İZOLE MİKROŞEBEKELERDE FREKANS REGÜLASYONU İÇİN GERÇEK ZAMANLI UYARLAMALI KONTROL STRATEJİLERİ

Abstract

YEK'in dağıtık yapıda ve değişken karakterde güç sistemlerine entegrasyonu, klasik enerji altyapılarında kararlılık ve güvenilirlik sorunlarını beraberinde getirmiştir. Bu doğrultuda, izole modda çalışabilen mikroşebekeler; hem enerji arz güvenliğini sağlama hem de sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşma bakımından stratejik bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Ancak bu sistemlerdeki üretim belirsizlikleri ve hızlı dinamikler, YFK gibi temel denetim süreçlerinin etkinliğini sınırlamaktadır. Bu durum, kontrol stratejilerinin daha esnek, uyarlanabilir ve dayanıklı biçimde geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tez kapsamında, izole mikroşebeke sistemleri için aralık Tip-2 bulanık mantık ile klasik ve kesir dereceli kontrol tekniklerini birleştiren, kaskat yapılara sahip dört özgün kontrol stratejisi geliştirilmiştir. Kontrolör parametrelerinin optimizasyonunda, güçlü meta-sezgisel algoritmalar olan CIOA ve ISSA kullanılmıştır. Geliştirilen yapılar; yenilenebilir enerji kaynakları, mikro generatörler ile birlikte, yakıt hücresi ve elektrolizör gibi hidrojen temelli enerji depolama bileşenlerini de içeren çeşitli mikroşebeke konfigürasyonları altında test edilmiştir. Bu testlerde, üretim belirsizlikleri ve yük değişkenliği gibi dinamik koşullar dikkate alınarak, geliştirilen kontrol stratejilerinin performansı kapsamlı şekilde değerlendirilmiştir. Ayrıca, belirli senaryolarda talep tarafı esnekliğinin kontrol stratejilerine entegrasyonu ile YFK performansındaki iyileşmeler değerlendirilmiştir. Bununla birlikte FDI ve DoS siber saldırı tehditleri altında kontrolörlerin dayanıklılığı analiz edilmiştir. Çalışmanın bir diğer yönü, kontrolörlerin saysal ortamlarda güvenilir şekilde uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilen ayrık zamanlı kararlılık analizidir. Sürekli zamanlı modellenen sistemlerin sayısal benzetimlerde ayrık zamanlı çalıştırılmasıyla oluşabilecek kararsızlık riski incelenmiştir. Ayrıca, yazılım tabanlı benzetimlerin fiziksel sistemleri ne ölçüde yansıttığını ve gerçek zamanlı simülatörlerin gerekliliği değerlendirilmiştir. MATLAB/Simulink ortamında test edilen kontrol yapıları, seçili senaryolarda OPAL-RT üzerinde doğrulanmış ve sonuçlar karşılaştırılarak tutarlılık analiz edilmiştir.

The integration of renewable energy sources into power systems with distributed and variable characteristics has introduced challenges in maintaining stability and reliability within conventional energy infrastructures. In this context, islanded microgrids have emerged as a strategic solution, providing both energy security and support for sustainability targets. However, uncertainties in generation and rapid system dynamics in such configurations limit the effectiveness of fundamental control processes such as load frequency control. This necessitates the development of control strategies that are more flexible, adaptive, and resilient. Within the scope of this dissertation, four original control strategies with cascade structures have been developed for islanded microgrid systems by combining interval Type-2 fuzzy logic with classical and fractional order control techniques. For the optimization of controller parameters, powerful metaheuristic algorithms namely, the CIOA and the ISSA have been employed. The proposed structures have been tested under various microgrid configurations, including renewable energy sources, micro-generators, and hydrogen-based energy storage components such as fuel cells and electrolyzers. These tests were conducted under dynamic conditions involving generation uncertainties and load fluctuations, enabling a comprehensive performance assessment of the proposed control strategies. Additionally, improvements in load frequency control performance were evaluated by integrating demand-side flexibility into the control schemes for selected scenarios. The robustness of the proposed controllers was also analyzed under cybersecurity threats, specifically FDI and DoS attacks. Another critical aspect of this study is the discrete-time stability analysis conducted to assess the reliable digital implementation of the controllers. The instability risks that may arise from operating continuously modeled systems in discretized simulations were investigated. Furthermore, the representational accuracy of software-based simulations in reflecting physical systems and the necessity of real-time simulators were examined. The developed control schemes were tested in the MATLAB/Simulink environment and validated in real-time using the OPAL-RT platform for selected scenarios, with consistency between platforms analyzed through comparative evaluation.