Development of a control framework for hybrid renewable energy system in microgrid

Abstract

Elektrik enerjisi, yüksek yaşam kalitesi ve istikrarlı bir ekonomik gelişmesağladığı için toplumda önemli bir yere sahiptir. Elektrik enerjisine duyulan talep yakıntarihte düzenli bir şekilde artmış ve gelecekte daha da artması beklenmektedir.Günümüzde elektrik enerjisinin çoğu fosil yakıtların yakılmasıyla üretilmektedir veortaya çıkan emisyonla ilgili ciddi endişeler oluşmaktadır. Yenilenebilir enerjikaynakları çevreye zararlı kaynaklara göre daha uygun bir alternatif olarak ortayaçıkmıştır. Ancak yenilenebilir enerji kaynaklarının sağladığı güç önemli ölçüde çevrekoşullarına bağlı ve tahmin edilemez durumdadır, ve bu nedenle direkt olarak mevcutelektrik ağına katılamaz. Bu kaynaklar genelde bir veya daha fazla enerji kaynakları,çeviriciler ve/veya depolama aygıtları içeren bir hibrit enerji kaynağı veya mikroağçerçevesinde elektrik ağına entegre edilir. Hibrit enerji kaynaklarında üretim vedepolama elemanları birbirlerini tamamlayarak yüksek kalite ve daha tutarlı güç sağlar.Bu araştırma alanı daha başlangıç aşamasındadır ve daha çok araştırma vegeliştirme çabası gerektirmektedir. Bu tezin ana amacı, mikroağa bağlı hibrit enerjikaynağındaki güç elektroniği arabirimlerinin analizi ve kontrolü için bir çerçevegeliştirmektir. Bu çerçeve hibrit enerji kaynaklarındaki kontrol problemine çözümolacak genel bir tutum önerir. Bu çerçeve; enerji kaynakları, depolama elemanları, güçelektroniği arabirimleri ve kontrol sistemini kapsayan genelleştirilmiş bir hibrit kaynakiçin geliştirilmiştir. Bu tezin sağlayacağı temel katkılar; hibrit enerji kaynağındaki güç elektroniği arabirimleri için kontrol probleminin genelleştirilmesi, çeviricilerin kapalı döngü dinamiğine dayalı üç faz çeviriciler için anahtarlama algoritmasınıngeliştirilmesi, ve yenilenebilir enerji kaynakları için maksimum güç noktası izlemealgoritmasının geliştirilmesidir.

Electrical energy has an essential role in society as it ensures high quality of lifeand steady economic development. Demand for the electric energy has been steadilygrowing throughout the recent history and this demand is expected to grow further inthe future. Most of electrical energy nowadays is generated by burning fossil fuels andthere are serious concerns about the resulting emission. Renewable energy sourcesappeared as a viable alternative for environmentally hazardous sources. However,sources of renewable energy have considerably unpredictable and environmentalconditions dependent power output and as such can't be directly incorporated intoexisting electrical grid. These sources are usually integrated to the electrical grid as part of microgrid or hybrid energy source that consists of two or more energy sources,converters and/or storage devices. In hybrid energy sources, generation and storageelements complement each other to provide high quality and more reliable powerdelivery. This area of research is its infant stage and requires a lot of research anddevelopment effort to be done. Main objective of this thesis is to develop a frameworkfor analysis and control of power electronics interfaces in microgrid connected hybridenergy source. The framework offers the generalized approach in treatment of controlproblem for hybrid energy sources. Development of the framework is done for thegeneralized hybrid source comprised of energy source(s), storage element(s), powerelectronic interfaces and control system. The main contributions of this thesis are,generalization of control problem for power electronics interfaces in hybrid energy source, the development of switching algorithm for three phase switching converters based on the closed loop behavior of the converters and the development of a maximum power point tracking algorithm for the renewable energy sources.