Bulanık mantık kontrollü otonom ve şebeke bağlantılı rüzgâr-güneş hibrid güç sisteminin optimizasyonu ve Adnan Menderes Üniversitesi kampüs alanında uygulanması
Optimization of fuzzy logic controlled autonomous and grid connected wind-pv hybrid power system and application in Adnan Menderes University's campus
Yazar: KIVANÇ BAŞARAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NUMAN SABİT ÇETİN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgâr ve güneşin kullanıldığı hibrid güç sistemi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Uygulaması yapılan hibrid güç sisteminde, 1,5 kW gücünde rüzgâr türbini, 150 Wp gücünde 2 adet fotovoltaik panel (PV), 2 adet 12 V 200 Ah jel akü kullanılmıştır. Çalışmanın amacı, oluşturulan hibrid sistemin hem otonom hem de şebeke bağlantılı çalışmasını sağlamaktır. Bu amaç doğrultusunda, şebeke enerjisi kesilse dahi sistem tarafından otonom yüklerin enerji devamlılığının sağlanması hedeflenmiştir. Bu işlem tek bir DA/AA dönüştürücü üzerinden yapılmıştır. Dolayısıyla tasarlanan DA/AA dönüştürücü hem akım kontrollü hem de gerilim kontrollü olarak çalışabilmektedir. Hibrid sistem tarafından üretilen enerji, öncelikle aküleri doldurmakta, aküler dolduktan sonra üretilen enerji şebekeye ya da yüklere aktarılmaktadır. Eğer hibrid sistem enerji üretmiyor ve aküler de boş ise, otonom yüklerin enerji devamlılığı ulusal şebekeden karşılanmaktadır. Bu amaca yönelik olarak, fotovoltaik panel ve rüzgâr türbininin çıkışları birer tane şarj regülatörüne bağlandıktan sonra, Doğru akım (DA) barasında birleştirilmiştir. Alternatif gerilim tarafında voltaj regülasyonunun sağlanabilmesi için, DA bara ile DA/AA dönüştürücü arasına bir DA/DA dönüştürücü bağlanmıştır. Ayrıca sistemin sürekli olarak takip edilip üretilen enerjinin en optimum şekilde akülere, şebekeye veya yüklere yönlendirilebilmesi için bir kontrol ünitesi tasarlanmıştır. Bu kontrol ünitesi PV çıkışını, rüzgâr türbini çıkışını, aküleri, şebeke gerilimini ve AA yükleri izleyerek sistemin belirlenen düzen içerisinde çalışmasını sağlamaktadır. VIOluşturulan hibrid sistemde kullanılan DA/AA dönüştürücünün kontrolünde bulanık mantık denetleyici kullanılmıştır. Bulanık mantık denetleyici DA/AA dönüştürücüde kullanılan transistörlerin anahtarlama sinyallerini oluşturmaktadır. Ayrıca, hibrid sistemde kullanılan DA/DA dönüştürücü ve DA/AA dönüştürücünün MATLAB/Simulink modelleri oluşturularak hem PI hemde bulanık mantık kontrollü simülasyonları yapılmış, her iki kontrol işlemindeki farklılıklar tespit edilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar kapsamında, toplam 300 W olan fotovoltaik panellerin kasım ve aralık aylarında 200-210 W, temmuz ve ağustos aylarında ise, yaklaşık olarak 260 W güç ürettikleri, nominal gücü 1500 W olan rüzgâr türbininin 100 W ile 1350 W arasında güç ürettiği görülmüştür. Hibrid sistem tarafından üretilen güç değerleri ile yük ve/veya şebekeye aktarılan güç değerleri karşılaştırıldığında, kullanılan DA/DA ve DA/AA dönüştürücü verimlerinin %93 ile %95 arasında değiştiği tespit edilmiştir. Ayrıca tasarlanan kontrol ünitesinin, şebeke ve veya yüklere %7 ile %10 arasında daha fazla güç aktardığı belirlenmiştir. Sağlanan bu güç avantajı ile, sistemin amortisman süresinin % 10 oranında kısalacağı ön görülmüştür. Anahtar sözcükler: Rüzgâr türbini, fotovoltaik panel, yenilenebilir enerji, DA/DA Dönüştürücü, DA/AA Dönüştürücü, bulanık mantık denetleyici.

Abstract:
In this thesis, using wind and sun hybride power system as a renewable energy source has been put into practice. Wind turbine with 1,5 kW force value, 2 photovoltaic system with 150 Wp force value and 2 gel accumulators with 12 V 200 Ah values were used in this hybride power system. The aim of this study is to provide the created system both work autonomous and grid connected. According to this purpose, including the grid connection failure providing energy permanence on autonomous loads is aimed. Bu işlem tek bir DA/AA dönüştürücü üzerinden yapılmıştır. So, designed DC/AC inverter can run both current controller or voltage controller. Energy which is produced by hybrid system, firstly charges accumulators and then is transfered to grid or loads. If hybrid system doesn?t produce energy and batteries are empty, continuity of autonomous loads are compensated from national grid. For this purpose, after output cables of photovoltaic system and wind turbine was connected to charge regulator, also was combined with DC busbar and batteries were attached to DC bus. In order to provide voltage regulation by alternative voltage, DA bara ile DA/AA dönüştürücü arasına bir DA/DA dönüştürücü bağlanmıştır. Besides system was followed continuously, control unit was designed to direct produced energy with the most optimum situation to batteries, grid or loads. Designed control unit controls PV output, wind turbine output, accumulators, grid voltage and AC loads in order to provide the system work in order.Fuzzy logic controller was used to under the control of DC/AC inverter which used in hybrid system. Fuzzy logic controller, constitutes transistors? VIIIswitching signals which used in the DC/AC inverter. Besides, MATLAB/Simulink models were formed of DC/DC converter which used in hybrid system and DC/AC inverter; both PI and Fuzzy logic controller simulations were complated; differences of both control processes were determined. In the scope of experimental studies it was seen that, photovoltaic panels which are 300W at total produce 200-210 W power on November and December and around 260 W on july and agust, wind tribune which has 1.500 W nominal power produces power between 100 W and 1350 W. When comparing power values generated by the hybrid system and power values that are transferred to load and /or grid, it was observed that efficiency of DA/DA and DA/AA converters that are used is varied from 93% to 95%. Furthermore it was observed that the designed control unit, adds between 7% and 10% more power to the grid or / and to the loads. It was seen that by providing this power advantage, depreciation time of the system shortens 10%. Keywords: Wind turbine, photovoltaic panel (PV), renewable energy, DA/DA converter, DA/AA inverter, fuzzy logic controller.