Rüzgar ve güneş hibrit güç üretim sisteminin şebekeye entegre edilmesi ve güç kalitesi kontrolünün incelenmesi

Abstract

Günümüzde konvansiyonel enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Bunun aksine enerji talebinin artması yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ihtiyacı tetiklemiştir. Konvansiyonel temel enerji kaynaklarının çevreye zararlı etkileri, kaynaklara ulaşım sorunu gibi dezavantajları yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmeye neden olmuştur. Yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji talebinde kullanımı giderek artması ile birlikte bu enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretiminde kullanılması da artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar ve güneş enerjisinin elektrik üretiminde kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Bunun nedeni olarak bu enerji çeşitlerinin herhangi bir yakıta ihtiyaç duymamaları, temiz ve çevreye zararlı etkileri olmaması gösterilmektedir. Rüzgar ve güneş enerjisinin avantajlarından faydalanılarak hibrit güç üretim sistemleri geliştirilmiştir.

Hibrit sistem iki veya daha fazla kaynağın bir araya getirilmesiyle oluşturulmaktadır. Bu kaynakların bir araya getirilip hibrit güç üretim sistemi oluşturulmasının amacı ise kaynakların birlikte kullanımını sağlamak ve böylece verimliliği arttırmaktır. Ayrıca kaynaklardan birinin olmaması veya azalması durumda diğer kaynaktan sistem için gerekli enerji ihtiyacının karşılanması sağlanacaktır. Tezde modellenmiş olan rüzgar ve güneş hibrit güç üretim sisteminde kullanılan PV paneller ve rüzgar türbini çıkışına akülerle birlikte şebeke gücü ve frekansını sağlayan hibrit güç inverteri bağlanıp çıkışından yükler beslenilmiştir. Sistemi oluşturan PV panellerin ve rüzgar türbininin ürettiği enerji, akım ve güç değerleri ayrıca panellerin ve türbinin durumu hibrit güç inverterinde kaydedilmiştir. Kaydedilen bu veriler sayesinde hibrit güç üretim sistemin verimliliği değerlendirilmiş olup verimliliği arttırmak üzere gerekli işlemler yapılabilmektedir.

Güç sistemlerinde kararlılık, dengeli bir çalışma halidir ve bozucu etkiler sonrası sistemin eski kararlı haline tekrar gelebilmesidir. Tüketicilere ulaştırılacak enerjinin kararlı ve verimli olması son derece önemlidir.

Bu tez çalışmasında rüzgar ve güneş güç üretim sisteminden oluşan, şebekeye bağlı bir hibrit elektriksel güç üretim sistemine ait güç kalitesi ve bulanık mantık (Fuzzy Logic) ve klasik (PI) denetleyicisi yöntemleri kullanılarak bu güç üretim sisteminin modellenmesi ve analizi yapılmıştır. Modelleme Matlab/Simulink ortamında fotovoltaik panel ve rüzgar türbinleri ile oluşturulmuş ve kontrol analizi yapılarak analiz sonuçları sunulmuştur. Hibrit güç üretim sisteminin ve şebekenin frekans, faz, gerilim, güç ve harmonik ölçümleri incelenmiştir. Bunun yanında senkronizasyon sürecinde hibrit güç üretim sistemi ile şebeke arasında gerilim ve frekans dalgalanma süreleri, sistem yüksüz iken şebekede meydana gelen gerilim artışları, senkronizasyon sonrasında hibrit sistemde yük ve şebekede ölçülen gerilim, güç, frekans ve faz açısı değerleri ayrı ayrı gösterilmiştir. Simülasyon sonucunda ortaya çıkan grafiklere ve ölçüm değerlerine göre hibrit güç üretim sistemin performansı analiz edilmiştir. Yapılan bu tez çalışması ile hibrit güç üretim sisteminde üretilen elektrik enerjisinin bulanık mantık ile kontrolü yapılarak üretilen enerjinin daha kararlı ve daha verimli hale getirilmesi amaçlanmaktadır.

Today, conventional energy sources are rapidly depleting. In contrast, increasing energy demand triggered the need for renewable energy sources. The disadvantages of conventional basic energy sources such as the harmful effects on the environment and the problem of transportation to resources have led to the shift to renewable energy sources. With the increasing use of renewable energy sources in energy demand, the use of these energy sources in electrical energy production is also increasing. The use of wind and solar energy, which is one of the renewable energy sources, in electricity generation, has become widespread. The reason for this is that these types of energy do not need any fuel and are clean and do not have any harmful effects to the environment. Hybrid power generation systems have been developed by taking advantage of wind and solar energy.

In this study thesis, the design and analysis of a grid connected hybrid electrical power system consisting of wind and solar power generation system using power quality and fuzzy logic and classical logic controller (PI) methods will be carried out. The design will be designed with photovoltaic panels and wind turbines in Matlab / Simulink environment. Frequency, phase, voltage, power and harmonic measurements of hybrid power generation system and network will be made. In addition, the voltage and frequency fluctuation times between the hybrid power generation system and the grid during the synchronization process, the voltage increases in the network when the system is unloaded, and the voltage, power, frequency, phase angle values measured in the hybrid system, load and network after synchronization will be shown separately. The performance of hybrid power generation system will be analyzed according to the graphs and measured values resulting from the simulation.

Conventional energy sources are rapidly depleted today. However, energy demand continues to increase. Therefore, the need for renewable energy sources has increased. In addition, conventional energy sources have disadvantages such as harmful effects to the environment and the problem of access to resources. These reasons have largely triggered the shift to renewable energy sources. The use of renewable energy sources in energy demand is increasing. Today, the use of these energy sources in the production of electrical energy is also increasing. The use of wind and solar energy, which is one of the renewable energy sources, in electricity generation, has become widespread. The reason for this is that these energy types do not need any fuel, clean and no harmful effects to the environment. Hybrid systems have been developed by taking advantage of wind and solar energy.

The hybrid system creates two or more sources together. The purpose of bringing these resources together and creating a hybrid power generation system is to ensure that the resources are used together and thus to increase efficiency. In addition, if one of the resources is absent or diminished, the energy requirement of the system from the other source will be met. The PV panels and wind turbine output to be used in the Wind and Solar hybrid power generation system, which will be modeled in our thesis, will be connected to the hybrid power inverter providing the mains power and frequency and the loads will be fed from the output. The energy, current and power values produced by the PV panels and wind turbines that make up the system, as well as the state of the panels and turbines will be recorded in the hybrid power inverter.With the help of these data, the efficiency of hybrid power generation system will be evaluated and necessary actions can be taken in order to increase efficiency.

Stability in power systems is a balanced state of operation and the ability to restore the system to its former state after disturbing effects. It is extremely important that the energy to be delivered to consumers is stable and efficient. With this thesis, the electrical energy produced in the hybrid power production system is aimed at making the energy produced with fuzzy logic and making the energy produced more stable and more efficiently.