Güç Sistemlerinin Analizi

Prof. Dr. Uğur Arifoğlu

 Elektrik ve elektronik mühendisliği

 farkımız, kitaplarımızda... 

ISBN: 978-605-9495-69-1, Şubat 2020

544 sayfa, (16,5x24 cm2), 80 gr 1. hamur kağıt.                                    şimdi satın al

Önsöz.  Güç sistemlerinin analizi üzerine ülkemizde yeterli sayıda Türkçe eser bulunmamaktadır. Özellikle bilgisayar kullanımının yaygınlaşması, güç sistemlerinin analizinde gerekli olan yazılım algoritmalarına duyulan ihtiyacı artırmıştır. Elektrik tesislerini inceleyen eserlerde görülen klasik yaklaşımlar  yerini, güç sistemini  modern ölçüm ve kontrol yöntemlerini de içine alan  bir yaklaşım ile inceleyen eserlere bırakmıştır. Artık güç sistemini bir çok yönden inceleyebilen paket programlar geliştirilip kişisel bilgisayarların kullanımına hazır hale getirilmektedir. Güç sistemi üzerine yazılan eserler yukarıda anlatılan gerçekleri göz ardı etmeyen bir içeriğe sahip olmalıdır. Bu eser, güç sistemlerinin bilgisayar desteği ile incelenebilmesini mümkün kılan temel algoritmaları anlamak isteyenlerin bilgi ihtiyaçlarını gidermek üzere hazırlanmıştır.

Günümüz ihtiyaçlarını gözeterek, esere içerik olarak; güç akışı, güç sistemi harmonikleri ve etkileri, STATCOM, elektriğin ekonomik olarak üretim ve dağıtımı, SCADA, kararlılık analizi, güneş santralleri gibi güç sistemi için önemli sayılacak konular yerleştirilmiştir.

Bilginin sistematize edilip daha iyi kavranması amacıyla, konuların dayandığı temel noktalar eserde karşılaştırmalı olarak anlatılmıştır.  Ayrıca okuyucunun bilgiyi pratiğe aktarabilme alışkanlığını kazanabilmesi için problem ağırlıklı bir anlatım tarzı kullanılmıştır. Önemi sebebiyle eser içinde bazı konular farklı anlatımla tekrarlanarak okuyucunun dikkati çekilmeye çalışılmıştır.

Eserin EK bölümlerinde güç sistemleri için önemli olduğunu düşündüğüm konulara ilişkin bilgisayar programları MATLAB dilinde verilmiştir.

 İÇİNDEKİLER

Önsöz

Bölüm 1. Temel Konular

1.1. Fazör Tanımı

1.2. Saf Omik Yük

1.3. Saf Endüktif Yük

1.4. Saf Kapasitif Yük

1.5. Genel RLC Yük Hali

1.6. Kompleks Güç Tanımı

1.7. Enerji Sistemlerinde Tercih Edilen Çözüm Modeli Olarak Düğüm Gerilimleri Yöntemi               

1.8. Dengeli Üç Fazlı Sistemler

1.8.1. Dengeli Üç Fazlı Üreticilerde Ani Güç

1.8.2. Dengeli Üç Fazlı Üreticilerde Kompleks Güç

1.9.  Üç Fazlı Kaynaklar

1.9.1. Yıldız Bağlı Jeneratör

1.9.2. Üçgen Bağlı Jeneratör

1.9.3. Üç Fazlı Sistemlerde Jeneratör-Yük İlişkisi

1.9.4. Yıldız-Yıldız Bağlı Sistem (Nötr hattı empedansı Sıfır)

1.9.5. Yıldız-Üçgen Bağlı Sistem

1.9.6. Üçgen-Yıldız Bağlı Sistem

1.9.7. Üçgen-Üçgen Bağlı Sistem

1.9.8. Yıldız-Yıldız Bağlı Sistem (Nötr hattı empedansı sıfırdan farklı)

1.9.9. Üçgen-Yıldız Bağlı Sistemin Yıldız-Yıldız Dönüşümü ile Çözülmesi

1.10. Dengeli Üç Fazlı Sistemlerin Bir Fazlı Sistemlerden Üstünlükleri

1.11.  Çalışma Soruları

Bölüm 2. Güç Transformatörleri

2.1.    İdeal Bir Fazlı Transformatör

2.2.    Faz Kaydırıcılı Bir Fazlı İdeal Transformatör

2.3.    Bir Fazlı Transformatör Eşdeğeri

2.4.    Birim Değer Sistemi

2.4.1. Bir Fazlı Transformatörün Birim Değerler

2.4.2. Üç Fazlı Transformatörün Birim Değerler Cinsinden Eşdeğeri

2.4.3. Bir Fazlı Sistemlerde Birim Değer Uygulamaları Cinsinden Eşdeğeri

2.5.    Simetrili Bileşenler (Fortescue)

2.5.1  Gerçek Sistem Empedanslarının Simetrili Bileşen Devrelerine Dönüştürülmesi

2.5.2. Üç Fazlı Genel Bir Yük Gösterimi

2.5.3. Seri Empedansların Bileşen Devre Gösterimleri

2.5.4. Dönen Makinaların Simetrili Bileşen Devre Eşdeğeri

2.5.5. Simetrili Bileşen Devrelerinde Güç Hesabı

2.6.    Üç Fazlı Transformatörler

2.6.1. Üç Fazlı İki Sargılı Transformatörün Birim Değerlere Göre Eşdeğeri

2.7. Üç Fazlı-Üç Sargılı Transformatörler

2.8. Ototransformatörler

2.9. Kademe Ayarlı Transformatör

2.10. Çalışma Soruları

2.11. Bir Fazlı Üç Sargılı Transformatörler

Bölüm 3. Enerji İletim Hatları

3.1.    Kısa Uzunlukta Hat

3.2.    Orta Uzunlukta Hat

3.3.    Uzun Hat

3.3.1. Uzun Hattın p Eşdeğer Devresi

3.4.    Kayıpsız Hat

3.4.1. Kayıpsız Hattın Karakteristik Empedansı

3.4.2. Kayıpsız Hattın ABCD Parametreleri

3.4.3. Kayıpsız Hattın p Eşdeğer Devresi

3.4.4. Kayıpsız Hattın Karakteristik Empedansla Yüklenmesi

3.4.5. Kayıpsız Hattın Çeşitli Yüklerde Gerilim Genlik Değişimi

3.4.6. Kayıpsız Hatta Sürekli Halde Aktif Güç İletim Sınırının Bulunması

3.5. Hatlarda Gerilim Regülasyonu

3.6. Kayıplı Hatlarda Maksimum Güç İletimi

3.7. İletim Hatlarında Reaktif Güç Kompanzasyon Teknikleri

3.8. Reaktif Güç Ayarının Önemi

3.9. Şönt Admitansı İhmal Edilen Bir Hatta Gerilim Düşümü Hesabı

3.10. Alıcı Uç Gerilimin Ayar Yöntemleri

3.11. Bir Jeneratörün Sonsuz Güçlü Bir Barayı Beslemesi

3.12. Yuvarlak Rotorlu Senkron Jeneratörün Çalışma Sınırları

3.13. Çalışma Soruları

Bölüm 4. Kısa Devre Hesaplamaları

4.1. Seri RL Devresinde Kısa Devre Akımının Hesabı

4.2. Yüksüz Senkron Jeneratörde Üç Fazlı Kısa Devre Oluşması

4.3. Güç Sistemlerinde Kısa Devre

4.3.1. Kısa Devre Akımı Hesaplama Yöntemi

4.3.2.   Kullanılarak Bara Empedans Matrisinin Elde Edilmesi

4.3.3. Bara Empedans Matrisinin Adım Adım Elde Edilmesi

4.3.3.1. Sistemin (p=1 numaralı) Referans Barası ile Yeni Bir q Barası Arasına Bara Değerinde Kuplajsız Bir Dal Bağlanması

4.3.3.2. Sistemin (p=1 numaralı) Referans Barası ile Mevcut Bir q Barası Arasına Bara Değerinde Kuplajsız Bir Kiriş Bağlanması

4.3.3.3. Sistemin p numaralı Barası ile Yeni Bir q Numaralı Bara Arasına Değerinde Kuplajsız Bir Dal Bağlanması

4.3.3.4. Sistemin p numaralı Barası ile Mevcut Bir q Numaralı Bara Arasına Bara Değerinde Kuplajsız Bir Kiriş Bağlanması

4.3.3.5. Sistemin (p=1 numaralı) Referans Barası ile Yeni Bir q Barası Arasına (Mevcut a ve b Baraları Arasına Bağlı Bir Hat ile Kuplajlı) Bir Dal Bağlanması

4.3.3.6. Sistemin (p=1 numaralı) Referans Barası ile Mevcut Bir q Barası Arasına (Mevcut a ve b Baraları Arasına Bağlı Bir Hat ile Kuplajlı) Bir Kiriş Bağlanması

4.3.3.7. Sistemin p numaralı Barası ile Yeni Bir q Numaralı Bara Arasına (Mevcut a ve b Baraları Arasına Bağlı Bir Hat ile Kuplajlı) Bir Dal Bağlanması

4.3.3.8. Sistemin p numaralı Barası ile Mevcut Bir q Numaralı Bara Arasına (Mevcut a ve b Baraları Arasına Bağlı Bir Hat ile Kuplajlı) Bir Kiriş Bağlanması

4.3.3.9. Bara Empedans Matrisinde Değişiklik Yapılması

4.3.4. Enerji Sistemi Hata Modeli

4.3.5. Üç Fazlı Kısa Devre Hesaplamaları

4.3.6. İki Fazlı Kısa Devre Hesaplamaları

4.3.7. İki Faz-Toprak Kısa Devre Hesaplamaları

4.3.8. Bir Faz-Toprak Kısa Devre Hesaplamaları

4.3.9. Dengeli ve Dengesiz Kısa Devrede Bileşen Devre Akım ve Gerilim Hesaplamalarına İlişkin Eşitlikler

4.3.10. Kısa Devre Hesaplamalarının Bilgisayar Kullanılarak Yapılması

4.4. Çalışma Soruları

Bölüm 5.  Güç Akışı

5.1. Giriş

5.2. Gauss Eliminasyon Metodu

5.3. Gauss-Seidal Eliminasyon Metodu

5.4. Güç Akışı Hesaplamaları

5.5. Gauss -Seidal Metodu ile Güç Akışı Algoritması

5.6. Newton-Raphson Yöntemi ile Güç Akışı Algoritması

5.7. Hızlı Ayrışık Güç Akışı

5.8. Güç Akışının Kontrolü

5.9. Alternatif Akım – Doğru Akım Güç Sistemleri (AA-DA)

5.9.1. Alternatif Akım – Doğru Akım Güç Akışı  (AA-DA)

5.9.1.1. Birleşik Alternatif Akım- Doğru Akım Güç Akışı

5.9.1.2. Ayrık Alternatif Akım-Doğru Akım Güç Akışı

5.9.1.3. Doğru Akım Güç Akışı Hesaplamaları

5.9.1.4. Doğru Akım Güç Akışı Algoritması

5.10. Çalışma Soruları

Bölüm 6. Optimal Güç Akışı ve SCADA Sistemi

6.1. Yakıt Kullanan Santrallerde Ekonomik (optimal) Güç Üretimi (Hat kayıpları ve eşitsizlik içeren sınırlamalar ihmal ediliyor)

6.2. Yakıt Kullanan Santrallerde Ekonomik (Optimal) Elektrik Üretimi (Eşitsizlik içeren sınırlamalar var fakat hat kayıpları ihmal ediliyor)

6.3. Hat Kayıplarının Ekonomik Üretim Hesaplamalarına Sokulması

6.4. B Katsayıları

6.5. Büyük Boyutlu Alternatif Akım Sistemlerinde Ekonomik Güç Üretim ve Dağıtımına İlişkin Algoritmanın Elde Edilmesi (Optimal Güç Akışı)

6.5.1. Doğrusal Olmayan Kısıtlar İçeren Ekonomik Güç Üretim Algoritması

6.5.2. PQ Optimizasyonu

6.5.3. P Optimizasyon Hesaplamaları

6.5.3.1. P Optimizasyonunda Kullanılan Değişkenler

6.5.3.2. PQ Optimizasyonunun Bir Parçası Olarak P Optimizasyonu

6.5.4. Q Optimizasyonunda Amaç Fonksiyonu

6.5.4.1. Q Optimizasyonunda Kullanılan Değişkenler

6.5.4.2. PQ Optimizasyonunun Bir Parçası Olarak Q Optimizasyonu

6.6. Güç Sistemi Kontrol Merkezi ve Uç Birim Yapıları

6.6.1. GSKM ve Uç Birimler Arasındaki Haberleşme

6.6.2. Durum Kestirimi

6.6.3. Sistem Emniyeti

6.6.4. Optimal Güç Akışı ve SCADA Sistemi

6.7. Çalışma Soruları

Bölüm 7.  Harmonikler

7.1. Harmonik Tanımı

7.2. Ölçme Yöntemi ile Fourier Katsayılarının Bulunması

7.3. Harmonikli Sistemde Güç, Etkin Akım ve Etkin Gerilim Hesabı

7.4. Harmonikli Bir Sistemde Akım ve Gerilim Kalitesinin Belirlenmesi

7.5. Yük Gerilimi ile Kaynak Akımı Harmonikleri Arasındaki İlişki

7.6. Harmonikli Bir Yükün Aynı Şebekeye Bağlı Diğer Yüklere Etkisi

7.7. Harmonikli Bir Devrede Güç Hesabı

7.8. Harmoniklerin Üretilmesi

7.9. Harmoniklerin Enerji Sistemleri Üzerindeki Etkisi

7.9.1.   Harmoniklerin Rezonans Etkisi

7.9.1.1. Paralel Rezonans Etkisi

7.9.1.2. Seri Rezonans Etkisi

7.9.2. Dönen Makinalarda Harmonik Etkisi

7.9.3. Elektrik Tesislerinde Harmonik Etkisi

7.9.3.1. Röleler Üzerinde Harmonik Etkisi

7.9.3.2. Sistemdeki Hata Sonucunda Ortaya Çıkan Harmonik Problemleri

7.9.3.3. Hata Koşulları Dışında Harmonik Problemleri

7.9.4. Tüketici Cihazlarında Harmonik Etkileri

 7.9.5. Güç Ölçen Aletlerde Harmonik Etkisi

7.9.6. Güç Faktörü Üzerine Harmonik Distorsiyonu Etkisi

7.10. Harmonikli Sistemlerde Kullanılan K Faktör Transformatörleri

7.11. Harmonik Filtreleri

7.11.1. Pasif Filtreler

7.11.1.1. Pasif Filtrelerin Devreye Bağlanma Şekilleri

7.11.1.2. Tek Ayar Pasif Filtreler

7.11.1.3. Çift Ayar Pasif Filtreler

7.11.1.4. Sönümlü Filtreler

7.11.1.5. Filtre Tasarımında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar

7.11.1.6. Tek Ayarlı Filtre Tasarımı

7.11.1.7. Sönümlü Filtre Tasarımı

7.11.2. Aktif Filtre

7.11.2.1. Paralel Aktif Filtre

7.11.2.2. Seri Aktif Filtre

7.11.2.3. Hibrid Filtre

7.12. Eviricide Harmonik Genlik Kontrolü (Seçilmiş harmoniklerin eliminasyonu yöntemi)

7.13. Endüktans ve Kapasitans Değerlerinin Ölçülmesinde Harmonik Etkisi

7.14. Çalışma Soruları

Bölüm 8. Reaktif Güç Kompanzasyonu

8.1. Reaktif Güç Tanımı

8.2. Reaktif Güç Kompanzasyonunun Yararları

8.3. Reaktif Güç Kompanzasyonunda Kondansatör Gücünün Hesabı

8.4. Reaktif Güç Kompanzasyonunda Kondansatör Değerinin Hesabı

8.5. Reaktif Güç Kompanzatörleri

8.6. Gerilim Ayarı (Regülasyonu)

8.7. Statik VAr Sistemleri

8.7.1. Statik Var Sisteminin Özellikleri

8.7.2. Statik Var Sisteminin Ana Tipleri

8.7.3. SVS’nin Ana Harmonik Frekansındaki Davranışı

8.7.3.1. İdeal SVS Karakteristiği

8.7.3.2. Gerçek SVS Karakteristiği

8.7.3.3. Tesis İçine Yerleştirilen SVS Karakteristiği

8.7.4. Tristör Kontrollü Reaktör (TKR)

8.7.5. Tristör Anahtarlamalı Kapasitör (TAK)

8.7.6. Tristör Anahtarlamalı Reaktör (TAR)

8.7.7. Tristör Kontrollü Seri Kompanzatör (TCSC)

8.7.8. Statik Kompanzatör (STATCOM)

8.7.9. Uygulamada Kullanılan Statik VAr Sistemleri

8.7.10. Doymuş Reaktör

8.8. Harmonikli Devrede Bir Kapasite Kullanarak Reaktif Güç Kompanzasyonu Yapmak

8.8.1. Kaynak Gerilimi Sinüs Formunda Değil, Fakat Yük Doğrusalken Kompanzasyon Yapmak

8.8.2. Kaynak Gerilimi Sinüs Formunda Fakat Yük Doğrusal Değilken Kompanzasyon Yapmak

8.9. Çalışma Soruları

Bölüm 9.  Güç Sistemlerinin Kararlığı

9.1. Temel Kavramlar

9.2. Kararlılığın Matematiksel Tanımı

9.3. Geçici Hal Kararlılığı için Çözüm Yaklaşımları

9.4. Kararlılık Analizinde Kullanılacak Kabuller

9.5. Jeneratör, İletim Sistemi ve Yüklerin Modellenmesi

9.6. Ardarda Çözüm Yöntemi

9.7. Direkt Metod

9.8. Eşit Alan Kriteri

9.9. Çalışma Soruları

Bölüm 10.  Güneş Santralleri ve PVsyst ile Tasarımı

10.1. Temel Kavramlar

10.2. Fotovoltaik Sistem

10.2.1. PV Sistem Elemanları

10.2.1.1. Fotovoltaik Hücreler

10.2.1.2. Fotovoltaik Hücrelerinin Çalışma İlkesi

10.2.1.3. Fotovoltaik Hücre Eşdeğer Modeli

10.2.1.4. Güneş Paneli Eşdeğer Modeli

10.2.2. İnverter (Evirici)

10.2.3. Panel Taşıyıcı Destek Yapıları

10.2.4. Toplama Panoları

10.2.5. Kablolar

10.2.6. Transformatörler

10.3. PV Sistem Kayıpları

10.3.1. Gölgeleme Kayıpları

10.3.2. Tozlanma ve Karlanma Kayıpları

10.3.3. Sıcaklık Kayıpları

10.3.4. Uyumsuzluk (Mismatch) Kayıpları

10.3.5. Yansıma Kayıpları

10.3.6. Harici Ekipman Kullanımı Kayıpları

10.3.7. Güneş Paneli Kayıpları

10.3.8. İnverter Kayıpları

10.3.9. Kablo Kayıpları

10.3.10. Transformatör Kayıpları

10.4. PV Panel Açısının Belirlenmesi

10.5. PVSYST Programının Tanıtımı

10.5.1. Ön Tasarım (Preliminary Design)

10.5.2. Proje Tasarımı (Project Design)

10.5.2.1. Şebekeye Bağlı bir PV Sisteminin Tasarımı

10.5.2.2. Kurulum Yeri Seçim Bölümü

10.5.2.3. Yönlendirme Bölümü

10.5.2.4. Sistem Bölümü

10.5.2.5. Kayıplar Bölümü

10.5.2.6. Horizon (ufuk çizgisi)

10.5.2.7. Gölgeleme (Near shading)

10.5.2.8. Economic Evaluation Arayüzü

10.5.2.9. Miscellaneous Tools Arayüzü

10.5.3. Benzetim (Simulation) Bölümü

10.6. Veritabanları (Databases)

10.6.1. Meteo Databases Arayüzü

10.6.1.1. PV Sisteminin Kurulacağı Yerin Seçimi ve Meteorolojik Verilerin Elde Edilmesi

10.6.1.1.1. Pvsyst Programında Kayıtlı bir Yerin Seçimi

10.6.1.1.2. Pvsyst Programında Kayıtlı Olmayan bir Yerin Seçimi 

10.6.2. Component Databases Arayüzü

10.6.2.1. PV Sisteminde Kullanılan Güneş Panelinin Seçimi

10.6.2.1.1. Pvsyst Programında Kayıtlı Güneş Panelinin Seçimi

10.6.2.1.2. Pvsyst Programında Kayıtlı Olmayan Güneş Panelinin Oluşturulması

10.6.2.2. PV Sisteminde Kullanılacak İnverter Seçimi

10.6.2.2.1. Pvsyst Programında Kayıtlı İnverter Seçimi

10.6.2.2.2. Pvsyst Programında Kayıtlı Olmayan İnverterin Oluşturulması

10.7. Araçlar (Tools)

10.8. Pvsyst Programının Gerçek Bir Güneş Santraline Uygulanması

10.8.1. LEBİT Enerji Güneş Santralinin Genel Tanıtımı

10.8.1.1. Konum

10.8.1.2. PV Sistem Tek Hat Şeması

10.8.1.3. PV Sistem Elemanları

10.8.1.3.1. Güneş Hücreleri

10.8.1.3.2. Panel Taşıyıcı Destek Yapıları

10.8.1.3.3. Evirici (İnverter)

10.8.1.3.4. Toplama Panosu

10.8.1.3.5. Kablolar

10.8.1.3.6. Transformatör

10.8.2. Güneş Paneli Açısının Belirlenmesi

10.9. LEBİT Güneş Santralinin PVSYST Programı ile Simulasyonu

10.9.1. Proje Bölümü

10.9.2. Kayıt Bölümü

10.9.3. Yönlendirme Bölümü

10.9.4. Sistem Bölümü

10.9.5. Gölgeleme Bölümü

10.9.6. Kayıplar Bölümü

10.9.7. Horizon Bölümü

10.9.8. Simülasyon Bölümü

10.10. PVsyst Simulasyonu ile Gerçek Üretim Değerlerinin Karşılaştırılması

10.11. Çalışma soruları

Ekler

Kaynakça

Dizin

şimdi satın al