıĢma modlarındaki I. bölge olarak aktif gücün verildiği reaktif gücün alındığı alan, II. bölgede aktif ve reaktif gücün alındığı alan, III. Bölgede de aktif gücün alınıp reaktif gücün verildiği alan, IV. bölgede ise aktif ve reaktif gücün verildiği alan olarak tanımlanmaktadır. Ayrıca DC kapasitörün Ģarj veya deĢarj olmasına bağlı olarak akımın pozitif veya negatif olduğu yine ġekil 3.11‟ de gösterilmektedir. SSSC‟ nin pozitif direnç ve negatif direnç olarak çalıĢmasında DC kapasitörün çevirici devresine olan beslemesine bağlı olarak değiĢmektedir (DöĢoğlu 2010).

ġekil 3.12. SSSC ile kompanze edilmiĢ bir hat ve SSSC‟nin içyapısı

ġekil 3.12 ile SSSC denetleyicisinin içyapısı verilmiĢtir. Transformatörün konverter tarafındaki gerilim hat tarafındaki gerilime göre daha büyüktür. Çünkü konverter tarafındaki akımın GTO elemanlarının akım değerlerine uygun olması gerekmektedir. Transformatörün konverter tarafı üç bağlantılıdır. Üçgen bağlanmasının sebebi konverterden gelen 3.harmonik akımlarının akması gerekmektedir. Konverter çıkısında bulunan yarı iletken anahtarlar, iletim hattından çok yüksek akımlar aktığı zaman konverteri çok yüksek akımlardan korumak için konverteri by-pass eder. Doğru gerilimli kapasitenin değeri doğru gerilimdeki sıçramaların önlenmesi amacıyla yeterli büyüklükte bir değerde seçilir.

21

Güç sistemine eklenen gerilim güç sisteminden akan akımdan 90˚ geride olur ise SSSC kapasitif etki gösterir. Bu durumda SSSC çıkıĢ gerilimi;

(3.1) Ģeklinde ifade edilir. Burada I, iletim hattının akımı, X iletim hattının reaktansı ve k ise

seri kompanzasyon katsayısıdır. SSSC‟nin kapasitif çalıĢma durumunda güç sisteminin empedansını azaltır, hat akımı ve güç sistemine iletilen aktif gücünü artırır. Bu durumda kX=XC olarak yazılır. Seri Kompansatör değiĢen hat akımında kompanzasyon gerilimi sabit değerde tutabilmekte veya bu gerilimin hat akımından bağımsız olarak kontrol edilebilmektedir. Bunlardan dolayı sisteme enjekte edilen gerilimin genel ifadesi denklem (3.2) ile verilmiĢtir.

ġeklinde ifade edilmektedir. Vq eklenen gerilim genlik değeri, (δ) kontrol için seçilen parametre, (І) kompanzasyon yapılmadığı durumdaki hat akımı ve (i) ise kompanzasyon durumundaki hat akımını ifade etmektedir. Verilen (3.2) denkleminden yararlanılarak SSSC güç sistemi devresi ve fazör diyagramı ġekil 3.13 ile verilmiĢtir (Eminoğlu 2003).

ġekil 3.13. (a) SSSC‟ li güç sistemi devre Ģeması, (b) gerilime ait fazör diyagramı (Hingorani ve Gyugyi

1999)

Güç sistemine eklenen gerilim güç sisteminden akan akımdan 90˚ ileride olur ise SSSC endüktif etki gösterir. SSSC‟ nin endüktif çalıĢtığı durumda ise iletim sisteminin

22

empedansı artar hat akımı ve güç sistemine aktarılan aktif güç azalır (Eminoğlu 2003). Bir iletim hattında SSSC‟ nin gösterimi ġekil 3.14 ile verilmiĢtir.

ġekil 3.14. SSSC‟ nin tek hat diyagramı (a), fazör diyagramı (b) (Padiyar 2007)

Eğer, eĢitliği olursa hat üzerine düĢen gerilim aĢağıdaki denklem gibi gösterilir.

(3.3)

(3.5)

Ġletilen reaktif güç değiĢimi ise aĢağıdaki denklem ile yazılabilir.

(3.6)

(3.5) denklemi ile verilen aktif güç Vq değerinde (kapasitif çalıĢma durumunda) kompanzasyonsuz duruma nazaran oldukça büyük oranda artacaktır. Endüktif çalıĢma durumunda ise aktarılan güç aynı oranda azalacaktır. Aktarılan gücün farklı Vq değerleri için değiĢimi ġekil 3.15‟ te verilmiĢtir (Hingorani ve Gyugyi 1999).

23

ġekil 3.15. SSSC ile kompanze edilen hattın eklenen gerilime göre aktif güç değiĢimi (Hingorani ve

Gyugyi 1999)

Gerilim genliğinin değiĢiminden SSSC‟nin aynı güç kapasitesine sahip olan kontrol edilebilen seri kapasitöre göre daha geniĢ bir kontrol aralığına sahip olduğunu söylemek mümkündür (Song ve Johns 2008).

ġekil 3.16 ile SSSC‟de Aktif Güç (P) ve Reaktif Güç (Q) δ‟nın bir fonksiyonu olarak Vq‟nün değiĢik değerleri için gösterilmiĢtir.

ġekil 3.16. Aktif ve Reaktif gücün δ ile değiĢimi (Padiyar 2007)

- SSSC’ nin Temel Denetimi

SSSC‟de çıkıĢ geriliminin (Vq) denetimi, dolaylı ve doğrudan denetimi olmak üzere iki Ģekilde yapılır. Doğrudan denetiminde çıkıĢ geriliminin hem genliği hem de

24

açısı anahtarlama elemanları yardımıyla denetlenir. Dolaylı denetimde ise konverter çıkıĢ geriliminin faz açısı anahtarlama elemanı ile doğrudan oluĢturulabildiği halde çıkıĢ geriliminin genliği dönüĢtürücü giriĢindeki D.A gerilimi ile orantılı olacaktır.

Doğrudan denetimli SSSC de üç referans giriĢ yer almaktadır. Bu referans giriĢler,

VqQref: Ġstenilen reaktif seri kompanzasyon gerilimi, VqRref: Ġstenilen aktif seri kompanzasyon gerilimi, Vdcref: Ġstenilen doğru akım gerilimidir.

Bu denetimde reaktif gerilim referansı ( VqQref ) ve aktif gerilim referansı (Vdcref veya Vdcref + VqRref ) ölçülen kompanzasyon gerilimi ( Vq )‟ nün bileĢenleri ile karĢılaĢtırılarak uygun iĢaretler elde edilir. Bu iĢaretler yardımıyla kompanzasyon geriliminin genliği ( | Vq |) ve bu gerilimin açısı (Ø) elde edilir. Bu açı hat akımı açısı θ olmak üzere Ø + θ açısına dönüĢtürülür. | Vq | ve Ø + θ değerleri kapı tetikleme düzenleyicisi tarafından kapı tetikleme iĢaretleri olarak kullanılır.

Bu denetim sistemi ile uygun d.a güç sistemi ile hem aktif hem de reaktif hat kompanzasyonunu sağlar. ġekil 3.17‟de doğrudan denetimli SSSC nin denetim Ģekli verilmiĢtir.

25

Dolaylı denetim giriĢleri; hat akımı (i), hatta ilave edilen kompanzasyon gerilimi (Vq) ve referans gerilim (Vqref)‟dir. Denetlenen gerilimin açısı faz kilitleme devresi tarafından hat akımına göre 90˚‟lik bir faz farkı olacak Ģekilde bir temel θ açısıyla sağlanır. Bu faz farkı kompanzasyonun endüktif veya kapasitif olma durumuna göre polarite tespiti tarafından +90˚ veya -90˚ olacak Ģekilde yaratılır. Kompanzasyon gerilimi (Vq) basit bir kapalı çevrim ile denetlenir. Olması gereken kompanzasyon gerilimi olan Vqref değeri ölçülen Vq değerinin genliği ile karĢılaĢtırılarak aradaki fark bir fark kuvvetlendirici vasıtasıyla bir Δα düzeltme açısına çevrilir. Bu açı senkronizasyon iĢareti olan θ açısına eklenir. Δα açısının iĢaretine bağlı olarak dönüĢtürücü kapı tetikleme açıları biraz geri veya ileri açılara getirilir. Böylece bu açı farkından dolayı kompanzasyon gerilimi hat akımına göre 90˚ ileri veya geri fazda olması gerekirken az da olsa bir sapma gösterir. Bu Δα açısı dönüĢtürücünün a.a sisteminden çekeceği veya a.a sistemine vereceği aktif gücü belirler. Dolayısıyla bu Δα açısının denetimi ile kapasite doğru gerilimi arttırılır veya azaltılır. Bu kapasite doğru geriliminin değiĢimi ile kompanzasyon geriliminin (Vq) genliğinin uygun bir Ģekilde değiĢmesi sağlanır (Hingorani ve Gyugyi 1999). AĢağıda, ġekil 3.18‟de dolaylı denetimli SSSC nin denetim Ģekli verilmiĢtir.

26