STATCOM destekli bir FV generatörün arıza sonrası yeniden bağlanabilme kapasitesinin geliştirilmesinde bulanık mantık ve PI denetleyicilerin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of fuzzy logic and PI controllers on development of FRT capacity of a statcom-supported PV generator
Yazar: BURAK TAŞ
Danışman: DOÇ. DR. GÖKAY BAYRAK
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Güneş enerjisi santrali = Solar energy plant ; PI denetleme = PI control

Özet:
Dünyada ve Türkiye'de insan nüfusunun artışına paralel olarak teknolojik gelişmelerin de hızla ilerlemesiyle birlikte, büyük ölçekli enerji ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Yakın döneme kadar fosil yakıtlardan elde edilen enerji bu ihtiyacı karşılarken, günümüzdeki enerji talebini karşılama noktasında yetersiz kalmıştır. Hem fosil yakıtların hızla tükenmesi hem de yenilenebilir enerji kaynağının sınırsız oluşu, çalışmaları ve araştırmaları bu alanda yoğunlaştırmıştır.
Yenilenebilir enerjinin hayatımıza girdiği ilk süreçlerde, şebekeye erişimin zor olduğu bölgelerde, şebekeden bağımsız ve dağıtık halde yenilenebilir enerji santralleri kurulmuştur. Ancak enerji ihtiyacının hızla artması, çiftlik, okul, hastane gibi enerji akışında sürekliliğin esas olduğu yerlerde de bu santrallerin kurulmasıyla birlikte, artık şebekeyle bağlantılı olarak çalışan güç sistemleri haline getirilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) sabit bir üretim değerine sahip olmaması, bu enerji santrallerinden çekilecek enerji miktarını da belirsiz kılmıştır. Rüzgar enerjisi performansının net öngörülememesi, bulutlanma süresi, güneş panellerinin tozlanması, dalga oluşum miktarının bilinmemesi vb. durumlar bu belirsizliğin başlıca sebeplerindendir. Şebeke ile şebekeye bağlı YEK arasında dengesiz durumlar oluşabilmekte ve güç kalitesi bozulabilmektedir. Bu dengesizlik güç kalitesi olaylarının tespitini ve önlenmesini önemli bir konu haline getirmiş ve son yıllarda bu konu üzerine yapılan çalışmalar artmıştır. Bu tür olumsuzlukları engellemek için çeşitli çözüm yöntemleri geliştirilmiştir. 
Bu tez çalışmasında, şebeke bağlantılı fotovoltaik (FV) santrale sahip bir güç sisteminde esnek alternatif akım iletim sistemi (FACTS) cihazları aracılığıyla arıza sonrası yeniden bağlanabilme (ASB) kapasitesini geliştirmek amaçlanmıştır. ASB kapasitesini artırmak için kullanılan FACTS cihazları yöntemleri, maliyet, yer kaplama, ısınma gibi önemli konular göz önünde bulundurularak kendi içinde analiz edilmiştir. Belirlenen FACTS cihazı, ortak bağlantı noktasındaki (PCC) sensörlerden alınan akım veya gerilim değerlerini girdi olarak kabul eden ve geleneksel ya da akıllı yöntemlere göre çalışan bir kontrolörden geçirildikten sonra devreye sokulmuştur veya devreden çıkarılmıştır. Günümüzde en çok kullanılan FACTS yöntemi, güç sistemine reaktif enerji sağlayan ya da sistemden reaktif enerji çeken "statik senkron kompanzatör (STATCOM)" yöntemidir. Harici cihaz tabanlı FACTS metodu olan STATCOM'un çıkış akımının (endüktif veya kapasitif), AA sistem geriliminden bağımsız olarak kontrol edilebilme özelliği, onu bir diğer harici cihaz tabanlı FACTS aygıtı olan statik var senkron kompanzatörden (SVC) daha üstün konuma getirmiştir. Matlab Simulink uygulamasında oluşturulan şebeke bağlantılı fotovoltaik güç sistemi (FVGS) modelinde bazı arıza türleri oluşturularak sistemin güvenilirliği ve kararlılığı test edilmiştir. Bu arıza türleri: bir faz arızası, faz-faz arızası, faz-faz-toprak ve üç faz-toprak arızalarıdır. Arıza durumlarında sistemin daha hızlı bir şekilde kararlı hale geçişinin sağlanması amacıyla STATCOM'un devreye alınması ya da çıkarılması geliştirilen kontrol yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu kontrol yöntemleri, matematiksel yönteme dayanan oransal-integral (PI) kontrolör ve bulanık mantık kontrolör (BMK) yapılarıdır. Matematiksel modele dayalı olarak PI kontrolörlü STATCOM, akıllı yönteme dayalı olarak da BMK'lı STATCOM kullanılarak iki farklı durum üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışma durumlarından elde edilen sonuçlar değerlendirilerek, geliştirilen kontrolörlerin ASB kapasitesi üzerindeki performansları karşılaştırılmıştır. Üç faz-toprak arızası geçişi durumunda PI konrolör varken gerçekleşen maksimum aşma değeri, gerçekleştirilen BMK ile %80 oranında azaltılmıştır. Bu çalışma koşulundaki değerler karşılaştırılmış ve BMK'nın cevap süresinin PI kontrolör cevap süresine göre %75 daha başarılı olduğu görülmüştür. Tez çalışmasında geliştirilen BMK tabanlı STATCOM kontrol yöntemi ile şebeke bağlantılı FVGS'lerde güç kalitesinin iyileştirilmesi ve sistemin kararlılığının arttırılmasını sağlayacak uygun bir yapı oluşturulmuştur.

Abstract:
With the rapid progress of technological developments in parallel with the increase in human population in the world and in Turkey, the need for large-scale energy has emerged. While the energy obtained from fossil fuels met this need until recently, it was insufficient to meet today's energy demand. Both the rapid depletion of fossil fuels and the unlimited source of renewable energy have led to intensifying studies and research in this area. 
In the first periods when renewable energy came into our lives, renewable energy power plants were installed independent of the grid and distributed in areas where access to the grid was difficult. However, with the rapid increase in energy need and the establishment of these power plants in places where continuity in energy flow is essential such as farms, schools, hospitals, they have now been turned into power systems that work in connection with the grid. The fact that renewable energy sources(RES) do not have a fixed production value has made the amount of energy to be drawn from these power plants uncertain. Unpredictability of wind performance, clouding time, dusting of solar panels, unknown amount of wave formation etc. circumstances are the main causes of this uncertainty. Unbalanced situations may occur between the grid and the RES connected to the grid and the power quality can deteriorate. This imbalance has made power quality issues important and studies on this subject have increased in recent years. Various solution methods have been developed to prevent such negativities.
In this thesis, it is aimed to improve fault ride through (FRT) capacity through flexible alternating current transmission system (FACTS) devices in a power system with a grid-connected photovoltaic (PV) plant. The methods of FACTS devices used to increase the FRT capacity have been analyzed in itself by considering important issues such as cost, space coverage and heating. The determined FACTS device is activated or deactivated after it is passed through a controller that accepts current or voltage values from sensors at the common junction (PCC) and works according to traditional or smart methods. The most widely used FACTS method today is the "static synchronous compensator (STATCOM)" method, which provides reactive energy to the power system or draws reactive energy from the system. The ability to control the output current (inductive or capacitive) of STATCOM, which is an external device-based FACTS method, independently of the AC system voltage has made it superior to another external device-based FACTS device, the static var synchronous compensator (SVC). In the grid-connected photovoltaic power system (PVPS) model created in the Matlab Simulink application, some fault types were created and the reliability and stability of the system were tested. These fault types are: a phase fault, phase-phase fault, phase-phase-ground and three-phase-ground faults. In order to ensure that the system is stabilized more quickly in case of failure, STATCOM is activated or deactivated with the developed control methods. These control methods are proportional-integral (PI) controller and fuzzy logic controller (FLC) structures based on mathematical method. Two different cases were studied by using STATCOM with PI controller based on the mathematical model and STATCOM with FLC based on the smart method. By evaluating the results obtained from these working situations, the performances of the developed controllers on the FRT capacity were compared. In case of three phase-to-earth fault transition, the maximum overshoot with the PI controller has been reduced by 80% with the realized FLC. The values in this operating condition were compared and it was seen that the response time of the FLC was 75% more successful than the response time of the PI controller. With the FLC-based STATCOM control method developed in the thesis study, a suitable structure has been created to improve the power quality and increase the stability of the system in grid-connected PVGS.