güç sisteminde svc ve statcom denetleyici etkilerinin İncelenmesi

6th International Advanced Technologies Symposium (IATS11), 16-18 May 2011, Elaz, Turkey

287

Investigation of SVC and STATCOM Controller

Effects in the Power System

AbstractBecause of increased demands and loads of different

quality, electric power systems are growing so stability and

control of power systems are difficult. In these systems, the

transmission line capacity is increased by reactive power

compensation and control can be performed. In recent years,

reactive power compensation elements FACTS (Flexible

Alternating Current Transmission Systems) devices are used.

FACTS devices include power electronic components. They have

a faster response than conventional compensators. In this study,

SVC (Static VAR Compensator) and STATCOM (Static

Synchronous Compensator) that are known as the FACTS

devices are used. These devices are connected to the

transmission line as shunt. As a result of the this simulation

study, the effects of FACTS devices on the voltage stability,

active - reactive power and transmission line losses were

investigated.

KeywordsPower System, Voltage Stability, FACTS, SVC,

STATCOM

I. GR

Gnmzde, endstriyel byme ve toplumsal

gelimelerden dolay g talepleri hzla artmaktadr. Bununla

birlikte, yeni enerji retim merkezlerinin ve iletim

ebekelerinin kurulmas evresel etkenler ve ekonomik

nedenlerden dolay daha da zorlamaktadr [1]. Enerji iletim

sistemlerinin kontrolnde en nemli sorunlardan bir tanesi de

reaktif g kompanzasyonudur. Reaktif g, iletim

sistemlerinde kayplarn artmasna, iletim hattndan tanan

g kapasitesinin azaltlmasna ve hat sonundaki gerilimin

genliinde deimelere neden olmaktadr. Bundan dolay

iletilebilir g artrmak, kayplar azaltmak ve gerilimin

genliinin kararlln salamak iin reaktif g

kompanzasyonu yapmak gerekir [2]. Reaktif g

kompanzasyonu hem iletim kapasitesi hem de gerilim

kararlln iyiletirmede ou zaman en etkili yntem olarak

kullanlmaktadr [3]. Bu amala g sistemlerinde reaktif g

kompanzasyon ve almalar ve uygulamalar yaygn bir

ekilde yaplmaktadr.

Byk gl ve hzl devreye girip kan yklerin g

faktr geleneksel elektromekanik kompanzasyon

dzenekleri ile dzeltilmesi zordur. Bunun nedeni geleneksel

kopmanzasyon sistemleri, ykn ani ekilde ihtiya duyduu

reaktif g talebine hemen cevap verememesi ve tepki

sresinin uzun olmasdr. Bu durumda ihtiya duyulan

kapasitif reaktif gcn kompanzasyon sisteminden

karlanamamas durumu ortaya kmaktadr [4]. Buna bal

olarak enerji iletim ve datm sistemleri iin hzl

kompanzasyon ihtiyac giderek nem kazanmaktadr.

Gnmzde g elektronii elemanlar, anahtarlama

hzlarnn yksek olmas nedeniyle kompanzasyon

uygulamalarnda tercih edilmektedirler. G sistemlerinde

kompanzasyonunun yar iletken anahtarlar ile yaplmas

durumunda, gerilim kmelerinin nlenebilecei ve geici ve

dinamik kararl iyiletirebilecei grlmtr [5].

Temel yaplar g elektroniinin elemanlarndan oluan

reaktif g kompanzasyon elemanlar olan FACTS cihazlar

teorik olarak enerji nakil hattnn herhangi bir noktasna

balanabilmekte olup denetleme ilevini hzl bir ekilde

yerine getirmektedir.

Bu almada, alt baral bir g sisteminde FACTS

cihazlarndan olan ve hatta paralel olarak balanan SVC ve

STATCOM reaktif g kaynaklar kullanlmtr. G

sistemin statik hal performanslar olan; gerilim kararll,

sistemin g tama kapasitesi, sistemdeki kayplarn analizi

iin Power System Analysis Toolbox (PSAT) [6] program

kullanlarak sonular elde edilmitir.

II. FACTS CHAZLARI

Modern kompanzasyon yntemlerini oluturan FACTS

aygtlarnn, ok ksa srede tepki vermesi, her fazn ayr ayr

denetlenebilirlii, dengesiz ykleri kompanze edebilmesi

dikkate alndnda bu cihazlarnn kullanm nem

kazanmaktadr [7, 8]. FACTS kontrol bakmndan g

elektronii tabanl olduundan geleneksel kontrolrlere gre

S. Tosun1, A. ztrk 2, M.A. Yalcn3, K. Dolu 4, U. Gven 5

1Dzce niversitesi, Trkiye, [email protected]

2Dzce niversitesi, Trkiye, [email protected],

3Sakarya niversitesi, Trkiye, [email protected],

4Dzce niversitesi, Trkiye, [email protected] 5Dzce niversitesi, Trkiye, [email protected]

G Sisteminde SVC ve STATCOM Denetleyici

Etkilerinin ncelenmesi

S. Tosun, A. ztrk, M.A. Yalcn, K. Dolu, U. Gven

288

daha hzl tepki verirler. Bu cihazlar uygun olarak

kullanldklar zaman iletim hatlarnn kararllk snrlarn

artrr. FACTSlarn iki temel amalar vardr. Bunlardan

birincisi iletim sistemlerinin g tama kapasitelerinin

arttrlmas, ikincisi ise iletim hatlar zerindeki g akn

kontrol etmektir [9].

Gnmzde FACTS ad altnda bir ok g ak

denetleyicisi gelitirilmitir. Bunlardan en yaygn olarak

kullanlanlar; Statik Var Kompanzatr (SVC), Tristr

Kontroll Seri Kapasitr (TCSC), Statik Kompanzatr

(STATCOM), Birleik G Ak Kontrolr (UPFC), Faz

Kaydrcs ve Statik Senkron Seri Kapasitr (SSSC) olarak

gsterilebilir.

A. SVC

SVCnin ana grevi, bal olduu baraya kontrol verilerine

bal olarak kapasitif veya endktif akm enjekte etmektir

[10]. Statik VAr kompanzatr g sisteminde ekilen reaktif

gcn kontrol ile bal olduu sistem geriliminin belirlenen

snrlarda kontrolne imkan salamaktadr. ok bilinen

ekilleri, sabit kapasiteli tristr kontroll reaktr(TCR) ve

tristr kontrollu kapasite (TSC)dir. ekil 1de SVCnin basit

yaps, gerilim kontrolu iin gsterilmitir.

Yar iletkenlerin kullanlmasyla gerekletirilen SVC

elemannn alma prensibi; kondansatr ve/veya

reaktrlerin, hesaplanan tetikleme alarna bal olarak

ebekeye sokup karlarak, deiken deerli nt empedans

elde etmeye dayanr. Uygun tetikleme ile statik VAr

generatrnn bal olduu barada maksimum kapasitif

reaktif g deerinden, maksimum endktif reaktif g

deerine kadar geni bir aralkta reaktif g ayar yaplabilir

[11]. Cihazn kapasitif veya endktif alma durumunu

endktans belirler. Endktansn deeri ise aadaki denklem

(1) ile belirlenir [12].

2sin)(2 LV XX (1)

Burada XL tristr kontrolsuz temel indktif reaktans ve ise

tetikleme asdr. Kontrolorn toplam empedans aadaki

denklem (2) eitlii ile bulunur.

)1

2(22sin

/

x

xCe

r

rXX

(2)

Burada, LCx X/Xr tetikleme alarnn snrlar ile

kontrolrlerin limit deerlerini verir, Xc ise kapasitif

reaktanstr. SVCnin k gc ise aada belirtilen

denklem (3) ile belirlenir.

cv

cX

V

X

VQ

22

(3)

Burada, V hattn gerilimidir.

V I

a:1

CL

Vi

Kontrolr+ -

Vref

ekil 1: SVC nin temel yaps ile gerilim kontrol

SVCnin srekli alma altdaki gerilim kontrol

karakteristii de ekil 2de gsterilmitir [13]. Burada Vref

sistemin normal yklenme durumundaki gerilim deerini

gstermektedir. Bmax tm kapasitelerin devreye alnmasn,

Bmin ise tm kapasitelerin devreden kartldn

gstermektedir. Bunlara bal olarak sisteme verilen akmn

endktif veya kapasitif olmas salanr. Bu sistemde SVC

ayarlanabilir bir reaktif g kayna gibi davranarak bal

olduu g sistemini kontrol eder.

ekil 2: SVCnin srekli almada V-I karakteristii

B. STATCOM

Gelimi Statik Var Kompansatr olarak bilinen

STATCOM, bir DC depolama eleman ile fazl sistem

arasna invertr balanarak yaplan FACTS kontrolrdr.

letim hattna paralel balanarak iletim hattndan kontroll

reaktif g ekip, hattn gerilim dzenlemesini yapmaktadr.

Bu ilem STATCOMun esas grevidir [14]. ekil 3de

grld bir STATCOM, bir balant transformatr,

gerilim kaynakl inverter ve DC enerji depolama elemanndan

olumaktadr. Enerji depolama eleman olduka kk bir

kondansatr ise STATCOM hat ile sadece reaktif g al

verii yapabilir. Eer DC kondansatr yerine bir akmlatr

veya dier bir DC gerilim kayna kullanlrsa, iletim sistemi

ile aktif ve reaktif g alverii yapabilir. STATCOMun

k geriliminin genlii ve faz as deitirilebilir. Bir

inverterin AC k geriliminin temel bileeninin genlii

dcaVmV 0 eklinde kontrol edilir. Burada am modlasyon

indeksidir [15-17].

G Sisteminde SVC ve STATCOM Denetleyici Etkilerinin ncelenmesi

289

ekil 3: STATCOM devre emas

ekil 4de STATCOMun srekli halde alma halinde V-I

grafii verilmitir. Grafikte g sistemine, belli aralkta hem

endktif ve hem de kapasitif akm salanabildii

grlmektedir.

ekil 4: STATCOMun srekli durumda VI karakteristii.

nverterden hatta doru akan, akmn genlik deeri aadaki

denklem (4) ile hesaplanabilir

X

VVI acac

0 (4)

Burada X balant transformatrnn kaak reaktansdr.

Karlkl alnp verilen reaktif g ise denklem (5)deki gibi

ifade edilebilir.

X

VVVQ ac

cos020 (5)

Sistemde inverter k gerilimi, AC sistem gerilimine gre

ileride ise, inverter DC kondansatrden SC sisteme aktif g

verecektir. Eer inverter k gerilimi AC sistem

geriliminden geride ise, inverter AC sistemden aktif g

ekecektir. Srekli durumda alnp verilen aktif g miktar

genellikle kktr. Gerilim kaynakl inverter ile AC sistem

arasndaki aktif g alverii denklem (6) kullanlarak

hesaplanabilir.

X

VVP ac

sin0 (6)

III. SMLASYON ALIMALARI

Bu alma PSAT program ile 6 baral sistemde

kullanlarak ve sistemin yk baralarndaki -V erileri baz

alnarak yaplmtr. Burada yklenme parametresi ad

verilen yk art orann temsil etmektedir. Sisteme ve

FACTS denetleyicilerine ait kullanlan parametreler PSAT

program ierisinde mevcuttur. ekil 5te 6 baral sistemin

genel yaps gzkmektedir.

ncelikle 6 baral g sisteminin srekli g ak analizi

yaplarak SVC ve STATCOM olmakszn maksimum

yklenme parametrelerinin bulunmas yoluna gidilmitir.

Daha sonra da sistemin gerilim kararll bakmndan en

zayf baralarna SVC ve STATCOM balanarak V

deiim erileri elde edilmitir. SVC ve STATCOMun g

sisteminin statik kararllna etkisini anlamak iin ncelikle

6 baral sistemin sade hali (temel durum) ile V erileri

izilmi ve bylece statik yklenme snrlar (max )

bulunmutur. Burada yklenme parametrelerinden, aktif ve

reaktif gler elde edilebilir. Bunlara ilikin denklemler

aada verilmitir.

)1( LOL PP (7)

)1( LOL QQ (8)

Burada, PL0 ve QL0 balang anndaki veya temel gleri

ifade etmektedir. PL ve QL ise i. barada deeri ile belirlenen

aktif ve reaktif glerdir [18]. Ayn zamanda sitemde yaplan

bu almalar ile meydana gelen aktif ve reaktif g kayplar

da incelenmitir.

ekil 5de verilen sistemde 1. bara salnm baras diye ifade

edilen referans baradr. Bu bara gerilimi her an sabit tutacak

kadar gl kabul edilir. G as sfrdr. 2. ve 3. baralar ise

P-V veya gerilim kontroll baralar ifade eder. Bu

generatrlerin uyarmalarna etki yaplarak gerilimi sabit

tutulur. 4.,5. ve 6. baralar ise P-Q veya yk baralardr. Bu

baralar ehirlerin veya sanayilerin beslendii baralardr.

ekil 5: 6 baral sistemin genel emas


290

Tablo 1de normal yklenme deerleri verilen g sistemi

srekli yk ak sonucu ekil 6de V erileri ve ekil

7de baralarn gerilim deerleri gsterilmitir.

Tablo 1: Sistemin generatr ve yk verileri

Bara Tipi Bara

No

Gerilim

pu (kV)

Aktif

G

(MW)

Reaktif

G

(MVAr)

Salnm 1 1.06 (230 kV) - -

P-V 2 1.04 (20 kV) 150 -

P-V 3 1.03 (20 kV) 100 -

Yk 4 - 100 70

Yk 5 - 90 30

Yk 6 - 160 110

ekil 6: yk baralarnda srekli yk ak sonucu elde edilen V

erileri

ekil 7: Sistem baralarnda srekli yk ak sonucu elde edilen

gerilim deerleri

Yaplan yk ak sonucu en kritik bara olarak grlen 6. bara

deerleri Tablo 2de gsterilmitir. Bu durumda sistemde

aktif g kayb ve reaktif g kayb ise Tablo 3de

gsterilmitir.

Tablo 2: G sisteminde kritik yk baras deerleri

Bara max (pu) Gerilim (pu)

6. bara 2.4365 0.5656

Tablo 3: G sistemindeki kayplar

Aktif Kayplar (pu) Reaktif kayplar (pu)

0.85463 6.0476

A. SVC Analizi

Sistemde gerilim kararll bakmnda en kritik durumda

olan 6 nolu barada iyiletirme almalar yapmak gerekir. Bu

durumda 6 nolu baraya SVC ilave edilerek yk ak

almalar ekil 8deki gibi yaplmtr. Sisteme ilave edilen

SVCnin parametreleri Tablo 4deki gibi seilmitir.

ekil 8: Kritik yk barasna SVC ilave edilmesi durumu

Tablo 4: SVC denetleyicisinin parametreleri

S

(MVA)

V

(pu)

f

(hertz)

Tr

(s)

Kr

(pu/pu)

Vref

(pu)

100 230 60 10 40 1.00

G ak sonucu en kritik bara olan 6. baraya SVC ilave

edilmesiyle gerilim kararllnda iyilemeler, sistemden

ekilen gte art ve sistemdeki aktif ve reaktif kayplarn

deiimi aadaki ekil 9, ekil 10 ve Tablo 5de

gsterilmitir.

G Sisteminde SVC ve STATCOM Denetleyici Etkilerinin ncelenmesi

291

ekil 9: 6 nolu yk barasna SVC ilave edilmesi sonucu elde edilen

V erileri

ekil 10: 6 nolu yk barasna SVC ilave edilmesi sonucu elde edilen

gerilim deerleri



6. bara 3.0019 0.67295

6 nolu baraya SVC eklenmesine bal olarak g sistemindeki

aktif g ve reaktif g kayplarnda deimeler salanmtr

bu deiimler Tablo 6 ile verilmitir.



0.68539 5.3957

B. STATCOM Analizi

Sistemde gerilim kararll bakmnda en kritik durumda

olan 6 nolu barada iyiletirme almalar yaplmas gerei

belirtilmiti. Bu durumda ayn baraya yani 6 nolu baraya

STATCOM ilave edilerek yk ak almalar ekil 11deki

gibi yaplmtr. Altnc baraya ilave edilen STATCOM

eleman iin seilen parametre deerleri Tablo 7de

verilmitir.

ekil 11: Kritik yk barasna STATCOM ilave edilmesi durumu

Tablo7: STATCOM denetleyicisinin parametreleri

S

(MVA)

V

(pu)

f

(hertz)

Kr

(pu/pu)

Tr

(s)

Imax (pu)

Imin (pu)

100 230 60 40 0.1 3.8 1.0

Yaplan g ak sonucu en kritik bara olan 6. baraya

STATCOM ilave edilmesiyle gerilim kararllnda

iyilemeler, sistemden ekilen gte art ve sistemdeki aktif

ve reaktif kayplarn deiimi aadaki ekil 12, ekil 13 ve

Tablo 8de gsterilmitir.

ekil 12: 6 nolu yk barasna STATCOM ilave edilmesi sonucu

elde edilen V erileri


292

ekil 13: 6 nolu yk barasna STATCOM ilave edilmesi sonucu elde

edilen gerilim deerleri



6. bara 3.0792 0.87136

6 nolu baraya STATCOM eklenmesine bal olarak g

sistemindeki aktif g ve reaktif g kayplarnda meydana

gelen deiimler aadaki Tablo 9da verilmitir.



0.39823 3.4874

IV. SONULAR

ncelenen g sisteminde kritik gerilim, transfer edilen g

deerleri Tablo 10 verilmitir.

Tablo 10: Gerilim ve g deiimi

Denetleyici max(pu) Gerilim(pu)

Denetleyicisiz 2.4365 0.5656

SVC 3.0019 0.67295

STATCOM 3.0792 0.87136

Elde edilen sonulardan SVC ve STATCOM

denetleyicilerinin, bir g sisteminin statik yklenme

snrlarn ykselttii grlmtr. Bylece gerilim kmesi

olayna kar sistemin gvenilirlii artt ifade edilebilir. Bu

sistemde, SVC ile aktif g iletim snr deeri 2.4365 puden

3.0019 pua artarken, STATCOM ile ise aktif g iletim snr

deerine 3.0792 pu olarak ulat grlmtr.

Sisteme SVC ve STATCOM denetleyicilerinin eklenmesi

ile sisteme reaktif g enjekte edilmesi sz konusudur. Bu

reaktif g, sistemdeki aktif ve reaktif kayplarnn

azalmasn salamtr. Sistemde 0.85 pu olan aktif g

kayplar SVC ile 0.68 pue, STATCOM ile 0.39 pua

drlmtr. Reaktif g kayplar ise 6.04 puden SVC ile

0.68 pue, STATCOM ile 3.48 pue indirilmitir. Kararllk

ve kayplarn azaltlmas bakmndan STATCOM ve SVC

denetleyicilerinin kullanlmasnn nemi, bu alma ile

ortaya konulmutur. Incelenen sistemde kayplarn deiimi

ise Tablo 11de verilmitir.

Tablo 11: Kayplarn deiimi

Denetleyici Aktif kayp. (pu) Reaktif kayp (pu)

Denetleyicisiz 0.85463 6.0476

SVC 0.68539 5.3957

STATCOM 0.39823 3.4874

KAYNAKLAR

[1] R.K., Aggarwal, H.F., Wang and X.Y., Zhou, Detailed modeling and

simulation of UPFC using EMT, Universities Power Engineering

Conference, UPEC 2004. 39th International, Volume 1, Page(s):256-260

Vol. 1, 6-8 Sept. 2004.

[2] L., Gyugyi, Power Electronics in Electric Utilities: Static Var

Compensators, Proceedings of the IEEE, Vol. 76, No. 4, pp. 483-494,

1988.

[3] M.H. Haque, Best location of SVC to improve first swing stability limit

of a power system, Electric PowerSystem Research, vol.77, pp.1402-

1409, 2007.

[4] R., telli, Z. Aydomu, DGM-Statcom ile Reaktif G

Kompanzasyonu, Journal of Polytechnic, Vol: 10, pp.123-128, 2007.

[5] L., Gyugyi, Dynamic Compensation of AC Transmission Lines by Solid

State Synchronous Voltage Sources, IEEE Trans. On Power

Delivery,Vol. 9, Issue: 2, 904-911, 1994.

[6] F., Milano, L., Vanfretti, J.C., Morataya, J. C., An Open Source Power

System Virtual Laboratory: The PSAT Case and Experience, IEEE

Transactions on Education, Vol. 51, No. 1, pp. 17-23, February 2008.

[7] TMMOB, TMMOB Reaktif G Kompanzasyonu Seminer Notlar, stanbul EMO, 1999

[8] M., Bayram, Reaktif G Kompanzasyonu, ENTES, stanbul, 1997 [9] A., Hasanovic, Modeling and Control of The Unified Power Flow Controller (UPFC), MA Thesis, West Virginia Uni., 2000.

[10] IEEE FACTS working group 15.05.15, FACTS Application, December 1995.

[11] U., Arifolu, G Sistemlerinin Bilgisayar Destekli Analizi, Alfa Yaynlar, stanbul, 2002. [12] C.A., Canizares, T.F., Zeno, Analysis of SVC and TCSC Controllers in

Voltage Collapse, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 14, No. 1, February 1999.

[13] C.A., Canizares, Power Flow and Transient Stability Models of

FACTS Controllers for Voltage and Angle Stability Studies. In Proc.

of IEEE/PES Winter Meeting, Singapore, January 2000.

[14] C., Schauder, and H., Mehta, Vector Analysis and Control of Advanced Static VAR Compensators, IEE Proceedings-C,Vol. 140, No. 4,pp.299306, 1993. [15] E., Deniz, S., Tuncer, M.T., Genolu, " Voltage Regulation in A

Distribution System By Using STATCOM with Three Level Diode

Clamped Inverter", 2009 IATS09-5th International Advanced

Technologies Symposium, Karabuk, pp.1-7.

[16] M.A., Kamarposhti and M., Alinezhad, Comparison of SVC and

STATCOM in Static Voltage Stability Margin Enhancement, World

Academy of Science, Engineering and Technology pp860-865, 2009.

[17] E. Deniz, R. teli, S. Tuncer, ve Dandl, B., "3-Seviyeli Kaskat Evirici

Kullanan D-STATCOM ile Gerilim Reglasyonu", E-Journal of New

World Sciences Academy, vol. 4(1), pp.92-105, 2009.

[18] N., Talebi, M., Ehsan, S.M.T., Bathaee, Effect of SVC and TCSC Control

Strategies on Static Voltage Collapse Phenomena, Southeast Conference,

pp.161168, Mar. 2004.

güç sisteminde svc ve statcom denetleyici etkilerinin İncelenmesi

Documents