Bölgeler Arası Düşük Frekanslı Generatör Salınımlarını Sönümleyici Faktörler ve Türkiye ENTSO-E CESA Enterkonneksiyonu için Çözümler

Gencoğlu C., Tör O. B., Güven N., Bölgeler Arası Düşük Frekanslı Generatör Salınımlarını Sönümleyici Faktörler ve Türkiye ENTSO-E CESA Enterkonneksiyonu için Çözümler, EMO Bilimsel Dergi, Cilt 1, Sayı 1, Syf 39-43, Haziran 2011

Bölgeler Arası Düşük Frekanslı Generatör Salınımlarını Sönümleyici Faktörler

BBCCööiihhllggaaDDeennllggaaDeeiimmrrrravvvGGppAAmeee22eeiiarrTTnnTOOnnpnaaççggSSrriüüüdoossttnaaoorrrğğMMg11SkkllkllDDDDTTuuuuiioMieeooÜÜyyttyüü11laağğiiC1eeueBBşşooTecssuuiüüitÜuunnaİİhhEEEttiTTakkeeasossBrrnNNNAAkkungeenİffFFnniTgssTTKKrrToos.iiAirrgekkrrraaSSeSfee––KsnGoggÜÜOOOTTkkc-AUUoraaUennaaguu2---ZZniigEiilZTnnEEEnnuvvOrrçAAla@AueesseokkssrikYYYrrCClltCuğttrneeaDDsstz,lkr,,iiyyaLLEEuEsDGGGttirryGGkeeet1...oooSStüEES,ssuyeeOOüüELğçiiwwObAAA,,nnNNççulissESeotEEsammeeSSkTiFFTTmkEwEEllsNrrteii.aaeetrgssrraSSkaaenonnkknnoTttneeFmneenvttOOttttt.irrBBqqöömmiSteeerlkBiikre,kk--üürruurerrOllürÜoEEMlleeikqkkeesEEleeSSrrnme-BnnnnüouooiilliECCnaaaeeövhttBBnnnccentllkkleeTTEE.yyünöönTtnCrnttonnöörrmslldörSSceeeooiüüIIrr@EtirüyknnmmkkennsAAmm111,lsSiiu,sssittkkOiIüüzğllNeeiAiiIIanaa,,iyyyDMMyrrnneOOrr.toootTzIutteAAüüiDDnnnnbeeÜnnrhhhirrutrruuTTt,eeaAGeccAeeknnÜÜSSi.riiooaaügddrnççç,,ööcovnniikeiiivAAssOOonnenanna.nnlltnrniirnnüüPPassğğee2ÇOÇÇkknmmcciirrccaa,,ooiieöööttsrrAAllllffiicaaczllzz..eeooaanntiüüüDDyynnlikkttlommmiiiirraaaccoo..nrrtiilllaannNNieeeFFosseerrrnzzaaaaiiskkhhnnttGGddööüürrvvlleeeennrr22

cciihhaannggiirr..ggeennccoogglluu@@uuzzaayy..ttuubbiittaakk..ggoovv..ttrr

[email protected]@@duuu.tzzraayy..ttuubbiittaakk..ggoovv..ttrr

gguuvveenn@@mmeettuu..eedduu..ttrr

ÖÖzzeett

TCCTgga~a~BBTkTk2P2rPDTTbsrsDboooggodssdmmeeaaaaooee)i)inneeiiccrr00üüüüüüuuSSEEoooorrllggllttllllttppaaaa..rrggrrrrSSaaeemmiiğğddSS11GGüükkkkkkmmnnkknnllrriinn))yyssiirrAAii55llssiiiiiilliiiiffüüzzaaççaaaauuyyyyaallyyaaaaşşmmmmii))llmmççllkkeelleetteeddttssrrHHyyeeeeööiillllddaa’’aannaarrrriiaaaarrnnnnddrrsszzssşşeesskkii..nneeiirrrrrrlleeiiaaddttnnyyeennmmooeellssşşiiffnnookkaaeeeennrreeyyrrrreettyyllsssskkkkiiee..kknnkktteeiiuuBBaabbooiiöölluurrnnmmttiiiikkuuttmmgglleerreerrlliioollnneelliimmaabbll;;eeyyöökkiinniillnnhhuuaaSSüüggkkaannttiiüüeerruullttllççiiccmmiiddssnnsseessyyiiaaaammssşşdd44aaiiöökklliiee,,ppşşüüaallttssnnee))bbmmeenneeeeiinnaayykkyynnkkiilliinnbbbbüübbggooaavvrrnniillee..ddeeaaeemmaaööeeeennSSrrssttVVggbbkkcciiğğlllllllliiTTllllrrppeeeeeeggeesseeaaüüaaooÇÇlleemmAAAAyyllyyttaaaakksseerrççrrssyyyyeeaassiiiiiinnTTllrriivvtteeuuiiccccmmnnbbiieesseellaaccbbttrrddKKmmCCttiiiittiirrookkiilluulliiaammşşiieenneeaaeelloonnOOiiyyüümmppğğppmmeeaarreerrssuummeettnnllaaaallMMiieeaarrooaaaattAAaatthheennrraarprpddllddaannssnnvveeaaiiiaaiaassyybbuuaannrrssddiinnrrllttrrmmşşbboonnaaeeeeiieellaauurrkkaallrrssaaaavvnnrrnnssssoosseellee((ppuullşşiaaiiiiiaağğPPaalluueetttteettaallnnzzyymmaaeeiirrnnttllrrlllllllloommeeiiööppaaeerreerraaeennaannddwwkklleellrrrrkknnnnşşşşiinnaaeeaassooeelloonnddeettaaeettmmeerrrraallnnmmeennjjbbeeiinnbbrrbbiirriiooeellrroonnllnnnneekkiiiimmüüssaallkkllnnpp;;mmkkSSiieeuuiiyyiihhoorrnnööiiyyeettrrkkyyddmmüüşşaaeeiissnnnn..öössttsskkaammttbbsskk55aarrzzeeiinnllooiillttBBnnooooyynneessuueerree))nniieeppeennaaaauunn..kkzzyyeemmttkkbbttllttkkaarrll,,lliiiiiirrttssbbeeggccSSiiaaaaBBkkmmsseeoo((rriiaanniiiiüüSSyyöössllttssEEuulllliillkkşşmmaaççoottttddnncczzeettnnssaaNNeeaaffttööeellnnttaaüüiiüürriieeiieellmmbbeemmrryyddssTTzznniiuuaannllssmmkkiiddnniitteeaaiibbyyiieedd;;SSaarrttlleebbnnbbrrllmmeeiippoo::rriieemmOOlleezziiiirriiddddaaiiaannttllnnhhrrmmeellllllbbiidd--eeiiaarr3311rruueeeeiiğğiirrttrrEEnunuaannnnkkeeeeeerrzzrrrr;;))));;..

AAbbssttrraacctt pprpprtSASAtimistwEwfitTmiacosooocfETmamrreenannnaeettooppoorsrseeTThhNNppeeaahheeaaootttkktcceeccrrnnttsseeAAeeeeeeppaanniissddeeooTTiiff::iiiiccssrrrrllmmooiillllssnnssttTTiimmSSiihhcbcccbiilliiffuuiimmrrddmm,,ccaavvCCiiiinnooooOOiimmmmrrczczaa11eelleettiittnnnnwweeOOttaaeeiiiiaass--rrtt))eehheeaaoottllnnnnssiiEEttssaattiiyyrrttMMnnooeeiinnnniilleeeeiiiiccccbboooolloossddnnnnccssccccaabbooooPPllnneennnnCCaaeeggtttteennrraannnnaaiiiittooeeaaooooEEssoottnnssiioossrrddaaoossrraaooffeeoollnnnnyyffiiaaeeSSsseeuuiirrffyyrrzzddffnnss..bbccccmmccAAssppbbssoolleettssttiiuuttiissiiiieeoorruuttiillssee..ggssttffooTTtthhhhoommlleeaauuwwnniittiinnaassnnnnyyeehhaaeennoobbttrreeddyy,,eetteeddiirriikknnaanniissssccddrrs44soorrddiiccttssssaappttnnaa))ooeennooyyiieessccrrVV~~ssggoobbmmeeoossssddmmppCCyyooeecctt00AAllppllffffssaassjjeeeeooiiooooppooee..ccttrrttssRRppmm11cceenniirrnnuuiieeccttoonnhhmmeeeesstthhmm55nnttsstttt..uurreerraarreeaacciicceeiiiiddlloossrrzzccccoobbaattddooTTccvvsstt..aallhhmmttooeellttooaammHHllhhaauuiimmttaasseettUUrrggllnnooiieerrnnppwwiizzppttbbrroossoommrreeaannaammiieennuuiinneeoottmmssllllggssnnlluuttssssTTyyeeiieettwwttooeeeeeeiizzssuuoollzzuunnaahhssssrriiffaaeeaaeeppddnnddooffsssseerrttttttssiissuuppiiTTffyyiiooTToossnnffiioorrTTrrllcciiuueerrrrmmiiuueeiiccnnee((uussoottsseexxeerriiddrrggPPhhttaahhuunnssrrssuukkppddkkhhaauu..eettkkeeSSuullcc((iinneeiieeiinnttaassllSSeeddssllSSoollddooccaattTThhuuggtttthhyyVVee..))nniittiisseettddhh;;rreeee,,oorriiCCffggeeooggrrmmddeeeeooAAffnnttgg2233iiooooccee))hhrrssnnssllffssrrcc))))eellttcciieeuuvvee,,,,iiuullccdd±±aaeetteeddPPssyyCCccooooiissss55xxrroonnmmaattnnuurrooffiinnddff00aaaarroottnnrraassrrddrrccrrnneeeeooaaaaoommnnffttooccaanneeiieeMMaattiirrrrmmttnnmmddllmmrrnnddmmssee--oossssuuggooVVssaaggppuuuusseeuullaarriittAAttttttrrttnniillttnncchhhheehhhhhhvveerreeee55iioottttRRnnhhaaggooeeeeeeeeeeeeeerrssssrr))ff

1II.. GGiirriişş

TTEEüüCCrrkkEEiiSSyyeeAA,,iilleeeessttiikkmmii aassddiissyytteellaammUUiinnCCiinnTTEEAA))vvssrreeuunnppkkaarrooiillnneettppiimmaarraaşşlleeeebblleebbkkaaeeğğsslliiaannnneett((ssEEnnNNddTTaaSSssOOoonn--

aaşşeekkşşööpiisGGpsbbsffsaakklliieeeeaaiişşnnzzaaoozzrreeeezzssüüaabbkklloorreettkkttppiittnnççeeaammiiiibbeeeejjttnnllmmmmlleellrrddrreekkmmiiddeekkaallllllSSnnaammeeaaeenniieellooddllnnttmmiisskkssaarreelleessnneeiiddğğuurraabbttnnnneennaaeeeerrrriiiikkaassnneeuuaaaammllnnTTeettiigg~~kkrrggnnmmyyeerrnnttllüüeess00ee..aaooddmmeeiikklliillrrrrllyy..rrllaaiiyyiiBBkk11iirrççaarriinniizzrrooooaaiiee55lluullmmllyyeeççaannnnBBkkffeeşşeeaattrr[[rrllkkrriiaaööttee11eebbşşiiiinnaaHHşşrrnnkkllttşş]]rriieeaappüüiiii..llmmtteeaazzssrrşşeebbffiissmm..nnoorrllccaaeeeenneeiissBBnnööüüeeggBBmmllkkkkttddeeffrrkkiinnnnööuu,,eerruuaallaannddllüüeessrrmmssbbnneebbaaeeiikknnççnnyyoobbuuee,,ssaaaaooTTeeiiyyiiaasskknnTTnnllllllnniilluuEEbbssggoouussnnEEşşooaattnnaaEEiillnnİİşşiimmllssyyllAAİİğğttaattNNuuaammAAuu--eerrllrraayyŞŞşşooaaddaarrTTllŞŞllaabbmmuuaannllaaeeaaSSuuccrrööiittllrrttrrüülleeaaaallOOddiilleeiiaallddmmssnnggkkkkaaeeşş--iibbeessUUiimmEEaakkssvvllooiiaabbppbbööeeüürrCCsseeüünnmmCClliirreeiinniinnsseerrllrrllTTssrrTTiiüüaaaaEEiillaarrttffssrriiEEssççeemmssooÜÜkkSSttaayy[[,,mmeerrttkkrrAA44llBBooaaüüeemmmmaaeeTTii]]llnneeyyllssİİnnnn..aaiişşüümmddnnTTllnneennddeennaarraattmmAAggaabbiikkrreessüühhrrkküüeessrriiKKiiaannlliinnyykkccaavvkkkkllzzaaddeeiillooeeeeeessUUiioonnnnaassllnnoonnddiieellii,,nnll--ZZllllaaddnnaarriimmeeaaeeiimmyyuuddAAttnnrrkkbbiillaabbğğaaeeeevviiiiaammYYttiillkkkknnnnuunnuueeeerrrr

BBssddggaaööeeuullğğrreenneeccrrbbmmlleeiieellllllnniiddaaddeeiirrrrttiiiikkrrnnddiiiilleellmmeett,,eerriihhiişşbbllaaiivveennkkeekkaaeellllllbbeeiiiizziinnllbbeeggeennooiiddssyyiiaalluummyybbttaallööiiaarrşşllrrggttssaaiieeiirrmm..lleeuuBBüürrllaauullaaşşaammöössrryynnaaaaoollsssseennmmnnllaallddrreeüüöörrii::şşnnllüüeelleekkbbyyuuiiccffiittrreeeeddttkkeebbaaddiinnbbrrsslliieettrraarrllkkeeiinnrrii

11.. 22.. 33.. 44.. 55..

DGİSyBSorBocoSDycÖoİSGÖraalleeüümmeeppccyyTTeeüüeenoonggnnaallttssttrrAAyyaaeeğğeeüüiiiikkttiiiimmmmccüümmrrrrddeellllllTTiiiiuuaaaakkmmeenniimmyyllCCttddrrzzşşnniiööiilleeaaaannOOaannrrssaabbssnnllddaakkmmSSddyyMMyyeeeennaaoorraaeeoottkkggookkaaiittnn’’rrnnnneeiiüünnrrdduubblliillttaaeessuuaaççiieerriinniiSSiillnnttnnoofftt;;llttnnllll,,eeiiiiiitteeeellmmzzkkmmddaakküürryyeettaaeeiiiiaaiiiirrssnnsskkccss;;ssiiaayyiissöössggmm;;VVoottmmiinneeüünnPPssaaaaüümmhhççttoouuSSccddrreemmiidd;;eeddSSmmssKKyyiinnlliirr))ffllsseeiioooosseeiiaannttmmkkaammeetteeeellaallllddmmeeeetteeppssnneeaayykkyyiiaaddnnssiibbttoonnmmiiccaaddeerrrraassnniirriitteeeellğğkkaalllluuaannnnaaeettll;;rröönnççggyyllrriiaaeenneeccllnnlleerrbbeeiissiirryyüünniiaabbnniiyyssiinnppppccnniiööüüttrriiaaaa((rrllnnkkSSkkrrrreeaaaaüüaaVVuu±±rrllmmmmllmmiill55eennCCllgg00eeaaeerrlliiüü))eeiinnttnnttnnrrrrççnnkkeeeeMMttmm((ddooeellllPPeeeeiinnVVrroorrrr..ttmmiiiiwwrrAAnnnnaahhooeerriiiieeRRllnnkkkknnzz--rr

II2II.. BBBööölllgggeeellleeerrrAAArrraaasssıDDDüüüşşşüüükkkFFFrrreeekkkaaannnsssSSSaaalıllnnnımmmlallaarrr

bTTbşşgvvgoaoaffbbggdsdisillrreeiinneeööööiillaaooggüüeessrrmmbbaağğzzssğğttiirrkkggeeeellllttkkllllrraaaappiiiieeeeeekkmmuuiizzkknnrrrrnnnnyyeeggllssooiillggddsslleemmeellaaaaiiiiaabbeemmeerrrrğğffllssnnddeeddllkkrriieeiikkiieesseeeeii,,ii((şşssmmssaaiikkllrrttttssbbiiiihhrraaiieeaaiinnnnrrggşşbbeesstteemmnniieeggööööttrreerrnn[[llsseeeeaaöörrhhiizzkk22mmkkllrrbbnnrrllaaEEll]]ee(())eeüüeeee..nnddeerrNNmmggnnrrlliiiinnggaaöö““şmmş,,nneemmTTiittllllMMzzllrreeeeee~~eeddSSeeyybbrrnnttssnnoo77eeookkmmOO))iieeeebbddğğrrttttnnoo““iiee--eeffeessllEEdd““aammddşşrrnnggrrşşmmzzeeeeiieeiiaaooCCrröö,,kkaass((nnrrpp..ooeeddaarrççllttEEeessddiiiillyyBB””ggaaeerrssSSggdd””şşaaiirrnneeeeaaaaööAAüüyyrrggnnkkhhkknnşşssoovvrrvvaarrssllüüttaaaasstteeiiooeeiieeaalliikkff””ttuurr((ssnnddiillssiiyyuurrğğttiiiiöömm((eeooüümmllssiiee((mmppzzmmee,,ttaa~~))kkiioovvaannüüddllooee00iirrrreeaallaaiinnddnnnnaa..aarrkkkknn11ssddeettllsshhttaaeeeemmaa55eevvyyööşşllrrllllssnnzzooeerriikkhhnnzzHHllüünnssbbooaaiiffaallkknneezzllrrmmaaeezzrrnnppaanneeaaoorrğğ))nnrree((llkkrriiaalllleeaaeeşş))iieerraaaassnnççkkrrssiiyyaannnnllggaaiiiŞŞioottoonnllkknnttsseeeekkeennsseennnnkkuuuunnssffyyssvvggiiccrrmmii))vvaaooddlleesseeeebbuueeppbbnnaaccttkkllll11öönneeaaddaayyttrraa’’llyyoommddrraağğiibbaaaaddnnğğllrraassllllnnuunneeeeeess))ii,,

“mod”un gözlenebilirliğinin (observability) göstergesidir. Şekil 1’de de görüldüğü gibi, enterkonneksiyon sonrasnda Türkiye iletim sistemi ve Doğu Avrupa’daki generatörlerin bir ksmnn toplu halde (coherent) ENTSO-E CESA Sistemi’nin geri kalan ile yaklaşk olarak zt fazda salnmas beklenmektedir. Ayrca, özvektör büyüklükleri kyaslandğnda, bu salnmlara olas en fazla positif (ve negatif) sönümleme etkisi, şebekenin uç noktasnda bulunan Türkiye’deki santraller tarafndan sağlanabilir.

Şekil 1. Enterkonneksiyon sonras oluşmas beklenen ~0.15 Hz bölgeler aras salnmn mod şekli dağlm [2]. Gerekli sönümleme önlemleri alnmadğ takdirde, bu durumun iki sistemin birbirinden ayrlmasyla sonuçlanacak yük akş dalgalanmalarna sebep olabileceği açktr. Bu durumun önüne geçilmesi için bir takm önlemlerin alnmas gerekmektedir. Bu önlemler, Şekil 2’de öncelik srasna göre verilmiştir. Bir başka deyişle Şekil 2, enterkonneksiyon sonras şebekenin dinamik kararllğn iyileştirmek amacyla yaplmas gereken çalşmalar ve takip edilen yol haritasn özetlemektedir. Şekilde de görüldüğü gibi, ilk önlem büyük ve uzun cebri borulu hidrolik santrallerin hz regülatörü kontrol sistemlerinin rehabilitasyonu ve denetleyici parametrelerinin optimizasyonudur [3]. Bir sonraki konvansiyonel çözüm; düşük frekans salnmlarnn güç sistemi dengeleyicisi (power system stabilizer; PSS) ile, ikaz sisteminin otomatik gerilim regülatörü (Automatic Voltage Regulator, AVR) üzerinden, sönümlendirilmesidir [5], [6]. Bunlar daha yeni çözümler olan SVC, STATCOM ve sönümlendirici direnç uygulamalar izler [5].

Şekil 2. Türkiye ENTSO/E CESA sisteminin enterkonneksiyonu sonras sistemin dinamik kararllğn arttrmak için takip edilen yöntem.

I3II. .SSimimüülalassyyoonnÇÇaalılşşmmaalalarrı

3.1. Modelleme ve Baz Senaryo Türkiye iletim sistemi ve ENTSO-E CESA sistemlerinin enterkonneksiyon projesi kapsamnda kullanlan ENTSO-E CESA sisteminin dinamik modeli (75 bara, 133 iletim hatt ve

eşdeğer generatörler ile indirgenmiş sistem modeli) ile TÜBİTAK UZAY Güç Sistemleri Bölümü ve TEİAŞ tarafndan geliştirilen Türkiye iletim sistemi eşdeğer dinamik sistem modeli DIgSILENT PowerFactory™ yazlmda birleştirilmiştir [7]. Yaplan analizlerde, enterkonnekte sistemin dinamik kararllk açsndan en zayf senaryosu olarak aşağda belirtilen yüklenme koşullar ele alnmştr.

Minimum Yüklenme Koşullar (bahar dönemi): • ENTSO-E CESA Sistemi yükü: 235 GW, • Türkiye iletim sistemi yükü: 19 GW, • Türkiye’den ENTSO-E CESA Sistemi’ne 900 MW ihraç (küçük sistemden büyük sisteme ihraç)

Bu koşullarda, sistemde yaplan doğrusal (linear) özdeğer (eigenvalue) analizlerinin sonucu olarak, en az sönümlenme katsaysna (damping factor) sahip olan “mod”lar Tablo 1’de listelenmektedir. Tablo 1’den görüleceği üzere, sistemdeki kararsz modun frekans ~0.122 Hz olarak hesaplanmş olup, bu değer 0.15 Hz’e çok yakndr.

Tablo 1. En kötü sistem konfigürasyonunda rotor açsna ait özdeğerler.

Mod 1 Mod 2 Mod 3 Mod 4

...

Reel Değer -0,087 0,255 -0,258 -0,200

İmajiner Değer 0,810 0,767 0,793 0,600 …

Sönümleme Frekans (Hz)

0,129 0,122 0,126 0,095

Sönümleme Oran 0,107 -0,315 0,309 0,316 …

Doğrusal olmayan nümerik simulasyonlar sonucunda ise, Minimum yüklenme koşullarnda ENTSO-E CESA sisteminde 1200 MW üretim kayb sonrasnda (Baz Senaryo), sistem frekans Şekil 3’te gösterildiği gibidir.

50.01 50

Frequency of Turkey and Spain After a 1200 MW Outage

Frequency of Turkey Frequency of Spain

Şekil 3. Baz Senaryo => Şebeke frekans [5]. (Mavi: Türkiye şebeke frekans, Krmz: İspanya şebeke frekans.)

Şekil 3’te gösterilen simulasyon sonuçlar, doğrusal özdeğer analizlerini destekler nitelikte olup, (n-1) kstllk durumunda dinamik kararllk bakmndan sakncal durumlara işaret etmektedir.

3.2. Konvansiyonel Çözümler

3.2.1. Hidrolik Santrallerin Hz Regülatörlerinin Denetleyici Parametrelerinin Optimizasyonu

Türkiye elektrik sisteminde puant (maksimum) yüklenme koşullarnda anlk talebin ~%30’u hidroelektrik santrallerden karşlanmaktadr. Dolaysyla, Türkiye iletim sisteminin dinamik davranş hidroelektrik santrallerin dinamik davranş ile kuvvetle ilişkilidir. Özellikle su zaman sabiti yüksek hidroelektrik ünitelerin hz regülatörlerinin bahsedilen düşük

Gencoğlu C., Tör O. B., Güven N., Bölgeler Arası Düşük Frekanslı Generatör Salınımlarını Sönümleyici Faktörler ve Türkiye ENTSO-E CESA Enterkonneksiyonu için Çözümler, EMO Bilimsel Dergi, Cilt 1, Sayı 1, Syf 39-43, Haziran 2011

frekansl (~0.15 Hz) bölgeler aras salnmlara olumsuz yönde (frekans yükselirken ünitenin çkş gücünün de artmas, frekans düşerken ünitenin çkş gücünün de azalmas) tepki vermesinin, salnmlarn genliğinin artmasna ve iki sistemin birbirinden ayrlmasyla sonuçlanacak yük akş dalgalanmalarna sebep olacağ, başka bir deyişle sistemin sönümleme performansn olumsuz etkileyeceği [4]’de detaylar ile açklanmştr. Bu olumsuz tepkinin minimize edilmesi için Türkiye’deki tüm büyük hidroelektrik santrallerin hz regülatörü ayarlar değerlendirilmiş ve gerekli optimizasyon çalşmalar yaplmştr. Böylece, hidrolik santrallerin hz regülatörinin ayar değerleri hem bölgeler aras salnmlara pozitif sönümlendirme sağlayacak hem de izole besleme koşullarnda kararl çalşacak şekilde revize edilmiştir [3],[5]. Yaplan bu çalşmann pozitif etkisinin bilgisayar simülasyonlar ile gösterimi Şekil 4’te verilmiştir.

50.02 50.01

The Frequency of Turkey After a 1200 MW Outage

No Retuned HPPs 4200 MW of HPPs Retuned All Priority List HPPs Retuned

49.940

Şekil 4. Senaryo 1 => Sebeke frekans [3].(Hidroelektrik santrallerin hz regülatörü ayarlarnn optimizasyonunun etkisi.)

Maksimum Yüklenme Koşullar: • ENTSO-E CESA Sistemi yükü: 329 GW, • Türkiye iletim sistemi yükü: 30 GW, • Türkiye’den 1000 MW ihraç, • ENTSO-E CESA sisteminde 1200 MW üretim kayb (Senaryo 1).

Şekil 4’te: • Mavi trend: hidroelektrik santrallerin tümünün mevcut hz regülatörü (revizyon öncesi) ayarlaryla çalştklar senaryo, • Krmz trend: sadece Atatürk ve Karakaya Hidroelektrik Santralleri’nindeki ünitelerin (toplam 4200 MW kurulu güç; Türkiye’deki anlk puantn ~%14’ü) hz regülatörü ayarlarnn yeniden yapldğ senaryo, • Siyah trend: Türkiye’deki bütün büyük güçteki hidroelektrik santrallerin hz regülatörü ayarlarnn revize edildiği senaryo.

3.2.2. Güç Sistemi Dengeleyicilerinin (Power System Stabilizer; PSS) Parametrelerinin Optimizasyonu

Şimdiye kadar Türkiye’de bölgeler aras salnm problemi söz konusu olmadğndan, mevcut santrallerin kabul testleri srasnda PSS ayarlar yaplrken sadece türbin-generatörlerin şebeke ile lokal salnmlarn (∼1 Hz) sönümleyici ayar çalşmalar yaplmştr. Diğer yandan, ENTSO-E CESA sistemi ile enterkonneksiyon projesi kapsamnda gerçekleştirilen PSS ayar çalşmalarnda esas olarak iki performans kriteri göz önüne alnmştr:

• Bölgesel salnmlarn sönümlendirilmesi,

• Bölgeler aras salnmlar arttrc tepki verilmemesi.

Bölgesel Salnmlarn Sönümlendirilmesi

Güç sistemine bağl her generatör sistemin geri kalanna göre salnmaktadr. Bu salnmlarn sebebi hat açmas, gerilim ayar değeri değişiklikleri, yüksek gerilim transformatör kademe değiştirmesi gibi olağan güç sistemi olaylardr [9]. Genellikle, generatörlerin bu salnmlar sönümlendirme performansn analiz etmek amacyla, AVR çevriminin girişine gerilim ayar değerinin ∼%2’sine karşlk gelen adm değişiklik uygulanr (step-response test). Bu test PSS’in aktif olmadğ ve aktif olduğu durumlar için tekrarlanr ve iletim sistemine bağl bir makine için lokal salnm frekans etrafnda aktif güç salnmlarnn PSS devrede iken daha iyi sönümlenmesi beklenir. Bu kapsamda Temelli DGKÇS’de gerçekleştirilen testlerin sonuçlar Şekil 5’te gösterilmiştir.

Step Test Results - PSS Off 1.05

500 400 300 2000 0.76 0.74 0.72 0.7

Step Test Results - PSS On 1.05

500 400 300 2000 0.74 0.72 0.7 0.68

Şekil 5. PSS’in lokal salnmlar sönümleyici etkisi [14].

Bölgeler Aras Salnmlara Arttrc Tepki Verilmemesi

Yukarda da belirtildiği gibi, ENTSO-E CESA sistemi ile senkronizasyon sonras, frekans ~0.1 Hz’e kadar düşebilen bölgeler aras salnm problemi muhtemeldir. Elektrik makinelerinin sönümleme karakteristiğinin damper sarglarn zaman sabitleriyle sk ilişkili olduğu düşünüldüğünde ve ~0.1 Hz’lik salnmlarn bu zaman sabitlerine göre göreceli uzun olduklar göz önüne alndğnda, PSS’lerin bu denli düşük frekanslarda, bölgesel salnmlarda olduklar kadar aktif olmalar söz konusu değildir [6]. Ancak bu noktada temel beklenti, en azndan PSS’in ikaz sistemi araclğyla, makinenin doğal sönümleme karakteristiğini olumsuz etkilememesidir. Bu durumun test edilmesi amacyla, AVR çevriminin girişine çkş gerilimini ∼%2 civarnda değiştirecek şiddette sinusoidal değişiklik uygulanr (frequency response test). Test sonuçlar değerlendirilirken, 0.1 Hz ile 10 Hz arasndaki frekans spektrumundaki salnmlar analiz edilir ve 0.5 Hz’in üstündeki salnmlar için aktif güç sinyalindeki salnmlarn, 0.5Hz’in altndaki salnmlar için de terminal

gerilimi sinyalindeki salnmlarn PSS devrede iken daha iyi sönümlenmiş olmas beklenmektedir. Böylece, bölgeler aras salnmlar için PSS’de yaplan parametre değişikliğinin, PSS’nin lokal salnmlardaki olumlu etkisine zarar vermediği gözlemlenir. Temelli DGKÇS’de gerçekleştirilen testlerin sonuçlar Şekil 6’da gösterilmektedir. Şekilde de görüldüğü gibi, Fast Fourier Transform (FFT) analizi sonucunda geniş bir frekans bandnda (0.1 Hz – 5 Hz) PSS’in olumlu etkisi görülmektedir.

3 x 10-3

Amplitude Spectrum of Electrical Power

PSS OFF PSS ON

Amplitude of Delta Power (pu )

3.5

4.5

Şekil 6. Tipik PSS performans test sonuçlar –FFT analiz [14]

Baz Senaryoda yalnzca güç sistemi dengeleyicilerinin mevcut parametre değerlerinin [9]-[15]’te önerilen değerlerle değiştirilmesinin ardndan yaplan simulasyonlar sonucunda, maksimum yüklenme koşullarnda sistem frekans Şekil 7’de gösterildiği gibi bulunmuştur (Senaryo 2). Şekil 7’de gösterilen durumdaki sistem frekans Şekil 3 (Baz Senaryo) ve Şekil 4’de (Senaryo 1) gösterilenler ile kyaslandğnda, parametre optimi-zasyonu sonras güç sistemi dengeleyicilerinin bölgeler aras salnmlar açsndan çok önemli bir iyileştirme sağladğ gözlenmektedir.

50.005

The Time Domain Simulation of the Interconnected System

49.995

49.99 49.985

49.975

49.965

49.9550

Şekil 7. Senaryo 2 => Sebeke frekans [5]. (PSS ayarlarnn optimizas-yonunun sistem dinamik performansna olumlu etkisi.)

3.3. Yenilikçi Önlemler

3.3.1. STATCOM Denetleyici Modifikasyonu

STATCOM’un çok hzl reaktif güç verme/çekme özelliği dolaysyla iletim şebekelerinde çok hzl bir şekilde gerilim/reaktif güç regülasyonu sağladğ bilinmektedir [9]. Bu analizde Türkiye iletim şebekesi için TÜBİTAK UZAY Güç Elektroniği Bölümü tarafndan gerilim regülasyonu amacyla modüler olarak geliştirilen ±50 MVAR STATCOM’un kontrolcüsünde yaplacak modifikasyonlarn bölgeler aras salnmlara etkisi analiz edilmiştir.

Baz Senaryoda Sincan 380 kV barasna (ksa devre gücü minimum yük koşullarnda 19700 MVA) transformatör ile bağl ±50 MVAR kapasitesindeki STATCOM’un denetleyici modifikasyonunun ardndan yaplan simulasyonlar sonucunda, ENTSO-E CESA sisteminde 1200 MW üretim kayb sonrasnda, sistem frekans Şekil 8’de gösterildiği gibi hesaplanmştr (Senaryo 3). Şekil 8’de gösterilen durumdaki sistem frekans Baz Senaryonun sonucu ile kyaslandğnda, gerilim kontrollü STATCOM gibi statik güç sistemi elemanlarnn sönümlendirme amacyla kullanlmasnn da sistem dinamik kararllğn önemli ölçüde iyileştirdiği gözlenmektedir.

Frequency of Turkey Frequency of Central Europe

Şekil 8. Senaryo 3 => Sebeke frekans [5] (±50 MVAR STATCOM’un denetleyici modifikasyonu sonras sistem dinamik performansna etkisi).

3.3.2. Statik VAR Kompansator (Static Var Compansator, SVC) Denetleyici Modifikasyonu

Şebekeye iletim seviyesinden bağl olan darbeli yüklerin (ark ocaklar) reaktif güç kompanzasyonu için SVC kullandklar bilinmektedir. Bu analizde SVC’lerin kontrolcülerinin bölgeler aras salnmlar sönümleyici biçimde revize edilmesinin etkisi analiz edilmiştir.

Baz Senaryoda enterkonneksiyon projesi kapsamnda SVC modifikasyonu yaplmas öngörülen Türkiye’deki 4 büyük ark ocağndan herhangi bir anda aşağda özellikleri verilen 3 tanesinin aktif olduğu varsaylmştr:

• SVC 1 - 310 MVAR kapasite - 3093 MVA busbar, • SVC 2 - 300 MVAR kapasite - 4942 MVA busbar, • SVC 3 - 330 MVAR kapasite - 7623 MVA busbar.

Yaplan simulasyonlar sonucunda, ENTSO-E CESA sisteminde 1200 MW üretim kayb sonrasnda, sistem frekans Şekil 9’da gösterildiği gibi bulunmuştur (Senaryo 4). Şekil 9’da gösterilen durumdaki sistem frekans Şekil 3 ile kyaslandğnda, SVC gibi statik güç sistemi elemanlarnn sönümlendirme amacyla kullanlmasnn sistem dinamik kararllğn önemli ölçüde iyileştirdiği gözlenmektedir.

3.3.3. Sönümleme Direnci Uygulanmas

Son olarak, bölgeler aras salnmlar sönümlendirmek için sadece salnm zaman devreye girecek sönümleme dirençlerinin etkisi analiz edilmiştir. Sönümleme dirençleri Baz Senaryoda, Sincan barasna bağl 5 MW kapasitesindeki sönümleme direncinin, sistem salnmlarn sönümlendirmeyi amaçlayan bir denetleyici tarafndan, salnm esnasnda frekansn yükseldiği anlarda devreye alnp frekansn düştüğü anlarda devreden çkartlmas şeklinde modellenmiştir. Simulasyonlar sonucunda, ENTSO-E CESA sisteminde 1200 MW üretim kayb sonrasnda, sistem frekans ve sönümleme

Gencoğlu C., Tör O. B., Güven N., Bölgeler Arası Düşük Frekanslı Generatör Salınımlarını Sönümleyici Faktörler ve Türkiye ENTSO-E CESA Enterkonneksiyonu için Çözümler, EMO Bilimsel Dergi, Cilt 1, Sayı 1, Syf 39-43, Haziran 2011

direnci tarafndan çekilen güç Şekil 10’de gösterildiği gibi simüle edilmiştir (Senaryo 5). Şekil 10’da gösterilen durumdaki sistem frekans Şekil 3 ile kyaslandğnda, genelde topraklama ya da deşarj amacyla kullanlan direncin sistem salnmlarn sönümlendirme amacyla kullanlmasnn, beklendiği gibi sistem dinamik kararllğn önemli ölçüde iyileştirdiği gözlenmektedir.

Şekil 10’da, ayn olay için, sistem frekans ile birlikte sönümleme direnci tarafndan harcanan enerjinin zaman ekseninde değişimi görülmektedir. Sönümleme direncinin tipik bir olay başna yaklaşk olarak 0,056 MWhr enerji harcadğ hesaplanmştr. Şekilde de görüldüğü üzere, sönümleme direnci sadece bölgeler aras salnm nedeniyle frekansn yükseldiği anlarda devreye girmek suretiyle sistemdeki generatörlerin ivmelenmelerini engellemektedir.

Şekil 9. Senaryo 4 => Sebeke frekans [5] (SVC’lerin denetleyici modifikasyonlarnn sistem dinamik performansna olumlu etkisi).

50.02 50

49.98 49.96 49.940

Power (MW)

Energy (MWxseconds)

200 150 100

50 00

Time (Seconds)

Şekil 10. Senaryo 5 => Sönümleme direnci tarafndan çekilen güç ve enerji [5](Sönümleme direncinin sistem dinamik performansna olumlu etkisi).

I4V..SSoonnuuççvveeÖÖnneerrilielerr

Bilgisayar simulasyonlarna dayal analizlere göre, ENTSO-E CESA Sistemi ve Türkiye iletim sistemlerinin enterkonneksiyonu sonras beklenen düşük fekansl bölgeler aras salnmlar sönümlendirmek için en etkili önlemin, santrallerin PSS parametre ayarlarnn yeniden optimize edilmesi olduğu anlaşlmştr. Diğer yandan, uzun cebri borulu hidrolik santrallerin bu salnmlar artrc etkilerinin olabilmesi ve Türkiye’de bu tür hidrolik santrallerin ağrlğnn görece fazla olmas, hidrolik santrallerin hz regülatörü denetleyici

parametrelerinin göstermektedir.

optimize

edilmesinin

önemini

Bu konvansiyonel önlemlerin yan sra, STATCOM, SVC ve sönümleme direnci gibi statik güç sistemi elemanlarnn sistem salnmlarnn sönümlendirilmesi amacyla kullanlmalarnn, beklendiği üzere sistem sönümlendirme performansn iyileştireceği, dolaysyla gerek sistem kararllğn ve bağlantnn sürekliliğini sağlamak, gerekse de iletim sistemleri arasndaki net transfer kapasitesini (başka bir deyişle elektrik ticaret hacmini) arttrmak için alternatif yöntemler olarak değerlendirilebileceği öngörülmüştür.

TEİAŞ ve TÜBİTAK UZAY Güç Sistemleri Bölümü önderliğinde büyük santrallerin hemen hepsi için her iki konvansiyonel yöntemin uygulanmas tamamlanmştr. Ayrca, TÜBİTAK UZAY Güç Elektroniği Bölümünün geliştirdiği STATCOM’un kontrolcüsü amaca yönelik modifiye edilmiştir. SVC denetleyici modifikasyonu çalşmalar devam etmekte olup, sönümlendirici direnç uygulamas için ilk önce enterkonneksiyon sonras deneme sürecindeki salnmlarn gözlenmesi önerilmektedir.

V5. . KRaefyenraaknlsalrar

[1] ‘‘Preventive Measures for Effective Damping of Inter-area Oscillations after the Synchronous Interconnection of the Turkish Power System with the UCTE Power System’’, UCTE, Mayıs 2009.

[2] H. Breulmann, E. Grebe, M. Lösing, et. al., ‘‘Analysis and Damping of Inter-Area Oscillations in the UCTE/CENTREL Power system’’, in CIGRE session 2000, 2000, paper 38-113.

[3] C. Gencoglu, ‘‘Assessment of the Effect of Hydroelectric Power Plants’ Governor Settings on Low Frequency Inter Area Oscillations,’’ Ms Thesis, Middle East Technical University, Tem. 2010.

[4] ‘‘Complementary Studies for the Synchronization of the Turkish Power System with the UCTE Power System’’, UCTE, Mayıs 2007.

[5] O. B. Tor, C. Gencoglu, O. Yilmaz, E. Cebeci, A.N. Guven, ‘‘Damping Measures against Prospective Inter Area Oscillations between Turkish Grid and ENTSO-E CESA System,‘‘ (IEEE PowerCON 2010 konferansında basılmak üzere kabul edilmi tir)

[6] IEEE Tutorial Course, ‘‘Power System Stabilization via Excitation Control,’’ in IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2007.

[7] DIgSILENT Company, http://www.digsilent.de/, [Erişim: 3 Eylül 2010].

[8] P. Kundur, Power System Stability and Control, New York: McGraw-Hill, 1994.

[9] J. Taborda, ‘‘Elbistan B AVR & PSS Settings Analysis,’’ JT Systems, Nussbaumen, Switzerland, Aralık 2008.

[10] J. Taborda, ‘‘Proposal for AVR and PSS Settings: Karakaya HPS,’’ ABB, Zurich, Switzerland, Temmuz 2008.

[11] F. Riegger, ‘‘Ataturk Unit 1 PSS Test Results,’’ ABB, Zurich, Switzerland, Kasım 2008.

[12] J. Taborda, ‘‘PSS Tuning and Testing Report: Oymapinar HPP,’’ JT Systems, Nussbaumen, Switzerland, Ocak 2010.

[13] J. Taborda, ‘‘PSS Testing Report: ENKA CCPP UN TS 21X (GT) and 21A (ST),’’ JT Systems, Nussbaumen, Switzerland, Nisan 2010.

[14] C. Gencoglu, O. B. Tor, ‘‘PSS Retuning Site Tests for Gas Turbines of Ankara (Baymina) NGCCPP: Observer Report’’, TUBITAK UZAY Güç Sistemleri Bölümü, Ankara, Türkiye, Nisan 2010.

[15] C. Gencoglu, O. B. Tor, ‘‘PSS Retuning Site Tests for Gas & Steam Turbines of Izmir (Aliaga) NGCCPP: Observer Report’’, TUBITAK UZAY Güç Sistemleri Bölümü, Ankara, Türkiye, Mayıs 2010.