Akıllı şebekelerle uyumlu yenilenebilir enerji sistemleri için entegrasyon modeli

Enerji dönüşümü bağlamında, yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş ve rüzgâr enerjisinin elektrik şebekelerine giderek artan entegrasyonu; kararlılık, kesintililik yönetimi ve kaynak optimizasyonu açısından önemli zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Bu zorluklar aynı anda kesintisiz beslemeyi, arz-talep dengesini ve akıllı şebeke gereksinimlerine uyumluluğu sağlayabilen entegrasyon modellerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu çalışma, akıllı şebekelerle uyumlu yenilenebilir enerji entegrasyonu için kural tabanlı kontrol (KTK) yöntemiyle çalışan ve enerji yönetim sistemi (EYS) tarafından yönetilen hibrit bir mikro-şebeke modeli önermektedir. Mikro-şebeke değiştir ve gözle algoritmalı maksimum güç noktası takibi (MGNT) yaklaşımıyla ilişkilendirilmiş 19.7 kW'lık bir fotovoltaik (FV) sistem, ortalama 6.2 kW güç üreten sabit mıknatıslı senkron generatörlü (SMSG) bir rüzgâr enerjisi sistemi, 100 Ah'lik bir batarya ve 700V DA bara üzerinde birbirine bağlı 8 kW'lık paralel RLC yükünden oluşmaktadır. Sistemin enerji akışı dinamiklerini ve bileşenler arasındaki etkileşimleri modellemek, simüle etmek ve analiz etmek amacıyla MATLAB/Simulink ortamında sistematik bir yaklaşım benimsenmiştir. Beş çalışma senaryosu incelenmiş olup, bu senaryolar güneş enerjisi modu, rüzgâr enerjisi modu, ada modu, aşırı yük modu ve batarya modu olarak tanımlanmıştır. Sonuçlar, güneş enerjisi ve rüzgâr enerjisi modlarında 8 kW'lık yükün elektrik talebinin tamamen karşılandığını ve fazla enerjinin bataryaya yönlendirildiğini göstermektedir. Ada modunda, şebeke bağlantısı kesilmesine rağmen besleme sürekliliği sağlanmış ve DA bara gerilimi 700V'ta kararlı kalmıştır. 100 kW'lık aşırı yük modunda ise KTK-EYS, elektrik talebini karşılamak için şebeke, rüzgâr, güneş ve deşarj modundaki bataryayı koordineli biçimde yönetmiştir. Bu sonuçlar önerilen modelin etkinliğini ve akıllı şebekelerin işlevsel gereksinimlerine uygunluğunu doğrulamaktadır.

In the context of energy transition, the increasing integration of renewable energy sources, particularly solar and wind energy, into electricity grids presents significant challenges in terms of stability, disruption management, and resource optimization. These challenges necessitate the development of integration models that can simultaneously ensure uninterrupted supply, supply-demand balance, and compatibility with smart grid requirements. This study proposes a hybrid microgrid model for renewable energy integration compatible with smart grids, operating with rule-based control (RUC) and managed by an energy management system (EMS). The microgrid consists of a 19.7 kW photovoltaic system coupled with a perturb & observe algorithm-based maximum power point tracking (MPPT) approach, a wind energy system with a permanent magnet synchronous generator producing an average of 6.2 kW of power, a 100 Ah battery, and an 8 kW parallel RLC load connected on a 700V DC bus. A systematic approach was adopted in the MATLAB/Simulink environment to model, simulate, and analyze the energy flow dynamics of the system and the interactions between its components. Five operating scenarios were examined, defined as solar mode, wind mode, island mode, overload mode, and battery mode. The results show that in solar and wind modes, the electricity demand of an 8 kW load is fully met, and excess energy is directed to the battery. In island mode, despite grid disconnection, supply continuity is ensured, and the DC bus voltage remains stable at 700V. In the 100 kW overload mode, the RUC-EMS system coordinately manages the grid, wind, solar, and discharge-mode battery to meet the electricity demand. These results confirm the effectiveness of the proposed model and its suitability for the functional requirements of smart grids.