STATCOM destekli bir FV generatörün arıza sonrası yeniden bağlanabilme kapasitesinin geliştirilmesinde bulanık mantık ve PI denetleyicilerin etkilerinin incelenmesi

Dünyada ve Türkiye'de insan nüfusunun artışına paralel olarak teknolojik gelişmelerin de hızla ilerlemesiyle birlikte, büyük ölçekli enerji ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Yakın döneme kadar fosil yakıtlardan elde edilen enerji bu ihtiyacı karşılarken, günümüzdeki enerji talebini karşılama noktasında yetersiz kalmıştır. Hem fosil yakıtların hızla tükenmesi hem de yenilenebilir enerji kaynağının sınırsız oluşu, çalışmaları ve araştırmaları bu alanda yoğunlaştırmıştır. Yenilenebilir enerjinin hayatımıza girdiği ilk süreçlerde, şebekeye erişimin zor olduğu bölgelerde, şebekeden bağımsız ve dağıtık halde yenilenebilir enerji santralleri kurulmuştur. Ancak enerji ihtiyacının hızla artması, çiftlik, okul, hastane gibi enerji akışında sürekliliğin esas olduğu yerlerde de bu santrallerin kurulmasıyla birlikte, artık şebekeyle bağlantılı olarak çalışan güç sistemleri haline getirilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) sabit bir üretim değerine sahip olmaması, bu enerji santrallerinden çekilecek enerji miktarını da belirsiz kılmıştır. Rüzgar enerjisi performansının net öngörülememesi, bulutlanma süresi, güneş panellerinin tozlanması, dalga oluşum miktarının bilinmemesi vb. durumlar bu belirsizliğin başlıca sebeplerindendir. Şebeke ile şebekeye bağlı YEK arasında dengesiz durumlar oluşabilmekte ve güç kalitesi bozulabilmektedir. Bu dengesizlik güç kalitesi olaylarının tespitini ve önlenmesini önemli bir konu haline getirmiş ve son yıllarda bu konu üzerine yapılan çalışmalar artmıştır. Bu tür olumsuzlukları engellemek için çeşitli çözüm yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, şebeke bağlantılı fotovoltaik (FV) santrale sahip bir güç sisteminde esnek alternatif akım iletim sistemi (FACTS) cihazları aracılığıyla arıza sonrası yeniden bağlanabilme (ASB) kapasitesini geliştirmek amaçlanmıştır. ASB kapasitesini artırmak için kullanılan FACTS cihazları yöntemleri, maliyet, yer kaplama, ısınma gibi önemli konular göz önünde bulundurularak kendi içinde analiz edilmiştir. Belirlenen FACTS cihazı, ortak bağlantı noktasındaki (PCC) sensörlerden alınan akım veya gerilim değerlerini girdi olarak kabul eden ve geleneksel ya da akıllı yöntemlere göre çalışan bir kontrolörden geçirildikten sonra devreye sokulmuştur veya devreden çıkarılmıştır. Günümüzde en çok kullanılan FACTS yöntemi, güç sistemine reaktif enerji sağlayan ya da sistemden reaktif enerji çeken "statik senkron kompanzatör (STATCOM)" yöntemidir. Harici cihaz tabanlı FACTS metodu olan STATCOM'un çıkış akımının (endüktif veya kapasitif), AA sistem geriliminden bağımsız olarak kontrol edilebilme özelliği, onu bir diğer harici cihaz tabanlı FACTS aygıtı olan statik var senkron kompanzatörden (SVC) daha üstün konuma getirmiştir. Matlab Simulink uygulamasında oluşturulan şebeke bağlantılı fotovoltaik güç sistemi (FVGS) modelinde bazı arıza türleri oluşturularak sistemin güvenilirliği ve kararlılığı test edilmiştir. Bu arıza türleri: bir faz arızası, faz-faz arızası, faz-faz-toprak ve üç faz-toprak arızalarıdır. Arıza durumlarında sistemin daha hızlı bir şekilde kararlı hale geçişinin sağlanması amacıyla STATCOM'un devreye alınması ya da çıkarılması geliştirilen kontrol yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu kontrol yöntemleri, matematiksel yönteme dayanan oransal-integral (PI) kontrolör ve bulanık mantık kontrolör (BMK) yapılarıdır. Matematiksel modele dayalı olarak PI kontrolörlü STATCOM, akıllı yönteme dayalı olarak da BMK'lı STATCOM kullanılarak iki farklı durum üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışma durumlarından elde edilen sonuçlar değerlendirilerek, geliştirilen kontrolörlerin ASB kapasitesi üzerindeki performansları karşılaştırılmıştır. Üç faz-toprak arızası geçişi durumunda PI konrolör varken gerçekleşen maksimum aşma değeri, gerçekleştirilen BMK ile %80 oranında azaltılmıştır. Bu çalışma koşulundaki değerler karşılaştırılmış ve BMK'nın cevap süresinin PI kontrolör cevap süresine göre %75 daha başarılı olduğu görülmüştür. Tez çalışmasında geliştirilen BMK tabanlı STATCOM kontrol yöntemi ile şebeke bağlantılı FVGS'lerde güç kalitesinin iyileştirilmesi ve sistemin kararlılığının arttırılmasını sağlayacak uygun bir yapı oluşturulmuştur.