Elektrik güç sistemlerinde gerilim çökmeleri ve çatallaşma noktalarının dinamik olarak tespit edilmesi

Abstract

Güç sistemi üzerinde statik analiz, modal analiz, sürekli güç akışı analizi, tekil değer ayrıştırması analizi, ve çatallaşma analizi gibi metotlar ile gerilim kararlılığı başta olmak üzere, güç sisteminin maksimum yüklenebilirlik sınırı, kararlılık sınırı ve meydana gelebilecek kararsızlık mekanizmaları hakkında öngörüler geliştirilmesi, detaylı iyileştirme algoritmaları ve erken müdahale araçları oluşturulması önemlidir. Q-V eğrisi analiz metodu güç akışı programlarının özellikle maksimum güç transferi şartlarına yakın çalışma bölgelerinde P-V eğrileri ve güç akışı hesaplamalarında oluşan yakınsama hatalarının zorluklarının üstesinden gelmek amacıyla kullanılan önemli bir araçtır. Bu analiz yönteminin en bilinen uygulamalarının başında hiç şüphesiz, Q-V eğrileri üzerinde yapılan çatallaşma analizleri gelmektedir. Çatallaşma analizi güç sistemlerinde işletme ve planlama aşamalarında, dinamik sistem analizi incelemelerinde özellikle de gerilim kararlılığı menşeli reaktif güç planlamalarında sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Bu tezde doğrusal olmayan ve yoğun reaktif güç talep eden dinamik yüklerin bulunduğu üç baralı bir güç sistemi üzerinden reaktif güce bağlı gerilim çökme safhaları incelenmiştir. Yapılan dinamik analizde farklı reaktif güç talebi değerlerinde sistemin Q-V eğrileri üzerinde tespiti yapılan hopf, eyer noktası ve periyot ikiye katlama gibi çatallaşmalar için periyodik yörünge analizleri yapılarak, bu çatallaşma oluşumlarının sistem üzerinde fiziksel etkileri irdelenmiştir. Bundan başka periyot yörüngelerinin kaosa bir başka ifade ile kontrol edilemezliğe sürüklendiği değişim aşamaları incelenmiştir. Bu bilgiler ışığında özellikle hopf ve periyot ikiye katlama çatallaşmalarında meydana gelen periyodik-2 n yörüngelerin önce limit döngülerine daha sonra ardışıl bir şekilde ilerleyerek tuhaf çekere(strage attractor) ondan sonra kararsızlığını kaybetmiş olarak periyodik-2n+1 yörüngesine dönüşebildiği bundan en sonra da geri döndürülemeyecek bir karmaşıklıkla tam bir kaosa sürüklenebileceği gösterilmiştir. Çalışmanın iyileştirici müdahale kısmında reaktif güce maruz üç baralı güç sistemi için yüklü baraya periyodik yörünge takibi yapılarak reaktif güç temininin ilgili bara üzerinde oluşması muhtemel kritik çatallaşmaları elimine ederek diğer çatallaşma oluşumlarını da daha yüksek reaktif güç talebi değerlerine öteleyeceği, bundan başka yapılan iyileştirmelerin ilgili baranın yüklenebilirlik sınırlarını genişlettiği gösterilmiştir. Bu tezde ağırlıklı olarak Q-V eğrilerin üzerinden incelemesi yapılan güç sisteminin uzun dönem ve kısa dönem gerilim kararlılık analizlerinde ve gerilim çökmelerine doğru sürüklenen sistem davranışlarının tespit edilmesinde, dinamik çatallaşma noktası tespiti algoritmalarının çoklu kararlılık analiz araçlarının yardımcı bir unsuru olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.

For the aim for forecasting stability and remedial actions in electrical power systems it is crucial of using static analysis, modal analysis, power flow analysis singular value decomposition and bifurcation analysis methods. The Q-Vcurve method has been adopted by many utilities because of its advantages on convergenceand direct relationship with reactive compensation. Bifurcation analysis is mainly used along with Q-V curve analysis. In this thesis, voltage collapse formation phases induced by a dynamic non-linear and intense reactive power demanded load, have been investigated on a three-bus power system. Formation of hopf bifurcation, period doubling bifurcation and saddle node bifurcation on Q-V curve have been discussed with their effects on physical system dynamics along with reactive power demand value and initial condition of power system parameters. By the sight of sensitivity for initial condition rule for chaotic systems, formation of cascading period orbits and doublings has also been traced near bifurcation points phase by phase. In remedial action part of this thesis, it has been demonstrated that procedures of reactive power injections in heavily reactive loaded busbar with tracking formation of periodic orbits on Q-V curves, eliminate viable bifurcations and change them with fewer viable ones. After applying this remedial action scheme on heavily reactive loaded busbar, loadability level of mentioned busbar was enhanced into larger levels. With holding detailed cross-check analyses for effects of bifurcation formation on Q-V curve, It has been proved that applying the algorithms for dynamic detection of bifurcation points used in this thesis, strengthens capabilities of multi-stability assistant tools for short-term and long-term voltage stability analysis in electrical power systems.