Türkiye elektrik şebekesi için bir otomatik üretim kontrol modelinin geliştirilmesi ve rüzgâr santrallerinin bu modele etkilerinin incelenmesi
Development of an automatic generation control model for Turkish electricity grid and analysis of the effects of wind power plants on the model
Yazar: MERDEN YEŞİL
Danışman: PROF. DR. ERDAL IRMAK ; PROF. DR. KAMİL ÇAĞATAY BAYINDIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarının şebeke entegrasyonunda yaşanan hızlı gelişimler, frekans kontrolü ve dengeleme hizmetlerinin önemini artırmıştır. Bu bağlamda, bu tez çalışmasında Türkiye elektrik şebekesi için mevcut frekans kontrol sistemlerinin etkinliği değerlendirilmiş; bir Otomatik Üretim Kontrolü (AGC) modeli geliştirilerek performansı test edilmiştir. Ayrıca, rüzgar santrallerinin bu modele etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla ilk olarak hem statik hem de dinamik model indirgeme yöntemleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Bu yöntemler kullanılarak Türkiye elektrik şebekesinin dinamik yapısı sadeleştirilmiş ve 70 baralı indirgenmiş bir model geliştirilmiştir. Daha sonra, güç sistemlerinde frekans kontrol yapıları ele alınmış, AGC mekanizmasının genel yapısı ve literatürdeki gelişmeler gözden geçirilerek sekonder frekans kontrolü için bir AGC yapısı önerilmiş, bu yapının detaylı modeli ve benzetim sonuçları verilmiştir. Benzetimlerde, normal durum, üretim kaybı, tüketim kaybı gibi farklı senaryolar altında santral tepkileri ve sistem durumu analiz edilmiştir. Ayrıca, AGC bloklarında PI katsayılarının etkisi de test edilmiştir. Çalışmanın ilerleyen aşamalarında, rüzgar santrallerinin frekans kontrolüne katkısı incelenmiş ve bu amaçla geliştirilen kontrol yapıları detaylandırılmıştır. Deloading kontrolü, primer, sekonder ve tersiyer frekans kontrol yapıları ele alınmış ve koordineli frekans kontrolü üzerinde durulmuştur. Yukarı ve aşağı yönlü üretim artırma ve azaltma senaryoları altında rüzgar santrallerinin AGC katılım modeli geliştirilerek test edilmiştir. Son olarak, yapılan çalışmaların sonuçları ve öneriler sunulmuştur. Bulgular, hem geliştirilen AGC modelinin rüzgar santralleriyle entegre edildiğinde frekans sapmalarını etkin bir şekilde düzeltebildiğini ve sistem kararlılığını artırdığını göstermekte hem de Türkiye elektrik şebekesi için yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonunu destekleyen stratejilerin geliştirilmesi ve uygulanması açısından önemli bulgular sunmaktadır. Tezde ayrıca enerji politikaları ve şebeke yönetimi konularında gelecekteki çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
The rapid advancements in the integration of renewable energy sources into the grid have increased the importance of frequency control and balancing services. In this context, this thesis evaluates the effectiveness of existing frequency control systems for the Turkish electricity grid. An Automatic Generation Control (AGC) model has been developed and its performance tested. Additionally, the impact of wind power plants on this model has been investigated. To achieve this, both static and dynamic model reduction methods were thoroughly examined. Using these methods, the dynamic structure of the Turkish electricity grid was simplified, resulting in the development of a 70-bus reduced model. Subsequently, frequency control structures in power systems were reviewed, and a secondary frequency control AGC structure was proposed. The detailed model and simulation results of this AGC structure were provided. The simulations analyzed plant responses and system conditions under various scenarios, including normal operation, generation loss, and consumption loss. The effect of PI coefficients in the AGC blocks was also tested. In the later stages of the study, the contribution of wind power plants to frequency control was examined, and the control structures developed for this purpose were detailed. Deloading control, primary, secondary, and tertiary frequency control structures were addressed, with a focus on coordinated frequency control. An AGC participation model for wind power plants was developed and tested under upward and downward generation increase and decrease scenarios. Finally, the results and recommendations of the study were presented. The findings demonstrate that the developed AGC model effectively mitigates frequency deviations when integrated with wind power plants and enhances system stability. Furthermore, the study provides significant insights for developing and implementing strategies to support the integration of renewable energy sources into the Turkish electricity grid. The thesis also offers recommendations for future research on energy policies and grid management.