Akıllı şebeke altyapısı ile yenilenebilir enerji santrallerinin şebeke entegrasyonu ve koruma sistemi dizaynı
Grid integration of renewable energy power plants and protection system design with smart grid infrastructure
Yazar: MEHMET TAN TURAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDİN GÖKALP
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik enerjisinin üretimi, iletimi ve dağıtımında Tesla'dan bu yana kullanılmakta olan teknoloji, 21. yüzyıla ait yeni nesil bileşenlerin eklenmesi ile birlikte hızlı bir değişim sürecine girmiştir. Geleneksel üretim santrallerinin kullanımının devam etmesi ile birlikte yeni nesil üretim tesisleri olarak kabul edilen yenilenebilir enerji santrallerinin şebeke entegrasyonu ile birlikte, yenilenebilir enerji santrallerinin değişken üretim profili dolayısıyla şebeke üzerinde oluşan etkinin düzeltilmesi gerekmektedir. Yenilenebilir enerji santrallerinden olan güneş enerji santrallerinin üretim profili hava şartları, mevsimsel etki ve güneş radyasyon verilerine göre gün içerisinde değişim göstermektedir. Bu etkilerden kaynaklı değişken üretimin şebeke üzerindeki gerilim regülasyonuna olan etkisini minimize etmek için boyutlandırma ve konumlandırma çalışmalarının optimal şekilde gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Diğer yandan, yeni nesil tüketiciler içerisinde önemli bir yer edinmesi beklenen elektrikli araçların değişken tüketim profilinin şebeke üzerinde oluşturacağı etki incelenmeli ve şarj istasyonlarının kapasite tayini bu parametreler göz önüne alınarak gerçekleştirilmelidir.  Güneş santrallerinin konumlandırılacağı alanlarda mikro şebekeleri göz önüne aldığımızda santrallerin ve elektrikli araçların şebeke üzerinde oluşturacağı etkinin genliği daha yüksek olacaktır. Bu bağlamda, mikro şebekelerde gerçekleştirilecek olan güneş santrali ve elektrikli araç şarj istasyonları entegrasyonu şebeke üzerinde daha büyük etki oluşturacak ve daha optimal bir çözüm sunularak boyutlandırma ihtiyacı ortaya çıkaracaktır. Boyutlandırma çalışmaları esnasında gerçekleştirilecek olan optimizasyon çalışmaları ile mikro şebekelerde gelecek nesil üretim ve tüketim ünitelerinin şebeke ile sorunsuz çalışması sağlanabilecektir.
Gerçekleştirilen tez çalışması ile mikro şebekelerde gerilim regülasyonunu stabil hale getirmeyi amaçlayan elektrikli araç ve güneş enerji santrali boyutlandırma ve konumlandırma optimizasyonu sunulmuştur. Çalışmada güneş santrali modellemesi gerçekleştirme aşamasında fiziksel ve elektriksel limitler baz alınarak nominal kapasite kullanımı öngörülmüştür. Mikro şebekelerde güneş santrallerinin olası etkilerinin incelenmesi ve optimal boyutlandırma kriterleri baz alınarak güneş santrali entegrasyonu aşamalarının şebeke üzerinde oluşturduğu etkinin gerilim regülasyonu üzerindeki etkisinin minimize edilmesi amaçlanmıştır. Değişken profilli tüketicilerin mikro şebeke üzerinde olan etkisinin güneş santrali ile birlikte azaltılması amaçlanarak bu alanda katkı sağlanılması öngörülmüştür.
Mikro şebeke modeli üzerinde analiz gerçekleştirilebilmesi için Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kampüsü'ne ait dağıtım şebekesi modellenmiştir. Çalışmanın ikinci aşaması olarak çatı tipi güneş santralleri ve elektrikli araç modelleri oluşturulup benzetim ortamına aktarılmıştır. Oluşturulan benzetim modeli üzerinde değişken profilli üretim ve tüketim ünitelerinin şebeke gerilim regülasyonu üzerindeki etkisi senaryo tabanlı olarak incelenmiş ve sonuçlar bu parametrelere göre değerlendirilmiştir.

Abstract:
The technology of electrical energy production, transmission and distribution which has been used since Tesla is on the process of rapid change with integration of 21st century new generation components. The integration of new generation renewable energy power plants on the network causes disturbance on the distribution network which has to be eliminated along with the remaining operation of conventional power plants. Energy production of the solar power plants which are considered as a renewable energy power plants, depends on the weather conditions, seasonal effects and solar radiation data which causes a variable production even during the day time operation. Sizing studies and location analysis are required to be conducted and optimized to minimize the effect of variable production of solar power plants on the distribution network voltage regulation. On the other hand, the effect of electric vehicles which are considered as a major component of new generation consumers with variable consumption profile on the voltage regulation of the distribution network should be assessed carefully. The sizing studies should be conducted for electric vehicle charging stations to avoid distortion on the voltage regulation as well.  The magnitude of the effect of electric vehicle charging stations and solar power plants would be higher on the microgrids. In that case, sizing and optimization studies become much more important due to requirement of optimization of solar power plants and electric vehicle charging stations on microgrids. Optimization studies are expected to lead to proper operation of new generation electric network components during sizing studies of proposed network components.
The thesis study includes sizing and optimization studies of electric vehicle charging stations and solar power plants on the microgrids with the aim of stabilization of voltage regulation. The modeling stage of the solar power plants are realized with consideration of nominal capacity usage for solar power plants while considering physical and electrical limitations of the microgrids. The effect of solar power plants on the voltage regulation of microgrids are aimed to be minimized with proposed sizing methodology. The effect of variable consumption profile of electric vehicles on voltage stability is aimed to be eliminated using the solar power plant generated energy and it is aimed to provide contribution on the study field.
The distribution network of Yildiz Technical University Davutpasa Campus is modeled as a microgrid in simulation environment. As the second stage of the study, roof type solar power plants and electric vehicle charging stations are modeled and transferred into simulation environment.  The designed simulation environment is investigated for voltage stability impact of variable production and consumption characteristics based on scenarios where the results are discussed considering the simulation parameters.