ÇOKLU-ETMEN SİSTEM TABANLI MİKRO ŞEBEKE KONTROLÜ

Abstract

ABSTRACT

Conventional power systems utilize a principal controller that collects entire system information for managing the network and decision making. The conventional power systems are normally renowned to be negative as power flows radially from the main grid to the loads. With the increasing permeation of distributed energy resources (DERs) at the power system level, the attention on the microgrid (MG) is increasing, the path of power flows inside the power network also changes. The MG is a new type of power system, which is formed by the interconnection of DERs, storage units and flexible loads. This type of power system allows power to flow from the main grid to the MG or vice versa. Accordingly, central control may be unable to efficiently manage and control many DERs, storage units and loads. Consequently, distributed control (decentralized control) is suggested instead of centralized control to overcome the problems of diversity in the sources of generation, loads, control and to exhibit the economic benefits at the MG level.

In this thesis, the multi-agent system (MAS) is suggested as a decentralized control system to manage and control microgrid. The prime notion is to use a MAS to resolve complex tasks where it will divide that tasks into small tasks assigned to several agents. A MAS is designed such that it shows intelligence and autonomous control with no direct intervention of a central control unit. Furthermore, a MAS is able to adapt to alterations in the environment and also it can adapt to any troubles or alterations in the power network.

The goal of this dissertation is to design and develop a MAS that allows real-time management of a MG. These involve the transition from grid-connected mode to an island mode seamlessly in the event of detecting main grid failure, protecting critical loads, implementing load shedding to maintain stability of the system and service restoration to grid-connected mode once the main grid voltage attains to the allowable value.

Also, a MAS has been used for optimizing microgrid power flow in both microgrid operation modes: the first one is an island mode. In this mode, the balance between generated power and demand for power should be achieved. The second mode is a grid-connected mode. This mode is implemented when the MG needs to purchase power from the main grid.

The proposed MAS has been developed in the JADE platform in order to manage and control a MG simulated in MATLAB/Simulink. Multi agent control simulation Jade extension (MACSimJX) toolkit as a middleware has been utilized in order to interchange data between MG in MATLAB/Simulink and MAS in the JADE platform.

The simulation outcomes show that suggested MASs promote the transition seamlessly from grid-connected mode to an island mode when the main grid failure is detected in addition to its capability to protect critical loads, perform load shedding for non-critical loads and service restoration. The simulation outcomes also illustrate the capability of a MAS to make a balance between generated power and demand for power with maximum efficiency and reduce fuel cost in two microgrid operation modes and during different dynamical loads.

ÖZET

Geleneksel güç sistemleri, ağı yönetmek ve karar vermek için tüm sistem bilgilerini toplayan bir ana kontrol cihazı kullanır. Geleneksel güç sistemlerinde normal olarak güç, ana şebekeden yüklere radyal olarak akması nedeniyle negatif olduğu bilinmektedir. Dağıtılmış enerji kaynaklarının güç sistemi düzeyinde artmasıyla birlikte, mikro şebeke üzerindeki dikkat artmakta, güç ağının içindeki güç akışı yolu da değişmektedir. Mikro şebeke, mikro kaynaklar, yükler ve depolama cihazlarının birbirine bağlanmasıyla oluşturulan yeni bir güç sistemi türüdür. Bu tür güç sistemi gücün ana şebekeden mikro şebekeye veya tersi yönde akmasına izin verir. Buna göre, merkezi kontrol birçok dağıtılmış enerji kaynağını, yükü ve depolama birimini yönetemiyor ve kontrol edemiyor olabilir. Sonuç olarak, üretim ve yük kaynaklarındaki çeşitlilik sorunlarının üstesinden gelmek için merkezi kontrol yerine dağıtılmış kontrol (merkezi olmayan kontrol) önerilmektedir. Amaç, mikro şebeke faydalarını merkezi olmayan bir şekilde etkin yönetim ve kontrol ile arttırmanın mümkün olduğunu göstermektir. Bu tezde, çoklu-etmen sistemi, mikro şebekenin yönetimi ve kontrolü için merkezi olmayan bir kontrol sistemi olarak önerilmektedir. Başlıca görüş, bu görevleri birkaç etmen devreden küçük görevlere bölerek, karmaşık görevleri çözmek için bir çoklu-etmen sistemi kullanmaktır. Çoklu-etmen sistemi, merkezi bir kontrol ünitesinin doğrudan müdahalesi olmadan istihbarat ve özerk kontrol gösterecek şekilde tasarlanmıştır. Ek olarak, çoklu-etmen sistemi, ortamdaki değişikliklere uyum sağlayabilmesinin yanında ayrıca ağdaki herhangi bir sorun veya değişikliklere de uyum sağlayabilir.

Bu tezin amacı, bir mikro şebekenin gerçek zamanlı yönetimine izin veren bir çoklu-etmen sistemi tasarlamak, geliştirmek ve yürütmektir. Bunlar, ana şebeke arızasının tespit edilmesi, kritik yüklerin korunması, kritik olmayan yükler için yük atma işlemin yapılması ve voltaj izin verilen değere ulaştığında şebekeye bağlı moda servis geri dönüşümü durumlarında şebekeye bağlı üsluptan adacık üslubuna sorunsuz bir şekilde geçişi içermektedir.

Ayrıca, her iki mikro şebeke çalışma üslupta mikro şebeke çalışmasını optimize etmek için bir çoklu-etmen sistemi kullanılmıştır: Birincisi bir adacık üsluptur. Bu üslupta, enerji üretimi ve enerji talebi arasındaki dengeye ulaşılmalıdır. İkinci üslup şebekeye bağlı bir üsluptur. Bu üslup, mikro şebekenin ana şebekeden güç alması gerektiği zamanda uygulanır.

Önerilen çoklu-etmen sistemi, JADE platformunda MATLAB/Simulink'te simüle edilmiş bir mikro şebekeyi yönetmek ve kontrol etmek için geliştirilmiştir. Çoklu-etmen tabanlı kontrol simülasyonu ara katman yazılımı olarak JADE genişleme araç seti (MACSimJX), MATLAB/Simulink'teki mikro şebeke ile JADE platformundaki çoklu-etmen sistemi arasında veri değişimi yapmak için kullanılmıştır.

Simülasyon sonuçları, önerilen çoklu-etmen sistemin, kritik yükleri koruma, kritik olmayan yükler ve servis restorasyonu için yük atma kabiliyetinin yanı sıra, ters akım kesintileri ortaya çıktığında şebeke bağlantılı üsluptan bir adacık üslubuna geçişi sorunsuz bir şekilde desteklediğini göstermektedir. Simülasyon sonuçları aynı zamanda çoklu-etmen sistemin farklı dinamik yükler sırasında iki mikro şebeke çalışma üslubunda güç ve arz taleplerini maksimum verimlilikle sağlama ve yakıt maliyetini azaltma arasındaki dengeyi sağlama kabiliyetini göstermektedir.