ŞEBEKE BAĞLANTILI BİR FOTOVOLTAİK SİSTEMİN TASARIMI VE FARKLI ŞEBEKE KOŞULLARI ALTINDA ANALİZİ

Abstract

Şebeke bağlantılı PV sistemlerde, PV dizinin bağlantısı ve PV sistemin şebeke ile olan çalışma dengesi önemlidir. Sistemin, gerektiğinde şebekeden ayrılması için teknik bir takım gereksinimlere ihtiyaç vardır. Bu durum, yüksek güç kalitesini sağlamak ve şebekenin güvenilirliğini sağlamak açısından önemlidir. Bununla birlikte, şebeke bağlantılı PV sistemlerin anormal çalışma koşullarında çalışması da önlenmelidir. Bu anormal çalışma durumlarının önde geleni, istenilmeyen ada modlu çalışma durumudur. Ada modlu çalışma; bir dağıtım sisteminin, güç sisteminden elektriksel olarak izole edilmesi halinde, enerji akışının halen kendisine bağlı bulunan dağıtık şebeke tarafından devam ettirilmesi durumudur. Ada modlu çalışma, şebeke senkronizasyonunun kaybolması nedeni ile güç sistemi kararlılığı üzerinde çeşitli etkilerde bulunmaktadır. Sonuç olarak bu durum, dağıtık şebekenin belirlenen gerilim ve frekans referanslarının dışında kalmasına neden olmakta ve ada modlu çalışma durumunda elektriksel cihazların ve sistemlerin, hatta çalışan personelin bu durumdan zarar görmesine yol açabilmektedir. Bu çalışmada, şebeke bağlantılı PV sistemlerde, ada modlu çalışmanın tespit edilebilmesi için, inverterden bağımsız olarak çalışabilen, gerçek zamanlı bir kontrol yöntemi önerilmiştir. Bu amaçla, öncelikle 1 kWp kurulu güce sahip, şebeke bağlantılı bir PV sistemin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, PV sistem-şebeke-yük arasındaki gerilim, akım ve frekans değişimi gibi devre parametreleri, geliştirilen elektronik devreler yardımı ile izlenerek, tasarlanan gerçek zamanlı kontrol sistemi ile ada modlu çalışma olayının tespitine çalışılmıştır. Bu sayede, ada modlu çalışmanın tespiti için, mevcut yöntemlere göre daha güvenilir, inverterden bağımsız olarak çalışabilen ve cevap süresi kısa bir kontrol alt yapısı elde edilmiştir. Tez çalışmasında önerilen gerçek zamanlı kontrolör, Labview kontrol ünitesi ve yardımcı ekipmanları ile geliştirilmiştir. Labview sinyal işleme altyapısı, sisteme esneklik kazandırmada ve hızlı sistem prototipini geliştirmede avantaj sağlamıştır. Ülkemizde, şebeke bağlantılı PV sistemlerde ada modlu çalışmanın tespiti ile ilgili IEEE standartlarında belirtilen kriterlere göre bir çalışma yapılmamıştır. Yapılan çalışma, ülkemiz elektrik şebekesinde, şebeke bağlantılı PV sistemlerde ada modlu çalışmaya yönelik olarak gerekli kriterlerin belirlenmesi noktasında, önemli bir görev üstlenecektir. Anahtar Kelimeler: Şebeke Bağlantılı Fotovoltaik Sistem, Ada Modlu Çalışma, Labview.

In grid-connected PV systems particularly, the connection of PV array and balance of system to the utility grid has to fulfill the technical requirement of interconnection from the utility grid. This is to ensure high power quality; substantial safety interaction and reliability of the utility are achieved. Therefore, abnormal operating conditions that could affect the grid connected PV systems have to be prevented. One of the major safety issues related is the challenge to avoid unintentional island mode of operation. Islanding is the situation in which a distribution system becomes electrically isolated from the remainder of the power system, yet continues to be energized by distributed generation (DG) connected to it. Unintentional islanding can create a severe impact to the power system stability due to the loss of grid synchronization. Consequently, this causes the DG to be out of the voltage and frequency references. This may damage the electrical devices and systems equipment and also technical workers may be placed under safety hazards in the islanded section. In this study, design and construction of a real time controller for islanding detection in grid connected PV systems was proposed. 1 kWp grid connected PV system was developed for this aim. Proposed control method eliminates drawbacks of present methods used in islanding detection and islanding can be detected with developed real time controller by measuring circuit parameters like change of voltage, current and frequency between PV system-load and utility grid. Electronic development boards were designed for this purpose and data was obtained from the PV system and evaluated with designed real time controller. Thanks to this method, more reliable and having fast response time control structure was developed according to the present methods. The proposed real time controller in this thesis was developed with Labview unit and its useful tools. Labview development board has the advantage of flexibility, and rapid system prototyping capability. There are not any islanding detection studies according to the IEEE standards for grid connected PV systems in our country. Proposed study will have also an important role about determining the required criterions for islanding detection in our utility grid. Keywords: Grid Connected Photovoltaic System, Islanding Detection, Labview.