Dalga enerji sistemlerinde elektrik gücü üzerindeki düzensiz dalga etkilerinin akıllı kompanzasyon yöntemleriyle giderilmesi

Abstract

Rüzgâr ve güneş enerjisi gibi popüler yenilenebilir enerji kaynaklarına göre daha fazla enerji yoğunluğuna ve gün içerisinde daha fazla kullanılabilirlik durumuna sahip olmasına rağmen dalga enerjisinin kullanımı, dalgaların doğal yapısı gereği üretilen enerjinin düzensiz karakteristik göstermesi, dalga enerji dönüştürücülerinin karmaşık ve maliyetli yapısı nedenleriyle yeteri kadar yaygın değildir. Özellikle doğrudan sürüşlü dalga enerji sistemlerinde üretilen düzensiz gücün şebekeye veya yüke aktarılmadan önce güç elektroniği ara yüzleri, enerji depolama üniteleri veya karma enerji sistemleri ile birlikte kullanılması gerekmektedir.Bu çalışmada doğrudan sürüşlü dalga enerji dönüştürücülerinde karşılaşın güç salınımlarını ve dengesizliklerini gidermek için seri bağlı senkron DA/DA artıran-azaltan çevirici güç elektroniği ara yüzü ile fotovoltaik paneller kullanılarak şarj edilen ultra-kondansatör ünitesinden oluşan karma bir enerji sistemi sunulmaktadır. Modelleme başarımlarının da incelendiği güç elektroniği devrelerinin denetiminde bulanık mantık, kesir dereceli PID ve klasik PID denetleyiciler kullanılmış ve bu denetleyicilerin performans analizi yapılmıştır. Denetleyicilerin optimizasyonunda sezgisel arama algoritmalarından çiçek tozlaşması algoritması ve parçacık sürü optimizasyonu kullanılmıştır. Benzetim ve deneysel ortamda tasarlanan sistemlerin etkinliği hem düzenli dalga hem de düzensiz dalga durumunda farklı yük durumları için test edilmiştir.

Compared to popular renewable energy resources such as wind and solar, the wave energy has the highest energy density and availability. However the utilization of wave energy systems are not as common as above-mentioned renewable energy sources due to irregular characteristics of the electrical energy produced by natural sea waves, besides high cost and complexity of the wave energy converters. Especially, irregular electrical power generated in direct-drive wave energy systems requires to be used with power electronic interfaces, energy storage units or hybrid energy systems before being connected to the load or utility.A hybrid power conditioner comprising of a power electronic interface circuit called as cascaded synchronous DC/DC buck-boost converter and a solar charged ultra-capacitor unit is introduced for direct-drive wave energy systems in this thesis. Fuzzy logic, fractional-order PID and classical PID controllers are designed to control power electronic circuits for performance improvements. In order to optimize the controller parameters, flower pollination algorithm and particle swarm optimization are employed. Effectiveness of the designed system in simulation and experiments with optimized controllers are tested considering both regular and irregular sea wave forms under different load contidions.