Hibrit yenilenebilir mikro şebekelerde tip-3 bulanık mantık tabanlı dc bara gerilim regülasyonu

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının değişken üretim karakteri ve değişken yük talepleri, hibrit mikro şebekelerde DC bara gerilim regülasyonunu zorlaştıran temel etkenlerdir. Bu tez çalışmasında, söz konusu zorlukların üstesinden gelmek amacıyla fotovoltaik panel, rüzgar türbini, lityum-iyon batarya, proton değişim membranlı yakıt hücresi ve ana şebeke bağlantısını içeren şebeke bağlantılı bir hibrit mikro şebeke modeli geliştirilmiş ve MATLAB/Simulink ortamında dört farklı senaryo altında analiz edilmiştir. Fotovoltaik batarya DC bara gerilim regülasyonu için klasik PI denetleyicisine alternatif olarak Tip-3 bulanık mantık denetleyici tabanlı PI kontrolör yapısı önerilmiş, gürültüsüz ve gürültülü ışınım koşulları altında her iki denetleyicinin performansı karşılaştırılmıştır. AC taraftaki gerilim ve akım davranışı ise omik ve omik indüktif dinamik yük profilleri altında incelenmiştir. Enerji yönetim algoritmasında bataryanın doluluk oranı temel karar değişkeni olarak belirlenmiş, yakıt hücresi yalnızca kritik yük artışı durumlarında devreye alınmıştır. Elde edilen sonuçlara göre önerilen T3-BMD-PI denetleyici, klasik PI denetleyiciye kıyasla DC bara geriliminin geçici rejim aşımını Senaryo 1'de %91,52 ve Senaryo 2'de %91,47 bastırmış ve kararlı durum dalgalanmasını her iki çalışma koşulunda da belirgin biçimde azaltmıştır. AC bara tarafında ise faz gerilimleri tüm yük kademelerinde yaklaşık 231 V etkin değer seviyesinde dengeli kalmış ve fazlar arası simetri korunmuştur. Bu sonuçlar, önerilen kontrolör yapısının ve enerji yönetim algoritmasının hibrit mikro şebeke uygulamalarında dayanıklı, esnek ve uygulanabilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.

The variable generation characteristics of renewable energy sources and fluctuating load demands constitute the fundamental challenges that complicate DC bus voltage regulation in hybrid microgrids. In this thesis, in order to overcome these challenges, a grid-connected hybrid microgrid model comprising photovoltaic panels, a wind turbine, a lithium-ion battery, a proton exchange membrane fuel cell, and the main grid connection was developed and analyzed under four different scenarios in the MATLAB/Simulink environment. As an alternative to the conventional PI controller, a Type-3 fuzzy logic based PI controller structure was proposed for photovoltaic-battery DC bus voltage regulation, and the performance of both controllers was compared under noise-free and noisy irradiance conditions. The voltage and current behavior on the AC side was investigated under resistive and resistive-inductive dynamic load profiles. In the energy management algorithm, the state of charge of the battery was determined as the main decision variable, and the fuel cell was activated only under critical load increase conditions. According to the results obtained, the proposed T3-BMD-PI controller suppressed the transient overshoot of the DC bus voltage by 91.52% in Scenario 1 and by 91.47% in Scenario 2 compared to the conventional PI controller, and significantly reduced the steady-state ripple under both operating conditions. On the AC side, the phase voltages remained balanced at approximately 231 V RMS under all load levels, and the symmetry between phases was preserved. These results demonstrate that the proposed controller structure and energy management algorithm provide a robust, flexible, and applicable solution for hybrid microgrid applications.