Senkronize çalışan bir mikro HES'in PLC ve SCADA tabanlı otomasyonu
PLC and SCADA based automation of a synchronized micro HPP
Yazar: FATİH MEHMET ULU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ALTINKAYA
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Hidroelektrik = Hydroelectric ; PLC = Programmable logic controller ; SCADA = SCADA ; Su türbinleri = Water turbines

Özet:
Yenilenebilir kaynakların enerji üretimindeki payının artırılmasının önemi her geçen gün daha çok anlaşılmaktadır. Ülkemizde son yıllarda mikro, mini ve küçük ölçekli kanal tipi hidroelektrik santrallerinin henüz istenen seviyede olmasa da elektrik enerji üretimindeki payında dikkate değer bir artış gözlemlenmektedir. Bu tez çalışmasında bir mikro hidroelektrik santralin (MHES) prototipinin tasarımı, imalatı ve otomasyonu gerçekleştirilmiştir. Prototip, birbirleriyle ve şebeke ile senkronize çalışan üç adet 1 kW gücünde senkron generatörden (SG), imalatı 3B yazıcı ile yapılan tek nozüllü üç adet Pelton türbininden, yaklaşık bir ton kapasiteli su tankından, uygun debi ve düşü şartlarını sağlayan 5,5 kW gücünde santrifüj pompa ve bu pompanın devir ayarını sağlayan 11 kW gücünde bir sürücüden oluşmaktadır. Elektriksel donanım için ise şebeke analizörleri, senkronizasyon cihazları, oransal vanalar, sensörler, kontaktörler vb. elemanlar kullanılmıştır. Prototipin mekanik ve elektriksel yapısı ile çalışma senaryosu gerçek bir MHES'e en yakın olacak şekilde tasarlanmıştır. Senkron generatörlerin gerilim ve frekans değerlerinin yüke göre kontrol edilmesi ve diğer denetim işlemleri için S7-1200 PLC kullanılmıştır. Frekans ve gerilim kontrolü için PID kontrol yöntemi tercih edilmiştir. Senkronize anının tespiti ise D-700 senkronizasyon cihazları ile sağlanmıştır. Değişik yük koşullarında generatörlerin tekil, lokal ve şebeke ile senkron çalışma durumları incelenmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Oluşturulan SCADA ekranları üzerinden bütün sistemin kontrolü ve izlenmesi yapılabilmektedir. Gerçekleştirilen prototip disiplinler arası akademik ve deneysel çalışmalara imkân sağlamasının yanında Endüstriyel Otomasyon, Enerji Üretimi, Elektrik Makineleri gibi dersler için eğitim materyali olarak kullanılabilecektir.

Abstract:
The importance of increasing the share of renewable resources in energy production is becoming more and more understood. In recent years, the contribution of micro, mini and small-scale channel-type hydroelectric power plants in electrical energy production has increased considerably in our country, although it is not yet at the desired level. In this thesis, prototype design, manufacturing and automation of a micro hydroelectric power plant (MHPP) has been carried out. The prototype consists of three 1 kW synchronous generators working synchronously with each other and with the network, three single-nozzle Pelton turbines manufactured by a 3D printer, a water tank with a capacity of approximate one ton, a 5.5 kW centrifugal pump providing proper flow and head conditions, and a 11 kW driver adjusting the rpm of the pump. For electrical equipment, network analyzers, synchronization devices, proportional valves, sensors, contactors, etc. are used. The mechanical and electrical structure of the prototype and the working scenario are designed to be closest to a real MHPP. A S7-1200 PLC is used for controlling voltage and frequency values of synchronous generators according to load and other controlling processes. PID control method is preferred for the frequency and the voltage control. D-700 synchronization devices are used to detect the synchronization moment. Working conditions of generators in different load conditions, singular, local and synchronized with grid was examined and results were evaluated. The overall system can be controlled and monitored through the SCADA screens created. The prototype will provide interdisciplinary academic and experimental studies and will be used as training material for courses such as Industrial Automation, Power Generation, and Electrical Machines.