Zaman gecikmeli elektrik güç sistemlerinin gürbüz kararlılık analizi
Robust stability analysis of electrical power system with time delays
Yazar: ÖMER AYDIN
Danışman: PROF. DR. SAFFET AYASUN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik güç sistemleri = Electric power systems

Özet:
Günümüzde gerek ekonomik gerek de çevresel faktörler nedeniyle elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımında artış yaşanmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının avantajlarının yanı sıra atalet momentine sahip olmamaları ve üretimlerindeki belirsizlikler gibi dezavantajları vardır. Bu dezavantajların en önemli sonucu ise frekans regülasyonunda yaşanmaktadır. Bu nedenle devreye alınma ve devreden çıkma süreleri çok kısa olan elektrikli araç, talep tarafı kontrolü ve yakıt hücrelerinin yük frekans kontrol (YFK) sistemlerinin dinamik performansını artırmak için kullanılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Bu tür yardımcı birimlerin kullanılması sırasında, kontrol birimi ile aralarında haberleşme ağının kullanılması bir mecburiyettir. Günümüz iletişim teknolojisinde ise gecikmelerin yaşanması kaçınılmazdır. Bu nedenle frekans regülasyonunda yardımcı birimlerin kullanılması frekans regülasyon işlemi açısından bir avantaj olsa da haberleşme gecikmeleri sistemin kararlılığını ve performansını olumsuz etkilemektedir. Bu nedenle YFK sistemlerinin haberleşme gecikmelerine bağlı kararlılık analizlerinin yapılması ve gerçek sistemlerin karşılaştığı parametre belirsizlikleri göz önünde bulundurularak gürbüz kararlılık bölgelerinin elde edilmesi önem arz etmektedir. Bu tez kapsamında her bölgesinde birbirinden farklı zaman gecikmeleri olan YFK sistemlerinin kararlılık gecikme payları, özdeğerleri periyodik olarak izleyerek sanal eksende yer alan kritik özdeğerleri kolay bir şekilde hesaplayan kritik özdeğer izleme yöntemi ile hesaplanmıştır. YFK sistemlerinin gürbüz kararlılık bölgeleri ise Kharitonov teoremi ve kararlılık sınır eğrisi yöntemleri kullanılarak elde edilmiştir. Önerilen yöntemlerin doğruluğu, elde edilen sonuçların benzetim ortamında doğrulanması ile gösterilmiştir.

Abstract:
Nowadays, there is an increase in the use of renewable energy sources in electricity generation due to both economic and environmental factors. In spite of the advantages of renewable energy sources, they have disadvantages such as not having a moment of inertia and uncertainties in their generation. Therefore, the necessity of using electric vehicles, demand-side response control and fuel cells, which have very short power up and power down times, to increase the dynamic performance of load frequency control (LFC) systems has emerged. During the use of such auxiliary units, it is a necessity to use the communication network between them and the control unit. Thus, time delays are inevitable in today's communication technology. Therefore, although the use of auxiliary units in frequency regulation is an advantage in terms of frequency regulation, communication delays negatively affect the stability and performance of the system. For this reason, it is important to perform stability analyzes of LFC systems due to communication delays and to obtain robust stability regions by considering the parameter uncertainties observed in practical systems. Within the scope of this thesis, the stability delay margins of LFC systems, which have different time delays in each region, were calculated by using the critical eigenvalue tracking method, which easily calculates the critical eigenvalues on the imaginal axis by periodically monitoring the eigenvalues. Robust stability regions of LFC systems were obtained by using Kharitonov theorem and stability boundary locus methods. The accuracy of the proposed methods is demonstrated by the validation of the results in the simulation environment.