Modeling, control and techno-economic analysis of Karabük University microgrid

Abstract

Mikro şebeke, güç ve ısı sağlayarak tek bir sistem olarak çalışan dağıtılmış enerji kaynaklarının ve yüklerin toplanması olarak tanımlanmıştır. Son yıllarda güç elektroniğinin geliştirilmesi, güç sisteminin yenilenebilir enerji kaynaklarla esnek bir şekilde tek bir toplu sistem olarak çalışmasını sağlamaktadır.Dağıtılmış üretim ve yüklerin çeşitli kaynakları, yüksek doğrusalsızlıkların, değişen dinamiklerin ve belirsizliklerin bir nedenidir. Örneğin, güneş PV ve rüzgâr türbinleri gibi bazı yenilenebilir enerji kaynakları, öngörülemeyen çevre koşulları ve türbülans altında çalışır. Bu sorunları çözmek için akıllı kontrol stratejileri geliştirmek ve böylece güç sistemlerinin güvenilirliğini ve performansını arttırmak gerekir. Mikro şebekelerin performansı büyük ölçüde uygulanan kontrol stratejilerine bağlıdır. Bu nedenle, güç sisteminin dayanaklığını, güvenliğini ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için mikro şebeke ve elektrik şebekesinin uygun çalışması gerekmektedir. Bu düşüncelere dayanarak, bu çalışmada hem şebekeye bağlı hem de özerk tarzda çalışan Karabük Üniversitesi mikro şebekesinin modellenmesi ve simülasyonu geliştirilmiştir. Microgrid kontrol sistemi, dağıtılmış enerji kaynakları ve yükler arasındaki güç dengesini sağlamak ve arıza koşullarında devam eden enerji tedarikini sağlamak için tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Mikro şebeke sisteminin arıza kontrolü yapılmıştır. Arıza kontrolü ve optimum güç akışı kontrolü, sistemdeki enerjiyi etkin bir şekilde yönetmek için mikro şebeke sistemine uygulanmıştır.Karabük Üniversitesi'nde mikro şebeke uygulamasının etkinliğini değerlendirmek için HOMER Grid yazılımını kullanılarak teknolojik-ekonomik ve çevresel analizler yapılmıştır.

Microgrid defines as collection of distributed energy resources and loads that operates as single system by providing power and heat. In last decades, the developing of power electronic is to provide the flexibility operation of power system integrated with microsources as a single aggregated system.Variety sources of distributed generation and loads are a reason of high nonlinearities, changing dynamics, and uncertainties. For example, some renewable energy sources such as solar PV and wind turbines work under unpredictable environmental conditions and turbulent. To solve these issues, it requires to develop intelligent control strategies, and thereby to increase reliability and performance of power systems. And thus, microgrids performance strongly depend on the applied control strategies. Therefore, collaboration of microgrid and electric grid are required to provide reliability, security and stable operation of the power system. Based on these considerations, in this work, the modeling and simulation of Karabuk university microgrid are developed, considered operation in both grid-connected and island modes. Microgrid control system is designed and developed to ensure the power balance between distributed energy sources and loads along with continues energy supply during fault conditions. Fault control of microgrid system is executed. The fault control and optimal power flow control has been implemented in the microgrid system to effectively manage the energy in the system.Techno-economic and environmental analyses are executed using HOMER Grid software tool to evaluate the effectiveness of microgrid application at Karabuk university campus.