Elektrik Dağıtım Sistemine Bağlı FV Santrallerin Şebeke Gerilimi Üzerindeki Etkisi

Abstract

Paris İklim Anlaşması ile karbon ayak izini azaltmak, sürdürülebilirliği artırmak ve enerji krizleriyle mücadele etmek amacıyla dağıtık üretime yönelik teşvikler ve talep her geçen gün artmaktadır. Ancak elektrik dağıtım sisteminin mevcut yapısı tek yönlü enerji akışı olacak şekilde tasarlandığından, dağıtık üretim sistemine bağlantı ile geleneksel şebeke tamamen farklı bir yapıya evrilmektedir. Dağıtık üretimin sisteme bağlandığı noktada şebekeye olumlu katkıları olabileceği gibi olumsuz katkılarının da olabileceği bilinmektedir. Bu makalede, FV santrallerin entegrasyonunda üretim-tüketim ilişkisinin trafo merkezi ile son kullanıcı arasındaki bara, hat ve trafolar üzerindeki gerilim üzerindeki etkileri incelenmiştir. İki farklı üretim-tüketim durumu için MatlabSimulink ile yük akış analizi gerçekleştirilmiş ve gerilim değişimleri standartlarda belirtilen sınırlar dahilinde analiz edilmiştir. Analiz sonuçları, FV santrallerin doğru entegrasyonu ile şebeke geriliminin 30,89 kV' dan nominal gerilim seviyesi olan 31,5 kV' a yükseldiğini, hatalı bir entegrasyon ile ise standartların üzerinde bir artışla 32,56 kV' a yükseldiğini göstermektedir.

Keywords

• Dağıtık üretim
• elektrik dağıtım sistemi
• FV penetrasyonu
• gerilim değişimi
• yük akış analizi

Effect of PV Plants Connected to the Electrical Distribution System on the Mains Voltage

Abstract

With the Paris Climate Agreement, incentives and demand for distributed generation are increasing day by day to reduce the carbon footprint, increase sustainability, and fight energy crises. However, since the current structure of the EDS is designed to be a one-way energy flow, the traditional grid evolves into a completely different structure with the connection to the distributed generation system. It is known that at the point where the distributed generation is connected to the system, it can have positive contributions to the grid as well as negative contributions. In this study, the effects of the generation-consumption relationship in the integration of PV power plants on the voltage on busbars, lines and transformers between the substation and the end user are investigated. Load flow analysis is performed with MatlabSimulink for two different generation-consumption cases and voltage variations are analyzed within the limits specified in the standards. The results of the analysis show that with the correct integration of PV plants, the grid voltage increases from 30.89 kV to 31.5 kV, which is the nominal voltage level, while with incorrect integration, it increased to 32.56 kV, an increase above the standards.

Keywords

• Distributed generation (DG)
• electricity distribution system (EDS)
• load flow analysis
• PV penetration
• voltage variation

References

1. Türkiye Sınai Kalkınma Bankası, "Enerji Görünümü," TSKB Enerji Çalışma Grubu, Kasım 2020. Avaible: https://www.tskb.com.tr/uploads/file/enerji-sektor-gorunumu-2020.pdf
2. International Energy Agency, "Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector," May 2021. Avaible: https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050
3. X. Deng and T. Lv, "Power System Planning with Increasing Variable Renewable Energy: A Review of Optimization Models," Journal of Cleaner Production, vol. 246, p. 118962, 2020. Doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118962.
4. K. Jadeja, "Major Technical Issues with Increased PV Penetration on the Existing Electrical Grid," M.S. thesis, School of Engineering and Information Technology, Murdoch University, Perth, Australia, 2012. Available: https://core.ac.uk/display/11241964.
5. P. P. Barker and R. W. De Mello, "Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems: Part 1 - Radial Distribution Systems," in Proceedings of the IEEE Power Engineering Society Transmission and Distribution Conference, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2000, pp. 1645–1656. Doi: 10.1109/pess.2000.868775.
6. A. A. Bayod-Rújula, "Future Development of the Electricity Systems with Distributed Generation," Energy, vol. 34, no. 3, pp. 377–383, Mar. 2009. Doi: 10.1016/j.energy.2008.12.008.
7. R. A. Ufa, Y. Y. Malkova, V. E. Rudnik, M. V. Andreev, and V. A. Borisov, “A Review on Distributed Generation Impacts on Electric Power System,” Int J Hydrogen Energy, vol. 47, no. 47, pp. 20347–20361, Jun. (2022), Doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.04.142.
8. A. N. Celik and E. Özgür, "Review of Turkey’s Photovoltaic Energy Status: Legal Structure, Existing Installed Power and Comparative Analysis," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 133, p. 110344, 2020. Doi: 10.1016/j.rser.2020.110344

9. P. Srikanth, O. Rajendra, A. Yesuraj, M. Tilak, and K. Raja, "Load Flow Analysis of IEEE-14 Bus System Using MATLAB," International Journal of Engineering Research & Technology, vol. 2, no. 5, May 2013. Available: https://www.ijert.org/research/load-flow-analysis-of-ieee14-bus-system-using-matlab-IJERTV2IS50038.pdf
10. M. Yeşilbudak, S. Ermiş, and R. Bayındır, "Farklı Bara Sayısına Sahip Güç Sistemlerinde Yük Akışı Analiz Metotlarının Karşılaştırılması," Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, vol. 5, no. 3, pp. 237–246, Sep. 2017. Available: https://dergipark.org.tr/tr/pub/gujsc/issue/31140/315196.
11. H. Saadat, Power System Analysis, 1st ed. New York: McGraw-Hill, 1999.
12. M. H. Çintuğlu, "Alçak ve Orta Gerilim Elektrik Dağıtım Şebekelerinde Dağınık Üretim Santrallerinin Matlab/Simulink Ortamında Modellenmesi," Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 2011.
13. R. Khalaf Mohammed, "Dağıtık Üretim Tesislerinin Bulunduğu Şebekelerde Düşük Maliyetli Üretim ve Adalaşma Simülasyonu," Yüksek Lisans Tezi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2016.
14. A. S. Akinyemi, K. Musasa, and I. E. Davidson, "Analysis of Voltage Rise Phenomena in Electrical Power Network with High Concentration of Renewable Distributed Generations," Scientific Reports, vol. 12, no. 1, p. 7815, May 2022. Doi: 10.1038/s41598-022-11765-w
15. V. Vita, T. Alimardan, and L. Ekonomou, "The Impact of Distributed Generation in the Distribution Networks’ Voltage Profile and Energy Losses," in Proceedings of the 9th IEEE European Modelling Symposium on Mathematical Modelling and Computer Simulation, Madrid, Spain, 2015, pp. 260–265. Doi: 10.1109/EMS.2015.46.
16. J. Caballero-Peña, C. Cadena-Zarate, A. Parrado-Duque, and G. Osma-Pinto, "Distributed Energy Resources on Distribution Networks: A Systematic Review of Modelling, Simulation, Metrics, and Impacts," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 136, p. 107900, 2022. Doi: 10.1016/j.ijepes.2021.107900.
17. K. Sandhya and K. Chatterjee, "A Review on the State of the Art of Proliferating Abilities of Distributed Generation Deployment for Achieving Resilient Distribution System," Journal of Cleaner Production, vol. 287, p. 125023, 2021. Doi: 10.1016/j.jclepro.2020.125023.
18. A. Eslami, M. Negnevitsky, E. Franklin, and S. Lyden, "Review of AI Applications in Harmonic Analysis in Power Systems," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 154, p. 111897, 2022. Doi: 10.1016/j.rser.2021.111897.
19. A. Karadeniz and M. Balcı, "Fotovoltaik Dağıtık Üretim Birimleri (FV-DÜB): Güç Kalitesine Etkileri, Uluslararası Güç Kalitesi Standartları ve FV-DÜB Barındıran Dağıtım Sistemleri İçin Güç Kalitesi İyileştirme Yöntemleri," Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 21, no. 2, pp. 882–903, 2019. Doi: 10.25092/baunfbed.654556.
20. Türkiye Elektrik Dağıtım A.Ş., "Hermetik Tip OG/AG Dağıtım Güç Transformatörleri Teknik Şartnamesi," TEDAŞ-MLZ/99-032.D, 2013. Available: https://www.tedas.gov.tr/FileUpload/MediaFolder/2f4dae98-2506-443b-8cf7-7ad30961dc5e.pdf
21. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, "Elektrik Dağıtım Sistemi Yönetmeliği," Resmî Gazete, 30 Aralık 2015, Sayı: 29577. Available: https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-0-159-3/yonetmelikler
22. Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, "Elektrik Şebeke Yönetmeliği," Resmî Gazete, 28 Mayıs 2014, Sayı: 29013. Available: https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/3-6730/elektrik--sebeke-yonetmeligi
23. IEEE Standards Association, "IEEE Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces," IEEE Std 1547-2018, 2018. Doi: 10.1109/IEEESTD.2018.8332112.
24. M. Davoudi, V. Cecchi, and J. R. Aguero, "Effects of Stiffness Factor on Bus Voltage Variations in the Presence of Intermittent Distributed Generation," in Proceedings of the 2015 North American Power Symposium (NAPS), Charlotte, NC, USA, 2015, pp. 1–6. Doi: 10.1109/NAPS.2015.7335187.
25. BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V., "Generating Plants Connected to the Medium-Voltage Network: Guideline for Generating Plants’ Connection to and Parallel Operation with the Medium-Voltage Network," Jun. 2008. Available: https://erranet.org/download/generating-plants-connected-to-medium-voltage-network/
26. D. Y. Wang, M. Jolly, and W.-J. Lee, "Policy and Practice of Distributed Generation Interconnection in the Con Edison Distribution System," in Proceedings of the 2010 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Houston, TX, USA, 2010, pp. 1–6. Doi: 10.1109/IAS.2010.5615740.
27. CENELEC, "Voltage Characteristics of Electricity Supplied by Public Electricity Networks," EN 50160, 2005.
28. S. Fatima, V. Püvi, and M. Lehtonen, "Review on the PV Hosting Capacity in Distribution Networks," Energies, vol. 13, no. 18, p. 4756, Sep. 2020. Doi: 10.3390/en13184756.
29. A. Mozsolics, "ERRA Case Study," Energy Regulators Regional Association, 2014. [Online]. Available: https://www.erranet.org
30. S. Ağıralioğlu and N. Ağıralioğlu, "Türkiye’de Enerji ve Politikaları," Takvim-i Vekayi, vol. 8, no. 2, pp. 166–198, Dec. 2020. Available: https://dergipark.org.tr/tr/pub/takvim/issue/55376/840197.
31. T. Ackermann, G. Andersson, and L. Söder, "Distributed Generation: A Definition," Electric Power Systems Research, vol. 57, no. 3, pp. 195–204, Apr. 2001. Doi: 10.1016/S0378-7796(01)00101-8.