Elektrik şebekelerindeki reaktif güçlerin fotovoltaik sistemlerle bastırılması
Suppression of reactive power in electric grids with photovoltaic systems
Yazar: MUSTAFA TEKİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ŞEKKELİ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik enerji gereksiniminin ve küresel ısınmanın artmasına paralel olarak yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi ve yatırımlar her geçen gün artmaktadır. Bu kaynaklar içinde en çok ilgi çeken ve üzerine akademik olarak en yoğun çalışmanın yapıldığı kaynak, güneş enerjisidir. Güneşten gelen enerji (foton enerjisi), yarı-iletken hücreler tarafından elektrik enerjisine çevrilir. Belirli sayıdaki bu hücrelerin birbirine bağlanmasıyla solar panel denilen yapılar elde edilmektedir. Solar paneller, güneş ışığının olmadığı durumlarda (gece) elektrik üretemezler ya da güneş ışınımının istenen açıyla gelmemesi halinde tam verimde çalışamazlar. Yani bu sistemler, günün belli saatlerinde aktif olarak üretim yapabilmektedirler. Araştırmacılar bu olumsuz durumu elimine etmek için bu sistemleri aktif güç üretmenin yanında başka görevler (kompanzasyon, aktif filtre vb.) için de kullanmaya başlamışlardır. Bu kapsamda yapılan bu tez çalışmasında; şebeke bağlantılı bir solar inverterle şebekeye aktif güç sağlamanın yanında şebekede oluşan reaktif güçlerin (endüktif ya da kapasitif) bastırılması amaçlanmıştır. Bu amaç için; Matlab/Simulink ortamında üç fazlı şebeke ve üç fazlı inverter tasarlanmış ve inverterle şebeke birbirleriyle senkron olarak çalıştırılmıştır. Sistemin kontrolünde Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO)-PI tipi kontrolcü kullanılarak akım kontrolü yapılmıştır. Tasarlanan sistemin başarımını anlayabilmek için dört ayrı durum çalışması yapılmıştır. Tasarlanan sistemin aktif ve reaktif güçlerin istenen değerlerde üretilmesinde ve sistem kontrolünde oldukça başarılı olduğu görülmüştür. Aynı zamanda simülasyon çalışmaları deneysel çalışmalarla desteklenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Clarke-Park Dönüşümleri, Elektrik Şebekesi, Kompanzasyon, PI Kontrol, PSO, Reaktif Güç Kontrolü, Solar İnverter

Abstract:
Interest and investments in renewable energy sources have increased day by day in parallel with the increase in electrical energy requirements and global warming. Among these sources, solar energy is the most popular resource on which academic studies are most intense. The energy which comes from the sun (photon energy) is converted into electrical energy by semiconductor cells. By connecting a certain number of these cells to each other, structures which are called solar panels, are obtained. Solar panels cannot generate electricity in the absence of sunlight (at night) or cannot operate at full efficiency if the solar radiation does not come at the desired angle. In other words, these systems are able to actively produce at certain times of the day. In order to eliminate this negative situation, researchers started to use these systems for other tasks (compensation, active filter, etc.) in addition to generating active power. In this thesis; in addition to providing active power to the grid with a grid-connected solar inverter, it was aimed to suppress the reactive powers (inductive or capacitive) that occur in the grid. For this purpose; in Matlab / Simulink environment, three-phase grid and three-phase inverter were designed, the inverter and the grid were synchronized with each other. Current control was realized by using Particle Swarm Optimization (PSO)-PI type controller in the control of the system. In order to understand the performance of the designed system, four different case studies were conducted. It was seen that with these case studies; the designed system was very successful in producing active and reactive powers at desired values and the system control. Simulation studies were also supported by experimental studies.
Key Words: Clarke-Park Transformation, Compensation, Electrical Grid, PI Control, PSO, Reactive Power Control, Solar Inverter