ÖNSÖZ Elektrik enerji sistemlerini verimli ve güvenli işletebilmek ve hızla artan enerji ihtiyacını karşılayabilmek için, ekonomik çözüm ve planlamaların yapılabilmesi yönünden güç sistemleri mühendisliğinde güç akışı analizi büyük bir önem arz etmektedir. Birden çok enerji santrallerinin, dağıtım ve iletim sistemlerinin birbirlerine bağlanması sonucu, bilgisayar ağları gibi, enterkonnekte şebekeler oluşmuştur. Enerji ihtiyacını karşılamak için her geçen gün boyutları giderek büyüyen şebekeler ve gelişen yeni teknolojilerin enterkonnekte sisteme bağlanması ile şebekelerin planlanması ve optimum işletilmesi sırasında ortaya çıkan problemler daha karmaşık yapılar oluşturmakta ve bilgisayar kullanımını zorunlu kılmaktadır. Projemizde İzmir ili ve çevresine ait iletim hatlarının(3.iletim tesis bölgesindeki iletim hatlarının) güç analizini yaptık. Mevcut iletim ve dağıtım hatlarının bilgisayar ortamında kullanılabilecek şekilde hazırlayıp, sistemin herhangi bir noktasında meydana gelebilecek arıza, yük değişiklikleri veya yenilenebilir enerji kaynaklarının enterkonnekte sisteme bağlanması gibi farklı muhtemel yapay senaryolar oluşturup modelledik. Ayrıca bu durumların sistem üzerindeki etkilerini MATLAB ve PowerWorld Simulator ortamında gözlemledik. Mevcut güç sistemlerinin en iyi şekilde işletilmesi ve gelecekte sistemlerde meydana gelebilecek gelişmelerin planlanması yönünden yük analizleri yaparak her bara geriliminin genliği, faz açısı, hatlardaki aktif ve reaktif güç akışı, gerilimlerdeki değişimler, hat kapasiteleri, kararlılık gibi durumları analiz ettik. Proje için gerekli olan verilerin elde edilmesi, analizlerin doğruluğunun incelenmesi ve sistemi önemli ölçüde etkileyebilecek senaryoların belirlenmesi konusunda TEİAŞ’a bağlı olan BATI ANADOLU YÜK TEVZİ MERKEZİ ile çalışmalar yaptık.
1
ENERJİ İLETİM VE DAĞITIM HATLARININ MATLAB VE POWERWORLD SİMULATOR İLE GÜÇ AKIŞI ANALİZİ Hasan UZAL, Ali ZONTURLU, Engin KARATEPE Elektrik-Elektronik Mühendisliği, Ege Üniversitesi, İzmir, Türkiye
ÖZ- Bu makale enerji iletim ve dağıtım hatlarının güç akış analizleri üzerine hazırlanmıştır. Burada İzmir ili ve çevresine ait iletim hatları üzerinde analizler yapılmıştır. Mevcut iletim hatlarının modellemesi yapıldıktan sonra bu iletim hatları gerçek verilerle uyumlu olacak şekilde PowerWorld Simulator programına aktarılmıştır. Sistem güç akışının gerçek verilerle uyumlu hali elde edildikten sonra sistem MATLAB ortamına aktarılıp, sonuçlar PowerWorld Simulator verileriyle karşılaştırılmıştır. Sistem bilgisayar ortamında modellendikten sonra TEİAŞ[1]’la birlikte sistemi önemli ölçüde etkileyebilecek, meydana gelmiş/gelebilecek senaryolar oluşturulmuştur. Bu senaryolar sonucu sistem akışı MATLAB ve PowerWorld Simulator ortamında analiz edilmiş ve bu senaryoların neden olacağı sorunlara mühendislik çözümleri getirilmiştir.
Analysises were made on the transmission lines that belong to Izmir and its environment. After modelling the existing transmission lines, these models that compatible with real datas were transferred to PowerWorld Simulator program. After getting power flow results that compatible with the real datas, the system is transferred to Matlab domain and the results compared with PowerWorld Simulator datas. Following the system modelling in computer environment, some scenerios that occured before or may occur and that can effect the system are created with the help of TEIAS. In the light of these scenerios power flows were analysed in Matlab and PowerWorld domains and some engineering solutions are found out about the problems caused by these scenerios. Key words: analysis of transmission lines, PowerWorld Simulator, Power flow, MATLAB.
Anahtar Kelimeler- İletim hatları analiz, PowerWorld Simulator, Güç Akışı, MATLAB. Abstract- This article has been prepared on the power flow analysis of power transmission and distribution lines. 2
uzun iletim hatları için modelleme tipleri mevcuttur. Burada iletim hatlarının pi eşdeğer devresi oluşturulmuştur.
1. GİRİŞ Elektrik enerji sistemlerini verimli ve güvenli işletebilmek ve hızla artan enerji ihtiyacını karşılayabilmek için, ekonomik çözüm ve planlamaların yapılabilmesi yönünden güç sistemleri mühendisliğinde güç akışı analizi büyük bir önem arz etmektedir. Yapılan modellemeler ve analizler sonucu mevcut güç sistemlerinin en iyi şekilde işletilmesi ve gelecekte sistemlerde meydana gelebilecek gelişmelerin planlanması yönünden her bara geriliminin genliği, faz açısı, hatlardaki aktif ve reaktif güç akışı, gerilimlerdeki değişimler, hat kapasiteleri gibi durumlar bilgisayar ortamında görülebilmektedir.
Şekil-1: iletim hattı pi eşdeğer devresi.
(1)
3. İLETİM SİSTEMİNİN YAPISI Modeli oluşturulan 3. İletim tesis bölgesindeki iletilen gerilimler 380kV ve 150kV olmak üzere iki çeşittir. Burada 380kV’lik gerilimler Oto trafolar yardımıyla 154kV’lik gerilimlere düşürülür. Bu sistemde doğalgaz, rüzgar ve kömür santralleri bulunmaktadır. Santrallerin çıkış gerilimi gerilim yükseltici trafolarla 380kV veya 154kV değerine yükseltilir ve bu değerlerde enterkonnekte sisteme bağlanır. Hatların taşıma limitlerini aşması, kısa devre gibi durumlarda hatlara zarar gelmemesi için hatlarda kesiciler bulunmaktadır. Hat akışları yön değiştirebilmektedir.
Günümüzdeki şebeke yapısında, yüksek gerilim şebekelerinde oluşan arızalarda hatların kesilmesi ve/veya büyük bir santralin devre dışına çıkması sonucunda yapılan zorunlu yük atımı nedeniyle uzun süreli elektrik kesintileri oluşmaktadır[2]. Elektrik İletim Sisteminde güç kalitesine etki eden bileşenleri ve reaktif/aktif güç akışını izlemek, problemleri tespit etmek, problemleri değerlendirmek ve karşı önlemleri belirleyerek hayata geçirmek gerekir[3]. Bu durumların çözümü için analiz ve modellemeler büyük önem arz etmektedir. 2. İLETİM HATLARININ MODELLENMESİ
Şekil-2: İzmir ili ve çevresi iletim haritası
Enerji iletim sistemlerini modelleyebilmek için öncelikle iletim hatlarının modelleri oluşturulmalıdır. İletim hatlarını modellemede kısa, orta ve 3
de oluşturmak gerekir. Bara matrisinde bara numarası, bara kodu(0,1,2), bara gerilimlerinin genliği/açısı, yüklerin aktif ve reaktif değerleri, santrallerin üretim değerleri ve santrallerin kapasite verileri bulunmaktadır. Hat matrisinde ise her bir hattın direnç, reaktans ve kapasitans(shunt charging) değerleri bulunmaktadır.
4. POWERWORLD SIMULATOR PowerWorld Simulator(PWS) güç analizi yapabilmek için geliştirilmiş bir programdır. Bu program ile her bir hattaki MW ve MVAR yük akışları, her bir hat için aktif ve reaktif kayıplar ile toplam kayıplar hesaplanabilir. Bu simülatörde sisteme santral, iletim hattı, yük eklenebilir veya çıkarılabilir. Şekil-3’te sistemin PowerWorld Simulator’de modellenmiş halinin bir kısmı görülmektedir.
Sistemin güç akışı NewtonRaphson yöntemiyle 10.iterasyonda çözülmüştür. MATLAB sonuçları hem PowerWorld Simulator ile hem de gerçek verilerle uyumludur. 6. SENARYOLAR Enerji nakil sistemlerinde kısa devre, aşırı yük, bazı santrallerin üretiminin durması ve trafoların/hatların bakıma alınması gibi durumlarda sorunlar meydana gelebilmektedir. Sistemi önemli ölçüde etkileyebilecek durumlar analiz edilip, her geçen gün artan enerji ihtiyacından dolayı sistemin kesintisiz çalışabilmesi için mühendislik çözümleri getirilmelidir.
Şekil-3: Sistemin PWS’de modellenmesi.
5. MATLAB’DA GÜÇ AKIŞ ANALİZİ MATLAB’da sistemin güç akış analizi için sistemi matrissel olarak ifade etmek gerekmektedir. Güç akış çözüm yöntemlerinden biri olan “NewtonRaphson” yöntemi kullanılarak sistemin matrisleri oluşturulup, güç akışları çözümlenebilir.
TEİAŞ ile birlikte Analiz edilen 3. İletim bölgesini önemli ölçüde etkileyebilecek 3 adet senaryo belirlenmiştir. Senaryo 1: Uzundere-Germencik ve Uzundere-Aliağa2 hatlarının açılması durumudur. Bu iki hattın birinde bakım varken diğer hattın aşırı yüklenme, kısa devre gibi durumlarda açmasıdır. Bu durumda Uzundere’de bulunan oto trafolardan herhangi bir güç akışı olmamaktadır. Normal koşullarda Uzundere 154kV’lik baradan beslenen bazı
(2)
Ayrıca sistemin bu yöntemle çözümü için sistem bara matrislerini ve hat matrislerini 4
bölgeler senaryo sonucu Işıklar 154kV’lik baradan beslenmeye başlamıştır. Bu durumda Işıklar-Buca ve Işıklar Karabağlar hatları taşıyabilecekleri maksimum limiti aşmaktadırlar. Bundan dolayı kesiciler bu iki hattı açacaktır ve buradan beslenen bölgeler enerjisiz kalacaktır. Şekil-5: Sistemin Blackout olduğu durum
Rüzgar bakımından verimli olan Çeşme-Urla çevrelerindeki ve Balıkesir’in Soma’ya yakın bölgelerindeki rüzgar santrallerinin sayısı arttırılırsa gerekli enerjinin bir kısmı karşılanmış olacaktır. Senaryo 3: Aliağa-2’de bulunan trafoların servis dışı olmasıdır. Sistemde bulunan hatların birçoğunda akışlar yön değiştirmiş ve bazı hatlar maksimum kapasitelerine yaklaşmıştır.
Şekil-4: Senaryo1 bara gerilimlerindeki yüzde değişim
Işıklar 154kV’lik baradan Karabağlar ve Buca baralarına birer iletim hattı daha çekildiğinde Işıklar-Buca ve Işıklar-Karabağlar hatları taşıyabilecekleri maksimum limiti aşmamıştır. Senaryo 2: İzmir Doğal Gaz Kombine Çevrim santralinin sistem dışı kalmasıdır. Bu senaryonun gerçekleşmesi halinde bazı oto trafolar aşırı yüklenmeden dolayı açacaktır. Bu trafoların açmasıyla sistemdeki toplam üretim toplam tüketimi karşılayamayacaktır ve bundan dolayı sistem çökecektir. (Blackout).
Şekil-6: Senaryo-3, bazı hatlardaki yük akış grafiği
Morsan’da bulunan oto trafonun yükünü hafifletmek için buraya yeni bir oto trafo eklenirse trafoların yükü hafifleyecektir.
5
7. SONUÇLAR TEİAŞ işbirliği ile İzmir ve Manisa illerine ait iletim sisteminin MATLAB ve PowerWorld Simulator programları yardımıyla gerçek verilerle uyumlu modelleri oluşturulmuştur. Sistemi önemli ölçüde etkileyebilecek bazı arıza durumlar ele alınmış ve sonuçlar normal durumla karşılaştırılmıştır. Arıza durumlarında sistemin kesintisiz çalışması, sistem elemanlarına zarar gelmemesi için mühendislik çözümleri getirilmiştir. 8. REFERANSLAR [1] TEİAŞ, Batı Anadolu Yük Tevzi Merkezi, Bornova-İzmir. [2] Güç Kalitesi Milli Projesi, 2006-2010 [3] Belgin TÜRKAY, “Dağıtılmış Enerji kaynakları İçeren Şebeke Tasarım Önerisi“ İTÜ [4] www.powerworld.com [5] Power System Analysis, Hadi Saadat
6
ÖZ Enerji nakil sistemleri günümüzde her geçen gün daha da önem kazanmaktadır. Bu yüzden enerji nakil sistemlerinde oluşabilecek sorunların önceden belirlenmesi ve çözüm arayışları büyük önem arz etmektedir. Enerjinin daha kaliteli iletilmesi ve iletilirken kayıpların en az olacak şekilde tasarlanması modern mühendisliğin çalışma alanlarını oluşturmuştur. Proje kapsamında İzmir-Manisa (3. İLETİM BÖLGESİ) illerine ait iletim hatlarının PowerWorld Simulator ve MATLAB ortamlarında güç akışları analiz edildi. Bu programlar yardımıyla gerçeğe yakın veriler elde edildikten sonra karşılaşılan ve karşılaşılabilecek problemler üzerinde sistem akışının kesintisiz, verimli ve en ideal bir şekilde devam edebilmesi için mühendislik çözümleri getirildi. Anahtar sözcükler: İletim hatları, güç akışı, PowerWorld Simulator, mühendislik çözümler.
7
ABSTRACT Power transmission systems are now becoming more and more important with each passing day. Therefore, determination the problems in power transmission systems and search for solutions are very crucial. Transmitting the power in a more quality manner and designs that have less losses in transmission form study fields of modern engineering. Within the context of the project power flows of transmission lines in Izmir and Manisa (3. Transmission Area) are analysed via PowerWorld Simulator and Matlab. After obtaining the data close to reality, for uninterrupted, efficent and ideal continuation of system power flow, some engineering solutions are found out about the problems encountered or may encounter. keywords: Transmission lines, Power Flow, PowerWorld Simulator, engineering solutions. .
8
TEŞEKKÜR Projenin her adımında bizi yönlendiren, yaptığımız çalışmaları titizlikle takip eden, bu çalışmada bizim sıkılmadan, zevkle çalışmamızda büyük emeği olan tez danışmanımız Yrd. Doç. Dr. Engin KARATEPE’ ye teşekkür ederiz. TEİAŞ ile ortak bir çalışma yapmamızı sağlayan 3.İletim Tesis Grup Müdürü Ajlan KURAL’ a teşekkür ederiz. Proje için gerekli verileri elde etmemizde bize yardımcı olan, iletim hatlarının analizi konusunda bizi bilgilerini aktaran Batı Anadolu Yük Tevzi Müdür Yrd. Kürşat BÜLBÜL’ e teşekkür ederiz. Projede zorlandığımız noktalarda bize yardımcı olan, İzmir ili ve çevresindeki enterkonnekte sistemin yapısını, işleyiş mekanizmasını anlamamızı sağlayan Batı Anadolu Yük Tevzi Merkezi Mühendislerinden Bilal KALAYCI’ ya teşekkür ederiz. Aynı zamanda tez çalışmalarımız süresince bize maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen ailelerimize, arkadaşlarımıza, Elektrik Mühendisleri Odası İzmir Şubesi’ne ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyelerine teşekkür ederiz.
9
İÇİNDEKİLER Sayfa
ÖNSÖZ................................................................................................................................ 1 ÖZET MAKALE ................................................................................................................. 2 ÖZ........................................................................................................................................ 7 ABSTRACT ........................................................................................................................ 8 TEŞEKKÜR ........................................................................................................................ 9 İçindekiler.......................................................................................................................... 10 Şekiller dizini .................................................................................................................... 12 ÇİZELGE ve tablolar DİZİNİ ........................................................................................... 14 BÖLÜM 1 1. GİRİŞ ........................................................................................................................... 15 BÖLÜM 2 POWER WORLD SIMULATOR
17
2.1. Power World Ortamına Aktarılması .......................................................................... 17 2.1.1. Medium Line(Orta Uzunluktaki İletim Hattı Modeli) ............................................ 18 2.2. Power World(15) Ortamına Geçiş .............................................................................. 19 2.2.1. 3. İletim Bölge Haritası ........................................................................................... 23 2.3. 3.İletim Bölgesinin Power World Programında Tamamlanmış Hali ......................... 24 BÖLÜM 3 SİSTEMİN MATLAB ORTAMINA AKTARILMASI ................................................... 28 BÖLÜM 4 PWS İLE MATLAB ORTAMINDAKİ SONUÇLARIN KIYASLANMASI VE UYUMLULUK TESTİ ..................................................................................................... 45 4.1. PWS Ortamındaki Seçilen İzmir DGKÇ(ENKA)(380kV)-ALİAĞA-2(380kV) Hattının Uyumluluk Testi ................................................................................................................ 45 4.1.1. PWS Sonuçları-Gerçek Verilerdeki Sonuçların Testi ............................................. 46 4.1.2. PWS Sonuçları-Matlab Sonuçlarının Testi ............................................................. 47 4.1.3. Matlab Sonuçları-Gerçek Verilerdeki Sonuçların Testi .......................................... 49
10
BÖLÜM 5 SENARYOLAR ................................................................................................................ 50 5.1. SENARYO 1 .............................................................................................................. 50 5.1.1. Senaryo 1'in PWS Ortamında İncelenmesi ............................................................. 51 5.1.2. Senaryo 1'in Matlab Ortamında İncelenmesi .......................................................... 52 5.1.3. Senaryo 1 İçin Mühendislik Çözümü ...................................................................... 54 5.2. SENARYO 2 .............................................................................................................. 55 5.2.1 Senaryo 2 PWS Sonuçları ....................................................................................... 56 5.2.2 Senaryo 2'nin Matlab Ortamındaki Sonuçları .......................................................... 57 5.2.3. Senaryo 2 İçin Mühendislik Çözümü ...................................................................... 60 5.3. SENARYO 3 .............................................................................................................. 60 5.3.1. Senaryo 3 PWS Sonuçları ....................................................................................... 61 5.3.2. Senaryo 3 Matlab Sonuçları .................................................................................... 61 5.3.3 Senaryo 3 İçin Mühendislik Çözümü ....................................................................... 62 6. Sonuçlar ......................................................................................................................... 63 7. Referanslar .................................................................................................................... 64 8. Ekler .............................................................................................................................. 65 8.1. STANDARTLAR VE KISITLAR ............................................................................. 65 8.2 Ek-2 ............................................................................................................................. 66 8.3 Ek-3 BİLGİ FORMU .................................................................................................. 67
11
ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa
Şekil-1: PWS programında bara ekleme .......................................................................... 19 Şekil-2: PWS de bara bilgilerinin girilmesi ...................................................................... 20 Şekil-3: PWS de baraya generatör eklenmesi ................................................................... 21 Şekil-4: İletim hattının eklenmesi ..................................................................................... 22 Şekil-5: PWS programındaki model ................................................................................. 24 Şekil-6: PWS programındaki MW yük akışı ..................................................................... 25 Şekil-7: PWS programındaki MVAR yük akışı ................................................................ 26 Şekil-8:Sistemin MW akış değerlerine göre kontur grafiği .............................................. 27 Şekil-9: PWS programında İZMİR DGKÇ-ALİĞA-2 hattının yük akışı ......................... 46 Şekil-10:PWS programında İZMİR DGKÇ-ALİAĞA-2 hattının yük akışı ..................... 47 Şekil-11:PWS ortamındaki akış simulasyonu ................................................................... 51 Şekil-12:UZUNDERE GERMENCİK-UZUNDERE ALİAĞA-2 hattının aynı anda açık olmas ................................................................................................................................. 52 Şekil-13: Senaryo 1 durumunda baralardaki gerilimin yüzde değişimi ............................ 52 Şekil-14:. Senaryo 1 durumunda baralardaki gerilimin seviyeleri .................................... 53 Şekil-15: Senaryo 1 durumunda hat akışlarının yüzde değişimi. ...................................... 53 Şekil-16: Senaryo 1 durumunda hat akışları. .................................................................... 54 Şekil-17:Senaryo1 için mühendislik çözümünden sonraki sistemin durumu ................... 55 Şekil-18:Normal durumda sistemin PWS de akışı ............................................................ 56 Şekil-19:Senaryo2 de sistemin PWS de akışı ................................................................... 56 Şeki-20: Senaryo2 de sistemin black-out olması .............................................................. 57 Şekil-21: Senaryo 1 durumunda baralardaki gerilimin seviyeleri ..................................... 58 Şekil-22: Senaryo 2 durumunda bara geriliminlerinde yüzde değişimler ......................... 58 Şekil-23: Senaryo 2 durumunda hatlardaki akış değişimleri ............................................ 59 Şekil-24: Senaryo 2 durumunda hatlardaki akışların yüzde değişimleri ........................... 59 Şekil-25: Senaryo 2 için mühendislik çözümü sonrasında sistemin durumu .................... 60 Şekil-26: Senaryo 3 durumunda sistemin PWS ortamındaki durumu ............................... 61 Şekil-27:Senaryo 3 durumunda sistemdeki hat akışları .................................................... 61 12
Şekil-28: Senaryo 3 durumunda bara gerilimlerin yüzde değişimleri ............................... 62 Şekil-29: Senaryo 3 için mühendislik çözümünden sonra sistemin durumu..................... 62
13
ÇİZELGE VE TABLOLAR DİZİNİ Sayfa
Resim-1: 3.iletim bölge haritası ........................................................................................ 23 Resim-2:UZUNDERE GERMENCİK-UZUNDERE ALİAĞA2 hattının yakın görünümü ........................................................................................................................................... 50 Tablo-1: İZMİR DGKÇ-ALİAĞA2 hattına ait Yük Tevzi merkezinden alınan yük akışı tablosu ............................................................................................................................... 47 Tablo-2: İZMİR DGKÇ-ALİAĞA2 hattına ait Yük Tevzi merkezinden alınan yük akışı ... ........................................................................................................................................... 48 Tablo-3: İZMİR DGKÇ-ALİAĞA2 hattına ait Yük Tevzi merkezinden alınan yük akışı tablosu tablosu ................................................................................................................... 49
14
BÖLÜM 1. 1.) GİRİŞ Elektrik iletim hattı elektrik üretim santrallerinde belirli bir sisteme göre bir plan ve kontrol ile üretilen elektrik enerjisinin,üretim santrallerinden dağıtım hatlarına kadar iletilmesini sağlayan hatlardır. Santraller ile enerji tüketim yerleri yakınlarındaki transformatör istasyonları;transformatör istasyonları ile son tüketici arasındaki elektrik enerji akışını sağlayan sistemdir. Elektrik iletim hatlarının güvenli ve minumum kayıplarla iletilmesi çok önemlidir. Elektrik iletim hatları yüksek ve düşük gerilim olmak üzere ikiye ayrılır.Yüksek gerilim hatları genellikle santral ile yerleşke arasına döşenir. Düşük gerilim hatları ise şehir içi elektrik dağıtımını yapmak üzere döşenir. İletim hatları üzerinde taşıdığı enerjinin gerilimi(voltaj)ne göre adlandırılır. Elektrik enerji yükü ve gerilimine bağlı olarak boyutlandırılır. Günümüzde açık arazide uzun enerji ENH’ları havai hat;yerleşkelerde ise yer altı ENH ‘ları olarak döşenirler. Yer altı hatları yüksek izolasyon gerektirir bu yüzden havai hattına göre oldukça pahalıdır ama güvenilirlik ve görsel açıdan tercih edilirler. Havai hat ENH ;bakır yada alüminyum iletken kablo taşıyıcı direk,direk ile iletken arasındaki bağlantıyı sağlayan yalıtkan izolatörden oluşur. Türkiye enterkonnekte sistemi Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) tarafından tesis edilip aynı kurum tarafından denetlenip ve kontrolü yapılmaktadır. Türkiye enterkonnekte sisteminin gün geçtikçe karmaşık bir yapıya bürünmesi enerji ihtiyacının her geçen zamanda daha fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Sürekli kurulan yeni üretim santralleri ve yenilebilir enerji kaynaklarının da bu sisteme dahil edilmesiyle enerji iletim hatlarına ihtiyaç duyulmuştur. Yeni kurulan enerji iletim hatlarıyla mevcut iletim hatlarının modellenmesi ve olabilecek arıza,kopma ya da sistemden çıkması durumunda;enterkonnekte sistemin göreceği zararları,alınması gereken önlemleri ve en önemlisi tüketici enerjisini en kısa sürede yeniden alması günümüz enerji sektörünün en önemli konuları arasında yerini almıştır.Gelişen teknoloji ile beraber bilgisayar programları ve simülasyon programlarının bu konulara duyarlılığının arttığını görmekteyiz ve artık sistemde olabilecek/olmuş bir arıza(senaryo) durumunda önceden nelerin oluşabileceğine dair fikirler edinilip bunlara karşı ne tür tedbirlerin alınabileceği ise günümüz mühendisliğin önemli konuları arasına girmiştir. Projede bahsi geçilen konular birer birer ele alınmıştır ve enterkonnekte sistem yapısı modellenip en ince ayrıntılarına kadar incelenmiştir.Çalışmalar Türkiye enterkonnekte sistemine bağlı olan 3. İletim Tesis ve İşletme Grup Müdürlüğüne ait bölgeyi kapsamaktadır.Modellenen sistem İzmir ve Manisa illerinin sınırları içinde kalan enerji iletim hatları ve üretim santralleridir.Proje ana temasını oluşturan senaryolar bölgede meydana gelmiş/gelebilecek durumlarda bara gerilimleri,hat akışları,iletim hatlarındaki kayıplar,iletim 15
hatlarındaki yüklenmeler ve bu durumlar karşısında alınacak tedbirlerden oluşmaktadır.Çalışmalar bilgisayar ortamında yapılmış olup gerçek verilere çok yakın sonuçlar elde edilmiştir ve senaryolar karşısında alınan tedbirlerin ve sisteme dahil edilen rüzgar türbinlerinin sistemi rahatlattığı görülmüştür. Yapılan bu çalışmaların gerçekliğini ölçmek amacıyla 3. İletim Tesis ve İşletme Grup Müdürlüğünden alınan bilgiler kullanılmıştır.Alınan sonuçlar yine bahsi geçen kurumdaki verilerle karşılaştırılmıştır sonuçların tutarlılığı sağlandıktan sonra alınabilecek tedbirler ve sisteme dahil edilmesi uygun görülen stratejik rüzgar türbinleri yerleştirilmiştir.
Proje kapsamında alınan bu bilgiler;
3.İletim Tesis Bölge haritası
5 Ocak 2009 tarihli yük akış bilgileri Santrallerin 5 Ocak 2009 tarihli üretimleri
Trafo verileri
Proje çalışmalarını sıralanması; Proje verilerinin POWER WORLD SIMULATOR (15)programına aktarılması Aynı verilerin MATLAB 7.5 ortamına aktarılması TEİAŞ ile muhtemel olmuş/olabilecek senaryoların belirlenmesi Oluşturulan senaryolara karşı alınması gerekilen tedbirlerin alınması ve rüzgar türbinlerinin sisteme dahil edilmesinde sistemin rahatlatılması Sistemimiz 5 Ocak 2009 saat 11:00 tarihindeki yük akışını temsil etmektedir.Matematiksel hesaplamaların ardından bilgisayar ortamına aktarılan bu tarihteki bilgiler 5 Ocak 2009 saat 11:00 deki yük akışını birebir karşılamıştır.Bilgisayar programlarını kullanırken günümüzdeki en iyi modelleme ve simulasyon yapabilen programlardan biri olan POWERWORLD SIMULATOR bu konuda bize çok kolaylıklar sunup görsellik bakımından kullanıcıya anlaşılır grafikler ve sonuçlar sunmaktadır.
16
BÖLÜM 2. POWER WORLD SIMULATOR
2.1. POWER WORLD ORTAMINA AKTARILMASI PowerWorld(versiyon 15) güç sistemlerinde önemli analizler yapabilen bir görsel simülasyon programıdır.Bu programla belirli bir bölgeye ait enterkonnekte sistemin modellemesi,güç akışları,hat kapasitelerindeki yüklenme durumlarından kısa devre analizleri,Newton-Raphson ve Gauss Seidel yöntemine kadar bir çok yöntemle çözüm yapabilen gelişmiş bir bilgisayar simülasyon programıdır. Power World simülasyon ortamına aktarmak bir çok ortama aktarmak gibi zordur. Bunun için aktarılacak ortamın gerçek verilerinin tamamen elde edilmesinden sonra hat uzunluklarına göre pi-modeliyle hatların kapasitansları,reaktansları,shunt-charging değerleri ve hatların kapasitleri hesaplanması gerekiyor. Genel olarak PowerWorld Simulator; Power World Simulator,(PWS) güç analizi yapabilmek için geliştirilmiş bir programdır. Her bir hattaki MW ve MVAr yük akışlarını hesaplar. İstenirse generatörlerin reaktif MVAr gücü sınırlandırılabilir. İstenilen bara slack bara olarak alınabilir. Her bir hat için aktif ve reaktif kayıplar ile sistemdeki toplam kayıplar hesaplanır. Kısa devre analizleri yaparak sistemdeki kısa devre akımları ve bara gerilimlerini hesaplar
17
2.1.1
MEDİUM-LINE(ORTA UZUNLUKTAKİ İLETİM HATTTI) MODELİ
Genellikle 80 km üzeri hatlarda bu model kullanılır. Bu modelde empedans ve kapasitans değerleri yer almaktadır. Burada hattın empedans değeri Z, kablonun cinsi ve kesiti belli olduğu durumlarda hesaplanabilmektedir.
3
Şekil-x: orta iletim hattı pi modeli
Burada Vs gönderilen gerilim, Vr yük gerilimi(alınan gerilim), Z hat empedansı ve YC kapasitans değeridir. Gönderilen gerilim değeri hat üzerindeki gerilim düşümü ile yüke aktarılan gerilimin toplamıdır. Akım ve gerilim değerlerinin matrissel gösterimi şu şekildedir:
Sistemin ABCD parametreleri:
18
2.2. POWERWORLD (15) ORTAMINA GEÇİŞ
PWS ortamına aktarırken birinci yapılması gerekilen işlem bara(bus) eklemektir. Baralar yüklerin ya da üretim santrallerin sisteme dahil oldukları yerler diyebiliriz.
Şekil-1 : PWS programında bara ekleme Sisteme bara eklemek için; DRAW
Network
Bara eklendikten sonra yapılacak olan işlem ya o baraya yük bağlanabilir ya da generatör. Sistemimizde bulunan tüm yükleri ve üretim santrallerini bu şekilde modelledik.
19
Bus
Şekil-2: PWS de bara bilgilerinin girilmesi
Baraya ekleme işleminde; Bara ismi Bara gerilimi Bara ölçeklemesi Slack bara seçimi Bu işlemler girilen baraya göre ayrı ayrı yapılıp sisteme dahil ettik. Elimizde bulunan 5 Ocak 2009 saat 11:00 (am) tarihindeki verilerin hepsini enterkonnekte sistemimize dahil ederek modelimizi oluşturmaya devam ettik.
20
Şekil-3: PSW baraya generatör eklenmesi PWS de sisteme generatör(üretim santrali) girerken ; DRAW
NETWORK
GENERATOR
Generator ekleme işleminde;
Santralin(generatorün) kurulu gücü(MW) Santralin MVAR değeri Santralin maksimum üretim değeri Santral tipi(Rüzgar, Hidroelektrik,Termik,Doğal Gaz)
Sistemde bulunan santral tiplerine göre modellememizi yaptık. Bu bölgede (3.iletim bölgesi) var olan tüm üretim santralleri aşağıdaki gibidir.
21
ÜRETİM SANTRAL İSMİ İZMİR DGKÇ ALİAĞA-1 BERGAMA+ALOSBİ+VİKİNG BERGAMA+ALOSBİ+VİKİNG SOMA-B 380 kV SOMA-A AKHİSAR+SARUHANLI KEMALPAŞA MOSB MORSAN 154 kV HABAŞ DGKÇ+HABAŞ ALAÇATI+URLA SOMA B 154 kV SOMA B 154 kV
GenMWMax 1591 180 10 10 990 44 5 127 20 115 240 39 3 22
GenMVRMin -608 -50 0 -4 -310 -14 0 -50 -5 -46 -88 0 -1 -4
3.iletim bölgesine ait üretim santralleri
Şekil-4 : İletim hattının eklenmesi 22
GenMVRMax 608 50 0 4 310 14 0 50 5 46 88 0 1 4
İletim hattı eklenmesi PWS ortamında en dikkat edilmesi gerekilen yerdir belki de çünkü hattın tüm parametreleri doğru bir şekilde hesaplanıp kullanılan kablo tipine göre hat kapasiteleri belirlenip sisteme dahil edilmesi gerekir. İletim hattının eklenmesi sırasında;
Rezistans değeri Reaktans değeri Shunt-charging değeri Hat kapasitesi değeri(MVA)
2.2.1. 3.İLETİM BÖLGE HARİTASI
Resim-1 : 3.İletim bölge haritası (TEİAŞ’a ait harita) Harita 2009 yılına ait bir harita olup bölgedeki üretim santrallerinin,yüklerin ve iletim hatlarının olduğu bir haritadır. Kırmızı ile gösterilen hatlar 380kV gerilimdeki,Siyah ile gösterilen hatlar ise 154kV gerilimdeki hatlardır. Kesikli iletim hatları ise yapım aşamasındaki hatlardır. 23
2.3. 3.İLETİM BÖLGESİNİN PWS PROGRAMINDA TAMAMLANMIŞ HALİ
Şekil-5: PWS programındaki model
Sistemin PWS programında tamamen bittikten sonra sistemin doğru çalışıp çalışmadığından emin olmak için Yük Tevzi Merkezinden aldığımız gerçek yük akışları,bara gerilimleriyle kıyasladık. Kıyas sonucunda MW değerlerimiz gerçek verilere çok yakın değerler olmasına karşın MVAR değerlerimiz bunun kadar eşleşmedi fakat yine de mantıklı ve tutarlı bir akışın 24
olduğu görüldü. Bu durumu Yük Tevzi merkezindeki mühendislerle ele aldık ve onların söylemlerine göre zaten MVAR yük akışını yakalamanın çok zor olduğu asıl önemli olan MW değerleriyle bara gerilimlerinin tutarlılığı. Bunun üzerine yapılan çalışmada önemli ölçüde yol alındı.
Şekil-6: PWS programındaki MW yük akışı Yeşil ok ile gösterilen akışlar MW akışlarıdır. Sistem gerçek verilere uyumlu bir şekilde akışını sürdürmektedir.
25
Şekil-7: PWS programındaki MVAR yük akışı Yük akışındaki bir diğer parametre ise MVAR akışıdır.Sistem bara gerilimlerine göre MVAR gerilimlerini belirler Şekil-8’de görüldüğü gibi MVAR yük akışı değerleri bazı yerlerde generatörden sisteme doğru bazı yerlerde ise sistemden generatöre doğrudur.
PWS bize görsel açıdan sistemi anlamaya yönelik önemli kolaylıklar sunmaktadır. Bunlardan en önemlileri Kontur Grafikleridir. Steady-State durumundaki kontur grafikleri bize daha akılda kalıcı ve daha açıklayıcı görsellikler sunmaktadır.
26
Kontur grafikleri çeşitli sonuçlar için çizdirilebilir.
Sistemdeki MW akışlar Hatlardaki yüklenme durumları Sistemdeki MVAR akışlar Toplam kayıplar Sistemdeki bara gerilimleri
Aşağıda MW akışları kontur grafiği görülmektedir.
Şekil-8: Sistemin MW akış değerlerine göre Kontur grafiği Yukarıdaki kontur grafiğinde ölçeklenmiş bölgeler görülmektedir. Kırmızıdan koyu maviye kadar olan ölçekleme MW akış değerlerinin büyükten küçüğe doğru sıralanışını temsil etmektedir. Görüldüğü gibi en fazla yük akışı 1521MW değerinde olan İZMİR DGKÇALİAĞA-2 hattında olmuştur.
27
BÖLÜM 3 SİSTEMİN MATLAB ORTAMINA AKTARILMASI Sistemin güç akışını çözümlemek için bazı çözüm yöntemleri mevcuttur. Newton-Raphson yöntemi bunlardan biridir. Newton-Raphson Yöntemi: Bu yöntemle çözümler için öncelikle başlangıç değerleri verilmedir. Bu değerden ∆x kadar bir değişim sonucunda 1.iterasyon yapılmış olur ve başlangıç noktasından çözüme ∆x kadar yaklaşılmış olur.
Burada ∆x[0] başlangıç noktasından ne kadar ilerlendiğini gösterir. Bulunan x[1] değeri 1.iterasyon sonucu gelinen noktadır. 2.iterasyon için x[1] değeri başlangıç değer gibi kabul edilip aynı işlemler tekrar edildiğinde 2.iterasyon değerleri elde edilmiş olur. ∆x sıfırdan çok çok küçük olduğunda iterasyon sonlandırılır.
Bu metodu güç sistemlerine uyguladığımızda denklemler şu şekilde olmaktadır:
28
Sistemdeki aktif ve reaktif güçlerin gösterimi
Güçlerin iterasyon formunda ifade edilmesi
İterasyon eşitliği
29
Sistemi MATLAB ortamında çözümlemek için sistemin bara ve hat matrislerinin oluşturulması gerekmektedir. Oluşturduğumuz bara matrisinde bara numarası, bara kodu, bara gerilimlerinin genliği/açısı, yüklerin aktif ve reaktif değerleri, santrallerin üretim değerleri ve santrallerin kapasite verileri yer almaktadır. Hat matrisinde her bir hattın direnç, reaktans ve kapasitans değerleri per unit(pu) olarak yer almaktadır. Aşağıda bara matrisi görülmektedir:
BUS BUS VOL. ANG. LOAD GENERATOR INJ. NO CODE MAG. DEG. MW Mvar MW Mvar Qmin Qmax Mvar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2 2 2 0 0 2 2 2 0 0 2 0 1 0 0 0 0 0 0 2
1.03 1.03 1 1.05 1.01 1.06 1.01 1.03 1.01 1.03 1.01 1.04 1 1 1 1 1 1 1.01 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 9 0 52 0 39 55 37 132 35 0 0 107 188 73 0 58 85 31
0 0 2 0 3 0 15 11 8 9 6 0 0 33 33 8 0 4 6 2
1572 -38 125 13 0 0 0 0 0 0 775 -102 35 14 1 0 0 0 0 0 120 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 52 3 30
-600 -50 0 0 0 -150 -15 0 0 0 -50 0 0 0 0 0 0 0 0 -20
600 50 0 0 0 150 15 0 0 0 50 0 0 0 0 0 0 0 0 20
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 0 2 0 2 0 0 0 0 0 0 0
1.01 1.01 1 1 1 1 1 1 1.01 1.01 1.01 1 1.1 0.99 0.99 1 1 0.98 1.17 1.04 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
141 106 231 96 0 167 122 96 0 50 0 93 535 98 155 31 -28 -27 35 24 0
34 18 34 10 0 23 18 21 0 6 0 -11 -85 -7 -12 2 -8 -1 -80 -70 0
0 0 221 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 26 0 0 0 0 0 0 0
0 0 88 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 -100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Bara matrisinde yer alan bara kodlarından 1 slack barayı, 2 gerilim kontrol barasını ve 0 yük barasını temsil etmektedir. Sistemin hat matrisi şu şekildedir: LINE DATA BUS NO 1 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4
BUS NO 4 4 25 25 25 32 41 6 12 17 25 25 25 25 29
R 0.000029 0.000029 0.0033378 0.0033378 0.005067 0.03265 0.021957 0.001788 0.000418 0.001025 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.000998
χ 0.00068 0.00068 0.010848 0.010848 0.016272 0.10486 0.070512 0.018285 0.006921 0.010481 0.11000 0.11000 0.11000 0.11000 0.012710 31
β 0.012503 0.012503 0.003738 0.003738 0.005607 0.03613 0.024297 0.426302 0.241340 0.244344 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.431337
LCODE 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
5 5 5 5 6 6 6 7 7 8 9 9 9 9 10 11 12 12 12 13 13 14 14 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 16 17 17 17 18 18 19 20 22 23 23
23 23 25 25 33 41 41 8 41 9 10 11 20 25 37 16 17 20 20 20 20 25 25 16 16 17 17 17 17 19 21 22 22 26 26 21 35 39 39 19 38 31 21 24 25 25
0.000339 0.000339 0.001356 0.001356 0.00142 0.00000 0.00000 0.019142 0.000563 0.009571 0.023083 0.011187 0.003390 0.027024 0.03491 0.005085 0.000391 0.00000 0.00000 0.000354 0.000354 0.000398 0.000398 0.001695 0.001695 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.020268 0.001194 0.003184 0.003184 0.003378 0.003378 0.003729 0.00630 0.00211 0.00211 0.018579 0.02871 0.02477 0.008475 0.002985 0.000678 0.000678
0.001616 0.001616 0.006464 0.006464 0.01449 0.11000 0.11000 0.061472 0.001808 0.030736 0.074128 0.053328 0.016160 0.086784 0.11210 0.024240 0.004974 0.11000 0.11000 0.002169 0.002169 0.003138 0.003138 0.008080 0.008080 0.11000 0.11000 0.11000 0.11000 0.065088 0.009414 0.025104 0.025104 0.010848 0.010848 0.017776 0.06444 0.02689 0.02689 0.059664 0.09221 0.07955 0.040400 0.023535 0.003232 0.003232 32
0.000696 0.000696 0.002784 0.002784 0.33792 0.00000 0.00000 0.021182 0.000623 0.010591 0.025543 0.022968 0.006960 0.029904 0.03863 0.010440 0.168784 0.00000 0.00000 0.000984 0.000984 0.001496 0.001496 0.003480 0.003480 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.022428 0.004488 0.011969 0.011969 0.003738 0.003738 0.007656 1.50245 0.91268 0.91268 0.020559 0.03177 0.02741 0.017400 0.011220 0.001392 0.001392
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
24 24 26 26 26 27 28 28 29 29 29 29 29 30 31 31 34 34
25 25 27 36 36 28 36 36 36 36 36 36 40 36 40 40 41 41
0.008136 0.008136 0.001126 0.000597 0.000597 0.000366 0.002388 0.002388 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00122 0.017453 0.00000 0.00000 0.03040 0.03040
0.038784 0.038784 0.003616 0.004707 0.004707 0.001644 0.018828 0.018828 0.11000 0.11000 0.11000 0.11000 0.01547 0.056048 0.11000 0.11000 0.09763 0.09763
0.016704 0.016704 0.001246 0.002244 0.002244 0.035079 0.008976 0.008976 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.52511 0.019313 0.00000 0.00000 0.03364 0.03364
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
MATLAB’ da hat ve bar matrislerini oluşturduktan sonra lfybus, lfnewton, busout, lineflow komutları işletildiğinde yük akışları elde edilmektedir: Power Flow Solution by Newton-Raphson Method Maximum Power Mismatch = 0.000235646 No. of Iterations = 10
Bus Voltage Angle
------Load------ ---Generation--- Injected
No. Mag.
MW
1 1.080
Degree
Mvar
MW
Mvar
Mvar
8.704
0.000
0.000 1572.000 -701.519
2 1.082 8.437
0.000
0.000 125.000 990.573
3 1.001
0.496
9.000
2.000
0.000 -146.165
4 1.091
7.608
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
5 1.021
1.987
52.000
3.000
0.000
0.000
0.000
6 1.102
7.469
0.000
0.000 775.000 -179.221 33
0.000 0.000 0.000
0.000
7 1.020
1.761
39.000
15.000
35.000
60.626
0.000
8 1.030
6.180
55.000
11.000
1.000 -384.328
0.000
9 1.007
0.473
37.000
8.000
0.000
10 1.059
5.494 132.000
9.000
11 1.010
2.597
35.000
6.000 120.000 -219.311
12 1.051
4.364
0.000
0.000
13 1.000
0.000
0.000
0.000 -47.315 -106.593
0.000
14 0.997
0.194 107.000
33.000
0.000
0.000
0.000
0.000 0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000 0.000
0.000
0.000
15 0.842 -14.590 188.000
33.000
16 0.978 -1.448
73.000
8.000
17 1.001
0.496
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
18 1.021
1.953
58.000
4.000
0.000
0.000
0.000
19 1.006
0.380
85.000
6.000
0.000
0.000
0.000
20 1.010
1.809
31.000
2.000
52.000 -20.396
21 1.016
1.318 141.000
34.000
0.000
0.000
0.000
22 1.017
1.530 106.000
18.000
0.000
0.000
0.000
23 1.002
1.677 231.000
34.000 221.000 -122.642
24 0.995
0.140
96.000
10.000
25 1.000
0.411
0.000
0.000
26 1.000
0.389 167.000
23.000
0.000
0.000
0.000
27 1.002 -0.160 122.000
18.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000 0.000
0.000
0.000 0.000
28 1.011
0.672
96.000
21.000
29 1.007
2.449
0.000
0.000
0.000
30 1.006
2.427
50.000
6.000
0.000 -171.925
31 1.011
2.377
0.000
0.000
0.000
32 1.000 -0.391
93.000 -11.000
0.000
0.000
3.000 34
0.000 0.000
0.000 -0.298
0.000 0.000
0.000
0.000
0.000 0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
33 1.133 4.011 535.000 -85.000 34 0.993 -4.753
98.000
-7.000
35 0.960 -11.636 155.000 -12.000 36 0.951 -13.446
0.000
0.000
0.000
26.000
39.024
0.000
0.000
0.000
0.000
31.000
2.000
0.000
0.000
0.000
37 1.050
5.130 -28.000
-8.000
0.000
0.000
0.000
38 1.027
3.689 -27.000
-1.000
0.000
0.000
0.000
39 1.263
5.711
35.000 -80.000
0.000
0.000
0.000
40 1.044
5.914
24.000 -70.000
0.000
0.000
0.000
41 1.010
0.414
0.000
Total
2826.000
0.000
0.000
0.000
32.000 2882.685 -962.175
0.000
0.000
Line Flow and Losses
--Line-- Power at bus & line flow from to
1
2
MW
Mvar
MVA
--Line loss-- Transformer MW
Mvar
1572.000 -701.519 1721.428 2 786.000 -350.760 860.714
0.184
1.391
2 786.000 -350.760 860.714
0.184
1.391
1 -785.816 352.151 861.114
0.184
1.391
1 -785.816 352.151 861.114
0.184
1.391
125.000 990.573 998.429
3 136.021 89.115 162.614
0.000 24.846 35
tap
3 136.021 89.115 162.614
0.000 24.846
3 136.021 89.115 162.614
0.000 24.846
3 136.021 89.115 162.614
0.000 24.846
4 237.705 -176.371 295.990
0.280 -52.326
6 170.591 -250.133 302.767
0.684 -51.280
8 267.964 236.321 357.285
2.348 -71.124
10 476.286 120.008 491.173
2.182 -71.085
3
-9.000 -148.165 148.438 2 -136.021 -64.269 150.441
0.000 24.846
2 -136.021 -64.269 150.441
0.000 24.846
2 -136.021 -64.269 150.441
0.000 24.846
2 -136.021 -64.269 150.441
0.000 24.846
14 53.605 16.094 55.969
0.105 -0.406
14 53.605 16.094 55.969
0.105 -0.406
16 226.962 72.593 238.289
2.876
8.136
17
0.000 -0.300
0.300
0.000 -0.300
17
0.000 -0.300
0.300
0.000 -0.300
23 -21.970
2.937 22.165
0.140 -5.550
25 23.867
2.845 24.036
0.008 -0.520
25 23.867
2.845 24.036
0.008 -0.520
26 59.667
7.843 60.181
0.025 -0.162
26 59.667
7.843 60.181
0.025 -0.162
27 27.908 -9.791 29.575
0.069 -3.024
27 27.908 -9.791 29.575
0.069 -3.024
36
4
0.000
0.000
0.000
2 -237.425 124.045 267.876
0.280 -52.326
5 99.183 73.734 123.588
0.000 14.124
5 99.183 73.734 123.588
0.000 14.124
6 39.059 -271.513 274.308
5
0.213 -37.868
-52.000 -3.000 52.086 4 -99.183 -59.610 115.718
0.000 14.124
4 -99.183 -59.610 115.718
0.000 14.124
18 29.003
1.812 29.059
0.003 -0.188
18 29.003
1.812 29.059
0.003 -0.188
21 31.163
3.792 31.393
0.081 -3.224
23 57.196 108.804 122.921
6
7
0.496
0.941
775.000 -179.221 795.453 2 -169.907 198.853 261.554
0.684 -51.280
4 -38.847 233.645 236.852
0.213 -37.868
7 101.620 87.215 133.914
0.000 16.244
7 101.620 87.215 133.914
0.000 16.244
7 101.620 87.215 133.914
0.000 16.244
7 101.620 87.215 133.914
0.000 16.244
33 269.095 -250.145 367.403
1.595 -207.645
33 269.095 -250.145 367.403
1.595 -207.645
39 39.084 -460.287 461.944
4.084 -380.287
-4.000 45.626 45.801 37
6 -101.620 -70.971 123.949
0.000 16.244
6 -101.620 -70.971 123.949
0.000 16.244
6 -101.620 -70.971 123.949
0.000 16.244
6 -101.620 -70.971 123.949
0.000 16.244
21 88.649 26.743 92.594
0.099 -0.153
22 56.898 23.791 61.671
0.062 -0.425
22 56.898 23.791 61.671
0.062 -0.425
28 81.464 25.053 85.230
0.224 -0.701
28 81.464 25.053 85.230
0.224 -0.701
31 -69.355 104.900 125.754
0.516
0.886
31 -69.355 104.900 125.754
0.516
0.886
34 175.817 -4.721 175.881
6.023 14.797
8
-54.000 -395.328 398.999 2 -265.616 -307.445 406.293
2.348 -71.124
9 93.730 26.619 97.437
0.000
9.844
9 93.730 26.619 97.437
0.000
9.844
40 24.156 -141.122 143.175
9
0.156 -71.122
-37.000 -8.000 37.855 8 -93.730 -16.776 95.220
0.000
9.844
8 -93.730 -16.776 95.220
0.000
9.844
16 54.398 21.894 58.639
0.770 -2.314
19 96.055 17.313 97.603
0.053
0.044
41
0.004 -6.828
6.828
0.004 -6.828
41
0.004 -6.828
6.828
0.004 -6.828 38
10
-132.000 -9.000 132.306 2 -474.105 -191.093 511.167
2.182 -71.085
11 49.130 48.390 68.959 -0.000
4.664
11 49.130 48.390 68.959 -0.000
4.664
11 49.130 48.390 68.959 -0.000
4.664
11 49.130 48.390 68.959 -0.000
4.664
12 145.586 -11.468 146.037
11
12
0.255 -113.610
85.000 -225.311 240.812 10 -49.130 -43.726 65.770 -0.000
4.664
10 -49.130 -43.726 65.770 -0.000
4.664
10 -49.130 -43.726 65.770 -0.000
4.664
10 -49.130 -43.726 65.770 -0.000
4.664
29 15.936 14.723 21.696
0.012 -1.733
29 15.936 14.723 21.696
0.012 -1.733
31 79.103 -34.937 86.475
0.044 -0.114
31 79.103 -34.937 86.475
0.044 -0.114
32 91.442 -9.974 91.984
1.442
0.000
0.000
0.000
10 -145.331 -102.142 177.634
13
0.728
0.255 -113.610
13 72.665 51.071 88.817
0.000
7.862
13 72.665 51.071 88.817
0.000
7.862
-47.315 -106.593 116.622 39
12 -72.665 -43.209 84.541
0.000
7.862
12 -72.665 -43.209 84.541
0.000
7.862
34 98.017 -20.168 100.070
2.455
2.440
14
-107.000 -33.000 111.973 3 -53.500 -16.500 55.987
0.105 -0.406
3 -53.500 -16.500 55.987
0.105 -0.406
15
-188.000 -33.000 190.874 16 -188.000 -33.000 190.874 16.715 47.665
16
-73.000 -8.000 73.437 3 -224.086 -64.457 233.173 9 -53.629 -24.208 58.839
2.876
8.136
0.770 -2.314
15 204.715 80.665 220.034 16.715 47.665
17
18
19
0.000
0.000
0.000
3
0.000 -0.000
0.000
0.000 -0.300
3
0.000 -0.000
0.000
0.000 -0.300
-58.000 -4.000 58.138 5 -29.000 -2.000 29.069
0.003 -0.188
5 -29.000 -2.000 29.069
0.003 -0.188
-85.000 -6.000 85.212 9 -96.002 -17.269 97.543
0.053
0.044 40
24 11.002 11.269 15.749
20
0.057 -4.058
21.000 -22.396 30.702 22 13.777 -33.695 36.402 23
21
22
23
7.223 11.298 13.410
0.026 -4.524
-141.000 -34.000 145.041 5 -31.082 -7.016 31.864
0.081 -3.224
7 -88.550 -26.895 92.544
0.099 -0.153
22 -21.369 -0.089 21.369
0.016 -1.504
-106.000 -18.000 107.517 7 -56.835 -24.216 61.779
0.062 -0.425
7 -56.835 -24.216 61.779
0.062 -0.425
20 -13.714 31.848 34.675
0.063 -1.847
21 21.385 -1.416 21.432
0.016 -1.504
-10.000 -156.642 156.961 3 22.109 -8.487 23.682 5 -56.700 -107.862 121.857
0.140 -5.550 0.496
0.941
20 -7.197 -15.823 17.383
0.026 -4.524
24 85.758 -5.183 85.914
0.703
38 -53.970 -19.286 57.312
24
0.063 -1.847
0.144
0.734 -2.904
-96.000 -10.000 96.519 19 -10.945 -15.327 18.834
0.057 -4.058 41
23 -85.055
25
26
27
0.000
5.327 85.222
0.000
29
0.144
0.000
3 -23.859 -3.365 24.095
0.008 -0.520
3 -23.859 -3.365 24.095
0.008 -0.520
26 23.859
3.365 24.095
0.002 -0.130
26 23.859
3.365 24.095
0.002 -0.130
-167.000 -23.000 168.576 3 -59.643 -8.005 60.178
0.025 -0.162
3 -59.643 -8.005 60.178
0.025 -0.162
25 -23.857 -3.495 24.112
0.002 -0.130
25 -23.857 -3.495 24.112
0.002 -0.130
-122.000 -18.000 123.321 3 -27.839
6.767 28.650
0.069 -3.024
3 -27.839
6.767 28.650
0.069 -3.024
28 -66.322 -31.534 73.437
28
0.703
0.158 -1.026
-96.000 -21.000 98.270 7 -81.240 -25.754 85.225
0.224 -0.701
7 -81.240 -25.754 85.225
0.224 -0.701
27 66.480 30.509 73.146
0.158 -1.026
0.000
0.000
0.000
11 -15.924 -16.457 22.900
0.012 -1.733 42
30
11 -15.924 -16.457 22.900
0.012 -1.733
30 31.848 32.913 45.799
0.008 -7.067
-50.000 -177.925 184.817 29 -31.839 -39.980 51.109 31 -18.161 -137.945 139.135
31
0.000
0.000
34
0.437
7 69.871 -104.014 125.303
0.516
0.886
7 69.871 -104.014 125.303
0.516
0.886
11 -79.059 34.823 86.389
0.044 -0.114
11 -79.059 34.823 86.389
0.044 -0.114 0.215
0.437
-90.000 10.702 90.634 11 -90.000 10.702 90.634
33
0.215
0.000
30 18.376 138.381 139.596
32
0.008 -7.067
1.442
0.728
-535.000 85.000 541.710 6 -267.500 42.500 270.855
1.595 -207.645
6 -267.500 42.500 270.855
1.595 -207.645
-72.000 46.024 85.453 7 -169.794 19.518 170.913
6.023 14.797
13 -95.562 22.609 98.200
2.455
35 193.356
7.051 18.721
3.897 193.395
2.440
43
35
-155.000 12.000 155.464 34 -186.305 14.823 186.894 36 31.305 -2.823 31.432
36
7.051 18.721 0.305 -4.823
-31.000 -2.000 31.064 35 -31.000 -2.000 31.064
37
28.000
8.000 29.120
38 28.000
8.000 29.120
27.000
1.000 27.019
38
0.305 -4.823
0.296 -7.382
23 54.704 16.382 57.104
0.734 -2.904
37 -27.704 -15.382 31.688
0.296 -7.382
39
-35.000 80.000 87.321 6 -35.000 80.000 87.321
40
4.084 -380.287
-24.000 70.000 74.000 8 -24.000 70.000 74.000
41
0.000
0.156 -71.122
0.000
0.000
9
0.000 -0.000
0.000
0.004 -6.828
9
0.000 -0.000
0.000
0.004 -6.828
Total loss
56.686 -994.147
44
BÖLÜM 4 PWS İLE MATLAB ORTAMINDAKİ UYUMLULUK TESTİ
SONUÇLARIN KIYASLANMASI VE
Projemizin bu kısmında yapılan bu çalışmaların ne denli tutarlı olduğunu görmek ve doğru bir çalışma yapıldığını ispatlamak için kıyaslama ile örnek birkaç akış incelenmiştir.
4.1. PWS ORTAMINDAKİ SEÇİLEN İZMİR DGKÇ(ENKA) /(380kV) ALİAĞA-2(380kV) HATTIN UYUMLULUK TESTİ Bu bölgede 5 Ocak tarihindeki kıyaslamalar şu şekildedir.
PWS SONUÇLARI
GERÇEK VERİLERDEKİ SONUÇLAR
PWS SONUÇLARI
MATLAB SONUÇLARI
MATLAB SONUÇLARI
GERÇEK VERİLERDEKİ SONUÇLAR
Bu kıyaslama ile sağlam bir sonuçlara gittik ve yaptığımız testler başarıyla sonuçlandı. Pilot hat olarak seçtiğimiz İZMİR DGKÇ(ENKA) /(380kV) -ALİAĞA-2(380kV) hattı arasındaki MW, MVAR ve seçilen bu baralardaki gerilimlerdir. İnceleyeceğimiz hat 380kV luk gerilim seviyesindeki yüksek gerilim hatları olup sistemin mihenk taşı sayılabilecek bir hattır.
45
Şimdi sırasıyla bahsi geçen kıyaslamaları yaptığımız testleri inceleyelim. 4.1.1. PWS SONUÇLARI-GERÇEK VERİLERDEKİ SONUÇLARIN TESTİ Aşağıda görülen diyagramda örnek bir akış incelenmiştir. İncelenen bu hat İZMİR DGKÇ olarak bilinen ENKA üretim santrali ile Aliağa bölgesinde bulunan 380kV gerilimdeki ALİAĞA-2 ismindeki baraya kadar uzanan hattır.
BARADAN AKAN MW VE MVAR DEĞERİ
BARA İSMİ
BARA GERİLİMİ
Şekil-9: PWS programında İZMİR DGKÇ(ENKA) -ALİAĞA-2 hattının yük akışı
Yukardaki PWS diyagramında görüldüğü gibi İZMİR DGKÇ(ENKA) /(380kV) ALİAĞA-2(380kV) hattında İZMİR DGKÇ(ENKA) üretim santralinden ALİAĞA-2 barasına 1521,402MW değerinde bir yük akışı olmaktadır. ALİAĞA-2 barasının gerilimi ise 382,99kV değerindedir. Bu değerler Steady-State durumundaki değerlerdir.
46
Bu sonuçlardan sonra aşağıda TEİAŞ ‘a bağlı YÜK TEVZİ merkezinden aldığımız veriler aşağıdadır. Görüldüğü gibi bahsi geçen hat üzerinden 1521MW değerinde bir yük akışı olmaktadır.ALİAĞA-2 bara geriliminin ise 391kV olduğu görülmektedir.Sonuçlar gerçekle birebirdir.
ALİAĞA II İZMİR DGKÇS
IŞIKLAR
SOMA B
UZUNDERE
MANİSA (MORSAN)
OTOTRAFO BANK-A
BANK-B
SAAT
380 kV
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
1 5
389
420
-1460
-70
390
-80
10
-80
340
-90
380
-25
105
0
140 159
-10
389
440
-1360
-70
370
-40
50
-130
270
-100
360
-30
80
10
260 160
-20
8
390
410
-50
30
-100
340
-100
400
-25
80
0
40
160
-20
-30
380
20
-30
-90
450
-50
390
5
110
30
170 161
-10
16
391 390
-1360 -1520
-80
11
440 200 200
-1440
-40
380
30
0
-80
400
-70
370
5
90
20
80
161
-10
18
398
60
-1380
-20
390
50
-90
-50
500
-40
380
30
105
30
20
164
-10
Tablo-1 : İZMİR DGKÇ - ALİĞA-2 hattına ait YÜK TEVZİ MERKEZİ’ nden alınan yük akışı tablosu ALİAĞA-2 BARA GERİLİMİ
MVAR AKIŞ DEĞERİ
MW AKIŞ DEĞERİ
BARA İSMİ
4.1.2. PWS SONUÇLARI-MATLAB SONUÇLARININ TESTİ İZMİR DGKÇ(ENKA) -ALİAĞA-2 hattının PWS sonuçlarını yine aşağıdaki gibi koyarsak BARADAN AKAN MW VE MVAR DEĞERİ
Şekil-10: PWS programında İZMİR DGKÇ(ENKA) -ALİAĞA-2 hattının yük akışı 47
MW
154
ALİAĞ (1)-
kV
MVar
Şimdide MATLAB sonuçlarımıza bir göz atalım Power Flow Solution by Newton-Raphson Method Maximum Power Mismatch = 0.000235646 No. of Iterations = 10
Bus Voltage Angle ------Load------ ---Generation--- Injected No. Mag.
Degree
MW
Mvar
MW
Mvar
Mvar
İZMİR DGKÇ
1 1.080 8.704
0.000
0.000 1572.000 -701.519
ALİĞA-2
2 1.082 8.437
0.000
0.000 125.000 990.573
0.000 0.000
Yukarıdaki Matlab sonuçlarında İZMİR DGKÇ - ALİĞA-2 hattında 1572MW değerinde bir yük akışı olduğu görülmektedir. Bu çözüm Newton-Raphson yöntemiyle alınan bir sonuçtur Newton-Raphson yöntemi güç akışı analizlerinde en iyi yaklaşım yapabilen bir yöntem olduğu için bu yöntem kullanılmıştır. Aşağıdaki sonuçlar ise Gerçek verilerdeki değerlerdir.
ALİAĞA II İZMİR DGKÇS
IŞIKLAR
SOMA B
UZUNDERE
MANİSA (MORSAN)
OTOTRAFO BANK-A
BANK-B
SAAT
380 kV
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
1 5
389
420
-1460
-70
390
-80
10
-80
340
-90
380
-25
105
0
140 159
-10
389
440
-1360
-70
370
-40
50
-130
270
-100
360
-30
80
10
260 160
-20
8
390
440
-80
410
-50
30
-100
340
-100
400
-25
80
0
40
160
-20
11
200
-30
380
20
-30
-90
450
-50
390
5
110
30
170 161
-10
16
391 390
-1360 -1520
200
-1440
-40
380
30
0
-80
400
-70
370
5
90
20
80
161
-10
18
398
60
-1380
-20
390
50
-90
-50
500
-40
380
30
105
30
20
164
-10
Tablo-2 : İZMİR DGKÇ - ALİĞA-2 hattına ait YÜK TEVZİ MERKEZİ’ nden alınan yük akışı tablosu ALİAĞA-2 BARA GERİLİMİ
MW AKIŞ DEĞERİ
Alınan sonuç hem PWS hem de Gerçek değere çok yakın bir değerdir
48
MW
154
ALİAĞ (1)-
kV
MVar
4.1.3. MATLAB SONUÇLARI-GERÇEK VERİLERDEKİ SONUÇLARIN TESTİ
Matlab sonuçlarının gerçek verilerle testinde ise Newton-Raphson metoduyla çözülen sistemin gerçek verilerle kıyaslanma yapıldı. Aşağıdaki sonuçlar Matlab sonuçlarıdır. Power Flow Solution by Newton-Raphson Method Maximum Power Mismatch = 0.000235646 No. of Iterations = 10
Bus Voltage Angle ------Load------ ---Generation--- Injected No. Mag.
Degree
MW
Mvar
MW
Mvar
Mvar
İZMİR DGKÇ
1 1.080 8.704
0.000
0.000 1572.000 -701.519
ALİĞA-2
2 1.082 8.437
0.000
0.000 125.000 990.573
0.000 0.000
Aşağıda gerçek verilerin sonuçları görülmektedir. Görüldüğü gibi sonuçlar gerçekle birebir yakın değerlerdir ve bu test de diğerleri gibi başarıyla sonuçlandı.
ALİAĞA II İZMİR DGKÇS SAAT
IŞIKLAR
SOMA B
UZUNDERE
380
MANİSA (MORSAN)
OTOTRAFO BANK-A
BANK-B
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
MW
MVar
1 5
389
420
-1460
-70
390
-80
10
-80
340
-90
380
-25
105
0
140 159
-10
389
440
-1360
-70
370
-40
50
-130
270
-100
360
-30
80
10
260 160
-20
8
390
440
-80
410
-50
30
-100
340
-100
400
-25
80
0
40
160
-20
11
200
-30
380
20
-30
-90
450
-50
390
5
110
30
170 161
-10
16
391 390
-1360 -1520
200
-1440
-40
380
30
0
-80
400
-70
370
5
90
20
80
161
-10
18
398
60
-1380
-20
390
50
-90
-50
500
-40
380
30
105
30
20
164
-10
ALİAĞA-2 BARA GERİLİMİ
MW AKIŞ DEĞERİ
49
kV
ALİAĞ (1)-
kV
Tablo-3 : İZMİR DGKÇ - ALİĞA-2 hattına ait YÜK TEVZİ MERKEZİ’ nden alınan yük akışı tablosu
MW
154
MVar
BÖLÜM 5 SENARYOLAR Projemizin bu kısmında BATI ANADOLU YÜK TEVZİ MERKEZİ ile beraber oluşturduğumuz muhtemel olmuş/olabilecek senaryolar belirledik. Bu senaryolar durumunda sistemde ne tür sonuçların olduğunu,en kısa sürede nasıl müdahale edilebileceğini ve olabilecek senaryo durumunda ise ne tür tedbirlerin alınması gerektiğine dair mühendislik çözümleri getirdik. Senaryolar Senaryo1:Uzundere-Germencik ve Uzundere-Aliağa-2 hatlarının açık olması. Senaryo2:İzmir DGKÇ (ENKA) santralinde üretimin durması. Senaryo3:Aliağa-2 ‘de bulunan trafoların servis dışı olması. 5.1. SENARYO 1: UZUNDERE-GERMENCİK VE UZUNDERE-ALİAĞA-2 HATLARININ AÇIK OLMASI. Bu senaryomuzda ele aldığımız durum bölgeyi önemli derecede etkileyebilecek bir durumdur. Çünkü 380kV gerilim seviyesindeki iki hattın açık olmasından dolayı bölge enerji konusunda sıkıntıya girecektir.2006 yılında yaşanmış bir durumdur ve o tarihte bölge büyük bir süre enerjisiz kalmıştır.
50
Resim-2: Uzundere-Germencik ve Uzundere-Aliağa-2 hattının yakın görünümü Yukarıdaki resimde hatların yakın görünümü görülmektedir. Uzundere-Aliağa-2 hattı genelde açan bir hat olduğu bilgisine erişildikten sonra bu senaryo oluşturulmuştur. Buradaki senaryo bu iki hattın birinde bakım varken diğer hattın aşırı yüklenme, kısa devre gibi durumlarda açmasıdır. Sık açan bu hat durumunda bu hattın devamı sayılabilecek UzundereGermencik hattının açması durumunda olabilecek sonuçları inceledik. Bu durumda Uzundere’de bulunan oto trafolardan herhangi bir güç akışı olmayacaktır. İdeal koşullarda Uzundere 154kV’lik baradan beslenen Karabağlar, Buca, Tahtalı, İzmir-3, Güzelyalı, Hatay, Ilıca, Alaçatı ve Urla bölgeleri bu senaryo sonucu Işıklar 154kV’lik baradan güç çekmeye başlamıştır. Bu durumda Işıklar-Buca ve Işıklar Karabağlar hatları taşıyabilecekleri maksimum limiti aşmaktadır. Maksimum limitin üzerinde bir güç akışı olduğunda hatta bulunan kesiciler hattı açacaktır ve bu nedenle bu hatlardan beslenen bölgeler enerjisiz kalacaktır. Bu bölgelerde bulunan kurumlar açısından bakarsak önemli bir bölge olduğunu görebiliriz çünkü VALİLİK,HASTANE VE ASKERİ kurumlarının yoğun olduğu bir bölge olması nedeniyle çok uzun süre enerjisiz kalması istenmez. 5.1.1 SENARYO 1 ‘in PWS PROGRAMINDA İNCELENMESİ Sistem Steady-State durumunda 5 0CAK 2009 verilerine uygun bir şekilde akışını gerçekleştiriyor.
51
Şekil-11: PWS ortamındaki akış simülasyonu Görüldüğü gibi hatlarda %130 lara kadar yüklenmeler olmuştur. Bu durumda kesiciler belirli bir süre sonra hattı açacaktır ve o hattın beslediği bölgeler enerjisiz kalacaktır.
Şekil-12: Uzundere-Germencik ve Uzundere-Aliağa-2 hattının aynı anda açık olması 5.1.2 SENARYO 1 ‘in MATLAB PROGRAMINDA İNCELENMESİ Matlab ortamına senaryo 1 durumu incelendiğinde baralardaki gerilim değişimlerinin,hatlardaki yüklenme yüzdelerinin,hat akışları ve bara gerilimlerinin grafiklerini inceledik. 52
Şekil-13: Senaryo 1 durumunda baralardaki gerilimin yüzde değişimi
Şekil-14: Senaryo 1 durumunda baralardaki gerilim seviyeleri Şekil 14 ‘te görüldüğü gibi bara gerilimlerinin seviyeleri verilmektedir. En fazla değişim Uzundere barasında olmuştur. Bu değişim %7 kadar büyük bir değişimdir yani senaryo 1 durumunda bara gerilimi 390 kV seviyesinden 360kV seviyelerine kadar inmiştir. Teorikte istenemeyen bir durumdur ve derhal müdahale edilmesi gerekilen bir baradır. 53
Şekil-15: Senaryo 1 durumunda hat akışlarının yüzde değişimi
Şekil 15’te görüldüğü gibi hat akışlarında da büyük oranda değişim olmaktadır.Bu hat akışları sistemin kararlığından çıktığı anlamına gelmektedir ve bu da istenmeyen bir durum olup derhal müdahale isteyen bir durumdur.
Şekil-16: Senaryo 1 durumunda hat akışları
54
5.1.3. SENARYO 1 İÇİN MÜHENDİSLİK ÇÖZÜMÜ
Işıklar 154kV’lik baradan Karabağlar ve Buca baralarına birer iletim hattı daha çekildiğinde Işıklar-Buca ve Işıklar-Karabağlar hatlarının taşıyabilecekleri maksimum limiti aşmadıkları görülmüştür. Hat çekilmeden önce %130 yüklenen hatlar yeni hatların çekilmesiyle %86 yüklenmiştir. Hatların çekildikten sonraki görüntüsü aşağıdaki gibi olmuştur.
Şekil-17: Senaryo 1 için mühendislik çözümünden sonraki sistemin durumu
Önerilen bu mühendislik çözümü sadece bir tane değildir fakat pratikte uygulanması bakımından en akla uygun ve kesin çözümlerden bir tanesidir.
5.2. SENARYO 2: İZMİR DGKÇ (ENKA) SANTRALİNDE ÜRETİMİN DURMASI İzmir Doğal Gaz Kombine Çevrim (DGKÇ) santralinin Doğalgaz kesintisi veya kısa devre, aşırı yük, yıldırım düşmesi gibi durumlarda burada üretilen enerjiyi ileten hatlarının açılmasından dolayı sistem dışı kalmasıdır. Bu santralin maksimum üretim gücü 1590MW’tır. Bu santral 3.İletim Tesisi’nin (İzmir-Manisa bölgesinin) en büyük üretim santralidir. Bu 55
senaryonun gerçekleşmesi halinde Morsan-Manisa, Morsan-Bornova hatları ve Morsan’ da bulunan oto trafolar aşırı yüklenmeden dolayı açacaktır. Bu hatların ve trafoların açmasıyla sistemdeki toplam üretim toplam tüketimi karşılayamayacaktır ve bundan dolayı sistem çökecektir (Blackout).
5.2.1. SENARYO 2 POWERWORLD SİMULATOR SONUÇLARI
Şekil-18: Normal durumda sistemin PWS’de akışı Şekil 19’te Senaryo 2 durumunda sistemde olan değişimler görülmektedir. Bazı hatlar %225 kadar çıkarken çoğu hatlar %100 e kadar yüklendiği görülmektedir. %225 e kadar yüklenen hattaki kesiciler belirli bir süre sonra hattı açacakları için ardından gelecek hatlar sırayla teker teker açacaklardır bu durumda sistem black-out olacaktır.
56
Şekil-19: Senaryo 2’de sistemin PWS’de akışı
Senaryo 2 durumunda kesiciler ard arda açıp sistemin tamamen enerjisiz kalmasına neden olacaktır. Bu durum mühendislik dilinde Black-Out olarak tabir edilir. Bu durum aşağıdaki gibidir.
Şekil-20: Senaryo 2’de sistemin Black-Out olması
57
5.2.2. SENARYO 2’in MATLAB ORTAMINDAKİ SONUÇLARI
Bahsi geçen senaryo2 nin ne kadar büyük bir felaketi doğuracağını PWS ortamında inceledikten sonra Matlab ortamında ne tür sonuçlar doğurmuş ve bara gerilimlerin hat akışlarına kadar her türlü parametredeki değişimlerin grafiklerini inceledik.
Şekil-21: Senaryo 2 durumunda bara gerilimleri
Şekil-22: Senaryo 2 durumunda bara gerilimlerindeki yüzde değişimler
58
Şekil-23: Senaryo 2 durumunda hatlardaki akış değişimleri
Şekil-24: Senaryo 2 durumunda hatlardaki akışların yüzde değişimleri Şekillerde görüldüğü gibi sistemdeki önemli değişimler meydana getiren bir senaryo durumudur. Şekil 24’te hatların yüzde değişimleri %5000 lere kadar çıkmaktadır. Bunun sebebi kısa devre akımlarının çok yüksek olmasıdır. Kısa devre akımları Black-Out durumunda her hatta oluşan bir akım olacağından her hattaki akışlardaki yüklenme durumları da kısa devre akımlarının büyüklüğü ve hat reaktanslarına göre çok yüksek olacaktır.
59
5.2.3. SENARYO 2 İÇİN MÜHENDİSLİK ÇÖZÜMÜ İZMİR DGKÇ(ENKA) üretim santralinin devre dışı kalması durumunda Aliağa-2 380kV’ik barasının Uzundere, Soma-B ve Işıklar 380kV’lik baralarından beslenmesi gerekir. Rüzgar bakımından verimli olan Çeşme-Urla çevrelerindeki ve Balıkesir’in Soma’ya yakın bölgelerindeki rüzgar santrallerinin sayısı arttırılarak gerekli enerjinin bir kısmı karşılanabilir. Geriye kalan kısmı ise bölgeyi besleyen mevcut santrallerin maksimum kapasitede çalıştırılmasıyla karşılanmış olur. Bu mühendislik çözümü yalnızca uygulanabilecek çözümler arasından bir tanesidir.
Şekil-25: Senaryo 2 için mühendislik çözümü sonrasında sistemin durumu
5.3. SENARYO3:ALİAĞA-2 ‘DE BULUNAN TRAFOLARIN SERVİS DIŞI OLMASI
Aliağa-2’de bulunan trafoların servis dışı olmasıdır. Bu senaryoda sistemde bulunan baraların gerilimlerindeki değişim sistemin çalışmasını etkilemeyecek kadar azdır. Sistemde bulunan hatların birçoğunda akışlar yön değiştirmiş ve bazı hatlar maksimum kapasitelerine yaklaşmıştır. Aliağa-2’deki trafolar bank-a ve bank-b olmak üzere iki bank’tan oluşmaktadır. Her bankta 2 adet trafo bulunmaktadır. Bu banklardan birinin bakımda olduğu bir durumda diğer bankın devre dışı olması durumunda trafoların tamamı sistemden çıkacaktır.
60
5.3.1. SENARYO 3 PWS SONUÇLARI
Şekil -26: Senaryo 3 durumunda sistemin PWS ortamındaki durumu
Şekil 26’da görüldüğü gibi hat kapasitelerinin %82 lere kadar çıktığı bir durumdur. Bu durum belki sisteme en az zarar verecek bir senaryodur. Fakat bu durum da senaryo1 gibi yaşanmış bir durumdur ve en çok karşılaşılan bir durumdur
5.3.2. SENARYO 3 MATLAB SONUÇLARI
Şekil- 27:Senaryo 3 durumunda sistemdeki hat akışları
61
Şekil-28: Senaryo 3 durumunda bara gerilimlerin yüzde değişimleri 5.3.3. SENARYO 3 İÇİN MÜHENDİSLİK ÇÖZÜMÜ Bu senaryo sonucunda Morsan’da bulunan oto trafonun maksimum limit değerine yaklaştığı görülmektedir. Bu trafonun yükünü hafifletmek için buraya yeni bir oto trafo eklenirse trafoların yükü hafifleyecektir. Morsan-Manisa bölgesinde olup bu trafolar üzerindeki yükü hafifletmek için birer tane daha trafo sistemi rahatlatacaktır böylece hem ucuz hem de kalıcı bir mühendislik çözümü getirmiş olduk.
Şekil-29: Senaryo 3 için mühendislik çözümünden sonra sistemin durumu
62
SONUÇLAR TEİAŞ işbirliği ile İzmir ve Manisa illerine ait iletim sisteminin MATLAB ve PowerWorld Simulator programları yardımıyla gerçek verilerle uyumlu modelleri oluşturulmuştur. Sistemi önemli ölçüde etkileyebilecek bazı arıza durumlar ele alınmış ve sonuçlar normal durumla karşılaştırılmıştır. Arıza durumlarında sistemin kesintisiz çalışması, sistem elemanlarına zarar gelmemesi için mühendislik çözümleri getirilmiştir.
63
REFERANSLAR Power System Analysis [Hadi Saadat] Batı Anadolu Yük Tevzi Merkezi http://www.powerworld.com http://www.teias.gov.tr GÜÇ KALİTESİ MİLLİ PROJESİ ,Türkiye elektrik sisteminde güç kalitesine etki eden değişkenleri ve güç akışını izleme, problemlerin tespiti, değerlendirilmesi ve karşı önlemlerin hayata geçirilmesi,2006-2010 Veysi DOGRUER ,Elektrik güç sistemlerinde matlab simulink ile kısa devre arıza analizi ve bir örnek olarak van enerji nakli hattının incelenmesi,YÜKSEK LİSANS TEZİ, YÜZÜNCÜ YIL ÜNİVERSİTESİ,2007 Gheorghe CÂROINI, Gheorghe GRIGORA2, Elena-Crenguta BOBRIC POWER SYSTEM ANALYSIS USING MATLAB TOOLBOXES, Technical University “Gh. Asachi” of Iasi, Romania; University “Stefan cel Mare” of SuceavaRomania Belgin TÜRKAY, “Dağıtılmış Enerji kaynakları İçeren Şebeke Tasarım Önerisi“ İTÜ ,Ekim-2009
64
EKLER EK1: Standartlar ve Kısıtlar 1. Projenizde sizce tasarım boyutu nedir? Açıklayınız. Projemizde yapılan çalışmaların tamamı bilgisayar tabanlıdır. Matlab ve PowerWorld Simulator programıyla eş zamanlı çalışmaları yapılmıştır.Bu yüzden herhangi bir tasarım boyutu gibi bir durum söz konusu değildir. 2. Projenizde bir mühendislik problemini kendiniz formüle edip, çözdünüz mü? Projemizin başından sonuna kadar hep bir mühendislik çalışmalarını sürdürdük. Sistemin PWS ve Matlab ortamlarında modellenmesi tamamen özgür bir tasarım modelidir.Projenin en önemli noktalarından olan senaryolar kısmında oluşan arızalar durumunda getirilen mühendislik çözümleri ise yapılan mühendislik çözümlerine verilebilecek bir diğer örnektir. 3. Önceki derslerde edindiğiniz hangi bilgi ve becerileri kullandınız: Projede FİZİK 1,FİZİK 2,GÜÇ SİSTEMLERİ ANALİZİ 1, GÜÇ SİSTEMLERİ ANALİZİ 2, BİLGİSAYAR, ELEKTRİK MAKİNALARI-1, PROJE PLANLAMA VE YÖNETİMİ, POWER ELECTRONICS, ELEKTRİK TESİSLERİNDE DAĞITIM VE KORUMA, ELECTROMECHANICAL ENERGY CONVERSION – 2 4. Kullandığınız veya dikkate aldığınız mühendislik standartları: Herhangi bir standart uygulanmamıştır. 5. Kullandığınız veya dikkate aldığınız gerçekçi kısıtlar; a) Ekonomi: Ekonomi olarak yaşanan tek sıkıntı; PWS programının lisanslı olmayışından dolayı bara 41 baralı sistemlere kadar çizimlere izin veriliyordu bu konuda Yük Tevzi Merkezi ile görüşülüp bara birleştirmesine gidildi. b) Çevre sorunları: Ciddi boyutta herhangi çevresel bir sorunla karşılaşılmamıştır. c) Sürdürülebilirlik: Proje belki de gelecek nesillere İleti hatları modellemesi ve oluşabilecek arızlara ne tür mühendislik çözümleri getirilebileceği açısından ışık tutacak niteliktedir.Proje tamamen çalışmakta olup her türlü geliştirilebilmeye müsait bir projedir. d) Üretilebilirlik: Sistem modelinden herhangi bir çalışma yapılabilir.Örneğin kısa devre arızaları veya kısa devre olduğu durumlardaki bara gerilimleri,hat akımları vs..Bunlar bizim projemizde yapılmayan ama yapılmaya müsait bir modellememiz bulunmaktadır. e) Etik: Etik kurallara uyulmuştur. Özellikle PWS ve Matlab geliştirme aşamasında ticari hakları korunan ürünlerin lisansları dikkate alınmıştır. Ayrıca gerekli görülen yerlerde kullanılan kaynaklar belirtilmişlerdir. f) Sağlık: Sağlık açısından hiçbir tehlike içermemektedir. g) Güvenlik: Güvenlik açısından hiçbir tehlike içermemektedir.. h) Sosyal ve politik sorunlar: Ciddi boyutta herhangi sosyal ve politik bir sorunla karşılaşılmamıştır.
65
EK2: Bitirme Projesi Değerlendirme Formu
Ağılık %
Değerlendirme Kriterleri
1
Tasarım
20
2
Sunu ve Poster
15
3
Proje Raporu ve Özet Makale
15
4
Önceki derslerde edinilen bilgi ve becerileri kullanma
15
Kullanılan veya dikkate alınan gerçekçi kısıtlar; 5
Ekonomi, çevre sorunları, sürdürülebilirlik, üretilebilirlik, etik, sağlık, güvenlik, sosyal ve politik sorunlar
15
6
Kullanılan veya dikkate alınan mühendislik standartları
10
Zamanlama; 7
10 Proje öneri, proje gelişme raporu, sunu ve rapor teslimi
8
Toplam
100
66
Verilen not %
EK3: Bilgi Formu E.Ü. ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
LİSANS BİTİRME PROJESİ BİLGİ FORMU 1- Projenin Yapıldığı Dönem: 2010-2011
2- Rapor Tarihi: 13.06.2011
3- Projenin Başlangıç ve Bitiş Tarihleri: Ekim 2011-Mayıs 2011 4- Projenin Adı: Enerji İletim ve Dağıtım Hatlarının Matlab ve PowerWorld Simülatör ile Güç Akışı Analizi Projenin Toplam Maliyeti: 0TL. 5- Proje Yürütücüsü Öğrenciler ve iletişim bilgileri (adres, e-posta, tel.) Ali ZONTURLU
[email protected] Hasan UZAL
[email protected]
0532-691-72-19 0531-997-23-77
6- Projenin Yürütüldüğü Kuruluş: Ege Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Batı ANADOLU YÜK TEVZİ MERKEZİ. 7- Destekleyen Kuruluş(ların ) Adı: TEİAŞ,BATI ANADOLU YÜK TEVZİ MERKEZİ 8- ÖZ- Bu makale enerji iletim ve dağıtım hatlarının güç akış analizleri üzerine hazırlanmıştır. Burada İzmir ili ve çevresine ait iletim hatları üzerinde analizler yapılmıştır. Mevcut iletim hatlarının modellemesi yapıldıktan sonra bu iletim hatları gerçek verilerle uyumlu olacak şekilde PowerWorld Simulator programına aktarılmıştır. Sistem güç akışının gerçek verilerle uyumlu hali elde edildikten sonra sistem MATLAB ortamına aktarılıp, sonuçlar PowerWorld Simulator verileriyle karşılaştırılmıştır. Sistem bilgisayar ortamında modellendikten sonra TEİAŞ[1]’la birlikte sistemi önemli ölçüde etkileyebilecek, meydana gelmiş/gelebilecek senaryolar oluşturulmuştur. Bu senaryolar sonucu sistem akışı MATLAB ve PowerWorld Simulator ortamında analiz edilmiş ve bu senaryoların neden olacağı sorunlara mühendislik çözümleri getirilmiştir. Anahtar Kelimeler- İletim hatları analiz, 9- Danışmanının Öğretim Üyesi Adı/Soyadı ve Görüşü: Yrd. Doç. Dr. Engin KARATEPE 10- Bölüm Kurulu Görüşü:
11- Projenin Başarı Durumu:
Projenin Aldığı Not:
67
68
