Dağıtık üretim tesisleri içeren şebekeler için akıllı ve adaptif bir koruma metodunun geliştirilmesi
Development of a smart and adaptive protection method for grids including distributed generation plants
Yazar: YAVUZ ATEŞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET UZUNOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Adaptif denetim = Adaptive control ; Akıllı şebekeler = Intelligence networks ; Dağıtık sistemler = Distributed systems ; Dağıtım şebekeleri = Distribution networks ; Koruma röleleri = Protection relays

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarını da içeren dağıtık enerji sistemlerinden oluşan yeni nesil şebeke sistemleri, günümüzde akıllı şebekeler kapsamında yüksek verimlilik, güvenilirlik ve sürdürebilirlik hususlarında önemli gelişmeler sağlamıştır. Bunun yanı sıra düşük elektriksel kayıplar ve çevre kirliliği sunması sayesinde de geleneksel merkezi elektrik enerjisi yapısına alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. Akıllı şebekeler kavramı dikkate alındığında çözülmesi gereken en önemli hususlardan birisi evirici arayüzlü dağıtık üreteçlerden oluşan bu tarz şebekelerin özellikle de ada modundayken değişken ve belirsiz hata karakteristikleri göstermeleri nedeniyle mevcut geleneksel koruma sistemlerinin yetersiz kalmasıdır. Bu husus için literatürde çeşitli çözüm önerileri mevcuttur. Ancak mevcut çalışmalar incelendiğinde henüz dağıtık üretim tesisleri (distributed generation-DG) içeren şebekeler için güvenilir, genel kabul görmüş ve standart bir koruma tekniğinin bulunmadığı gözlenmiştir.
Bu tez üç ortaklı (TÜBİTAK ve YTÜ-Türkiye, Aalborg Üniversitesi-Danimarka, SIMULA-Norveç) bir "SmartGrids ERA-NET" konsorsiyumu projesi (Avrupa Birliği Projesi) tarafından desteklenmekte olup tezin amacı yenilenebilir enerji kaynaklarından oluşan dağıtım şebekeleri için etkin ve adaptif bir koruma tekniği geliştirmektir. Bu açıdan tez kapsamında geliştirilen adaptif koruma stratejisi ile farklı yük ve dağıtık üretim tesislerini de içeren bir akıllı şebeke sistemindeki koruma ve röle koordinasyonu uygulaması, verimli ve etkin bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Birden çok kaynağın bağlı olduğu yeni nesil şebeke sistemlerinde güç akışının yönlü olması nedeniyle koruma sistemi röle tercihi önemli bir husus haline gelmektedir. Bu amaçla tez çalışmasında, konvansiyonel şebekelerde de sıklıkla kullanılan yönlü aşırı akım rölesine ait işletim karakteristiklerindeki ayar değerleri, sistemdeki bütün koruma cihazlarının izlenmesi ve haberleşmeleri vasıtası ile değişken yük taleplerine hızlı bir şekilde cevap verecek şekilde adaptif olarak belirlenmiştir. Bu sayede sistem kararlılığı, sürekliliği ve güvenilirliğinin arttırılması hedeflenmiştir.
Yukarıda bahsi geçen kontrol yaklaşımının etkin bir biçimde oluşturulması için öncelikle benzetim ortamında yenilenebilir enerji bazlı dağıtık üretim tesislerini de içeren akıllı bir şebeke için örnek bir güç sistem modeli oluşturulmuştur. Burada sisteme ait bütün bileşenler için detaylı benzetim modelleri oluşturularak modeller üzerinde en iyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan komple model üzerinde önerilen kontrol yapısının etkinliği değerlendirilerek kontrol algoritmasında gerekli değişiklikler yapılmış ve etkinliği farklı dağıtım şebekeleri referans alınarak benzetim (simulasyon) ortamında test edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, microgrids composed of distributed generators including renewable energy sources have appeared as alternative to conventional electrical energy structure in terms of higher efficiency, reliability, sustainability, lower electrical losses and environmental pollution. However, one of the most significant obstacles that prevents the widespread application of microgrids is the insufficiency of conventional protection systems due to their variable and indefinite fault characteristics especially in islanding mode of operation. In the literature, there exist several solution proposals for this issue. However, when investigated; it is observed that there is a lack of a reliable, widely accepted and standard protection technique in the literature.
This thesis is a SmartGrids ERA-NET Consortium project of three partners (TUBITAK and YTU-Turkey, Aalborg University-Denmark, SIMULA-Norway) with the purpose of development of an effective protection technique for microgrids composed of renewable energy sources. 
In this concept, the protection and control issues in a smart grid system including different loads and several sources with distributed generation units have efficiently been realized in this thesis by employing smart controller. The set points of the widely utilized protection devices such as over-current relays in conventional power systems have adaptively and dynamically been determined considering the observation and communication of all protection devices in the system in order to provide fast responses to varying load demands. Thus, the system stability, durability and reliability could be enhanced.
In order to provide the above mentioned control approach efficiently, a power system model of smart grid including renewable energy based distributed generation plants have been realized in simulation environment. The detailed simulation models of each component of the system have been provided and the necessary revisions on developed models have been realized. The efficiency of the control approach has been analyzed utilizing the mentioned overall system model.