Yenilenebilir enerjiye dayalı güç sistemlerinde enerji depolamanın sistem kararlılığı üzerine etkileri

Abstract

Günümüzde fosil yakıt kökenli üretim yollarının kaynakları günden güne tükenmekte ve çevre kirliliğine neden olmaktadır. Fosil kaynakların sınırlı olması, bizi yenilenebilir enerji kaynaklarına yöneltmektedir. Yenilebilir enerji kaynakları ile yapılan üretim ise değişen küresel iklim şartları problemini beraberinde getirmektedir. Güneş ve rüzgâr gibi yenilenebilir enerji kaynakları gün içerisinde farklı üretim profillerine sahip oldukları için dalgalanan talebe hızlı ve güvenilir yanıt verememektedir. Bu da enerjiden daha verimli ve sürekli faydalanmak adına enerjinin depolanması konusunu beraberinde getirmektedir. Bu tezde yenilenebilir enerjiye dayalı güç sistemlerinde enerji depolama sisteminin sistem kararlılığına etkisi analiz edilmiştir. Bu analiz için IEEE 14 ve 30 baralı güç sistemleri kullanılarak analizler için enerji depolama sistemi, güneş ve rüzgar üretim birimleri entegre edilen test sistemleri oluşturulmuştur. Güç sistemlerinde yaşanması olası arızalar oluşturularak sistemlerin bu arızalar karşısında verdiği tepkiler incelenmiştir. Simülasyonlar Matlab programında; Hadi Saadat'ın kararlılık analizi için temel kabul edilen programı üzerinden geliştirilerek hazırlanan kodlar, gerçek zamanlı üretim profilleri kullanılarak rotor açı, frekans ve gerilim kararlılığı analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalıştırılan test sistemlerinde sistemde oluşan arıza anında deşarj durumunda olan bir EDS(Enerji depolama sistemi)' nin sistemin kararlı kalma süresini arttırdığı, frekans ve gerilim kararlılığında iyileşme gösterirken, rotor açı kararlılığında genel olarak olumsuz sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca enerji depolama sisteminin gücünün arttırılmasıyla sistemin arıza karşısında kararlı kalma süresinin düşük güçteki EDS'ye göre genel olarak arttığı gözlemlenmiştir. Rotor açı ve frekans kararlılığında güneş üretim biriminin EDS ile kullanıldığı modifikasyon hariç sistem kararlılığını korumuştur. Üretim birimlerine uzak noktada oluşturulan arızanın sistemi kararsızlığa sürüklemediği görülmüştür. Genel olarak bakıldığında; depolama sisteminin güç değeri, atalet sabitinin değeri, güneş ve rüzgâr üretim birimlerinin değeri, sanayi ve ev tipi yük değerlerinin, sistemde oluşan arızanın konumu ve türünün, EDS' nin şarj ve deşarj saatlerinin seçiminin kararlılığı etkilediği gözlemlenmiştir.

Today, the sources of fossil fuel-based production routes are being depleted day by day and cause environmental pollution. The limited fossil resources lead us to renewable energy sources. Production with renewable energy sources brings with it the problem of changing global climate conditions. Since renewable energy sources such as solar and wind have different production profiles during the day, they cannot respond quickly and reliably to fluctuating demand. This brings with it the issue of storing energy in order to benefit from energy more efficiently and continuously. In this thesis, the effect of energy storage system on system stability in power systems based on renewable energy has been analyzed. The possible faults in power systems are created and the reactions of the systems in the face of these faults are examined. Simulations in Matlab program; Rotor angle, frequency and voltage stability analyzes were carried out by using real-time generation profiles and codes developed over Hadi Saadat's program, which is considered the basis for stability analysis. In the test systems operated, an EDS(Energy storage system) that is in the discharge state at the time of failure in the system increases the stability of the system, improves frequency and voltage stability, while generally negative results are obtained in rotor angle stability. In addition, it was observed that by increasing the power of the energy storage system, the stability time of the system against failure generally increased compared to the low power EDS. The system remained stable except for the modification in which the solar generation unit was used with EDS in terms of rotor angle and frequency stability. It has been observed that the fault created at the far point of the production units does not drag the system into instability. In general terms; It has been observed that the power value of the storage system, the value of the inertia constant, the value of the solar and wind generation units, the industrial and household load values, the location and type of the fault in the system, the choice of charge and discharge hours of the EDS affect the stability.