Statcom içeren güneş-rüzgar hibrit mikroşebekenin modellenmesi ve optimizasyonu
Modeling and optimization of a solar-wind hybrid microgrid with statcom
Yazar: HALE BAKIR
Danışman: PROF. DR. AHMET AFŞİN KULAKSIZ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikroşebekelerin yaygınlaşması ve güneş-rüzgar enerjisi sistemlerinin kurulu güçlerinin artmasıyla şebeke üzerine olumsuz etkileri artmakta, buna yönelik çeşitli önlemlerin alınması için yapılan çalışmalar önem kazanmaktadır. Güneş ışınımı ve rüzgârın doğal kesintili özelliklerinden dolayı şebekeden bağımsız güneş-rüzgâr gibi yenilenebilir enerji sistemleri, her an değişen yük talebini karşılamada tamamen güvenli olmadığından, güç kararsızlıkları yaşanmaktadır ve reaktif güç kompanzasyonu yapılarak hibrit bir sistem oluşturmak mantıklı bir çözümdür. Bu tez çalışmasında öncelikle çift beslemeli asenkron generatör (ÇBAG) tabanlı rüzgar sistemi ve statik senkron kompanzatör (STATCOM) modellenmiştir. Tüm sistemin simülasyonu, güneş-rüzgar hibrit mikro-şebekenin STATCOM reaktif güç analizi ve performans analizi Matlab/Simulink'te yapılmıştır. STATCOM'un kontrol devresindeki dört adet oransal-integral (PI) denetleyici parametreleri sezgisel algoritma teknikleri kullanılarak optimize edilmiş, gerilim kararlılığı ve reaktif güç kontrolü üzerine tatmin edici sonuçlar alınmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Opal-RT teknolojisi ile fiziksel olarak kurulan çift beslemeli asenkron generatör tabanlı rüzgar enerji sistemine ve bu sisteme STATCOM eklenerek gerçek zamanlı çalışmalar yapılmıştır. Optimizasyon yönteminin etkinliğini değerlendirmek için izleme hatalarına dayanan çeşitli performans kriterleri kullanılmıştır. Ayrıca, geleneksel ayarlama metodu ve genetik algoritma optimizasyonu metodu gerçekleştirilmiş ve sırasıyla doğal su döngüsünü temel alan bir doğadan esinlenmeli optimizasyon algoritması ve bakterilerin yiyecek arama optimizasyonu metodu ile karşılaştırılmıştır. Optimize edilmiş kontrol parametreleri, çift beslemeli bir asenkron generatörü rüzgar enerjisi deney düzeneğinde değerlendirilmiştir. Her bir optimizasyon yönteminin etkinliğini doğrulamak için deneysel sonuçlar sunulmuştur. Optimize edilmiş kontrol parametreleri Opal-RT teknolojisi ile deneysel bir kurulumda sabit ve değişken rüzgar hızı altında test edilmiştir. Farklı optimizasyon yöntemleri ve koşulları için deneysel sonuçlar, su döngüsü optimizasyon yöntemi ve bakteri yemek arama optimizasyon yönteminin etkinliğini doğrulamak için sunulmuştur.

Abstract:
With the widespread use of micro-grids and the installed power of solar-wind energy systems, their negative effects on the grid increase, and studies to take various precautions are gaining importance. Due to the natural intermittent characteristics of solar radiation and wind, renewable energy systems such as off-grid PV/wind  are not completely safe to meet the ever-changing load demand, so power instabilities are experienced and it is a reasonable solution to create a hybrid system by reactive power compensation. In this thesis, first of all, doubly-fed asynchronous generator (ÇBAG) based wind system and static synchronous compensator (STATCOM) are modeled. The simulation of the whole system, STATCOM reactive power analysis and performance analysis of the solar-wind hybrid microgrid were performed in Matlab/Simulink. Four proportional-integral (PI) controller parameters in the control circuit of STATCOM are optimized using heuristic algorithm techniques, and satisfactory results are obtained, results are compared in regard to the voltage stability and reactive power control.
Real-time studies are carried out by incorporating STATCOM to the doubly-fed asynchronous generator based wind energy system and physically implemented by means of Opal-RT technology. Various performance criteria based on monitoring errors have been used to evaluate the effectiveness of the optimization method. In addition, the conventional tuning method and genetic algorithm optimization method are performed and compared with nature-insprired optimization algorithms based on the natural water cycle and the bacteria foraging optimization methods, respectively. The optimized control parameters are evaluated in a doubly-fed asynchronous generator wind energy experimental setup. Experimental results are given to verify the effectiveness of each optimization method. Optimized control parameters have been tested under constant wind speed and variable wind speed in an experimental setup with Opal-RT technology. Experimental results for different optimization methods and conditions are presented to confirm the effectiveness of the water cycle optimization method and bacteria foraging optimization method.