Dinamik Şebeke Yükü Optimizasyonu

Isıl işlem ve proses tekniği sürecinde, özellikle de elektrikle ısıtılan kritik uygulamalar için kurulan sistemlerin, enerji kaynağı bugün neredeyse sadece tristör bazlı güç kontrol cihazları kullanımına dayanmaktadır. Yüksek güçlü direnç ve endüktif yüklerin kontrol edilebilmesi ve izlenebilmesi için buradaki uygulama alanlarını genişletmek ve bu uygulamalar hakkında daha fazla bilgi gerekmektedir. Güç kontrol cihazları tarafında teknolojiyi kullanabilmek için, cihazların yıpranmayan, esnek, yüksek hassasiyet ve doğrulukta ve tekrar imal edilebilir olması gereklidir.

Bugün piyasada karşılaşabileceğimiz modüler ve kompakt yapı şekilleri, güçlü, mikro işlemci tarafından desteklenen elektronik kontrol ve çeşitli iletişim imkânlarını içinde barındıran işlem ve otomasyon dünyasıyla bağlantılıdır. Bu nedenle güç kontrol cihazları endüstriyel güç kontrolü için mükemmel bir çözüm olarak geleceğini önceden belirlemiştir.
Söz konusu birincil görevlerinin yanı sıra modern güç kontrol cihazı daha fazla karmaşık gereksinimleri karşılayabilmelidir. Burada başından beri üzerinde durulan, besleme sistemi üzerindeki minimum etki, yüksek oranda enerji tasarrufu ve çevre koruma çabalarına destek olmasıdır. Bütün bunların ortak noktası, bugün bile çok sıklıkla kullanılan anahtar kelimelerden oluşan "Güç Kalitesi" ve " Enerji Tasarrufu" ile özetlenebilir. Sınırlı enerji rezervlerine ilişkin bilginin yeni olmamasına rağmen, özellikle son yıllarda artan enerji fiyatları farkındalığını arttırmak, bu sorunların önemi hakkında yeni bir bilinç oluşturdu. Az olmasa da işletim açısından yatırım giderleri genellikle ikinci derecede rol oynamaktadır. Bakım ve onarım için işletme giderleri özellikle de enerji maliyetleri daha çoktur, bunlar planlama aşamasında hesaplamalar yapılırken uzun vadede daha rekabetçi olabilmelidirler.

Bundan dolayı bazı üreticiler kendi güç kontrol cihazları için özel işletim türü veya yöntemler geliştirmişlerdir (örneğin; Faz kesme kontrolü için VSC  – Voltage Sequence Control veya sıralı voltaj kontrolü işletim türü gibi),. Her bir cihaz için bu ilave modül veya kontrol kanalları sürekli olarak izlenir. Diğer taraftan birden fazla kontrol uygulamaları sunulmakta ve bu uygulamalarda çok sayıda (en az iki) paralel çalışan güç kontrolü kullanılmaktadır. Çoğunlukla hafife alınsa da tasarruf ve güç kalitesinin iyileştirilmesi için bu durum önemli bir potansiyel teşkil etmektedir.

Hedeflenen yük yönetimi önlemleri, elektrik enerjisinin büyük ölçüde homojen tüketimini elde etmek için alınır. Güç faktörünün maliyet tasarrufu için gerilim akış kontrolü gibi yöntemler ile bu şebeke yükü optimizasyonunda tüketim tepe noktalarını en aza indirgeyerek ve zaman içerisinde dengeli bir enerji alımı sağlayarak gerçekleştirilir.

Mesela büyük bir makina parkı veya tüm fabrika çalıştırılacak ise, bu normal çalışmanın aksine çok yüksek bir maksimum yük ve buna bağlı enerji talebi gerektirir. Bu da genelde enerji tedarik şirketlerinin (TEDAŞ vb) rezerv kapasitelere göre yatırım yapmalarını, kullanıcının ise enerji depolama şeklinde veya kısa sürede devreye girebilen jeneratörlerle hazır bulundurmaları veya hazırda tutmalarını gerektirir.  Ayrıca buna ek olarak kullanıcı, geçici aşırı yüklenmeyi önlemek için bu işletmeye göre tasarlanmış olan pahalı altyapı yatırımını (örneğin transformatörler, kablo, şalter ve sigorta elemanlarını) satın almış ve kullanıma hazırlamış olması gerekir.

Çözüm olarak burada şebeke yükü optimizasyonunu, makinaları tek tek çalıştırarak veya sistemi zamana yayarak, sistemin maksimum yükte çalıştırılmasının önüne geçilmiş olunur. Çalışan işletme için en ideal duruma getirme el ile veya otomatik olarak yapılabilir. Bu bağlamda genelde prensip nedeniyle şebeke yük optimizasyonu hakkında genel olarak statik yük durumuna göre konuşulur, bu da genellikle nispeten daha az çaba ile gerçekleştirilir.

Dinamik yöntemler daha karmaşık karakteristiğe sahip olmalarına karşın, bunlar akıllı optimizasyonları gerçekleştirebilme durumundadırlar. Burada sürekli olarak yüklerdeki mevcut gerçek koşullar kabul edilir ve şebeke yükündeki değişikliler anında yakalanır. Şebeke yükünün optimizasyonu için uygun bir reaksiyon ve strateji belirlenir, mümkün olan en istikrarlı, simetrik veya dengeli şebeke yüküne ulaşmak için uygun bir mantıkla hesaplama yapılır. Bu şekilde maksimum yük önlenerek kontrol edilir.

Her iki yöntem de temel çekirdeği oluşturur, maksimum performans ve böylece negatif şebeke tepkilerine neden olan kullanım, kullanılan işleme göre önemli ölçüde azaltılır veya ideal durumda hatta tamamen önlenir. Üretim ve iletim alanında kapasitenin orantılı şekilde kullanımı özellikle küçük ölçekli tesislerde önemlidir. Endüstriyel tüketiciler akıllıca maksimum yük kullanımı ile, daha az bir miktar güç kullanımı sağlayıp güç performans fiyatlarını azaltabilirler. 

Her zaman bahsedildiği gibi, güç / yük yönetim mekanizmaları yük atma olarak ta hesaplanabilir. "ultima ratio" olarak tüm tesiste önceden belirlenmiş ulaşılabilinen maksimum tüketimler veya şebeke üzerinden alınan kısmi yükler gözönüne alınarak hesaplanır. Bundan sonra kombine stratejiler statik veya dinamik şebeke yükü optimizasyonunu kullanım durumlarında yük atma ile bağlantılı olarak önceden tanımlanmış şebeke yükü optimizasyonu maksimum yük değerini aşmamalıdır. Diğer taraftan güç kontrol cihazlarının birden fazla yapılandırılmalarında kullanılan proses ve proses teknolojisi kritik uygulamalarının büyük bir çoğunluğu kullanılmaktadır.   Burada yük atma işlemi, sadece parçalar halinde olup kabul edilebilir bir alternatif değildir.Bu konu kapsamında, AEG nin statik veya dinamik şebeke yükü optimizasyonu yani TPM (Thyro-Power Manager) ve patentli “ASM” fonksiyonu (Automatic Synchronization for Multiple Power Controller Configurations) kullanılabilir.

Problem

Bu ASM yönteminin büyük sayılı güç kontrol cihazı ile kullanılması özellikle avantajlıdır, ASM özelliği bu güç kontrol ünitelerinin içine dahili olarak entegre edilmektedir. Çok sayıda güç kontrol cihazı ile büyük performanslar elde edilebilir.

Güç kontrol cihazı, kıyıcı modda harmonik üretmesi nedeni çalıştırılmaz ve prensip olarak tam salınımlı periyot kontrolüne (TAKT) göre çalışır, bu da açma ve kapatma zamanlarının uygun olmayan dağılımında yüksek bir şebeke yüklenmesine neden olur. Bunun sonucunda da yüksek performans kayıpları, titreme, v.s. gibi, olumsuz etkilenmeler olur.

Dirençleri zamanla yükselen (eskimeden dolayı) yük elemanları yerleştirilecekse, o hatta çıkış gücü yüksek bir transformatör kullanılmalıdır. Tüm bu olumsuz etkiler AEG Thyro ASM yöntemi kullanılarak önlenebilir veya optimum bir dereceye kadar düşürülebilir.

ASM yönteminin prensibi

ASM yöntemi dinamik çalışır, yani sürekli ve otomatik olarak kendini yük ve nominal değer değişikliklerine göre uyarlar.  Şebeke yükü optimizasyonu açma geçiş süreleri bindirme yöntemli bir işletim türüdür. Tam salınımlı periyot kontrollü (TAKT) bu işletme türü, bireysel güç kontrol cihazını kontrol eder ve böylece periyodik açma pikleri önemli ölçüde azalır. Bu fonksiyon aktif hale getirilmez ise güç kontrol cihazı çalışma türü TAKT içinde aynı şekilde ASM kontrolü olmadan, yani kontrol algoritmaları, sınırlamalar v.s. değişmeden çalışıyor gibi davranır.

ASM yönteminin fonksiyon prensibine örnek

Aşağıdaki örnekte, birden fazla güç kntrol cihaznın yapılandırması için bireysel yüklerin tam salınımlı periyot kontrolünde (TAKT) farklı açılma süreleri T_on ve ayrıca farklı yük değerleri, işletim türünde görülebilir. Güç kontrol cihazları senkronize edilmemiştir, diğer resmin içinde toplam yük anlaşılır şekilde gösterilmektedir.

Şek. 1: 7 güç denetleyicisinin ASM yöntemsiz bireysel yükleri

Şek. 2: Senkronize olmamış 7 güç kontrol cihazı (a) - (g) toplam yükü

Şek. 3: Senkronize edilmiş 7 güç kontrol cihazı (a) - (g) toplam yükü

 

 

Yük optimizasyonunun avantajları

 

Teknik bakış açıları:

• Periyodik şebeke gücü piklerinin azalması
• Şebeke ters tepkilerinin azalması
• Daha küçük ebatlar (transformatör, besleme, sigortalar, şalter ve diğer tesisat)

Ekonomik görüş açıları:

Yatırım maliyetlerinin azalması:

• Fazladan kabloların, transformatörlerin, şalterlerin, sigortaların, v.s. büyük ölçülendirilmesi olmaması

İşletme maliyetlerinin azalması:

• Yüksek enerji tasarrufu (azaltılmış zararlar tarafından enerji tasarrufu)
• Düşük enerji maliyetleri (özellikle de sabitleşmiş para cezalarında)

Çevre tekniği / ekolojik bakış açısı:

• Düşük CO₂ emisyonu sonucunda üreticiler için daha düşük enerji tüketimi  
• Azaltılmış şebeke ters tepkilerinden dolayı çevredeki ekipmanların daha az etkilenmesi
• Ulusal ve uluslararası EMU standartları ve yararlanıcıların kurallara uygunluğu 

Son yıllarda hem özel hem de sanayi sektöründe, enerji için her zamankinden daha fazla dramatik fiyat artışları yaşandı. Sınırlı enerji rezervlerinden başka bir sonuç alınamadığından fiyat artışları hep gündemde kalacaktır.  Maliyetleri azaltmak ve gelecek nesile yaşanabilir bir gezegen bırakabilmek için, yüksek dereceli enerji verimliliği sunan modern teknolojileri uygulamak gerekmektedir. Bundan sonraki gündem maddesi, çevre üzerindeki etkileri ve tamamen insanlar için yeni standartlar olmalıdır.

Bu ön şartlar altında statik, fakat özellikle de birden fazla kontrol uygulamaları için dinamik şebeke yükü optimizasyonu kullanımı önemli bir katkıdır, sadece parasal açıdan değil, ekolojik bakış açısından da, örneğin azalan CO₂ emisyonu gibi.

Bunun sonucunda uzun yılların birikimiyle bir öncü olarak ve piyasadaki ilk çözümlerle AEG Power Solutions ve ARTronic size geliştirilmiş, yenilikçi ve geleceğe yönelik ekonomik ürünler ve yöntemler sunmaktadır. Birden fazla kontrol uygulamaları için şebeke giriş güç optimizasyonu olan AEG patentli dinamik ASM yöntemi akıllı bir şebeke yükü optimizasyonu sunarken, sürekli ve otomatik optimizasyonları gerçekleştirir, Thyro Power Manager da akım giriş piklerini ve şebeke ters tepkilerini standart olarak minimize eder. Müşterilerimiz 40 yılı aşkın bir süredir AEG Power Solutions firmasının ürettiği güç kontrol cihazlarını kullanmakta, kaliteyi ve güvenilirliği yaşamaktadır. Daha fazla bilgi için web sitemizden (www.artronic.com.tr) veya telefonumuz (216 365 82 21) ile Satış Bölümümüzden bize ulaşabilirsiniz. Telefonunuzu veya mesajınızı bekliyoruz.

 

Çeviren ve Derleyen:
E. Yüksel ERDOĞAN - Genel Müdür Yardımcısı, Satış ve Pazarlama
ARTronic Elektronik Sanayi Mümesillik Ticaret  A.Ş.
Kaynak:  AEG Power Solutions GmbH - Dynamische Netzlastoptimierung Makalesi