Dengesiz yükler altında şebekeye bağlı hibrit enerji sisteminin tasarımı, optimizasyonu ve analizi
Design, optimization and analysis of grid connected hybrid energy system under unbalanced loads
Yazar: MEHMET SELİM AYGEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA İNCİ
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dağıtım şebekeleri = Distribution networks ; Enerji optimizasyon modeli = Energy optimization model ; Faz kontrolü yöntemi = Phase control method ; Güç çeviriciler = Power converters

Özet:
Birbirleriyle etkileşime giren ve özellikle düşük gerilimli elektrik santrallerini etkileyen dengesiz akımlar önemli güç kalitesi sorunlarıdır. Dengesiz yük grupları ve / veya dengesiz gerilimler, üç fazlı sistemlerde dengesiz akımlara neden olan yaygın durumlardır. Elektrik hizmetleri ve dağıtım şebekesi işletmecileri, dağıtım şebekesi ile tüketici yükleri arasındaki ortak bağlantı noktasında simetrik elektriksel özellikler sağlamakla yükümlüdür. Bunun için üç fazlı sistemlerde dengeli akım akışı hem elektrik tedarikçilerinin hem de tüketicilerin sorumluluğundadır.

Bu tezde, dengesiz hassas yüklere sahip hibrit fotovoltaik / yakıt hücresi enerji sisteminde test edilen geliştirilmiş bir şebeke-evirici kontrol şeması sunulmaktadır. Tasarlanan sistemde, dengesiz yükler her fazda dengesiz akımlar çekmekte olup, enerji birimlerinden farklı güç değerleri tüketmektedir. Bu durum şebekeye akan akımların dengesizleşmesine sebep olmaktadır. Elektrik şebekesi eviricilerinde kullanılan geleneksel bir güç akış kontrolcüsü ile şebekede oluşan bu dengesizlik önlenememektedir. Bunun için, dengesiz yükleme koşullarında şebekenin akım kalitesini artırmak için faz dengeleme kontrol yöntemi önerilmektedir. Önerilen yöntem güç farklılaşma değerlerini hesaplamakta ve geleneksel yöntemde abc / dq dönüşümü yerine çoklu düzlem αβ / dq dönüşümüne dayanmaktadır. Önerilen yöntem ile güç akış kontrolüne ek olarak negatif ve sıfır sıra akım bileşenleri de ortadan kaldırmaktadır. Bu bağlamda, dengesiz koşullar altında simetrik referans değerleri üreten geleneksel yöntemin eksikliği giderilmektedir.

Bu tezde, dengesiz yüklere sahip sistemde enerji birimlerinden şebekelere farklı örnekleme çalışmaları için farklı güç sağlayan performans sonuçları verilmektedir. Enerji sistemlerinin optimizasyonu aynı zamanda bir maksimum güç noktası izleme algoritması ile sağlanmaktadır. Sonuçlar, önerilen yöntemin şebeke tarafında güç dengelemesi sağladığını ve şebeke tarafı akımlarında negatif ve sıfır akım bileşenlerinin ortadan kaldırılmasını sağladığını göstermektedir. Ayrıca, tasarlanan yük grupları altında önerilen yaklaşımın geçerliliğini doğrulamak için performans sonuçları geleneksel yöntemle karşılaştırılmaktadır.

Abstract:
The unbalanced currents are significant power quality issues that interact with each other and particularly affect low-voltage power plants. Unbalanced load groups and/or unbalanced voltages are common conditions that cause unbalanced currents in three phase systems. Electricity services and distribution network operators are obliged to provide symmetrical electrical characteristics at the common connection point between distribution network and consumer loads. For this purpose, balanced current flow in the three phase systems is the responsibility of both electricity suppliers and consumers.

This thesis presents an improved grid-inverter control scheme tested in hybrid photovoltaic (PV)/fuel cell (FC) energy system with unbalanced sensitive loads. In designed system, unbalanced loads draw unbalanced currents at each phase and consume different power values from energy units. This situation causes the currents flowing into the grid to become imbalance. This problem in the grid cannot compensated by a conventional power flow controller used in electrical grid inverters. For this purpose, a phase balancing control method is proposed in order to improve the grid quality under unbalanced loading conditions. The proposed method calculates power differentiation values and it is based on multiple-frame αβ/dq transform instead of abc/dq transform in the conventional method. With the proposed method, it eliminates negative & zero sequence components in addition to power flow control. In this regard, it removes the deficiency of conventional method, which generates the symmetrical reference values under unbalanced conditions. 

In this thesis, the system with unbalanced loads is performed for different case studies, which supply different power from energy units to grids. The optimization of energy systems is also provided through a maximum power point tracking algorithm. The results show that the proposed method provides power balancing at grid-side and elimination of negative & zero sequence components at grid-side currents. Also, the performance results are compared to the conventional method in order to verify the validity of the proposed approach under the designed load groups.