Elektrik dağıtım sisteminde çok etmenli sisteme dayalı gerilim regülasyonu

Teknolojik gelişmeler ve insan nüfusundaki artış enerji ihtiyacını her geçen gün artırmaktadır. Sürekli olarak artış gösteren enerji ihtiyacı nedeniyle enerji üretim tesisleri üzerine yapılan çalışmalar da yoğunlaşmıştır. Enerji ihtiyacını farklı kaynaklardan karşılamaya yönelik yapılan çalışmaların neticesinde elektrik şebekelerinin yapısı da değişme uğramaktadır. Önceleri sadece iletim sisteminden bağlı büyük kurulu güçlere sahip merkezi üretim tesislerinden faydalanılır iken son yıllarda küçük ölçekli dağıtık üretimlerin de enerji ihtiyacını karşılamaya yönelik hatırı sayılır derecede katkıları söz konusu olmaktadır. Yenilenebilir enerji veya fosil yakıt bazlı dağıtık üretimler dağıtım şebekesinin hemen her yerinden şebekeye dahil olabilmektedirler. Ülkemizde de dünya genelinde olduğu gibi dağıtık üretimler yaygınlaşmaktadır. Kurulum safhasında çok yönlü enerji akışlarına ve dağıtım seviyesinden yapılan üretim entegrasyonlarına uygun olarak tasarlanmamış elektrik şebekeleri, dağıtık üretim entegrasyonları sonucunda bazı sorunlar ile karşılaşabilmektedir. Dağıtık üretim entegrasyonu kısa devre akımlarında artış, adalaşma riski, kararlı hal gerilimlerinde düzensizlikler gibi üzerine düşünülmesi gereken konuları ortaya çıkarmıştır. Dağıtık üretimlerin şebekeye entegrasyonları uluslararası standartlar ve yerel yönetmeliklerde belirtilen kriterler dahilinde detaylıca incelenmesi gereken bir alan halini almıştır. Bu tezin özelinde dağıtım sisteminde meydana gelen gerilim düzensizliklerini önlemeye yönelik kullanılan geleneksel ve modern ekipmanlar tanıtılmıştır. Dağıtık üretimler ve yük değişimlerinden kaynaklanan gerilim düzensizliklerini ortadan kaldırmak adına çok etmenli sistem ile gerilim regülasyonu yöntemi üzerinde detaylıca durulmuştur. Dağıtım sisteminde gerilim seviyesini izin verilen limitler içerisinde tutmak için gerilim kontrol ekipmanlardan faydalanılmaktadır. Buna ilave olarak modern dağıtık üretimler yapıları gereği şebekeye bağlandıkları noktadan kontrollü bir şekilde sisteme reaktif güç enjekte etme veya absorbe etme kabiliyetlerine sahiptirler. Bu yöntemle gerilim seviyesine etki edebilen dağıtık üretimlerin sisteme dahil olması, dağıtım sistemlerinde gerilim regülasyonunu birçok etmenin koordineli bir şekilde çalışması ile gerçekleştirilebilecek bir olgu haline getirmiştir. Yapılan literatür araştırmaları sonucunda çok etmenli sistem mimarisine dayanan bir algoritma ile gerilim regülasyonu yapmayı amaçlayan kontrol mekanizması Matlab yazılımının Simülink arayüzü üzerinde modellenmiştir. Test sistemi yine Simulink üzerinde radyal bir orta gerilim şebekesi şeklinde modellenmiştir. Modellenen sistemde 4 adet rüzgar santrali, yükler, transformatörler havai hatlar ve yer altı kabloları yer almaktadır. Kararlı hal gerilimini bozmak adına sistemde değişimler meydana getirerek çok etmenli sistem ile gerilim regülasyonunun sonuçları gözlenmiştir. Dağıtık üretimlerin üretim miktarının farklı rüzgar hızları ile değişmesi, santrallerin arıza sebebiyle veya aşırı rüzgar hızı sebebiyle devre dışı kalması, talep yük miktarının değişmesi gibi olası durumların etkileriyle 3 farklı durum için simülasyon çalışması yapılmıştır. Yapılan simülasyon çalışması da göstermiştir ki, şebekede yer alan rüzgar santrali üretim değerlerinde ve talep yük miktarlarında yapılan değişiklikler bara gerilimlerini yükseltebilmekte ve düşürebilmektedir. Gerilimin limit değerlerin dışına çıktığı durumlarda çok etmenli sistem düzensizliği yük etmenleri ile algılayabilmiş, ilgili etmenlerle iletişim kurarak gerilimi yeniden izin verilen değer aralığına başarılı bir şekilde çekebilmiştir. Bu sayede sistem gerilimleri yönetmeliklerde belirtilen aralıkta tutulmuş, sistemde yer alan ekipmanların gerilim düzensizliği sebebiyle zarar görmesi ve devre dışı kalması engellenmiştir. Gerilimi düzenlerken test sisteminde yer alan şönt kondansatör, yük altında kademe değiştirici ve rüzgar santrallerinin reaktif güç kapasitelerinden faydalanılmıştır. Gerilim kontrol ekipmanları koordineli bir şekilde çalıştırılarak manevra sayısı en aza indirilmiştir.