Yenilenebilir enerji kaynakları içeren güç sistemlerinde yük frekans kontrolünün yeni sezgisel yöntemlerle optimizasyonu
Optimization of load frequency control with new heuristic methods in power systems including renewable energy sources
Yazar: MUSTAFA SAKA
Danışman: PROF. DR. MÜSLÜM CENGİZ TAPLAMACIOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM EKE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Denetleyiciler = Controller ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Optimizasyon teknikleri = Optimization techniques ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Yük frekans denetimi = Load frequency control

Özet:
Gelişen teknoloji ve artan nüfus ile birlikte enerjiye olan ihtiyaç günden güne artmaktadır. Günümüzde enerji üretiminde fosil kaynaklı güç sistemleri büyük bir paya sahipken, gelecekteki güç sistemlerinde yenilenebilir enerji kaynaklarının ve enerji depolama sistemlerinin payının da giderek artması öngörülmektedir. Elektrik enerjisinin kaliteli ve sürdürülebilir bir şekilde son tüketiciye kadar iletilebilmesi için elektrik güç sisteminin yük frekans kontrolü oldukça önemli konulardan birisidir. Bu tez çalışması kapsamında, geleneksel ve modern tek bölgeli ve çok bölgeli güç sistemlerinin yük frekans kontrolü analizleri farklı kontrolörler ve farklı sezgisel optimizasyon teknikleri kullanılarak ve karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Güç sistemleri ve kontrol merkezleri arasındaki haberleşme altyapısı nedeniyle oluşan haberleşme zaman gecikmeleri, gerek literatür çalışmalarındaki değerlerler kullanılarak gerekse de gerçek varsayımlarla hesaplanarak farklı yük frekans kontrol modellerine dahil edilmiştir. Ayrıca haberleşme zaman gecikmelerinin olumsuz etkisini ortadan kaldırmak amacıyla sinir ağı tabanlı hibrit adaptif bir PID kontrolör geliştirilmiştir. Güç sistemleri, yenilenebilir enerji kaynaklarının ve batarya enerji depolama sistemlerinin eklenmesi ile birlikte çok daha kompleks ve zor bir hale gelmektedir. Bu kapsamda bu tür komplike güç sistemlerinin analizlerini gerçekleştirmek ve daha iyi performans çıktıları elde edebilmek için iki serbestlik dereceli kaskat kesir dereceli PID tabanlı kontrolör geliştirilmiştir. Bu kontorlöre ait parametrelerin belirlenmesi için yeni bir sezgisel teknik olan hibrit Taguchi girdap arama algoritması geliştirilmiş ve kullanılmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının (rüzgâr ve güneş) ve enerji depolama sistemlerinin (batarya) yük frekans kontrolü üzerine olan etkileri geliştirilen algoritma üzerinden ayrı ayrı incelenmiştir. Geliştirilen kontrolör yapılarının, hibrit sezgisel optimizasyon tekniğinin detaylı analizleri yapılmış, literatüre katkı sağlanmış ve referans bir çalışma gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
With the developing technology and increasing population, the need for energy is increasing day by day. While fossil-based power systems have a large share in energy production today, the share of renewable energy sources and energy storage systems in future power systems is expected to increase gradually. Load frequency control of the electrical power system is one of the most important issues in order to transmit the electrical energy to the end consumer in a quality and sustainable manner. Within the scope of this thesis, load frequency control analyses of traditional and modern single-area and multi-area power systems have been carried out comparatively using different controllers and different heuristic optimization techniques. Communication time delays due to the communication infrastructure between power systems and control centers are included in different load frequency control models by using values from literature studies and calculated with real assumptions. In addition, a neural network based hybrid adaptive PID controller has been developed to eliminate the negative effects of communication time delays. Power systems become much more complex and difficult with the addition of renewable energy sources and battery energy storage systems. In this context, a cascade fractional PID-based controller with two degrees of freedom has been developed in order to analyze such complicated power systems and to obtain better performance outputs. A new heuristic technique, hybrid Taguchi vortex search algorithm, has been developed and used to determine the parameters of this controller. The effects of renewable energy sources (wind and solar) and energy storage systems (battery) on load frequency control have been examined separately through the developed algorithm. Detailed analyses of the developed controller structures and the hybrid heuristic optimization technique have been made, a contribution has been made to the literature and a reference study has been carried out.