Haberleşme sistemindeki gecikmelerin dağıtım sistemlerindeki dağıtık enerjı kaynaklarının işletimi üzerindeki etkileri

Günümüzde elektrik sistemlerinin önemi kimseye saklı değildir. Bu önemin artmasındaki etkenlerden biri kesinlikle artan ihtiyaç miktarıdır. Tüketim sektörünün eğelim hızla değiştiğinden dolayı, elektrik üretim ve ulaşım sektörlerinde bu değişimlere ayak uydurarak güncellemektedir. Aslında, bu değişimler gelecekdeki muhtemel olan kesintileri ve büyük hataları önlemek amaçlı yapılmaktadır. Güç Elektrik sisteminin temel amacı, talep eden tüketicilere mümkün olduğunca elektrik enerjisi sağlamaktır. Elektrifikasyon hiyerarşisi yüksek gerilim üreten birimlerden başlar. Üretilen elektrik enerjisi, sırayla yüksek seviye ve orta seviye gerilim ve dağıtım sistemlerden sorumlu olan hatlardan geçerek tüketicilere ulaşmaktadır. Son yıllarda, güç sistemi hizla büyümektedir, hem büyüklük ve hem karmaşıklık anlaminda. Söz konusu olan büyüklük, birçok faktör göz önüne alınarak belirlenir ve çeşitli sonuçlar elde etmeye yardımcı olur. Çevresel ve ekonomiksel etkenler, güç sistemi evrimini yönlendiren önemli nedenlerdir. Esasen, CO2 emisyonunu sınırlamak gibi çevresel faktörler, gelecekte yenilenen enerji kaynakları sistemlerinin giderek kullanılmasına yol açmakta olup, şu anda merkezi güç üretim paradigmasını gelecekte daha fazla dağıtılmış yaklaşıma doğru itmektedir. Öte yandan, genellikle aralıklı enerji kaynakları olan daha fazla RES'nin entegrasyonu, güç sisteminin izlenmesi ve kontrolüne biraz karmaşıklık katar. Coğrafiye olarak uzak kalan tüketim noktaların elektriklenmesi de günümüzün elektrik endüstrisi için hayati bir sorunun olması halindedir. Büyük mesafeler, zor ulaşım şartları ve bir suru farklı nedenden dolayı, yenilenebilir enerji kaynaklarının bölgesel kullanılması, asıl santrallerden elektrik taşımaya kıyasen daha kabul edilebilir bir yöntem haline gelmiştir. Bundan mütevellit, amaçları daha yüksek kalite ve miktar ihtiyacını karşılamak olan microgrıdler ve Dağıtılmış Üretim (DG) kavramları güç sistemlerine tanıtılmıştır. Bununla birlikte, güç sistemi analizine getirilen bazı zorluklar ya da daha kesin bir deyişle, güçlükler söz konusudur. Dolayısıyla haberleşme sistemlerinin rolü inanılmaz derecede önemli olup, onların sisteme karşı etkileşimleri göz önüne alınmsıda zorunludur. Haberleşme dünyasındaki gelişimler ve teknolojik ilerlemeler onları güç sistemlerinde kullanıma uygun hale getirmiştir. Ancak bu kullanım ve etkileşimin pozitif yanları olduğu gibi negatif etkilerinde olabilir sistem üzerinde. Güç sisteminin evrimindeki yukarıda bahsedilen zorluklar, farklı iletişim altyapıları için farklı olabilir. Bu zorluklar, örneğin, deregüle enerji endüstrisine, senkronizasyon problemleri içerir, fakat en önemlisi yeni kaynakların entegrasyonuyla ilgilidir. Aralıklı davranış, küçük ölçekli ve yüksek sayıda dağıtılmış RES üretimi nedeniyle, yönetimi, kontrolü ve korunması zor bir görev haline gelir. Güvenilir, ekonomik olarak uygulanabilir ve güvenli bir çalışma sağlamak için, ölçüm ve kontrol verilerinin iletişimi için uygun koordinasyon esastır. Sistemdeki gizli hatalar, veri kaybı ve gecikmeler, haberleşme sistemlerinin muhtemel olan negatif etkilerin bir kaçıdır. Sistemdeki herhangi bir hata gibi haberleşme bölümündeki hatalarda sistemin karanlığına zarar vererek sistemin dayanaklığını ve performansını düşürebilme etkisine sahiptir. Dolayısıyla, artan ihtiyaç, dağıtılmış enerji üretim gerekliliği ve haberleşme sistemlerini potansiyel hataya uygun doğasından, haberleşme sistemlerinin doğru tanınması, tasarımı ve uygulanması ciddi bir gerekçe haline gelmektedir. Diğer taraftan elektrik cihaz üretimcileri, operatörler, mühendisler ve kullanıcıların birbirini doğru şekilde anlaması ve statülerini doğru şekilde birbirine yansıtması önemli bir konudur. Bu yüzden uluslararası standartlar ve protokoller ön görmektedir. DNP3 ve IEC 61850 iletişim protokolleri gibi standartlar, akıllı elektronik cihazların, elektrik sisteminin daha güvenilir ve akıllı çalışmasına izin verip, orta gerilimdeki elektrik trafo merkezlerinde tanımlanmasını sağlar. İkincisi, daha iyi performans ve uygulama fizibilitesini, birlikte çalışabilirlik ve daha iyi ölçeklenebilirlik sağlar. IEC 61850, detaylı özellikleri nedeniyle dünyanın her yerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. DNP3 ve IEC 61850 arasındaki hayati bir fark, ikincisinin veri ve bilgi alma ve gönderme detaylarını içermesi, aynı zamanda depolar ve koşturmalar hakkındaki açıklamaları da içermesidir. IEC 61850 otomasyon ve dağılmış üretim şebekeler için haberleşme koşulları, gerekçeleri, cihazları ve şartları hakkında gereken bilgiyi sağlamaktadır. Bu çalışmanın bir kısmı bu standardın genel tanıtım ve özetine aittir. Bu Standard toplam olarak on kısımdan ulaşmaktadır. Sözdizimleri, anlamsal kavramlar, gerekli koşullar, sistem özellikleri, jeneratör güçleri, gerilimler, akımlar, şebeke gerekçe ve özellikleri ve özetle haberleşme uygulamalar ile ilgili her şey detaylarıyla bu standardın kapsamındadır, çoğunlukla. IEC 61850'nin bile, haberleşme hatalarının onlmesini garanti etmediği açıklanacaktır. Yine de, sağlam bir sisteme sahip olmaya yol açar ve gerekli bilgileri sağlar. Öte yandan, yukarıda belirtildiği gibi, bu protokolde hata analizi ele alınmamıştır. Bu nedenle, sistem davranışını farklı koşullar altında tahmin etmek için sistemdeki bu arızaların etkilerini araştırmak önemlidir. Bu olası gizli hataların analizi bazı nedenlerden dolayı büyük bir önem taşır. Bu nedenler, system kararlığı, sağlamlığı ve güvenilirliğinı içerir. Çalışmanın üçüncü bölümü mikro şebekelerin çalışmalarını anlatmaktadır. Bu kısımda mikro şebekelerinde kontrol sistemleri analiz edilmiştir. Bu analizler bir haberleşme sisteminden dolayı sisteme dayatılan bir sıkıntının göz önünde bulundurulmasıyla yapılmıştır. Dağılmış üretim kaynaklarının özelliğine göre tasarlanmış olan kontrol yöntemleri anlatılmış ve içerdikleri haberleşme sisteminin topolojisine göre gruplanmıştır. Bu sınıflandırılma bu yöntemleri ve haberleşmenin etkisini daha doğru ve derin bir şekilde anlamakta yardımcı olacaktır. Bu çalışmada, pratikte ve endüstride en uygun görülen kontrol yöntemi seçilip üzerine çalışılmıştır. Birinci kontrol katmanını Droop kontrolün uluşturduğu bu kontrol metodun ikinci katmanını ortamlama yakınlık metodu uluşturmaktadır. Tezin dördüncü bölümü sistemin küçük sinyal analizine ve sistem formulasiyonuna odaklanmaktadır. Bunun için ilk birinci tabakanın matematik modellenmesi yapılmıştır. İkinci tabakanın matematik modeli sonradan sisteme eklenmiştir. Matematiksel olarak sistem matrisinin nasıl kurulduğu gösterilmiştir. Bu çalışmanın öneminin bir kısmı diğer çalışmalara rağmen sistemin hiç bir önemli dinamiği göz arda edilmemiş. Yani birinci tabaka analizinde yedi tane durum değişkeni göz önünde bulunmuştur. Üstelik ikinci kontrol katmanın matematiksel formulasiyon ve analizinde iki yeni durum değişkeni sistem analizine eklenip toplam olarak her dağıtılmış enerji kaynağı için 9 tane durum değişkeni düşünülmüştür. Sonuç olarak sistem dinamiği tamamıyla dikkate alınmıştır. Çalışmanın diğer önem kazandıran yanı da geniş kapsamlı olmasıdır. Öyle ki formülleştirmeler sonradan herhangi bir sisteme uygulanmaya açıktır. Hiç bir şekilde basitleştirmek amaçlı hiç bir sistem özelleştirmesi bulunmaktadır. Bunun sonucu olarak da elde edilen formüller ve denklemler bütün güç sistemlerine yük miktarını ve şebeke özelliklerini değiştirerek, uygulanması mümkündür. Çalışmanın beşinci bolumu yapılan analizlerin bilgisayar aracılığıyla doğurulmasını yapmak üzeri yazılmıştır. Bu kısım iki alt kısmı içermektedir. Birinci olarak sistem kodlaması ikinci olarak simülasyon aracıyla sistem incelemesi yapılmaktadır. Birinci alt kısım da, kodlar da matematik formulasiyonun olduğu gibi, ilk başta birinci kontrol katman altında sistem incelemesi yapmaktadır. Sistemin Özdenerlerini elde edip incelendikten sonra sistemin genel davranışı, kararlılık aralığı ve sağlamlığına bakılmıştır. Bir sonraki aşamada ancak, birinci kontrol katmanının üzerine ikinci kontrol katmani kurulmaktadır. Tekrar sistem öz değerlerine bakılıp ve analizler yapılmaktadır. İkinci katmanın sağladığı kararlılık ilerlemesi içermektedir. Kodun üçüncü aşmasında haberleşme sistem hatası etkisinin göstergesi olarak bir gecikme sisteme uygulanmıştır. Tekrar sistemin davranışına bakılıp ve öz değerlerinin analizi ve yorumlaması yapılmıştır. Öz değerlerinin bu üç aşamadaki değişimleri sistemin kararlılığın iyileşip ya da daha kötüye gitmesinin göstergesidir. Diğer taraftan bu Özdenerlerinin analizinden sistemin dayanabileceği en büyük gecikme miktarı elde edilebilir. Simülasyon bölümünde ayni sistem uygulanıp ve üç değişik modda sistem davranışına bakılmıştır. Birinci olarak sadece Droop kontrol yani birinci kontrol katmanı uygulanarak sistem koşturulmuştur. İkinci olarak ikinci kontrol katmanı kurulup sistem davranışı göz önüne alınıp yorumlanmıştır. Üçüncü olarak da her iki kontrol katmanın olmasıyla ve ayni zamanda bir gecikmenin uygulanmasıyla yapılmıştır.