Çok bölgeli güç sisteminde sezgisel algoritmalar ile sekonder frekans kontrolü
Secondary frequency control with heuristic algorithms in a multi area power system
Yazar: SERCAN ÖZÜMCAN
Danışman: PROF. DR. ALİ ÖZTÜRK
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Teknolojinin ilerlemesi ve nüfusun artması sonucunda enerjiye olan talep her geçen gün artmaktadır. Fosil yakıt bazlı güç sistemleri şu anda enerji üretim endüstrisinde en yaygın olanı olmasına rağmen, yenilenebilir enerji kaynaklarının ve enerji depolama sistemlerinin gelecekteki güç sistemlerindeki payının sürekli olarak artacağı beklenmektedir. Enterkonnekte güç sistemlerinde senkronizasyon koşullarını sağlamak için üretim ve tüketim arasındaki dengeyi korumak gerekir. Güç sisteminin dinamik yapısının bir sonucu olarak değişen bu dengeyi korumak için sistemin frekansı sürekli olarak kontrol edilmelidir. Primer frekans kontrolünün amacı, ilgili üretim biriminin türbin hızını ayarlayarak şebeke frekansını otonom ve yerel olarak değiştirmek ve böylece frekanstaki dalgalanmaları telafi etmektir. Sekonder frekans kontrol sistemi, aktif güç dalgalanmalarını azaltmak ve kontrol bölgeleri içinde ve bölgeler arası bağlantı hatları boyunca dengeli bir aktif güç/frekans oranını korumak için güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Güç sistemleri, yenilenebilir enerji kaynaklarının ve batarya enerji depolama teknolojilerinin entegrasyonu nedeniyle daha karmaşık ve zorlu hale gelmektedir. Tez çalışması için seçilen ilk test sistemi, literatürde yaygın olarak atıfta bulunulan ve seçilen optimizasyon tekniğinin etkinliğini değerlendirmek için sağlam bir temel sağlayan iki alanlı bir termik güç sistemidir. En yeni algoritmalardan Bal Porsuğu Algoritması (BPA), Balina Algoritması (BA) ve Gri Kurt Optimizasyon Algoritması (GKO) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) olarak bilinen sezgisel optimizasyon tekniklerinin seçilen PID kontrolör için optimum parametreleri belirlemedeki etkinliği simülasyon sonuçlarına göre, sistem frekansı ve bağlantı hattı gücündeki değişikliklerinin aşma değeri ve oturma süresine göre karşılaştırmakta ve analiz edilmiştir. Diğer test sistemleri olarak daha karmaşık ve zor sistemler olan güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynakları ile enerji depolama sistemlerinin kullanıldığı güç sistemlerinde değişken yük talebi, RES/GES üretimi ve enerji depolama gibi farklı çalışma koşulları altında kontrolörün ve algoritmaların performansları test edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan Bal Porsuğu Algoritmasının (BPA) sistem frekansı ve bağlantı hattı güç değişimlerinin aşma değerini ve oturma süresini diğer tekniklere göre önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir. Bu tez çalışmasında, yük frekans kontrolü probleminin çözümü için sezgisel yöntemlerle kapsamlı analizler yapılarak alternatif bir çalışma gerçekleştirilmiş ve literatüre katkı sağlanmıştır.

Abstract:
As a result of the advancement of technology and the increase in population, the demand for energy is increasing day by day. Although fossil fuel-based power systems are currently the most common in the power generation industry, the share of renewable energy sources and energy storage systems in future power systems is predicted to increase continuously. In interconnected power systems, in order to ensure synchronisation conditions in interconnected power systems, it is necessary to maintain the balance between generation and consumption. In order to maintain this balance, which changes as a result of the dynamic nature of the power system, the frequency of the system must be continuously controlled. The objective of primary frequency control is to autonomously and locally vary the grid frequency by adjusting the turbine speed of the respective generating unit, thus compensating for fluctuations in frequency. Secondary frequency control system is widely used in power systems to reduce active power fluctuations and maintain a balanced active power/frequency ratio within the control zones and along the inter-zonal tie lines. Power systems are becoming more complex and challenging due to the integration of renewable energy sources and battery energy storage technologies. The first test system chosen for the thesis work is a two-area thermal power system, which is widely referenced in the literature and provides a solid basis for evaluating the effectiveness of the present optimisation approach. The effectiveness of heuristic optimisation techniques known as Honey Badger Algorithm (HBA), Whale Algorithm (WA) and Grey Wolf Optimisation Algorithm (GWO) and Particle Swarm Optimisation (PSO), which are the most recent algorithms, in determining the optimum parameters for the selected PID controller is compared and analysed according to simulation results, system frequency and tie line power changes with respect to overshoot value and settling time. As other test systems, the performances of the controller and algorithms are tested under different operating conditions such as variable load demand, wind/PV power plant generation and energy storage in power systems, which are more complex and difficult systems. The results show that the Honey Badger Algorithm (BPA) significantly improves the overshoot value and settling time of the system frequency and tie line power variations compared to other techniques. In this thesis, an alternative study has been carried out by performing comprehensive analysis with heuristic methods for the solution of the load frequency control problem and contributed to the literature.