Türkiye Elektrik Şebekesi için Yan Hizmet Temelli Batarya Enerji Depolama Sistemi Tasarımı ve Kontrolü

Abstract

Büyük güçlü batarya enerji depolama sistemlerinin (BEDS) elektrik şebeke yan hizmetlerinde kullanımı teknik yeteneklerinden dolayı tüm dünyada artmaktadır. Ülkemizin de stratejik enerji planları arasında olan yenilenebilir enerji entegrasyonunun artması, akıllı şebekelerin kullanımının artması, elektrikli araç üretimi ve kullanımının artması gibi elektrik şebekesinde hızlı tepki sürelerine ihtiyaç duyan etkiler, yan hizmet kullanımının gerekliliğinin artacağını göstermektedir. Türkiye'de 2021 yılında yayınlanan enerji depolama sistemlerinin yan hizmetlerde kullanımına dair teknik kriterler ile batarya enerji depolama sistemleri için ülkemizde de kullanım alanı doğurmuştur. Bu tez çalışmasında batarya enerji depolama sistemlerinin elektrik şebekesi yan hizmetlerinden sıklık desteğinde kullanıldığı durumda bataryadan sağlanacak dolma/boşalma etkin gücü için denetim algoritmaları oluşturulmuştur. Batarya enerji depolama sisteminin etkin güç çıkışı yan hizmetler yönetmeliğindeki kriterlere göre sağlanırken aynı zamanda batarya sistemlerinde en önemli konulardan biri olan yük durum (SOC) denetimi yapılmıştır. İlk olarak kural tabanlı bir algoritma oluşturulmuş, batarya yük durumunu daha etkin kullanmak için bulanık mantık temelli etkin güç denetimi ile batarya ömrü analizi yapılmıştır. Bulanık mantık temelli algoritmanın batarya ömrüne olumlu katkıları yağmur akışı sayma yöntemi ile analiz edilmiştir. Yağmur akışı algoritmasına farklı bir yaklaşım olarak yeni bir döngü sayma yöntemi geliştirilmiştir. Tasarlanan algoritmanın model öngörülü denetimli iki seviyeli gerilim kaynağı doğrultucu ile çift yönlü denetimi hem kural tabanlı hem bulanık mantık tabanlı güç yönetim algoritması ile çalıştırılmıştır.Due to their technological capabilities, large-power battery energy storage systems (BESS) are increasingly being used in electrical grid ancillary services across the world. The effects that require fast response times in the electricity grid, such as the increase in the integration of renewable energy, the increase in the use of smart grids, and the increase in the production and use of electric vehicles, are among the strategic energy plans of Türkiye, show that the necessity of using ancillary services will increase. With the technical criteria for the use of energy storage systems in ancillary services published in Türkiye in 2021, battery energy storage systems have also created an area of use in Türkiye. In this thesis, control algorithms have been developed for the charge/discharge active power to be supplied from the battery when the battery energy storage systems are used in frequency support from the electrical network ancillary services. While the active power output of the battery energy storage system is provided according to the criteria in the regulation of the ancillary service, state of charge (SOC) control, which is one of the most important issues in battery systems, was also carried out. First, a rule-based algorithm was created, and battery life analysis was carried out by using fuzzy logic-based active power control to use the battery life more effectively. The positive contributions of the fuzzy logic-based algorithm to the battery life were analyzed by the rain flow counting method. A new cycle counting method has been developed as a different approach to the rain flow algorithm. Bi-directional control of the designed algorithm with model predictive controlled two-level voltage source converter is operated with both rule-based and fuzzy logic-based power management algorithms.