Dağıtım Yönetimi Sistemleri

 

Yazı Dizisi-3

 

Gökhan İşbitiren

 

2.2 Şebeke Analizi

 

Enerji Kayıpları - Dağıtım şebekesindeki (bütün bölüm ve trafolardaki aktif ve reaktif kayıplar) enerji kayıpları  belirtilen zaman periyodundaki şebeke (şebekenin tamamı ya da bir kısmı) ayarları  için hesaplanır.

 

Güvenilirlik Analizi fonksiyonu uygulanan teknolojiyi düşünerek dağıtım şebekesinin güvenilirliğini hesaplar. Tam güvenilirlik analizi için şebekenin herhangi bir bölümü için güvenilirlik endeksleri  (şebeke elemanının hata oranı, hatanın oluşma sıklığı, hatanın süresi, kesinti sayısı, kesinti süresi) hesaplanır ve grafiklerle sunulur.

 

Hata Hesaplama fonksiyonu, seçilen hata türü için, bütün hata parametreleri için detaylı bir hesaplama yapar (gerilimler, hata akımı), ve  hata durumunda (seçilen hata türünün simülasyonu, sürekli hatalar vb.) farklı şebeke analizleri sunar.

 

Güvenlik Değerlendirmesi belirlenen bölümlerdeki hataların ve yeniden enerji sağlamak için test olanaklarının analizi için uygulanır. Eğer enerji bütün tüketiciler için tekrar sağlanamazsa sonuç bütün kullanıcıların tekrar enerjilendirilemeyeceği kritik elektrik kesintilerinin listesi ve bu sorunun üstesinden gelmek için gereken şekebe takviyesi listesi şeklinde olur. Uygulama, diğer DMS uygulamalarını modül halinde birleştirir (Hata yönetimi, Büyük Alan Restorasyonu, Röle Koruma, Yük Akışı).

 

Güvenlik değerlendirmesi belirlenen şebeke elemanlarındaki hataları, hatalı elemanlar izole edildikten sonra, ve enerjisiz tüketicilere enerji sağlanması olasılıklarını analiz eder [1].

 

Tarihsel Fonksiyon (Tarihsel sunucu ve karşılık gelen tarihsel veri tabanı) elektrik şebekesinin geçmişi hakkında bilgi verir. DMS içindeki her faaliyet zaman ve kullanıcı parametreleriyle kaydedilir. Tarihsel veritabanı DMS veritabanından alınan zaman ve kullanıcı verilerini tutar. DMS tarihsel sisteminin amacı tarihsel bir delta oluşturmaktır. Tarihsel delta şebekenin durumunu zaman içerisinde başlangıç noktasından bitiş noktasına getirmek için şebekeye uygulanması gereken eylemler kümesidir. Yani DMS tarihsel sistemi DMS sistemindeki veri değişiminin zaman çizelgesini sunar. Tarihsel veri tabanından belirli bir zamandaki şebeke durumu alınarak izlenebilir, çeşitli komutlar uygulanarak sonuçları gözlemlenebilir ya da başlangıç ve bitiş zamanları girilerek şebeke olayları tekrar oynatılabilir.

 

2.3 Şebeke Operasyon Planlaması ve Optimizasyonu

 

Gerilim Düzenleme (Kontrol) fonksiyonu, optimizasyon kriterlerini göz önünde bulundurarak (nominal değerlerden sapan voltajın sebep olduğu hasarların minimize edilmesi), gerilim profili kontrolü veya ağdaki bütün düğümlerin belirtilen gerilim sınırları (alt ve üst) içinde kalmasını sağlar. Gerilim kontrolü için kullanılan kaynaklar “yük altında” kademe değiştirici trafolar (under-load” tap changing transformers) , gerilim düzenleyiciler ve gerilimsiz kademe değiştiricili trafolardır (“off-voltage” tap changing transformers) [12]. Gerilim düzenleyicinin sağladıkları:

 

Besleme baralarının (Besleme trafolarının OG baraları – YG/OG veya OG1/OG2 trafoları) optimal gerilimleri için hesaplama ve kademe değiştiricilerin en uygun pozisyonları

 

Şebekeyi önceden belirlenmiş voltaj sınırları içine döndürmek için gereken minimum sayıda kontrol eylemi.

 

Voltajların nominal değerlerinden sapması sonucu oluşan hasarların minimize edilmesi.

 

VAR Düzenleme (Kontrol) iletim şebekesinden reaktif güç  talebi ve reaktif güç akışından kaynaklanan kayıpları azaltır. Kapasitör grupları ve reaktörler, statik ve senkron jeneratörler göz önünde bulundurulur.

 

Volt/VAR Kontrolü (VVK) analitik fonksiyonu gerilim ve Var (reaktif güç) kontrollerini optimize eder. Şebekedeki en iyi voltaj profilini ve minimum reaktif güç akışını sağlar. Amaçları [11]:

 

Fider kapasitörlere güç vererek ya da güçlerini keserek şebekedeki kayıpları azaltmak

 

Normal operasyon koşullarında fiderde optimum gerilim profilinin muhafaza edilmesini sağlamak

 

Trafo kademe pozisyonlarını ve fider bölümlerinde gerilim regülatörlerini  kontrol ederek fider geriliminin azaltılması yoluyla pik gerilimin azaltılmasını sağlamak [11].

 

Volt/VAR kontrolüyle DMS dağıtım şebekesindeki gerilim ve reaktif gücün akışı için merkezi bir kontrol sağlanır [11]. Gerçek zamanlı şebeke operasyonlarına bağlı olarak bu fonksiyon belirli hedeflere (minimum gerilim sapması, minimum güç kaybı, minimum/maksimum enerji ihtiyacı vs.) göre gerilim regülasyon cihazları ve dağıtım şebekesindeki kapasitör banklarının optimum ayarlarını hesaplar. [11]’deki test sonuçlarına göre eğer ‘minimum enerji kaybı’ düşünülecek olursa, orta gerilim şebeke enerji kaybında %8-%10 arası azalma gözlenmiştir. Bunun yanında, toplam güç kaybındaki azalma yaklaşık %2 ve yıllık sağlanan elektrik enerjisindeki (EEIA) azalma %0.1-%0.3 arasıdır [11].

 

Koordineli VVK’nın amacı sistem genelindeki kayıpların azaltılması, dağıtım şebekesinin ve kullanıcının gerilim değişimlerinin en aza indirilmesi, sürdürülebilirlik maliyetlerinin düşürülmesi, yatırımların azaltılması / ertelenmesi ve mevcut ekipmanların güç sağlama kapasitelerinin artırılmasıdır [12].

 

Son çalışmalarla eğer VVK teknikleri iyi bir şekilde uygulanırsa enerji maliyetlerinde ve bu sayede çevre kirliliğine yol açan maddelerin kullanımında büyük oranda azalma olabildiği görülmüştür. Bu çalışmalar göstermektedir ki minimum gerilim düşük seviyelerde tutulabilirse (126-114V arası kabul edilebilirdir) %1-2 enerji tasarrufu, talepte %2-%3,5’luk azalma ve %4-%10 reaktif güç azalması mümkündür [12].

 

2007 yılında Kanada’da BC Hydro’da kurulan bir sistem 7 GWh enerji kazancı ya da %1’lik enerji tasarrufu sağlamıştır [13]. Yine Kanada’da BC Hydro’daki bu çalışma, Volt/Var Optimizasyonu uygulamasını mümkün kılan DMS’in hızlı enerji ve kapasite verimi sağlayabileceğini ve DMS’in bütün bir dağıtım şirketinin operasyonunu nasıl %40 oranında daha verimli kılabileceğini göstermektedir [13].

 

Optimum Şebeke Konfigürasyonu optimizasyon hedeflerini (minimum aktif enerji ve güç kayıpları, maksimum güvenilirlik, iyi yük dengesi ya da en iyi gerilim profilleri) göz önünde bulundurarak en uygun dağıtım ağı düzenlemesini belirler (normalde açık düğüm anahtarlarının yerleri). Operasyon performanslarının geliştirilmesi, zararların azaltılması, anahtarlama dizisinin mevcut durumdan optimum hale getirilmesi ile ilgili tablosal ve grafiksel raporlar sunar.

 

Optimal şebeke düzenlemesi şebeke enerji kaybını minimize etmek, optimum gerilim profilini sürdürebilmek, trafolar, dağıtım fiderleri ve şebeke fazları arasında yükleme koşullarını dengelemek için anahtarlama operasyonları öneren bir modüldür [14].

 

Bu fonksiyon enerji kaybının azaltılmasına yardımcı olur [11]. Eğer sonuçlar şebeke operasyonlarına uygulanırsa, orta gerilim bir şebekede güç kaybında %20 azalma sağlanabilir [5]. Orta gerilim şebekelerde güç kaybının ortalama %25 olduğu düşünülecek olursa, güç kaybındaki düşüş %5 olacaktır. Enerji açısından bakılacak olursa, sağlanan elektrik enerjisindeki azalma %0.3 – %0.4 olurken, enerji kaybı %3-4 oranında azaltılabilir [11].

 

Aşırı yükü azaltmayı kapsayacak şekilde yük transfer seçeneklerinin hesaplama ve analizleri yapılır. Bu sayede aşağıdaki kazanımlar sağlanır:

 

Düşük yük nedeniyle daha uzun ekipman ömrü

 

Varlıkların daha verimli kullanılması

 

Optimize edilmiş bir anahtarlama, enerji kaybını minimize edebilmek için operatörün şebeke bağlantılarını optimize etmesini sağlar. Bu fonksiyon, her işlemin katkısını belirterek, (toplam tasarrufun yüzdesi), orta gerilim fiderleri boyunca anahtarlar için açma/kapama işlemlerinin bir listesini göstermektedir. İtalya’da ENEL’de uygulanan DMS’te, ilk optimize etme işleminin kayıpların %4’ünü azaltmasından sonra, sabit kazancın bütün yıl boyunca korunabileceği ifade edilmiştir [5].

 

Kısa Süreli Yük Tahmini gelecek 1-7 günün yük tahmin diyagramlarını oluşturmak için kullanılır. Bütün şebekenin (genel yük tahmini) tahmini günlük yük eğrileri sağlanır veya sadece seçili alan, ve fiderlerin ölçümleri için kullanılır.

 

Yük Yönetimi fonksiyonu kısıtlamalar, müşterinin konfor, teknoloji ve ekonomi ile ilgili taleplerini dikkate alarak, maksimum yükü (pik yük), kapasiteyi aşmayacak şekilde dağıtarak dağıtım şebekesinin azami yükünün azaltılması için yük kontrol stratejisi sağlar (hane, ticari sektör ve sanayi). Mevcut kontrol edilebilir kaynakların (su ısıtıcıları, klimalar, elektrikli ısıtıcılar, depo ısıtıcıları vs.) maksimum kullanımını sağlar. Uygulanan yük yönetim teknikleri: yük atma, kesinti, teknolojik süreçlerin ve depolamanın (yük azaltma veya kesintinin uygun olmadığı sektörlerde) yeniden planlanması.

 

2.4 Şebeke Gelişim Planlaması

 

Uzun Vadeli Yük Tahmini analitik fonksiyonu yıllık verilere dayanarak (pik yükleri, enerji) gelecek birkaç yıl için yük (enerji) tahmini sağlar. Bu fonksiyon kullanılarak uzun süreli şebeke geliştirme planları yapılabilir. Bunu, yükü etkileyecek faktörleri ve bunlar arasındaki ilişkiyi tanımlayarak yapar.

 

Bu fonksiyon, tarihsel ve hava durumu verileri, müşteri sayısı, ekonomik ve demografik veriler ve tahminleri, enerji tedariği ve fiyatı, bölgesel gelişme (coğrafi ve konum), tesis yatırımları ve satışları, rasgele bozukluk gibi geniş çapta parametreler içerir [21].

 

 [21]’de yapılan testlerde ortalama hatanın % 8.3 olduğu belirtilmiştir.

 

Kapasitör Yerleştirme reaktif gücün kompanzasyonu için kapasitörün türü, boyutu, ve lokasyonunun belirlenmesi için kullanılır. Gerçek güç (enerji) kayıplarının en aza indirilmesi, iletim şebekesinden sağlanan reaktif gücün azaltılması, güç faktörü doğrulama ve gerilim profili geliştirilmesi için kullanılır.

 

Şebeke Güçlendirme mevcut dağıtım ağının iyileştirilmesinin planlanması için kullanılır. Bu uygulama trafo planlama, orta gerilim şebekelerinin (fiderlerin) planlanması, ikincil trafoların planlanması ve teknik ve güvenlik kriterlerinin kontrolü konularını kapsar.

 

Şebeke güçlendirme uygulaması ‘Hata Yönetimi’ uygulamasının son basamağını oluşturur. Belirli hatalardan sonra tüketicilere tekrar enerji sağlamak her zaman mümkün değildir. Bu yüzden yıl boyunca şebeke güçlendirmesi için  gereken elemanların ve bu elemanların işlevlerinin listesi yapılır. Bu yolla yıl sonunda en yüksek karı verecek şebeke güçlendirmesini sağlayacak liste oluşur [10].

 

2.5 Eğitim

 

Kullanıcı Eğitim Simülatörü  Dağıtım şebekesini gerçekçi bir şekilde modeller, eğitim gören kişiyle interaktif bir şekilde çalışır. Simülatör verileri hazırlar ve eğitim boyunca  olayları simüle eder. Eğitim gören kişinin simülatörün modellediği olaylara (simülatör tarafından otomatik oluşturulur) verdiği yanıt test edilir, değerlendirilir ve geliştirilir.

 

3.Sonuç 

 

Bu çalışmada DMS uygulamaları ve yararlarından bahsedilmiştir. Yapılan uygulamalardan verilen örneklerde görüldüğü gibi, sistemin optimum kullanımı için DMS vazgeçilmez bir çözümdür. ENEL, BC Hydro, Dong Energy ve daha birçok dağıtım şirketinde DMS çözümleri enerjinin efektif  kontrolünde kullanılmaktadır.

 

4.Kaynaklar 

 

[1] Pilo, F.; Pisano, G.; Soma, G. G., "Ad­vanced DMS to manage active distribution networks," PowerTech, 2009 IEEE Bucha­rest, pp.1,8, June 28 2009-July 2 2009

 

[2] Ahmad Faruqui, Ryan Hledik, Sam Newell, Hannes Pfeifenberger, The Power of 5 Percent, The Electricity Journal, Vol­ume 20, Issue 8, October 2007, Pages 68-77

 

[3]  Katic, N.; Marijanovic, V.; Stefani, I., "Smart Grid Solutions in distribution net­works Cost/Benefit analysis," Electricity Distribution (CICED), 2010 China Inter­national Conference on , vol., no., pp.1,6, 13-16 Sept. 2010

 

 [4] A. Mithani, D. Popovic, M. Huang, “Advanced Distribution Management Systems In Bc Hydro’s Distribution Network”, CIRED, 21st International Conference on Electricty Dıstribution, Frankfutr, 2011 Paper 1185

 

[5] G. D. Lembo, P. Petroni, C. Noce, “Reduction of Power Losses and CO2 Emissions: Accurate Network Data to Obtain Good Performance of DMS Systems”, CIRED, 20th International Conferance on Electricity Distribution, Prague, Paper 1185

 

[6] D. S. Popovic, E. Varga, Z. Perlic, “Extension of the Common Information Model With a Catalog Topologies”, IEEE Transactions on Power Systems, 2007, Vol. 22, No. 2

 

[7] P. Vinter, “Dong Energy – Towards the Intelligent Utility Network”, CIRED Seminar : SmartGrids for Distribution, Denmark, 2008, Paper 0037

 

[8] Z. J. Simendic, V. C. Strezoski, G. S. Svenda, “In-Field Verification of the Real-Time Distribution State Estimation”, 18th International Conference on Electricity Distribution, 2005

 

[9] N. Katic, L. Fei, G. Svenda, Z. Yongji, “Distribution State Estimation Field Testing”, 5th International Conference on Electricity Distribution, Shanghai, September 2012.

 

[10] Popovic, D.S.; Strezoski, V.C.; Katic, N. A., "Power applications-a powerful tool for distribution networks management," Electricity Distribution, 2001. Part 1: Contributions. CIRED. 16th International Conference and Exhibition on (IEE Conf. Publ No. 482) , vol.3, no., pp.5 pp. vol.3,, 2001

 

[11] N. Katic, “Benefits of Smart Grid Solutions in Open Electricity Market”, Acta PolyTecnica Hungarica, vol.10, no:2, 2013.

 

[12] E. T. Jauch, “Volt/VAR management – An essential Smart Function”, Power Systems Conference and Exposition, 2009.

 

[13] V. Dabic, C. Siew, J. Peralta, “BC Hydro’s Experience on Voltage VAR Optimization in Distribution System”, Transmission and Distribution Conference and Exposition, 2010.

 

[14] Jiyuan Fan; Borlase, S., "The evolu­tion of distribution," Power and Energy Magazine, IEEE , vol.7, no.2, pp.63,68, March-April 2009

 

[15] www.epdk.gov.tr, 02/08/2013

 

[16] M.K.Celik, W.-H.E.Liu: A Practical Distribution State Calculation Algorithm; Proceedings of IEEE Winter Meeting '99, New York, NY, pp. 442-447

 

[17]http://en.wikipedia.org/wiki/Rolling_blackout#cite_note-9, 06/08/2013

 

[18]http://tribune.com.pk/story/153085/in­dia-offers-pakistan-electricity-to-curb-load-shedding/, 06/08/2013

 

[19]http://www.dallasnews.com/news/community-news/dallas/headlines/20110202-cold-cripples-50-power-plants-triggering-blackouts-for-thousands-across-dallas-fort-worth.ece, 06/08/2013

 

[20]http://www.reuters.com/article/2009/05/12/idUS164216+12-May-2009+GNW20090512, 11/08/2013

 

[21] Daneshi, H.; Shahidehpour, M.; Choobbari, A.L., "Long-term load fore­casting in electricity market," Elec­tro/Information Technology, 2008. EIT 2008. IEEE International Conference on , vol., no., pp.395,400, 18-20 May 2008

 

[22] N. Katic, M. Galic, L. Mijatovic, “Smart Grid Solutions Applied in Power Grid, Costs and Benefits”, The 6th PSU-UNS International Conference on Engineering and Technology (ICET-2013), Novi Sad, Serbia, May 15-17, 2013