Batarya enerji depolama sistemlerinin primer frekans kontrolü ve dengesizlik yönetiminde modelleme ve teknik-ekonomik analizi
Modeling and technical-economic analysis of primary frequency control and imbalance management of battery energy storage systems
- Tez No: 1009346
- Danışmanlar: PROF. DR. FATİH EMRE BORAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik üretimindeki payının artması, sistem işletiminde üretim belirsizliği ve frekans kontrolü açısından önemli zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Batarya enerji depolama sistemleri (BEDS), yüksek tepki hızları ve çift yönlü güç akışı sağlayabilme yetenekleri sayesinde bu kapsamda etkin bir çözüm sunmaktadır. Bu bağlamda, BEDS'in primer frekans kontrolü (PFK) hizmetinde etkin kullanımı, hem şebeke kararlılığı hem de piyasa verimliliği açısından stratejik bir rol oynamaktadır. Bu çalışma, BEDS'in operasyonel verimliliğini artırmaya yönelik kontrol stratejileri geliştirerek sistemin ekonomik performansını maksimize etmeyi ve işletme kaynaklı riskleri minimize etmeyi amaçlamaktadır. Tez kapsamında iki farklı işletme senaryosu ele alınmıştır. İlk senaryoda, BEDS'in yalnızca PFK hizmetine katıldığı durum incelenmiş; ikinci senaryoda ise BEDS'in PFK hizmetine ek olarak rüzgar santralinin dengesizliklerinin giderilmesinde kullanıldığı yapı analiz edilmiştir. Bu amaçla, Türkiye elektrik iletim sistemine ait gerçek frekans verileri kullanılarak BEDS'in PFK performansını optimize eden bir şarj/deşarj kontrol algoritması geliştirilmiş olup bataryanın teknik sınırlamaları, çevrim ömrü ve yaşlanma dinamiklerini dikkate alacak şekilde tasarlanmıştır. Sistem modellemesi MATLAB/Simulink ortamında gerçekleştirilmiş, optimizasyon süreçleri ise MATLAB/m-file platformunda Genetik Algoritma, Parçacık Sürüsü Optimizasyonu ve Guguk Kuşu Algoritması kullanılarak yürütülmüştür. Operasyonel strateji kapsamında ölü bant, şarj durumu ayar noktası ve deşarj derinliği gibi parametrelerin sistem performansı üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. BEDS'in optimizasyon probleminde, batarya ömrünü uzatmayı ve yıllık ekonomik getiriyi artırmayı hedefleyen iki ayrı amaç fonksiyonu tanımlanmıştır. Bulgular, çoklu hizmet sunan batarya enerji depolama sistemlerinde ekonomik kazanç, batarya ömrü ve işletme riskleri arasında dengeli bir planlamanın gerekliliğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing share of renewable energy sources in electricity generation today presents significant challenges to system operation in terms of production uncertainty and frequency control. Battery Energy Storage Systems (BESS) offer an effective solution in this context thanks to their high response speed and ability to provide bidirectional power flow. In this regard, the effective use of BESS in Primary Frequency Control (PFC) services plays a strategic role in terms of both grid stability and market efficiency. This study aims to maximize the economic performance of the system and minimize operational risks by developing control strategies to increase the operational efficiency of BESS. Two different operating scenarios are considered within the scope of the thesis. In the first scenario, the case where BESS participates only in PFC service is examined; in the second scenario, the structure where BESS is used in addition to PFC service to mitigate wind power plant imbalances is analyzed. For this purpose, a charge/discharge control algorithm that optimizes the PFC performance of BESS has been developed using real frequency data from the Turkish electricity transmission system and has been designed to take into account the technical limitations, cycle life, and aging dynamics of the battery. System modeling was performed in the MATLAB/Simulink environment, and optimization processes were carried out in the MATLAB/m-file platform using Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization, and Cuckoo Search Algorithm. Within the operational strategy, the effects of parameters such as deadband, state-of-charge setpoint, and depth of discharge on system performance were analyzed in detail. In the BESS optimization problem, two separate objective functions were defined aiming to extend battery life and increase annual economic return. The findings highlight the necessity of balanced planning among economic gain, battery life, and operational risks in multi-service battery energy storage systems.
Benzer Tezler
- Çok bölgeli güç sisteminde sezgisel algoritmalar ile sekonder frekans kontrolü
Secondary frequency control with heuristic algorithms in a multi area power system
SERCAN ÖZÜMCAN
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÖZTÜRK
- Rüzgar-batarya hibrit sisteminin piyasa odaklı enerji yönetimi
Market oriented energy management of wind battery hybrid system
ERCÜMENT ÖZDEMİRCİ
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CEBECİ
- Batarya enerji depolama sistemlerinin elektrik dağıtım sistemine etkisi ve sezgisel algoritmalar ile faz dengesizliğinin giderilmesi
Effect of battery energy storage systems on electric distribution system and reducing phase imbalance with heuristic algorithms
ALİ ÖZAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Batarya enerji depolama sistemlerinin teknolojik performanslarının ve doğal gaz kombine çevrim santrallarına entegrasyonunun değerlendirilmesi
Evaluation of the technological performances of battery energy storage systems and their integration into natural gas combined cycle power plants
MERVE BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EVRENCAN ÖZCAN
- Volan ve lityum-iyon batarya enerji depolama sistemlerinin kıyaslanması ve hibrit enerji depolama sisteminin farklı yük profilleri üzerinde performans analizi
Comparison of flywheel and li-ion battery energy storage systems and performance analysis of hybrid energy storage system on different load profiles
İSMAİL CEM AÇIKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BAYSAL