Şebeke bağlantısız FV-YP birleşik sistemleri için anahtarlamalı bir güç ve gerilim düzenleyici

Abstract

Son yıllarda teknoloji ve buna bağlı elektrikli cihazların artması, enerji ihtiyacındaki artış ve sınırlı miktarlarda konvansiyonel enerji kaynaklarının tükeneceği endişesi insanoğlunu farklı ve yeni kaynakları bulmaya doğru itmiştir. Mevcut kaynakların doğa ve insanlara verdiği zararların azaltılmasına yönelik çalışmalar, yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilginin daha da fazla artmasına yol açmıştır. Bu çalışmada yenilenebilir enerji kaynaklarından önemli ikisi olan Güneş ve Hidrojen enerjisi ele alınmıştır. Fotovoltaik Güneş Enerji Sistemleri ve Güneş Pilleri günümüzdeki enerji ihtiyacını önemli ölçüde azaltmaya aday bir yenilenebilir enerji sistemidir. Elektrik üretimi için hammadde ihtiyacının olmaması, doğa ve insanlık için fosil yakıtları gibi zararlı ve çevreyi kirletici etkilerinin olmayışı fotovoltaik güneş pillerinin popülerliğini arttırmış ve araştırmacılar için ilgi odağı haline getirmiştir. Fakat iklim ve hava şartlarına bağlı olarak elde edilen enerjinin değişkenlik göstermesi ve tüketiciler tarafından doğrusal olmayan yükler kullanılması nedeniyle yüklere gücün iletimi ve enerjinin dağıtımı esnasında gerilim dalgalanmaları oluşmakta ve düzensiz güç sağlanması yükleri olumsuz etkilemektedir. Fotovoltaik Güneş Enerji Sistemlerinin yanında, Hidrojen Enerjisi ve Yakıt Pillerinin mevcut çevre sorunlarını çözerek enerji ihtiyacına çözüm oluşturacağı düşünülmektedir. Yakıt pilleri sessiz ve daha verimli çalışmakta olup doğa ve insanlar için zararlı atık üretmezler. Bu sistemler yakıt olarak yeryüzünde birçok bileşiğin yapısında var olan hidrojen maddesini kullanmaktadır. Bu tezde yakıt pilleri ile güneş pillerinin yapısı incelenmiş ve bu teknolojileri beraber kullanarak birleşik yenilenebilir güç üretim sistemi olarak uygulanabilirliği araştırılmıştır. Yapılan çalışmalar kapsamında bahsedilen gerilim dalgalanmalarına bağlı olarak ortaya çıkan güç iletimi ve gerilim kararlılığı problemlerini gidermek için bir Anahtarlamalı Güç Filtresi (AGF) önerilmiştir. Oluşturulan AGF?nin yanında, filtreleme kontrol işleminde kullanılan yeni hibrid dinamik üç çevrimli hata toplamına bağlı bir denetleyici yapısı meydana getirilmiştir. Dinamik hata sinyali, güç kalitesindeki bozulmalar ve gerilim dalgalanmaları için Bulanık Mantık (BM) Denetleyici kullanılarak en aza indirilmiştir. Bulanık mantık denetleyici ile elde edilen sonuçlar klasik PI denetleyici ile elde edilen değerle ile kıyaslanarak doğrulanmıştır. Ayrıca önerilen AGF, klasik Esnek Alternatif Akım İletim sistemleri (FACTS) olan Statik Kompanzatör (STATCOM) ve Tristör Kontrollü Seri Kondansatör (TCSC) ile karşılaştırılmıştır. Oluşturulan AGF, STATCOM, TCSC sistemleri ile PI ve BM denetleyicileri MATLAB/SİMULİNK Simpower ortamında modellenerek benzetimler yapılmış ve performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Due to techonological developments the use of electrical devices has been increased last decades resulting in a high power demand in power industry. Besides the environmental facts and the concenrs on the limited amount of the conventional energy sources have pushed the researches to study and work on alternative energy sources such as renewable sources. Solar energy and photovoltaic (PV) solar cells are one of the candidates to be used as a renewable alternative energy source. PV solar cells have became very alternative in energy industry because of being environmentals frendly. It is also preferable due to its free source of energy. However, the weather conditions affect the quality of generated electricity from the PV systems. The magnitidue of the voltage and the power are changed by sunlight resulting in problems in power quality. Hydrojen Fuel Cells (HFC) are concidered as another alternative energy source lately. Although it is not as popular as PV solar or wind energy it is assumed to be one of the promising energy sources in future. Therefore both PV solar and hydrogen fuell cells are studied in this thesis as the renewable green energy sources. A hybrid green power generated systems consisting of both PV and HFC is designed and used to supply power to various type loads. In order to stabilize voltage magnitude and keep the power quality in standardized limits, a switced power filter (SPF) is proposed and controlled using a modified fuzzy logic controller (FLC). A three-loop dynamic error summer is also modified for the control algorithm here and used to include the effects of the changes in sunlight, temperature and also loads. The results obtained from the proposed SPF and modified FLC are compared for those of obtained from conventional compansator such as Static Compensator (STATCOM) and Tyristor Controlled Series Capasitor (TCSC). All SPF, STATCOM and TCSC are controlled with FLC and classic PI controllers and simulation studies are carried out in Matlab/Simulink/Simpower environment for model and system validation.