Ölçüm Sistemi ile Yüksek Gerilim İletim Sisteminin Akıllı

Ölçüm Sistemi ile Yüksek Gerilim İletim Sisteminin Akıllı Şebekelere
Adaptasyonu
Adaptation of High Power Transmission System to Smart Grid by Using Current
Meters.
Edip Ertuğrul, Asım Kaygusuz, Murat Akçin
Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü
İnönü Üniversitesi
[email protected], [email protected], [email protected]
Özet
Enerji sisteminin optimizasyonunun en önemli temel
taşlarından biri üretim ve tüketim noktaları arasındaki
dengenin sağlanması ve gereksiz enerji sarfiyatının en asgari
seviyeye indirilmesidir. Mevcut elektrik şebekelerinde bu
optimizasyonun sağlanmasında karşılaşılan zorluklar Akıllı
Şebekeler ile giderilebilecektir. Akıllı Şebekeler ile ilk
üretimden tüketimin son noktasına kadar otomasyon ve
optimizasyon sağlanabilmektedir. Akıllı Şebekelerin önemli
bir parçası olan akıllı iletim sayesinde kayıpların en asgari
seviyeye indirgenmesi amaçlanmaktadır. Enerji sisteminin en
önemli aktörlerinden birisi yüksek gerilim seviyesinde enerji
yönetimi ve iletimini gerçekleştiren TEİAŞ’tır. Bu amaçla
elektrik iletim sisteminin akıllı hale getirilebilmesi için
mevcut ölçüm sisteminin kullanılabileceği önerilmiştir.
Anahtar kelimeler:Enerji iletimi, TEİAŞ, Sayaç,
1. Giriş
Akıllı şebeke (Smart Grid) ile ilgili çalışmaların temeli 1980
yılında bir İsrail pilotunun kullandığı F15 savaş uçağının
yaşadığı arızaya dayanmaktadır. Bu arıza 1995–1998 yılları
arasında Washington Üniversitesindeki bir araştırma
grubunun projesine konu olmuştur. Bu proje daha sonra
NASA’nın da destekleri ile geliştirmiştir. [1]
Ülkemizde Elektrik iletim altyapılarını genişletmek, yeni
iletim tesisleri yapmak, bunlara paralel olarak kendi iletişim
altyapısını genişletmek, Türkiye Elektrik Sistemini
uluslararası standartlarda, kaliteli, ekonomik ve güvenilir bir
şekilde işletmek, bu amaçla; yeni projeler oluşturmak,
bunları gerçekleştirmek ve elektrik piyasası hizmetlerini
yürütmekten sorumlu olan TEİAŞ aracılığıyla bu görevler
yürütülmektedir. [2]
TEİAŞ yüksek gerilim (154 ve 380 kV) enerji iletim
sisteminin yönetilmesi ve iletilmesinde en etkin aktördür.
Enerji sisteminin yönetilmesi iki ayrı kapsamda ele
alınmalıdır. Bunlar enerji alış-satışı arasında uzlaşma görevi
görmesi ve oluşan arza bağlı talepleri yönlendirmesidir.
Ayrıca enerji iletiminin kesintisiz, kaliteli ve maksimum
verimlilik esasına göre gerçekleştirilmesine çalışılmaktadır.
Bilindiği
gibi
akıllı
şebekelerden
birçok
çıktı
hedeflenmektedir. Yapılan çalışmada ise daha ziyade akıllı
şebekelerin optimizasyonu ile ilgili TEİAŞ’ta mevcut olan bir
sisteme ek yapılarak bu sayede elektrik tüketim ve üretim
varlıklarının optimizasyonu hedeflenmiştir.
2. Mevcut İletim Sistemi ve Ölçüm
Sistemi
Ülkemizde enerji iletimi 154 kV ve 380 kV gerilim
seviyelerinde iletilmekte ve bu iletim sistemi TEİAŞ
tarafından işletilmekte ve kontrol edilmektedir.
2.1. Mevcut İletim Sistemi
Ülkemizde elektrik iletim sisteminde elektrik 154 kV ve 380
kV geriliminde 50 Hz. frekansında iletilmektedir. Elektrik
iletimi amacıyla günümüzde ülkemizin tamamı enterkonnekte
olarak ring yapısıyla bir birine bağlıdır. İletim şebekesi trafo
merkezleri ile sonlandırılmaktadır.
Trafo merkezinde
iletimin bağlı olduğu elektrik enerjisi gerilimine, bölgede
dağıtımı yapılacak olan güce göre belirlenen trafolar ve iletim
sisteminin sağlıklı çalışmasını, arızalardan korunmasını
sağlayacak koruma ve iletişim sistemleri ile donatılmıştır.
Ring sistemi iletim gerçekleştirilmektedir.
2.2. Sayaç
Tüketicinin kullandığı enerjinin ölçülüp parasal bir değere
dönüşmesini sağlayan cihazlardır. Sayaçlar üretim
özelliklerine göre; mekanik elektrik sayaçları ve elektronik
elektrik sayaçları olmak üzere iki başlıkta ele alınır. Ayrıca
sistemin faz yapısına göre monofaze (tek fazlı) ve trifaze (üç
fazlı) sayaçlar olarak 2 ye ayrılır. Trifaze sayaçlar prensip
olarak monofaze sayaçlar ile aynı yapıda olup monofaze
sayaçların ölçme kurallarına uygun olarak bir araya
getirilmeleri ile oluşturulmuşlardır. Bununla birlikte bu
sınıflandırmaların dışında, belirli dönemdeki maksimum
gücü ölçebilen ve demant metreli sayaçlar adını da alan diğer
bir sayaç türü vardır. İşte tüm bunlarla beraber elektronik
sayaç teknolojisi günden güne daha da gelişmekte olup
yapılan çalışmalar sayaçların mevcut özelliklerinin dışında
daha farklı özellikler için de kullanılabileceğini
göstermektedir.[3] TEİAŞ ölçü sisteminde kullanılan örnek
sayaç modelleri şekil 1’dedir.
Şekil 1. Elektronik Sayaç
Elektronik elektrik sayaçları, enterkonnekte sisteminde
TEİAS, TEDAS ve bu teşekküllerin müşterilerine ait 3 Faz-3
Telli ve 3 Faz-4 Telli bağlantılı ölçü noktalarında kullanılır.
Bu ölçü noktaları EPDK Tebliğinde de belirtildiği gibi:

Üretim tesislerinin şebekeye bağlantı noktaları,

Dağıtım sistemlerinin iletim şebekesine bağlantı
noktaları,

İletim sistemine doğrudan bağlı tüketici
tesislerinin şebekeye bağlantı noktaları,

İthal ve/veya ihraç edilen elektrik enerjisinin ülke
sınırındaki teslim noktalarıdır .[4]
2.3. Mevcut Ölçüm Sistemi
OSO sistemi veya AMR (Automatic Meter Reading),
üreticiden tüketiciye direkt bir ulaşım şekli olup, bu şekilde
sayacın okuduğu verilerin (elektrik-gaz v.b.) tamamen
otomatik bir biçimde ve hatasız okunmasına olanak sağlayan
bir sistemdir.
bir
şekilde
nasıl
yönetebilecekleri
konusundaki
sorumlulukları azalmaktadır. Tüm bu anlatılanlar OSO
sistemi ile tamamen otomatik bir şekilde sağlanır. [1]
Şekil 2. Otomatik Sayaç Okuma Sistemi [1]
2.4. Mevcut Ölçüm Sistemi ile Yapılanlar
TEİAŞ trafo merkezlerinde her dağıtım trafosunun (380/33kv
ya da 154/33kv) çıkışında (müşteri yönü, dağıtım şebekesi
yönü)sayaç mevcuttur. Sayaçlarda EPDK yönetmelikleri ve
tarifelerine göre ücretlendirmeler yapılır. Ücretlendirmeler
iki türlüdür:
1. Tür Ücretlendirme:
Toplam aylık tüketilen kW
üzerindendir ve TEİAŞ sadece mahsuplaşmayı PMUM
(piyasa mali hizmetler ve uzlaştırma müdürlüğü) üzerinden
yapmaktadır.
2. Tür ücretlendirme:
Trafo merkezinin eş zamanlı
maksimum demant değeri olup söz konusu trafo merkezinden
o ay içerisinde çekilen saatlik maksimum yük (kW) olarak
belirlenir.
Trafo merkezi ve sayacın bağlantısı kabaca aşağıdaki gibidir.
Bu sistem sayaç verilerinin çok kısa periyotlarla tek bir
merkezde tam olarak toplanmasını sağlar. Bu sayede üretici,
üretimini tahminlere dayanarak üreteceğine sayacın
belirlenen periyotlardaki değişimlerini göz önüne alarak
yapmaktadır.
Dağıtıcı trafo merkezlerinden alınan elektriği tüketiciye
verimli ulaştırılmasından sorumludur. İletimden sorumlu
sistemin kontrol altında olması üretici ile tedarikçi arasında
iyi bir işbirliği sağlamış olur. Bu sistemde; üretici
üretimlerini anlık ihtiyaçlara göre düzenler, tedarikçi de
üretici ile irtibat halinde olarak gerekli talebi tam olarak
karşılar böylece tüketici yüklerini nasıl daha etkili
yönetebileceği probleminin ağır baskısından kurtulabilmekte
ve sonuçta en üst düzey verimde tüketim yapabilmektedir.
Benzer şekilde üretici ve tedarikçi de sistemlerini en etkili
Şekil 3. Trafo Merkezi ve Sayaç Bağlantısı
Sayaçlara trafolardan çekilen akım (3faz) ve gerilim değerleri
kaydedilir. Ayrıca sayaçlar arasında eş zamanlı demant
hesaplanmasının sağlıklı olarak yapılması için sayaçlar
arasında bağlantı kablo kullanılmaktadır.
Bazı sayaçlarda dahili haberleşme portları(modemleri) var
iken ayrıca harici haberleşme modemi (hafızalı veya
hafızasız) haberleşme modemleri mevcuttur. Ayrıca
sayaçlarda çıkış portları bulunmakta olup mevcut
konfigürasyonda kullanılmamaktadır. Çıkış portları röle
girişi olarak kullanılabilmektedir. Bu çıkışlar haberleşme
portları üzerinden gelen girişlerde veya sayaç içerisinde
yapılabilecek konfigürasyonlara göre yönetilebilmektedir.
transferine dayanmaktadır.
Bu durum saatlik olarak (ya da 15 dakikalık) yük bilgilerinin
yük tevzilere iletilmesi halinde ve bu iletilen yük
durumlarına bağlı olarak minimum üretim kaybıyla
şebekenin yönetilmesine imkan verecektir. Bu durumda
mevcut haberleşme uçları ilaveler yapılması gerekecektir.
Bu ilaveler aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Mevcut durumda bağlantılar aşağıdaki şekildeki gibidir.
Şekil 6. Sayaç Haberleşme Bağlantı Yapısı
Yük kaynaklarının devreye alınma ya da devreden çıkarılma
durumu ihtiyaca göre daha hızlı olarak düzenlenebilecektir.
Bu durumun dışında ayrıca sayaç çıkış portları ile ayırıcı ve
kesicilerin yönetimi de mümkündür. Bunun için Sayaç
bağlantısı aşağıdaki şekilde yapılabilir.
Şekil 4. Mevcut Durumda Sayaç Bağlantıları
TEİAŞ ölçüm sisteminin genel bağlantı yapısı aşağıdaki
şekildeki gibidir.
Şekil 7. Önerilen Sistemde Ayırıcı ve Kesicilerin Bağlantısı
Şekil 5. TEİAŞ Ölçüm Sisteminin Genel Bağlantı Yapısı
3. Önerilen Sistem
Yük tevzi ve bölgesel yük tevzileri, üretim ve tüketim
noktaları arasında yük koordinasyonlarının yapıldığı TEİAŞ
‘a bağlı birimlerdir. Mevcut sayaç haberleşme sistemi
belirlenen periyotlarda sayaç ve PMUM arasında veri
4. Sonuçlar
Önerilen bağlantı yapısının avantajları şu şekilde
genelleştirilebilir.
1.
Demant aşımlarının engellenebilmesi: Trafo ve
trafoya bağlı sistemin akımlar kaynaklı zarar görmesini
engeller
2.
Tüketim
kapasitelerinin
aşılmasının
engellenebilmesi: Dağıtım şebekesinin yönetimi kolaylaşır
3.
Sayaçların aynı zamanda TR aşırı akım ve mesafe
koruma rölesi olarak da kullanılabilmesine imkân
Röle yerine (ekstra bir maliyet ödemeden)
kullanılabilmektedir
4.
Anlık tüketim verileri (ihtiyaçlar) baz
anlık üretim programlarının oluşturulabilmesi:
fazlalığı nedeni ile kayıplar minimize edilmektedir
vermesi:
sayaçlar
alınarak
Üretim
Mevcut iletim sistemine çok az bir maliyetle akıllı şebeke
normları kapsamında kullanımına olanak sağlayabilecektir.
İletim sisteminde ihtiyaç duyulan elektrik miktarının ya da
arızaların oluşması nedeniyle çok hızlı kararların alınması
gerekmektedir. Önerilen sistem bu ihtiyaçları karşılayacak
kapasitededir.
.
Kaynaklar
[1] M. CAN, “AKILLI ŞEBEKELER” (2012), ElektrikElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı (Selçuk
Üniversitesi-Konya)
[2] www.teias.gov.tr “Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Genel
Müdürlüğü”
[3] M.DEMİR, “ELEKTRİK SAYAÇLARININ GPRS İLE
UZAKTAN OKUNMASI’’ (2006), Elektrik Eğitimi
Anabilim Dalı (Afyon Kocatepe Üniversitesi)
[4]
www.elster.com.tr, “ELSTER A1500 ALPHA
ELEKTRİK SAYACI’’