Evirici tabanlı mikroşebekeler için genelleştirilmiş kararlılık analizi
Generalized stability analysis for inverter based micrigrids
Yazar: BÜLENT DAĞ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET TİMUR AYDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikroşebeke çok sayıda yenilenebilir enerji kaynağı içeren dağıtık üretim şebekelerine kontrol ve koruma esnekliği sağlaması bakımından geleceğin akıllı ağlar konsepti içerisinde umut verici bir elektrik şebeke uygulamasıdır. Üretim, depolama ve tüketim birimlerinden oluşan bir mikroşebeke ana şebeke bağlantılı çalışmanın yanında ada modu çalışabilme yeteneğine sahip kontrol edilebilir tek bir ünite gibi davranabilmelidir. Bu bakımdan, ada modu mikroşebekelerin kararlılık açısından incelenmesi gereken en kritik operasyonlarından birisi olarak belirmektedir. Literatürde bulunan düşüm kontrollü eviricilerden oluşan mikroşebekeler için geliştirilmiş olan kararlılık analizi yöntemlerinin tamamı şebeke topolojisine bağımlıdır. Bu durum şebeke büyüdükçe analizin zahmetli bir işlem olmasına sebep  olmaktadır. Diğer yandan, küçük-sinyal anlamında gerçekleştirilen kararlılık analizi yöntemleri ek girdi parametreleri olarak durum değişkenlerinin denge noktası değerlerinin bilinmesini gerektirmektedir. Mevcut yöntemlerde, ortaya çıkan denge noktalarının belirlenmesinde ayrıca gerçekleştirilmesi gereken ön analizlere ihtiyaç olup bu durum özelklikle mikroşebekelerin parametrik kararlılık profilini elde etmede analizin daha da zorlu bir işleme dönüşmesine sebep olmaktadır. Bu çalışmada, öncelikle her mikroşebeke topolojisinin kolayca dönüştürülebileceği sadeleştirilmiş genel bir mikroşebeke topolojisi geliştirilmiştir. Daha sonra, bu genel mikroşebeke topolojisi esas alınarak önceden denge noktası belirlenmesi gerektirmeyen bir kararlılık analizi yöntemi geliştirilmiştir. Basit ve kullanımı kolay bir yöntem olmasından dolayı geliştirilen yöntem mikroşebekelerin parametrik kararlılık profili analizlerinde ve herhangi büyüklükteki bir mikroşebekenin kararlılık durumunu belirlemede etkin bir şekilde kullanılabilir. Geliştirilen kararlılık analizi yöntemi benzetimler ile ve benzetim modeli deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Ayrıca, analiz yöntemi kullanılarak literatürde bulunmayan yeni parametrik kararlılık profilleri elde edilmiştir.

Abstract:
Microgrid is a promising electrical network application in the future smart grids concept in terms of the control and protection flexibility they provide to distributed generation networks consisting of many renewable energy sources. A microgrid, composed of generation, storage and consumption units, should behave as a controllable single unit with the ability of island mode of operation in addition to the main grid connected operation. In this respect, island mode appears to be one of the most critical operations of microgrids that needs to be examined in terms of stability. The stability analysis methods that have been developed for microgrids composed of droop controlled inverters available in the literature are all network topology dependent. This makes the analysis a demanding procedure as the microgrid enlarges. On the other hand, stability analysis methods, which are performed in small-signal sense, require equilibrium point values of state variables to be known as additional input parameters. In existing methods, in determination of emerging equilibrium points prerequisite analysis that need to be performed separately are required and this makes the analysis a further challenging procedure especially in obtaining parametric stability profile of microgrids. In this study, first of all a simplified common microgrid topology has been developed to which every microgrid topology can easily be converted. Afterwards, based on this common microgrid topology a stability analysis method has been developed which does not require prerequisite equilibrium point determination. Being simple and easy to handle the developed method can be used effectively to analyse stability profile of microgrids and determine stability condition of a microgrid with any size. The developed stability method has been validated with simulations and simulation model with experimental results. In addition, novel parametric stability profiles that are not available in the literature have been obtained by using the analysis method.