Yenilenebilir Enerji Kaynakları İçeren Havaalanı Mikro Şebekelerinin Yük-Frekans Kontrolü

Abstract

ÖZET: Bu tez çalışmasında yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama sistemi ve elektrikli araçlardan oluşan bir havalimanı mikro şebeke sistemin sekonder yük frekans kontrolü incelenmiştir. Bu amaçla rüzgar türbin generatörü, fotovoltaik sistem, dizel generatör, batarya enerji depolama sistemi, elektrikli araç, elektrikli hava aracı ve yük bileşenlerinden oluşan bir izole havalimanı mikro şebeke modeli oluşturulmuştur. Modellenen havalimanı mikro şebekenin sekonder yük frekans kontrolü için kontrolör yapısı olarak klasik oransalintegral- türev, eğimli-integral-türev ve kesir dereceli oransal-integral-türev kontrolör yapıları ile bu klasik kontrolör yapılarının parametre değerlerini dinamik bir biçimde ayarlayan bulanık mantık içeren yapılar oluşturulmuştur. Kullanılan kontrolör yapılarının ilk başlangıç parametre değerlerini belirlemek için karınca koloni optimizasyon algoritmasından yararlanılmıştır. Burada karınca koloni optimizasyon algoritmasının amaç fonksiyonu olarak mutlak hata integrali, zaman ağırlıklı mutlak hata integral, karesel hata integrali ve zaman ağırlıklı karesel hata integrali performans indekslerini yapısında bulunduran bir amaç fonksiyonu oluşturulmuştur. Önerilen kontrol yapılarının performanslarını değerlendirmek amacıyla havalimanı mikro şebeke sisteminde dört farklı çalışma senaryosu oluşturulmuştur. İlk senaryoda, yenilenebilir enerji kaynaklarına bağlı üretim miktarı ile yük miktarının normal işletme şartlarında olduğu varsayılmıştır. İkinci senaryoda, yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı üretim miktarının fazla olduğu yük miktarının ise sabit işletme şartlarında olduğu kabul edilmiştir. Üçüncü senaryoda, yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı üretimin az olduğu ve yük miktarının fazla olduğu bir işletme senaryosu oluşturulmuştur. Son senaryoda ise havalimanı mikro şebeke modelinde sistem parametre değişimlerinin meydana geldiği bir senaryo oluşturulmuştur. Bu son senaryoda, yenilenebilir enerji kaynaklarına bağlı üretimin ve yükün normal işletme şartları altında olduğu düşünülmüştür. Bu çalışmada kullanılan üç farklı kontrolörün hem klasik hem de bulanık mantık içeren yapıları her bir senaryo için karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Elde edilen analiz sonuçları, sistem frekans yanıtlarına ait şekiller ile performans indeks değerlerine ait tablolar sunulmuştur. Genel olarak elde edilen analiz sonuçlarına göre; üç temel kontrolörün tamamında bulanık mantık içeren kontrolör yapılarının klasik yapılara göre bütün işletme şartlarında havalimanı mikro şebeke sistemin frekans kararlılığını iyileştirdiği değerlendirilmiştir.

ABSTRACT: In this thesis, the secondary load frequency control of an airport microgrid system comprising renewable energy sources, an energy storage system, and electric vehicles was investigated. For this purpose, an isolated airport microgrid model consisting of a wind turbine generator, a photovoltaic system, a diesel generator, a battery energy storage system, electric vehicles, electric aircraft, and load components was developed. For the secondary load frequency control of the modeled airport microgrid, classical proportionalintegral- derivative, tilt-integral-derivative, and fractional-order proportional-integralderivative controller structures were established, alongside fuzzy logic-based structures that dynamically adjust the parameter values of these classical controllers. The ant colony optimization algorithm was utilized to determine the initial parameter values of the employed controller structures. Herein, an objective function incorporating the Integral of absolute error, integral of time-weighted absolute error, integral of squared error, and integral of time-weighted squared error performance indices was formulated for the ant colony optimization algorithm. To evaluate the performance of the proposed control structures, four distinct operating scenarios were established within the airport microgrid system. In the first scenario, it was assumed that the generation from renewable energy sources and the load demand are under normal operating conditions. In the second scenario, the generation from renewable energy sources was assumed to be high while the load demand remains at constant operating conditions. The third scenario presents an operating condition characterized by low generation from renewable energy sources and high load demand. In the final scenario, parametric variations within the airport microgrid model were introduced. In this last scenario, both the generation from renewable energy sources and the load were considered to be under normal operating conditions. Both the classical and fuzzy logic-based structures of the three different controllers utilized in this study were comparatively analyzed for each scenario. The obtained analysis results were presented through figures illustrating the system frequency responses and tables detailing the performance index values. Based on the overall analysis results, it was concluded that for all three fundamental controllers, the fuzzy logic-based structures improved the frequency stability of the airport microgrid system across all operating conditions compared to their classical counterparts.