Gerilim kararlılığı ve gerilim çökmesi sorunu, on yıllardır incelenmekte ve araştırılmaktadır. Dünya çapında bir dizi olay ortaya çıktı ve olguları daha iyi anlamak ve voltaj kararlılığı açısından güç sisteminin çalışmasını iyileştirmek için bazı yoğun çalışmalar yapıldı. Voltaj kararlılığı alanında çok çeşitli raporlar yayınlanmıştır...
Alıcı uç aktif (veya reaktif) gücün bir fonksiyonu olarak uç faz gerilimi alan bir iletim sistemini tanımlayan P-V eğrisi (veya Q-V eğrisi), gerilim kararlılığının bir sembolü haline gelmiştir. Gerilim kararlılığı (veya gerilim çökmesi) olgusunu bu şekilde tanımlamanın yolu, yük talebine göre iletim sistemi sınırlamasıyla ilgili statik bir yaklaşımdır.
Bu nedenle voltaj kararlılığına yük kararlılığı da denir (genellikle jeneratör kararlılığı olarak adlandırılan açısal kararlılıkla karşılaştırıldığında). Gerilim kararlılığı da reaktif gücün mevcudiyeti ile çok yakından ilgilidir.
Voltaj kararlılığının diğer yönleri, jeneratör yetenekleri ve sınırlamaları ile ilgilidir.
Son otuz yılda, voltaj profilinin bozulması, çeşitli şekillerde bir dizi genelleştirilmiş güç sistemi olayının nedeni olmuştur. Bu çeşitli olayların sonucu, voltaj çökmesine karşı güç sistemi korumasına yönelik artan özen ve oldukça karmaşık olabilen voltaj kararlılığı olgusunun daha iyi anlaşılması için çalışmalara katılım oldu.
İçindekiler Tablosu:
1| Gerilim Kararlılığı Fenomeni
Gerilim kararlılığı fenomeniyle ilgili süreçler çok karmaşık olabilse ve bu durumda hem statik hem de dinamik yönler ortaya çıkarsa da, dikkate alınması ve akılda tutulması gereken birkaç basit örnek yararlı olacaktır.
Sadece iki konuyu ele alalım: gerilim düşüşleri ve maksimum iletim kapasitesi.
1.1 Gerilim Düşüşleri
Şekil 1'e göre önemsiz elektrik modelini ele alalım; burada senkron bir jeneratör G, tek bir seri empedans ZL= R + jX ile temsil edilen bir iletim hattı boyunca bir yükü besler ve yükün gücü S = P + jQ'dur.
Gerilim profili adil olduğunda, hattın iki ucundaki gerilimin çok farklı olmadığını ve güç aktarım açısının ψ küçük olduğunu (ψ = hattın iki ucundaki gerilim açılarının farkı) dikkate alarak, şunu buluruz: iletim hattı boyunca iyi bilinen voltaj (gerilim) düşüşü:
ΔV = [(RP + XQ) + j(XP – RQ)] / V2
Hangi iki bileşene paylaşılabilir:
V2 ile fazda şuna eşit bir voltaj düşüşü: (RP + XQ) / V2
(XP – RQ) / V2'ye eşit, V2 ile karelemede bir voltaj düşüşü
Herhangi bir sistem operatöründen veya (neredeyse) herhangi bir koruma cihazından bakıldığında, gerilim tahmini, gerilim büyüklüğünün ölçülmesine dayanır, bu nedenle fazdaki bileşen ilk yaklaşımda dikkate alınmalıdır.
Ve yukarıdaki çok basit denklemlerden hem planlama, işletme, koruma, statik hem de dinamik yönler için ilginç ipuçları bulabiliriz, çünkü düşük voltaj düşüşleri istiyoruz:
İpucu #1 – Yüksek voltaj profili, jeneratörler ve yükler arasında iyi boyutlandırılmış iletim ağı, yük seviyesinde düşük reaktif güç tüketimi aramalıyız.
İpucu #2 – Dinamik yönlerin dikkate alınması çok önemlidir çünkü formülün tüm parametreleri gerçek zamanlı olarak değişebilir: jeneratörler ve yükler arasındaki iletim bağlantısının tutarlılığı (topoloji değişiklikleri veya hat açma nedeniyle), yükün tüketimi (yük talebindeki değişimler, yükün gerilime duyarlılığı…), gerilim profili.
İpucu #3 – ve ayrıca gerilim değerlerinin gerçeğin mükemmel bir modellemesini yemediğini de hatırlamalıyız.
Bu, operatörler ve koruma cihazları üzerinde etkiler yaratır: gerilim büyüklükleri genellikle fazörler olarak değil, dikkate alınır ve teknoloji hususları birçok kusura neden olabilir: operatörler ve koruma cihazları tarafından t zamanında alınan farklı voltajlar, aslında başka zamanlarda ölçülen ve kesin olmayan değerlerle değiştirilmiş voltajları temsil edebilir.
Ölçüm seviyesindeki %1'lik bir hatanın 400 kV'luk bir voltaj için 4 kV'u temsil ettiğini hatırlayalım ki bu, voltajı dar bir aralıkta, örneğin normal koşullarda 380 ile 420 kV arasında kontrol etmemiz gerektiğinde nispeten yüksektir.
1.2 Maksimum İletim Kapasitesi
Şekil 1'deki önemsiz elektrik modelimizi tekrar ele alalım. Bu kez jeneratör ucunda (verici uç: Bara 1) voltaj seviyesinin sabit tutulduğunu varsayacağız. Ayrıca iletim hattı direncinin reaktansa göre ihmal edilebileceğini ve yükün reaktif gücünün sıfır olduğunu belirterek problemi basitleştireceğiz.
Daha sonra alternatif varyantları ele alacağız: ilkinde, yük seviyesinde (alıcı uç: veri yolu 2) voltaj değişimi serbesttir; ikincisinde ise yük seviyesindeki gerilim de sabit tutulur
Teknik literatürden biliyoruz ki, her iki durum da yüke sağlanabilecek gerçek gücün maksimum değerinin olduğu ve voltajın sabit tutulduğu bir duruma yol açar; yük seviyesinde kabaca, yük gerilimi kontrolsüz olduğunda mümkün olan maksimum değerin değerinin iki katına çıkmasına neden olur.
Önemli bir fark da, bu yükün reaktif gücü sıfır ise, yük seviyesinde gerilimi sabit tutmanın imkansız olmasıdır; bu, yük seviyesinde gerilimi sabit tutmanın, yükün reaktif gücünü kontrol etmek anlamına geldiğini gösterir.
Yük voltajı sabit olduğunda yazılabilecek ilginç denklemlerden aşağıdakileri tutacağız:
P= [|V1|×|V2|×sinψ] / X | Real power transmitted to the load, in MW/phase |
Q2= [|V1|×|V2|×cosψ − |V2|2] / X | Reactive power at receiving end, in Mvar/phase |
Q1= [|V1|2 − |V1|×|V2|×cosψ] / X | Reactive power at emitting end, in Mvar/phase |
|V| burada, fazör V'nin büyüklüğü demektir..
Gerilim seviyesi yük seviyesinde kontrolsüz bırakıldığında, yüke verilebilecek gerçek güç ile yükün gerilimi arasındaki ilişkiyi açıklayan iyi bilinen “P-V eğrisini” çizebileceğimizi teknik literatürden de biliyoruz, bkz. Şekil 2'ye.
Bu eğri, yük direncinin değerinin bir fonksiyonu olarak da çizilebilir; A noktası sonsuz direnç ve B noktası sıfır dirençtir;eğer yayan voltaj sabit kalırsa ve yük direncinin değeri sonsuz değerden sıfıra değişirse, M çalışma noktası A'dan B'ye olan eğriyi izleyecektir.
"Kritik nokta" C'de, yüke iletilen maksimum gerçek güce sahibiz.
Yüke sağlanan belirli bir gerçek güç değeri için, M1 ve M2 olmak üzere iki olası çalışma noktası var gibi görünmektedir. Aslında, P-V eğrisinin C kritik noktasının altındaki kısmı, tatmin edici bir çalışmaya karşılık gelmez.M2 noktasında, aynı gerçek güç akışı için yükün gerilimi çok daha düşük, yük akımı ve kayıpları çok daha yüksektir.
Tüketiciler, Yükte Kademe Değiştiricili (OLTC'ler) transformatörler aracılığıyla beslenirse, bu OLTC'lerin davranışı küçük bozulma kararlı olmayacaktır.
Örneğin, OLTC'ler, transformatörün kademesini değiştirerek yükün terminallerindeki voltajı yükseltmeye çalışacaktır.Sistemden görülen yükün görünen empedansını azaltacak ve böylece gerilimi tekrar düşürecek etkiye sahip olacaktır;daha sonra OLTC'ler kademeleri değiştirmeye devam edecek ve süreç, OLTC'ler nihai kademelerine ulaşana kadar bir voltaj düşüşüne doğru devam edecektir.
Bu nedenle, P-V eğrisinin alt kısmının kararsız olduğu kabaca söylenebilir (elbette, gerçeklik daha karmaşıktır ve kesin bir tanımlamanın P-V eğrisi ile yükün özelliklerini temsil eden eğrinin kesişim noktalarını dikkate alması gerekir).Açıkçası, çalışma noktasını C kritik noktasından yeterince uzakta tutmak gereklidir.
Şekil 3'te, P-V eğrisinin V1 yayan voltajın değeri ile nasıl değiştiğini görebiliriz. Şekil 4, yayan voltajın sabit değerinde yükün doğası değiştiğinde (kapasitif ve endüktif yükler) P-V eğrisinin nasıl değiştiğini gösterir.
Burada yine bu çok basit durumlardan ilginç gözlemler çıkarılabilir:
Gözlem #1 – Belirli bir ağ yapısında, bir yükü gerçek güçle beslemek istediğimizde aşılamayan maksimum bir iletim kapasitesi vardır. Belirli koşullarda çalışma noktası kararsız hale gelebilir.
Gözlem #2 – Yüksek voltaj profili, maksimum iletim kapasitesinin artmasını sağlar.
Gözlem #3 – Jeneratörler ve yükler arasında düşük bir X değerine yol açan iyi boyutlandırılmış bir iletim ağı da aynı etkiye sahiptir.
Gözlem #4 – Yükün karakteristiği güçlü bir etkiye sahiptir. Yük güç faktörünün kompanzasyon yoluyla iyileştirilmesi, sistemin daha yüksek iletim kapasitelerine ulaşmasını sağlar..
Ancak ters bir etkisi vardır: Şönt kapasitörlerin eklenmesi, P-V eğrisinin çok düz olan üst kısmına yol açar ve bu nedenle gerilimin değeri, gerilim çökmesine yakınlığın çok zayıf bir göstergesi haline gelir. Ayrıca kritik gerilim noktasını anma gerilimine doğru hareket ettirir.
Gözlem #5 – Gerilim düşüşlerini düşündüğümüzde açıklananlarla aynı nedenlerle, dinamik yönlerin dikkate alınması çok önemlidir.
Gözlem #6 – Denklemlerden gerilim ve reaktif gücün yakından bağlantılı olduğu açıktır.
Gözlem #7 – Bir iletim hattının iki ucundaki reaktif güç oldukça farklı olabilir, biz bunu “uzak noktalara reaktif gücün iletilmesi zordur” şeklinde çevireceğiz.
Gözlem #6 ile birleştiğinde, voltajın çok düşük olduğu durumlara ulaştığımızda, bu reaktif rezervler sorunlu alandan çok uzakta olduğunda mevcut reaktif güç kapasitelerine güvenmenin imkansız olduğu anlamına gelir. Bu aynı zamanda, reaktif rezervlerin tahminine dayalı gerilim çökme indekslerinin ve bu rezervlerin mobilizasyonuna dayalı koruma eylemlerinin, rezervler çok uzaksa verimsiz olabileceği anlamına gelir.
Gözlem #8 – Yük seviyesinin kontrolsüz veya kontrollü olduğu durumların karşılaştırılmasından, bir güç sisteminde voltajın sabit tutulabileceği makul sayıda baraya sahip olmanın çok önemli olduğu sonucuna varabiliriz.
Öyleyse soru, sabit voltajlı otobüslerin nasıl elde edileceğidir;burada jeneratörler en önemlisidir, şu şartla ki:
İyi bir birincil Otomatik Voltaj Regülatörüne (AVR) sahiptirler ve
Yeterli reaktif güç kapasiteleri sağlayan bir nominal güç faktörü ile boyutlandırılırlar: jeneratör maksimum reaktif rezervlerine ulaştığında, voltaj artık jeneratör barasında sabit tutulmaz.
Gözlem #9 – Bu eğrinin alt kısmı sabit olmadığı için çalışma noktasını P-V eğrisinin burnundan yeterince uzakta tutmak gerekir.
Yükün olası gelişimi (yükün artması çalışma noktasını sağa kaydırır), ağ topolojisinin olası gelişimi ve diğer olası doğrusal olmama durumları konusunda dikkatli olması gerekir.
1.3 Basit gerilim çökmesi örneği
Şimdi, gerçek voltaj çökmelerinin çoğunu temsil eden basit bir örneği inceleyelim.Bir yükün, bir iletim hattı aracılığıyla, G1 jeneratörünün reaktif rezervleri tükenmediği sürece, Bara 1'de voltajı sabit tutmayı başaran iyi bir AVR ile donatılmış bir jeneratör G1 tarafından beslendiğini varsayacağız, bkz. Şekil 5'e.
Bus 1, başka bir iletim hattına eşdeğer farklı yollarla, her bir frekans ve voltajı sabit tutabilen sonsuz kapasiteye sahip bir jeneratör G∞ olarak kabul edilebilecek toplu ağı (“sonsuz” ağ) temsil eden Bus 2'ye bağlanır.
Şimdi sabahın erken saatlerinde olduğumuzu ve evsel ve endüstriyel faaliyetlerin başlamasıyla yükün artmaya başladığını varsayalım.
Gerilimin sabit tutulduğu iki baraya (1 ve 2) sahip olduğumuz ve Şekil 6'daki M çalışma noktasının, durumu sabit olarak temsil eden Eğri 1 üzerinde yavaşça sağa doğru kaydığı için durum güç sistemi için oldukça iyidir. Bus 1 ve 2'deki gerilimler;maksimum iletim kapasitesine makul bir mesafe var (kritik nokta C1)
Yük artmaya devam ettikçe, G1 jeneratörü daha fazla reaktif güç üretmek zorundadır;son olarak, G1 reaktif rezervlerinin sınırlarına ulaşır (çalışma noktası B) ve bu nedenle gerilim, Bara 1'de artık sabit tutulamaz.
Şimdi çalışma noktası, voltajın yalnızca Bara 2'de sabit olduğu durumu temsil eden Eğri 2'yi takip eder. Bu, güçlü bir doğrusal olmama durumudur;maksimum iletim kapasitesine olan mesafe B noktasından C1 noktasına kadarken, artık sadece B noktasından C2 noktasına kadardır. Yük artmaya devam ederse ve çok hızlı bir şekilde önlem alınmazsa gerilim çökmesine neden olabilir.
Artık gerilim çökmesine karşı korumanın, planlama aşamasından gerçek zamanlıya kadar dikkatli çalışmaları gerektirdiği görülmektedir.
1.3.1 Olay
Olaydan birkaç yıl önce, planlama çalışmaları, yükü beslemek için iletim hatları ve jeneratörlerin nereye inşa edilmesi gerektiğine ve yük tahminlerine göre bu jeneratörlerin ve hatların uygun özelliklerinin ne olması gerektiğine karar verilmesine yol açtı. Bu çalışmalar, jeneratörleri ve hatları inşa etmek için yeterince erken yapılmalıdır.
Yeni reaktif güç kaynaklarının (kapasitörler vb.) nereye yerleştirilmesi gerektiğine ve OLTC'lerin nerede sağlanması gerektiğine ve gerilim çökmesinin önlenmesi için hangi yeni koruma şemalarının gerekli olduğuna karar vermek için başka çalışmalara ihtiyaç vardır. Santral ve kontrol merkezi operatörlerine, bir gerilim olayıyla karşılaşmaları durumunda doğru tepki vermeleri için eğitim verilmektedir.
Gelelim olaydan birkaç ay öncesine...
Artık jeneratörler, hatlar, kompanzasyon araçları, koruma şemaları ve cihazlar mevcuttur ve yenilerini inşa etmek için artık çok geçtir. Operatörler mevcut tesislerle baş etmek zorunda. Bu andan olay gününe kadar gerilim çökmesi ihtimalini göz önünde bulundurarak başka kararlar almaları gerekir.
Örneğin, G1'in üretim birimlerinden bazılarını veya yükü bara 1 ve 2'ye bağlayan iletim hatlarından bazılarını kullanılamaz hale getirecek ve böylece sistemi daha savunmasız hale getirecek bazı bakım çalışmaları yapmak gerekli olabilir; diğer bakım ekipleri jeneratörler, ikaz sistemleri, otomatik regülatörler ve koruma cihazları üzerinde bir takım çalışmalar yapacak. Bu doğru bir şekilde yapılmazsa, tasarım mümkün olsa bile jeneratörün değerli Mvar'larının bir kısmı etkili bir şekilde kullanılamayabilir.
Olaydan bir gün önce yapılacak diğer çalışmalar (yük tahminleri ve optimizasyon programları kullanılarak), üretimin nereden tedarik edilmesi gerektiği ve en iyi sistem topolojisinin ne olduğu konusunda karara yön verecektir.
Nihayet olay günü gelir...
Olay meydana geldiğinde, her şey koruma cihazlarının ve operatörlerin eylemlerine bağlıdır. Evrimin kesin bir tahmini çok zordur, çünkü pek çok doğrusal olmama meydana gelebilir. Eğer operatörler gerilim çökme indekslerinden yardım alamıyorlarsa, riski tespit etmeleri ve ne yapacaklarına karar vermeleri oldukça zor olabilir.
Her eylemin gerçekleştirilmesi için zamana ihtiyaç vardır ve voltaj olayı durumunda zaman değerlidir: yeni bir kapasitör bankı takmak, erken veya geç yapıldığında aynı etkiyi yaratmaz çünkü kapasitörün verimliliği, kapasitörün karesinin bir fonksiyonudur. Çok geç yapılırsa yük atma bile etkisiz olacaktır.
Önceki personel eğitimi de çok önemlidir: Gerilim çökmeleri sırasında, santral operatörlerinin, üretimi sürdürmek güç sisteminin hayatta kalmasını sağlayacağı halde, onları korumak için ünitelerini devre dışı bıraktıkları hala görülebilir.
1.4 Ortaya çıkan başka bir gerilim çökmesi senaryosu
Güç endüstrisinin kuralsızlaştırılmasına yönelik açık eğilimle birlikte, birbirine bağlı büyük sistemlerde yer alan bazı kamu kuruluşlarının, şebekeleri üzerinden akan güç transferlerinin artması muhtemeldir. Bu güç akışlarının voltaj kararlılığı ve güvenliği üzerinde büyük etkisi olabilir.
Durum Şekil 7'de çizilmiştir.
Sistem, üretim ve yük merkezleri arasındaki elektriksel mesafe (noktalı çizgi) nedeniyle başlangıçta voltaj sorunlarına eğilimli olabilir. Komşu sistemlerden gelen gerilim ve reaktif güç desteğinin marjinal olduğu varsayılır.İletim tesislerinin harici güç aktarımı (kesikli çizgi) tarafından artan yüklenmesi, dahili hat veya jeneratör kesintilerine ilişkin güvenlik marjlarını önemli ölçüde azaltabilir.
2. Çeşitli alt güç sistemlerinin rolü
Gerilim çökmesi sırasında, dinamik etkiler birçok mekanizmadan gelir.
2.1 Yükler
Yükler, yükün doğasına göre genellikle gerilime bağlıdır. Dirençli yüklerin daha az şiddetli koşullara yol açtığı kabul edilir çünkü gerilim düştüğünde gerçek yük gerilimin karesi olarak azalır. Bununla birlikte, ısıtma cihazları, termostatların etkisi nedeniyle, bir voltaj düşüşünden sonra dakika ölçeğinde güç geri kazanımına yol açabilir.
İsveç çalışmaları, bunun yalnızca termal ataletten değil, aynı zamanda termostatik kontrolörün voltaja göre davranışından da kaynaklandığını göstermiştir.
Asenkron motor yükleri oldukça şiddetlidir, çünkü bir motor tarafından emilen reaktif güç bir voltaj düşüşü sırasında artabilir.
Endüstriyel tüketiciler dikkate alındığında asenkron motorlar yükün büyük bir bölümünü oluşturabilir. Gerilim düşmesi durumunda, gerilimin ve mekanik yükün bir fonksiyonu olarak endüksiyon motoru yavaşlar. Kritik bir değerin ötesinde, asenkron motor kararsız hale gelir ve durur, yine de büyük miktarda reaktif güç emer ve böylece kendi durma koruması onu ağdan ayırana kadar voltajın çökmesine katkıda bulunur.
Gerilimi tüketici seviyesinde tutarak besleme kalitesini sağlamayı amaçlayan OLTC'ler, güç sistemi tarafından bakıldığında zararlı bir etkiye sahip olabilir.
2.2 Tüketiciler
Tüketicilerin gerçek güç talebi ve dolayısıyla reaktif güç talebi üzerinde çok güçlü bir etkisi vardır .Talebin gelişimi çok keskin olabilir.Japonya'daki (1987) voltaj düşüşü, klimaların yoğun ve beklenmedik kullanımıyla açıklandı. İyi yük tahminleri, iyi jeneratör programlarının ve iyi reaktif rezervlerin sağlanmasını sağlar.
Geçmiş deneyimler, manuel yük atma işleminin, güç sistemi operatörleri üzerinde bir miktar manevi baskı oluşturabileceğini göstermiştir çünkü operatörler, tüketicilerin yük atma durumunda talepte bulunacaklarını bilirler. Bu nedenle, operatörlerin bu tür eylemler gerekli olduğunda bile yük atma siparişi vermekten çekinmesine neden olabilir.
2.3 Gerilim değişimleri
Bir güç sistemi, zaman dinamikleri ve büyüklük açısından oldukça değişken olan birçok varyasyondan etkilenebilir. Yük talebinin değişimi genellikle yavaş dinamiklere yol açarken, bir jeneratörün devreye girmesi, güç sisteminde sabit voltajlı baralar yoksa oldukça büyük olabilen ani bir düşüşe neden olur.
Bir güç sistemi, reaktif rezervler sağlamak ve voltajı sürdürmek için birçok araca sahip olduğundan, bu araçların koordineli bir şekilde kullanılması uygundur. Yavaş değişimlerle başa çıkmak için yavaş araçlar kullanılmalıdır, böylece hızlı eylem gerekli olduğunda hızlı araçlar kullanılabilir olacaktır.
2.4 İletim hatları ve kabloları
Lütfen yukarıdaki Bölüm 1'e bakın, çünkü bu bölüm iletim hatlarına ve kablolara ayrılmıştır.
2.5 Değişkenler ve “dinamik” değişkenler
Jeneratörler ve statik araçlarla (kapasitörler, reaktörler) sağlanan hizmetler eşdeğer olarak kabul edilmemelidir. Bir jeneratör, anlık ve doğru eylem sağlayabilir ve güç sistemi güvenliği için değerli olan sabit voltajlı (reaktif kaynaklar mevcut olduğunda) bir bara yolu oluşturur
Aksine, kondansatörlerin verimliliği voltajın bir fonksiyonudur ve otomatik kontrol ekipmanı ile ilgili gecikmelerden etkilenir. Bu nedenle, jeneratörlere olduğu kadar senkron kondansatörlere ve statik değişken dengeleyicilere (SVC'ler) özel bir "dinamik değişkenler" etiketi atfedilmelidir.
2.6 Jeneratörler
Modem birincil otomatik voltaj regülatörlerinin (AVR'ler) eylemi anlıktır ve oldukça verimlidir. Modern jeneratörler, aşırı uyarma kapasiteleri yoluyla geçici ek Mvar'lar sağlasa bile, iyi bir güç faktörü çok değerlidir. Çoğu jeneratör, ekipmanı aşırı ısınmaya karşı korumak için aşırı uyartım sınırlayıcıları ve kararlılık nedenleriyle düşük uyarım sınırlayıcıları ile donatılmıştır. Koruma cihazları da uygulanmaktadır.
Tüm bu bileşenler, gerilim düşmesi veya gerilim çökmesi durumunda jeneratörün davranışını derinden etkiler.
Elbette, jeneratörler iyi reaktif rezervleri sağlayabilecek şekilde tasarlandıklarında, otomatik düzenleyiciler, uyarma sistemleri ve korumalar arasındaki koordinasyon dikkate alınarak, tüm bakım çalışmaları bu rezervlerin etkili bir şekilde kullanılabilir olmasına yol açmalıdır. Yük talebinden çok uzakta olan jeneratörlerin Mvar'larını yüke verme şansının olmadığı da unutulmamalıdır. Santrallerin yardımcı sistemleri genellikle asenkron motorların (pompalar, fanlar vb.) önemli bir bölümünü içerir.
Büyük bir voltaj düşüşü durumunda, bu motorlar durma eğilimindedir. Kritik fonksiyonların sağlanmaya devam etmesi ve uygun korumaların sağlanması için santral tasarımının incelenmesi gerekir. Zayıf voltaj koşulları, jeneratörün devre dışı kalmasına ve dolayısıyla sabit voltajlı bir barayı kaybetmesine neden olabilir.
Jeneratörün ada haline getirilmesi, yükün geri yüklenmesi daha hızlı olacağı için genellikle kapatma yerine tercih edilir.
2.7 Kondansatörler ve Reaktörler
Yük talebinin gelişimi ile birleştiğinde şönt kapasitörler, tüketici yüklerinin yakınına yerleştirildikleri ve ağ üzerinden reaktif güç transferlerini azalttıkları için iyi bir şekilde kontrol edildikleri takdirde güç sistemi güvenliği açısından değerlidir. Ayrıca, şönt kapasitörler nispeten ekonomiktir.
Kontrol tipinin verimliliği üzerinde büyük etkisi vardır.Standart saat cihazları ile kontrol edilirse, kapasitörler yanlışlıkla tetiklenebilir (örneğin resmi tatillerde, saat bu günlere ayarlanmamışsa).
Yerel gerilime dayalı bir eylem de zararlı olabilir çünkü gerilim, olası gerilim çöküşünün iyi bir göstergesi olmayabilir. P-V eğrisinin üst kısmını daha düz hale getirdikleri için, kapasitörler gerilim çökmesinin yakınlığının daha zayıf bir şekilde değerlendirilmesine yol açar. Gerilim düştüğünde kapasitörlerin veriminin düştüğü zaten söylenmişti.
Uzun iletim hatlarının empedansını azaltmak için seri kapasitörler de kullanılabilir.
Güç kalitesini iyileştirmek için seri kapasitörlerin 6 MV/HV uygulaması
2.8 Statik var dengeleyiciler (SVCs)
Hâlâ pahalı olmalarına rağmen SVC'ler, hızlı hareket etmeleri nedeniyle ilgi çekicidir. Statik değişken dengeleyici, kontrol edilebilir bir reaktif güç kaynağıdır ve bir barayı SVC'nin aktif aralığında sabit voltajla besler, yani.e.SVC'nin otomatik kontrol kısmı tasarımın sınırlarına ulaşmadığı sürece.
SVC'ler jeneratörler kadar iyi "dinamik" değişken üreticileri olarak kabul edilemezler çünkü otomatik kontrol sistemleri limitlerine ulaştığında kapasitörler ve/veya reaktörlerden oluşan saf bir birlik haline gelirler.
Belirli güç sistemi durumları için bir SVC tasarlanmalıdır ve fiili durum planlama kriterlerini aşarsa verimli olmayacaktır.
2.9 Yük altında kademe değiştiriciler (OLTC'ler)
OLTC'ler, voltajı normal koşullarda müşteri seviyesinde tutmak ve güç sisteminin farklı seviyelerini (EHV, HV, MV) ayırmak için önemlidir, ancak voltaj çökmesi sırasında zararlı da olabilirler. Bu gibi durumlarda, mevcut kademede bloke edilmeleri veya hatta önceden belirlenmiş bir kademeye taşınmaları gerekebilir.
Güç sistemi farklı seviyelerde OLTC'lerle (EHV/HV, HV/MV) donatıldığında, OLTC'lerin seviyesine göre farklı gecikmelerle gecikmeli eylem kullanmak gerekir, böylece farklı OLTC seviyeleri arasında sürekli bir etkileşim olmayacaktır. Bu gecikmeler, gerilim kontrolünün dinamik sürecinde ek zaman faktörlerine yol açar.
OLTC'ler normal olarak bir düşürücü transformatörün sekonder voltajını belirli bir ölü bant içinde tutacak şekilde tasarlanmış ve ayarlanmıştır.Normalde, transformatörün birincil tarafında oldukça kararlı bir voltaj seviyesi vardır ve yük değişimleri, ikincil taraftaki voltajın dalgalanmasına neden olur.OLTC daha sonra bu dalgalanmaları telafi edecektir.OLTC normalde ikincil taraftaki voltaj değişimlerinin kaynağına duyarlı değildir.Bu varyasyonlar, yük varyasyonlarından kaynaklanabilir, ancak birincil taraftaki voltaj besleme değişikliklerinden de kaynaklanabilir.
İletim sistemi gerilimlerinin düşük olduğu bir gerilim dengesizliği durumunda, OLTC'ler normal olarak bir miktar gecikmeden sonra ikincil taraf gerilimlerini yükseltir. Bu eylemin sistem üzerindeki etkisi, yük-gerilim özelliklerine bağlıdır.Şönt kapasitörlü sabit güç yükü için voltajı yükseltmek faydalıdır ve empedans yükü için voltajı yükseltmek faydalı değildir.
2.10 Sekonder (İkincil) voltaj kontrolü (ve üçüncül voltaj kontrolü)
Reaktif güç ve gerilim kontrolünün kontrolü, zaman ve mekanda birbirinden ayrılan birincil, ikincil ve üçüncül kontrol seviyeleri olarak sınıflandırılabilir.
Birincil kontrol, bir saniyeden kısa bir süre ile yaklaşık bir dakika arasında bir zaman ölçeğinde, yerel ölçümlere dayalı olarak bireysel ekipman üzerindeki eylemlerden oluşur.İkincil voltaj kontrolü, bir alan içindeki Q/V kaynaklarının bir ila birkaç dakikalık bir zaman ölçeğinde koordinasyonudur. Daha sonra üçüncül kontrol, 10 dakikalık veya daha uzun bir zaman ölçeğinde gerçek zamanlı ölçümlere dayalı olarak bir hizmet, havuz veya ülke düzeyinde küresel bir optimizasyondur.
Sekonder gerilim kontrolü, gerilim kontrol araçlarının ve reaktif güç kompanzasyon araçlarının bir bölge üzerinde daha iyi koordinasyonu ve daha iyi güç sistemi güvenliği için oldukça yararlıdır. Bölgeye yayılmış çeşitli fiziksel değerlerin (V, Q vb.) ölçümlerine dayandığından, bu ölçümleri iletişim bağlantıları aracılığıyla gönderip otomatik düzenleyicilerde işlediğinden, zaman dinamiği de sunar.
Sekonder voltaj kontrolü akıllıca ve yeterli bir güvenlik payı ile kullanılmalıdır. Sekonder voltaj kontrolü, tüm bölgede reaktif rezervlerin optimize edilmiş kullanımına yol açar, bu nedenle mevcut rezervlerin çok fazlası kullanıldığında yeni rezervler bulunmalıdır.
Yeni rezervler mevcut değilse, rezervler tüm bölgede seferber edilecek ve reaktif güç uzak otobüslerden verimli bir şekilde iletilemeyeceğinden, daha fazla yardım bulunamayacaktır.
2.11 Gaz türbinleri
Güç sistemi MW ve Mvar'dan yoksun olduğunda, hızlı başlayan gaz türbinlerinin (veya çok hızlı ek MW ve/veya Mvars üretebilen diğer jeneratörlerin) mevcudiyeti gerilim çökmesini önlemek için bir anahtar olabilir.
MW ve Mvar'larına ek olarak, eğer AVR'ler ile donatılmışlarsa, sabit voltajlı ek baralar da üretirler.
2.12 Yük atma
Tüketiciler bundan hoşlanmasa da, yük atma en etkili eylem olabilir ve yükün atılmaması durumunda ortaya çıkabilecek daha büyük sorunları da ortadan kaldırabilir.Gerilim çökmesi çok hızlıysa, iletişim araçlarının ve operatörlerin analizlerinin doğasında bulunan zaman gecikmeleri, manuel yük atma işleminin etkisiz kalmasına neden olabilir.
Hızlı bir voltaj çökmesine karşı koymak için otomatik yük atma uygulanmalıdır.
2.13 İletişim bağlantıları
Birçok eylem (operatörler, düzenleyiciler, korumalar) iletişim bağlantılarının kullanımına ihtiyaç duyduğundan, iletişim performansları (güvenilirlik, doğruluk, zaman gecikmeleri vb.) hayati önem taşımaktadır.
2.14 Operatörler
İyi eğitimli operatörler için bile gerilim çökmesi zor bir iştir çünkü olası gelişmeyi analiz etmek ve emredilecek uygun eylemleri belirlemek çok zordur. Operatörlere uygun risk tahminleri ve önleyici ve iyileştirici eylemler için araçlar sağlamak için çalışmalar devam etmektedir.
Sistem, üretim ve dağıtım yönlerinin iyi bir küresel kavrayışı, farklı seviyelerdeki (kontrol merkezleri, enerji santralleri, trafo merkezleri, dağıtım) operatörlerin iyi koordinasyonu için de çok değerlidir.
2.15 Çoklu zaman alanları
Yukarıdan bakıldığında gerilim çökmelerinin, ilk olaylarla (kısa devreler, vb.) ve hızlı otomatik regülatörlerin ve korumaların tepkileriyle ilişkili daha hızlı olaylardan, operatörün eyleminden kaynaklanan daha yavaş olaylara kadar birçok zaman dilimini kapsadığı görülebilir.
.
2.16 Çok döngülü sistem
Önceki tüm maddeler dikkate alındığında, gerilim çöküşünün iyi bir değerlendirmesinin, güç sistemini çok döngülü otomatik bir sistem olarak dikkate alması gerektiğini kolayca görebiliriz.
Bu nedenle, hem yavaş hem de hızlı dinamikleri hesaba katmayı sağlayan iyi simülasyon araçları, iyi koruma eylemleri tasarlamak için paha biçilmezdir.
Kaynak Doküman: Protection against voltage collapse by CIGRE participating members of WG 34.08: T. VAN CUTSEM (Belgium), J.L. FERNANDEZ (Spain), C.F. HENVILLE (Canada), D. KARLSSON, Convenor (Sweden), R. KREBS (Germany), M. E. MANDOZZI (Italy), A. VAN RANST (Belgium), and J-M. TESSERON (France)