Batarya enerji depolamalı melez bir güç sisteminde DC hat geriliminin aralıklı tip-2 bulanık mantık denetleyici ile denetimi
Control of DC bus voltage in battery energy storage hybrid power system using interval type-2 fuzzy logic controller
Yazar: İBRAHİM HACUBEYD
Danışman: PROF. DR. RESUL ÇÖTELİ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ HABİP ŞAHİN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Planlaması ve Verimliliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, PV panel ve bataryadan oluşan şebekeden bağımsız melez bir güç sisteminde, batarya şarj/deşarj akımı, aralıklı tip-2 bulanık mantık tabanlı oransal + integral (AT2-BM PI) denetleyici tabanlı kaskat denetim yöntemi kullanılarak denetlenmiştir. Melez güç sisteminin modeli Matlab/Simulink'te oluşturulmuştur. Model, PV panel, lityum-iyon batarya, yükselten tip DC-DC dönüştürücü, çift yönlü DC-DC dönüştürücü, yük ve denetim algoritmalarından oluşmaktadır. PV panel yükselten tip DC-DC dönüştürücü, batarya ise çift yönlü DC-DC dönüştürücü ile ortak DC baraya paralel olarak bağlanmıştır. PV panelin bağlandığı dönüştürücü, uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemi tabanlı maksimum güç takip (ANFİS-MPPT) algoritması ile bataryanın bağlandığı çift yönlü DC-DC dönüştürücü ise AT2-BM PI denetleyici tabanlı kaskat denetim yöntemi ile denetlenmiştir. Kaskat denetim yöntemi dış ve iç denetim döngüsü olmak üzere iki döngüden oluşmaktadır. Dış denetim döngüsünde DC bara geriliminin denetimi gerçekleştirilmiş ve bu denetim döngüsünün çıkışından referans batarya akımı elde edilmiştir. İç denetim döngüsünde ise dış denetim döngüsünden elde edilen referans batarya akımı kullanılarak batarya şarj/deşarj akımının denetimi gerçekleştirilmiştir. Yük geriliminin ve batarya akımının denetiminde kullanılan AT2-BM PI denetleyiciler iki girişli (girişler hata ve hatadaki değişim) ve tek çıkışlıdır (çıkış görev oranındaki değişim). Her bir giriş için beş adet Gauss tip alt ve üst üyelik fonksiyonu kullanılmıştır. Önerilen yöntemin etkinliği üç farklı çalışma koşulu için incelenmiştir. Birinci çalışma koşulu DC bara gerilimi için referans değişimi, ikinci çalışma koşulu yük değişimi ve üçüncü çalışma koşulu ise ışınım değişimi olarak düşünülmüştür. Tüm çalışma koşullarında şebekeden bağımsız melez bir güç sisteminden elde edilen bazı benzetim sonuçları sunulmuştur. Ayrıca DC bara geriliminin değişimine ait benzetim sonuçları geleneksel PI denetleyicinin sonuçları ile karşılaştırmalı verilmiştir. Önerilen denetim yönteminin DC bara gerilimin yerleşme süresini ve DC bara gerilimdeki aşmayı iyileştirdiği, güç dengesini hızlı bir şekilde sağladığı elde edilen sonuçlardan görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Melez güç sistemi, PV panel, Batarya, Aralıklı tip-2 bulanık mantık PI denetleyici.

Abstract:
In this thesis, in an off-grid hybrid power system consisting of a PV panel and a battery, the battery charging/discharging current is controlled using an interval type-2 fuzzy logic based proportional + integral (AT2-BM PI) controller based cascade control method. The model of the hybrid power system is created in Matlab/Simulink. The model consists of PV panel, lithium-ion battery, step-up type DC-DC converter, bidirectional DC-DC converter, load and control algorithms. The PV panel is connected to a step-up type DC-DC converter and the battery is connected to a bidirectional DC-DC converter in parallel to the common DC bus. The PV panel is controlled by an adaptive neural fuzzy inference system based maximum power tracking (ANFIS-MPPT) algorithm while the bidirectional DC-DC converter is controlled by AT2-BM PI controller based cascade control method. The cascade control method consists of two loops: inner and outer control loop. In the outer control loop, the DC bus voltage is controlled and the reference battery current is obtained from the output of this control loop. In the inner control loop, the battery charge/discharge current is controlled using the reference battery current obtained from the outer control loop. The AT2-BM PI controllers used to control the load voltage and battery current have two inputs (inputs are error and change in error) and one output (change in output duty ratio). Five Gaussian type upper and lower membership functions are used for inputs and output. The effectiveness of the proposed method is investigated for three different operating conditions. The first operating condition is considered as reference variation for DC bus voltage, the second operating condition is load variation and the third operating condition is irradiance variation. Some simulation results from an off-grid hybrid power system are presented for all operating conditions. Also, the simulation results for the variation of the DC bus voltage are compared with the results of the conventional PI controller. The results show that the proposed control method improves the settling time of the DC bus voltage and the overshoot in the DC bus voltage, and provides power balance quickly. 

Keywords: Hybrid power system, PV panel, Battery, Interval type-2 fuzzy logic PI controller.