Bir akıllı şebeke sisteminin modellenmesi, simülasyonu ve deneysel olarak doğrulanması

Abstract

Geçtiğimiz 15 yılda bilgi ve iletişim teknolojilerindeki hızlı gelişmelerin katkısıyla bir sistemi uzaktan izleme, yönetme, büyük veriyi işleyerek optimize etme, çeşitli hesaplamalı yöntemlerle sistem üzerindeki insan faktörünü en aza indirme ve bunlara benzer daha fazla işlemleri yapmak mümkün hale gelmiştir. Bu bağlamda, geleneksel elektrik şebekesi, yeniden yapılandırılarak bilgi ve iletişim teknoljilerinin güvenlik boyutu da ihmal edilmeden, yoğun olarak uygulandığı akıllı şebeke olarak ifade edilen yeni bir şebeke modeline dönüştürülmektedir. Bu yeni sistemle şebekenin uzaktan izlenebilmesi, müdahale edilmesi, onarılması, talep tarafı yönetiminin gerçekleştirilmesi, çift yönlü veri ve güç akışının sağlanması, enerjinin depolanması, elektrikli araçların şebekeye bağlanması, yenilenebilir enerji kaynaklarının ve mikroşebekelerin etkin olarak kullanılması mümkün hale gelmektedir.Bu tezde, 2018 yılında kurulan Manisa Celal Bayar Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Akıllı Şebekeler Laboratuvarı'nda bulunan De Lorenzo firmasına ait Akıllı Şebeke deney setinin MATLAB/Simulink ortamında modellenmesi, simulasyonu ve deneysel olarak doğrulanması gerçekleştirilmiştir.Deney setinde birer adet hidroelektrik, rüzgâr, termik ve güneş enerjisi santrallerini temsil eden birimler bulunmaktadır. Hidroelektrik santral 0,8 kVA nominal güce sahip senkron jeneratör ile, rüzgâr enerjisi santrali bir adet 1,5 kW güce sahip sincap kafesli asenkron jeneratör ile, termik santral 3 fazlı güç kaynağı ile, güneş enerji santrali ise 90 Wp güç değerine sahip bir adet fotovoltaik panel ile temsil edilmektedir. Sistemde ayrıca her faz için 7 kademeli omik, kapasitif ve endüktif yükler bulunmaktadır. SCADA ekranında şebekeye ait veriler gözlemlenmekte, sisteme hem bu ekran üzerinden hem de el ile müdahale edilebilmektedir.Bu çalışmada laboratuvar ölçeğindeki bir akıllı şebeke sistemine ait bütün bileşenler MATLAB/Simulink ortamında modellenmiş, deneylerle bu modeller doğrulanmış ve sistemin benzetimi sanal ortamda da gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, MATLAB'da bir arayüz tasarlanmıştır. Jeneratör ve yüklerdeki değişimlere göre sistem verileri bu arayüzde gösterilmektedir. Böylece hem lisans hem de lisansüstü düzeyde akıllı şebekeler alanındaki eğitim ve araştırmalarda kullanılmak üzere çok bileşenli bir sistemin gerçek modeli ortaya konulmuştur. Böylece, test ortamından bağımsız çalışma imkanı sağlanmıştır.

With the contribution of rapid developments in information and communication technologies in the past 15 years, it has become possible to remotely monitor, manage, optimize and process big data, minimize the human factor on the system with various computational methods, and more. In this context, the traditional electricity grid is restructured and transformed into a new grid model, which is expressed as a smart grid where it is intensely applied, without neglecting the security aspect of information and communication technologies. With this new system, it is possible to remotely monitor, intervene and repair the electricity grid, perform demand-side management, provide bidirectional data and power flow, store energy, connect electric vehicles to the network, and use renewable energy sources and micro grids effectively.In this thesis, modeling, simulation and experimental verification of the Smart Grid didactic system belonging to De Lorenzo company at Manisa Celal Bayar University Faculty of Engineering Electrical-Electronics Engineering Department Smart Grids Laboratory, which was established in 2018, was carried out.There are units representing hydroelectric, wind, thermal and solar power plants in the experiment set. The hydroelectric power plant is represented with a synchronous generator which has a nominal power of 0.8 kVA, the wind power plant is represented with a squirrel cage asynchronous generator with a power of 1.5 kW, the thermal power plant is represented with a 3-phase power supply unit, and the solar power plant is represented with a photovoltaic panel which has 90 Wp power. The system also has 7-stage ohmic, capacitive and inductive loads for each phase. Informations belong to smart grid units can be observed on the SCADA screen, the system can be intervened both on this screen and manually.In this study, all components of a laboratory scale smart grid system are modeled in MATLAB / Simulink environment, these models are verified by experiments and the system is simulated in virtual environment. In addition, an interface is designed in the MATLAB environment. System data are displayed in this interface according to changes in generators and loads. Thus, the real model of a multi-component system has been introduced for use in education and research in the field of smart grids at both undergraduate and postgraduate levels.