Hibrit AC-DC mikro şebekeler için kontrolör tasarımı

Abstract

Mikro şebeke, sürekli artan sabit yük talebi ve yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı dağınık jeneratörlerin yüksek oranda geleneksel şebekeye dahil edilmesinin neden olduğu mevcut zorluklara iyi bir cevaptır ve akıllı şebekelerin geliştirilmesine katkıda bulunur. Bu tezde, bir AC-DC hibrit mikro şebekenin kontrolü sunulmaktadır. Uygulanan kontrol yöntemi, mikro şebekenin iki ana çalışma modunu (şebekeye bağlı mod ve ada modu) dikkate almaktadır. Şebekeye bağlı modda, kontrol hedefi; popüler değiştir ve gözle (P&O) maksimum güç noktası izleme algoritması kullanılarak, elde edilen mevcut güneş enerjisinin kullanımını optimize etmektir. Sistemdeki güç akışını kontrol etmek için çift yönlü bir AC-DC dönüştürücü tasarlanmıştır. Kontrolör tasarımını kolaylaştırmak için, çift yönlü AC-DC dönüştürücünün çıkış LCL filtresi, Clarke ve Park dönüşümleri kullanılarak senkron eşdeğer koordinatlarında temsil edilmiştir. Senkron çerçevede görünen d ve q eksenleri arasındaki bağımlılığı ortadan kaldırmak için ayrıştırma yöntemi uygulanmıştır. Ada modu durumunda; DC mikro şebeke, şebeke oluşturma modunda ve AC mikro şebeke, şebeke izleyici modunda çalışır. Ada modunda, mikro şebekede enerji kalitesini sağlamak için bir güç yönetim sistemi ve düşüm kontrolü yaklaşımı uygulanmıştır. Simülasyonlar farklı senaryolar için MATLAB/Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Uygulanan kontrol stratejisinin etkinliği simülasyonlarda elde edilen sonuçlarla gösterilmiştir.

Microgrids are an excellent answer to the current challenges caused by the constant growth of load demand and high penetration of distributed generators based on renewable energy sources, resulting in grid modernization via the Smart-Grids concept. In this thesis, the control of an AC-DC hybrid microgrid is presented. The adopted control method takes into account the microgrid's two major modes of operation: grid-connected and islanded. In grid-connected mode, the control goal is to optimize the utilization of available solar energy, which is accomplished by employing the well known perturb and observe (P&O) maximum power point tracking algorithm. A bidirectional AC-DC converter is designed to control the power flow of the system. To make controller design easier, the output LCL filter of the bidirectional AC-DC converter is represented in its synchronous equivalent coordinates using Clarke and Park transformations. To eliminate the dependence between the d and q axes that appears in the synchronous frame, the decoupling method is implemented. In islanded situation, the DC microgrid is operated in grid forming mode and the AC microgrid operates in grid following mode. To assure energy quality in islanded mode, a power management system and droop control approach are applied. Simulations are performed in the MATLAB/Simulink environment for the different scenarios. The simulation results confirmed the effectiveness of the implemented control techniques.