Elektrik enerjisi üretim sistemlerinde yük frekans kontrolü için yüksek performanslı denetleyici tasarımı

Bu tez çalışmasında, ilk olarak farklı termal türbinlerden oluşan tek ve çok kaynaklı yapıya sahip tek alanlı elektrik güç sistemlerinde YFK için parametre değişikliklerine karşı dayanıklı ve yük bozulmalarını bastırma özelliğine sahip oransal integral – oransal türev (PI-PD) kontrolör tasarımı sunulmuştur. PI-PD kontrolörün parametreleri, kararlılık sınır eğrilerinin ağırlıklı geometrik merkezlerinin hesaplanmasına dayanan grafiksel bir yöntem ile hesaplanmıştır. Çalışmada ayrıca, kaskad kontrol yapısında filtreli seri oransal integral türev (PIDF) denetleyici kullanılarak farklı termal türbinlere sahip tek, iki ve dört alanlı elektrik güç sistemlerinin YFK önerilmiştir. Kaskad kontrol yapısının hem iç hem de dış döngülerinde PIDF kontrolör kullanılmıştır. İç ve dış döngülerde kullanılan PIDF kontrolör parametreleri, kontrolör sentez yaklaşımından faydalanılarak analitik olarak tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında, son olarak, elektrik güç sistemlerinin YFK için, oransal-integral-türev artı ikinci dereceden türev (PIDD2) denetleyici kullanılarak denetlenmesi sunulmuştur. Önerilen kontrolörün parametreleri, analitik bir ayarlama yöntemi olan doğrudan sentez (DS) yöntemi ile belirlenmiştir. Bu yöntem, öncelikle uygun bir referans modelinin geliştirilmesine dayanmakta ve daha sonra istenen dinamik davranış modeli, kapalı döngü sistem modeliyle eşleştirilmiştir. Önerilen DS tabanlı PIDD2 denetleyici tasarımı hem yük bozucu reddi hem de bozucu reddi için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Tasarım yaklaşımları, çeşitli termal türbinleri barındıran tek, iki ve üç alanlı güç sistemleri için tasarlanmıştır. PIDD2 kontrolör parametrelerinin en uygun değerleri, IAE ve yerleşme süresi gibi kriterleri içeren yeni bir amaç fonksiyonu kullanılarak belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında YFK için önerilen her üç tasarım yaklaşımında, frekans ve bağlantı hattı güç değişimlerinin yük değişimlerine karşılık yerleşme zamanı, tepe değeri ve mutlak hata integrali (IAE) gibi farklı performans kriterleri kullanılarak önerilen çalışmaların etkinlikleri ortaya konulmuştur. Ayrıca, sistem parametrelerinde oluşabilecek değişimler ve rastgele yük değişimleri göz önüne alınarak da benzetimler gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında önerilen her üç denetleyici tasarım yaklaşımlarının da literatürdeki çalışmalar ile karşılaştırıldığında, önemli avantajlar sağlayabileceği görülmüştür.