Optimized control and power sharing in microgrid network
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MOHAMMED S. S. JOUDA
Danışman: Nihan Kahraman
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Mikro şebeke kavramı, yenilenebilir enerji sistemlerinin artan nüfusu ile yaygın olarak kullanılabilir hale gelmiştir. Dağıtılmış üretim (Distributed Generation) birimleri tarafından desteklenecek yeni teknoloji ile geleceğimizdeki enerjinin optimum kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Bu tezde, çoklu dağıtılmış üretim birimlerinden aktif ve reaktif güç paylaşımı için optimizasyon tekniği ile gerilim ve frekans düşüş kontrolü (droop control) kullanılarak kararlılık elde edilmeye çalıışılmıştır. Dağıtılmış ürün birimleri, mikro şebekedeki paralel eviricilerin şebeke bağlantısı (Grid Connection) ve ada (bağımsız- Stand alone) modunda çalışması gereken eviriciler ve depolama birimleri gibi bazı cihazlar ile ifade edilebilir. Mikro şebeke kavramlarına göre genel yapı, dağıtılmış üretim (Distributed Generation), depolama birimleri veya enerji depolama sisteminden (Energy Storage System) oluşur ve yükler ana şebekeye statik bir transfer anahtarı (Static Transfer Switch) ile bağlanan paralel cihazlar olarak monte edilir. Mikro şebekenin iki ana kararlı durum modu vardır, bunlardan ilki şebeke bağlantılı mod (Grid Connection mode) ve ikincisi adalı mod (Stand alone mode). Mikro şebekenin, ağın verimliliğini etkileyen aşım değerini azaltmak için yüksek performanslı bir kontrolöre ihtiyacı vardır. Ancak yüksek gerilim değeri inverterin durmasına neden olur. Bu nedenle, bu iki mod arasındaki aktarım gelişmiş bir güç paylaşımı yanıtı ile sigortalanmalıdır. Bir mikro şebekede çalışılması gereken daha önemli noktalar, paralel invertörler arasındaki güç paylaşımının eşleşme yüzdesinin hem aktif hem de reaktif gücün aşılmasının yanı sıra akım paylaşımı ve güç (aktif veya reaktif) paylaşımıdır. Bu araştırma, ağın performansını harici bozulmalara karşı daha sağlam hale getirmek için voltaj ve frekans kararlılığına ek olarak güç yanıtını optimize etmeyi amaçlamaktadır. Bu amaç, bir optimizasyon algoritması kullanılarak kendi kendini ayarlayan bir kontrol yöntemiyle gerçekleştirilebilir. Burada optimize düşüş kontrolü (droop control), Yapay Arı Kolonisi Algoritması (Artificial Bee Colony Algorithm) ile geliştirilmiş H-sonsuz (H∞) yöntemi ile sağlanmaktadır. Ayrıca, sonuçları doğrulamak için geleneksel düşüş kontrolü (droop control), geleneksel parçacık sürü optimizasyonu ve yapay arı kolonisi algoritmaları gibi farklı algoritmalarla karşılaştırılmıştır. Bu tezde, çıkış sinyalleri için kararlı durum hatalarının ortadan kaldırılmasına, uygulamaya uygun şekilde geçici rejim tepkisinin aşılmasının azaltılmasına ve şebekeler arası aktarım sırasında tepkinin kararlı durum moduna ulaşmak için daha hızlı optimum çözüm üretilmesine odaklanılmıştır. Bağlı ve adalı mod, böylece aşma tepkisini ve hızlı dinamik tepkiyi en aza indirir, voltaj düşüşü ve frekans sapması gibi mikro şebekenin kararlılığını etkileyen hatalara atıfta bulunan harici bozulmaya karşı sağlamlığı artırır, gücü iyileştirmenin yanı sıra invertörler için mükemmel bir eşleşme- paralel dağıtılmış jeneratörler ve kontrol algoritmaları ile bir DC bağlantı voltajı arasında paylaşım. Yapay arı kolonisi (Artificial Bee Colony Algorithm) algoritması kullanılarak H∞ optimal kontrolör tarafından katsayı gücünün kendi kendini ayarlayan PID'sini tasarlamak için düşüş kontrolünün analitik yöntemleri gösterilmiş ve paralel eviricilerin kararlılık performansı tartışılmış, diğer tarafta ABC algoritması ile sonuçlar tartışılmıştır. H∞ kontrolör kullanmadan, geleneksel düşüş kontrolü (droop control) ve parçacık sürüsü optimizasyonu algoritması (Particle Swarm Optimization) ile karşılaştırılır. Optimizasyon algoritmasının uygulanması, zaman alanı MATLAB / SIMULINK simülasyon modeli kullanılarak açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: Mikro şebeke, güç paylaşımı, düşüş kontrolü, yapay arı Kolonisi algoritması, parçacık sürüsü optimizasyonu, H∞ optimal kontrolör