Harmonik bozulmaya sahip dağıtım sistemlerinde fotovoltaik dağıtık üretim birimi barındırma kapasitesinin iyileştirilmesi
Improvement of fotovoltaic distributed generation unit hosting capacity in harmonically distorted distribution systems
Yazar: ALP KARADENİZ
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ERHAN BALCI
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Enerji optimizasyon modeli = Energy optimization model ; Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization ; Pasif filtreler = Passive filters ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Çok kriterli optimizasyon = Multi criteria optimization

Özet:
Bu tezde, öncelikle, programlanabilir gerilim kaynağı, yük ve evirici devreli dağıtık üretim birimi (fotovoltaik dağıtık üretim birimi: FDÜB) barındıran bir test sistemi kurulmuştur. Sistemden elde edilen ölçüm verileri ile test sisteminde yer alan FDÜB için harmonik akım kaynağı (HAK), Norton eşdeğer devre (NED) ve çapraz frekans admittans matris (ÇFAM) modelleri oluşturulmuştur. Bu modellerin, FDÜB'lerin sisteme enjekte ettiği harmonik akımlarının hesabında yaptıkları hataların analizi, aynı test sisteminde elde edilen çok sayıda ölçüm referans alınarak istatistiksel şekilde değerlendirilmiştir. Yapılan analiz neticesinde, modellerin hassasiyet bakımından en iyiden en kötüye NED, ÇFAM ve HAK şeklinde sıralandığı görülmüştür. 

İkinci olarak, sırasıyla en pratik ve en hassas modeller olan HAK ve NED modelleri, harmonik etkileşim analizi (HEA) ve tam harmonik güç akışı (THGA) algoritmalarına entegre edilmiştir. Böylece, HEA-HAK, HEA-NED, THGA-HAK ve THGA-NED algoritma-model çiftlerinin, FDÜB'lerin yanı sıra doğrusal ve doğrusal olmayan yüklerin de bulunduğu IEEE 33 baralı test sistemi için sonuçları analiz edilmiştir. 

Son olarak, baralara ait en yüksek toplam gerilim harmonik bozulma (THDV) değerinin minimizasyonu, bara gerilimlerinin rms sapma değerinin minimizasyonu ve sistemin FDÜB barındırma kapasitesinin maksimizasyonunu amaçlayan optimal FDÜB ve pasif filtre (PF) planlama yaklaşımı önerilmiştir. Ayrıca, optimal PF planlama çalışmalarının gelenekselleşmiş amacı olan THDV minimizasyonu, optimal FDÜB ve PF planlama probleminin amaç fonksiyonu olarak ele alınmıştır. Her iki yaklaşımın sonuçları, geleneksel FDÜB planlama kısıtları ile IEEE 519 standardında tanımlı gerilim harmonik sınır değerleri kısıt olarak dikkate alınarak; IEEE 33 baralı test sistemi için analiz edilmiştir. Model-algoritma çiftlerinin optimal planlama yaklaşımlarının sonuçlarına etkisi analizler sırasında yorumlanmıştır.

Abstract:
Firstly, a test system consisting of a programmable voltage source, a load and a distributed generation unit with inverter interface (a photovoltaic distributed generation unit: PDGU) was established. With the measurements taken from this system, harmonic current source (HCS), Norton equivalent circuit (NEC) and crossed frequency admittance matrix (CFAM) models were provided for the PDGU. The error analysis of these models for the current harmonics calculation was obtained statistically by regarding actual measurement results provided from the test system as reference values. The analysis shows that NEC, CFAM and HCS were ranked from the best to the worst in terms of their sensitivity. 

Secondly, the most practical and the most sensitive models, HCS and NEC, are integrated into the harmonic penetration analysis (HPA) and complete harmonic power flow (CHPF) algorithms. Thus, the results of HPA-HCS, HPA-NEC, CHPF-HCS and CHPF-NEC were analyzed for IEEE 33 bus system consisting of PDGU, linear and non-linear loads. 

Finally, optimal PDGU and passive filter (PF) planning approach is proposed for minimizing the highest voltage total harmonic distortion (THDVM) value of the buses, minimizing rms deviation of bus voltages, and maximizing the system's PDGU capacity. Besides, a traditional aim of optimal PF planning studies, THDV minimization, is handled as objective of optimal PDGU and PF planning problem. By regarding conventional PDGU planning constraints and voltage harmonic limitations of IEEE 519 standard as constraints, the results of both approaches were analyzed in IEEE 33 bus system. The effects of algorithm-model pairs on the results were also evaluated.