Şebeke bağlantılı fotovoltaik tabanlı batarya ve ultrakapasitörlü hibrit sistemin akıllı enerji yönetimi
Smart energy management of grid connected photovoltaic based hybrid system including battery and ultracapacitor
Yazar: AHMET AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. ENGİN ÖZDEMİR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde, yenilenebilir enerji kaynakları elektrik şebekesini beslemede çok önemli bir rol oynamaktadır. Enerji depolamanın yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegrasyonu, oldukça kesintili ve kararsız olan yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik enerjisinin daha fazla sevk edilebilir olmasını sağlayabilmektedir. Bu tez çalışmasında, şebeke bağlantılı 3 fazlı 4 telli elektrik güç sistemlerinde, ultrakapasitör ve bataryadan oluşan HEDS'in fotovoltaik kaynaklı yenilenebilir enerji üretim sistemine entegrasyonu amacıyla akıllı bir enerji kontrol yöntemi önerilmektedir.
Bu tezin amacı, kararsız ve değişken yapıya sahip YEK'dan üretilen elektrik güç sistemine HEDS entegrasyonu ve akıllı kontrolünü sağlayarak sürekli ve kaliteli elektrik enerjisi üretmektir. Tez çalışması kapsamında geliştirilen HEDS'nin olası çalışma durumları belirlenerek bu şartlarda sistemin kararlı çalışmasını sağlamak için özgün bir akıllı enerji yönetim algoritması gerçekleştirilmiştir. Akıllı enerji yönetim algoritması sayesinde sistemdeki bütün güçler değerlendirilerek istenilen çalışma durumları için bileşenlerin kontrolleri yapılmaktadır. Böylece batarya ve ultrakapasitör grubu DA barada dalgalanma olmadan eviricinin güç kalitesini artıracak şekilde kontrol edilmesini sağlamaktadır.
Geliştirilen HEDS, denetim ve anahtarlama algoritmaları Matlab/Simulink Simpower Systems yazılımları aracılığıyla tasarlanmakta ve benzetimi yapılmaktadır. 3 fazlı 4 telli şebeke bağlantılı HEDS'nin laboratuar prototipi, uygulamanın test edilmesi amacıyla deneysel olarak kurulmuştur. HEDS, dSpace DS1103 denetleyici kartı ile sayısal olarak denetlenmekte, gerilim ve akım sensörleri ile ölçülerek Analog/Dijital (A/D) dönüştürücüler aracılığıyla denetleyici karta uygulanmaktadır. Matlab\Simulink'te geliştirilen gerçek zamanlı denetim algoritmaları Matlab Real Time Workshop ve dSpace Real-Time Interface yazılımları ile DS1103 denetleyici kartına doğrudan yüklenmektedir. Deneysel test çalışmaları doğrultusunda özgün olarak geliştirilen akıllı enerji yönetim algoritmasının dinamik davranışı ayrıntılı olarak incelenmektedir.

Abstract:
Nowadays renewable energy sources are becoming an important part of energy supply to the power grid. Integrating energy storage with renewable energy sources can make these intermittent renewable energy sources more dispatch able. In this thesis, a new smart energy management algorithm for integrating photovoltaic based renewable energy source with energy storage for 3 phase 4 wire grid connected electrical power systems was proposed for this purpose.
Main aim of this thesis is integration and smart control of Hybrid Energy Storage System (HESS) to the renewable energy sources that produce unstable and variable electric power, and provide continuous and high quality electric power to the grid. Smart energy control algorithm originally developed in this thesis determines possible working conditions and controls the HESS in a stable way.  The smart energy control algorithm decides which component working conditions by using measurement power of the all components including load, battery and photovoltaic. Thus, battery and ultracapacitor provide power to the inverter increasing the power quality without any fluctuation in the common DC bus.
Developed HESS, control and switching algorithms are designed and simulated in Matlab/Simulink Simpower Systems software. 3 phase 4 wire grid connected HESS prototype is experimentally tested in test bench developed in this project. HESS is controlled digitally with dSpace DS1103 controller board via voltage and current measurements with analog digital converters. Real time control algorithms developed in Matlab/Simulink is loaded to DS1103 controller card by using Matlab Real Time Workshop and dSpace Real-Time Interface software. Hence developed control algorithms are easily and very fast applied and validated in experimental set-up. Experimental test operation in accordance with developed as unique is analyzed smart energy management algorithm dynamic behavior in detail.