Bu tədqiqat, külək enerjisinin yoğun olduğu elektrik şəbəkələrində bir arıza və ya qəfil yük artımından sonra oluşan tezlik düşüşünü sınırlandırmak üçün şarj stansiyalarına btorlı elektrikli nəqliyyat vasitələriın geçici güç kayntorı olaraq kullanılmasını incelemiştir. Önerilən yaklaşmaın temel farkı, elektrikli nəqliyyat vasitəsi batareyalarını uzun süre və sabit güçle boşaltmak yerine, ikiqat qidalanan asinxron generatorlü külək turbinlərinin sürətli tezlik dəstəyinden sonra realleşen rotor sürətinı geri kazanma dörütubətine odaklanmasıdır. Böylece elektrikli nəqliyyat vasitələriın nəqliyyat amacı korunurken sinxron generatorlerin üzerindeki geçici güç yükünün azaltılması hedeflenmiştir.

Külək turbinləri sürətli tezlik dəstəyi sırasında dönen kütlelerinde depolanan kinetika enerjinin bir bölümünü şəbəkəye aktarabilmektedir. Ancaq bu işləmə rotor sürətinı düşürür. Türbin yeniden normal tədqiqat hızına çıkarken şəbəkəden güç dartılmak zorunda kalır. Ani yük artımıyla turbinin bərpa gücü aynı dörütubəte denk geldiğinde şəbəkə tezlikında ikinci bir düşüş oluşabilir. Tədqiqatçılar, şarj stansiyalarına btorlı elektrikli nəqliyyat vasitəsi kümesinin bu kısa bərpa aralığında güç enjekte etmesinin ikinci tezlik düşüşü riskini və sinxron generatorlerin güç talebini azaltabiləceğini öne sürmüştür.

Modelde 2.000 elektrikli nəqliyyat vasitəsitan oluşan bir küme kabul edilmiş; araçların günlük yolculuk mesafesi, şarj stansiyasına varış zamanı, başlangıç şarj vəziyyəti və kullanılabilir destek süresi mümkünlıksal olaraq temsil edilmiştir. Toplam istifadə oluna bilən güc dtorılımı 10.000 Monte Carlo derütubətesiyle hesaplanmış və seçilən parametreler altında yaklaşık 10 MW səviyyəinde bir küme desteği istifadə edilmişdir. Kontrol sistemi; merkezi elektrikli nəqliyyat vasitəsi nəzarətçisi, regional aqreqatorlar və şarj merkezlerinden oluşan üç seviyeli iyerarxik strukturya dayanmaktadır.

İki güç enjeksion stratejisi müqayisə edilmişdir. Strategiya I, elektrikli nəqliyyat vasitələriı yalnızca tezlik minimumundan sonra, külək turbininin rotor sürətinı geri kazanma dörütubətinde dmərhələye almaktadır. Strategiya II isə kullanılabilir enerji yeterliyse tezlik minimumundan önce aştorı seviyede, minimumdan sonra daha yüksək seviyede destek vərmektedir. Her iki stratejide de güç, sabit biçimde kesilmek yerine zamanla azalan bir rampa izləməktedir.

Değiştirilmiş IEEE-9 şin sistemindeki 100 MW yük artımı benzetiminde elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteği bulunmadığında tezlik minimumu 59,14 Hz olaraq hesablanmışdır. Strategiya I’de bu dəyər 59,15 Hz, Strategiya II’de 59,40 Hz olmuştur. Frekans değişim hızı 0,22’den Strategiya I’de 0,20’ye, Strategiya II’de 0,14’e düşmüştür. Strategiya II ayrıca yüksəlmə müddətini 9,56 saniyeden 9,40 saniyeye və en yüksək aşmaı 0,51’den 0,42’ye indirmiştir.

Sabit güclü geleneksel elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteği ilk tezlik düşüşünü daha güclü biçimde sınırlandırmış olsa da destek aniden kesildiğinde ikincil tezlik dalgalanması oluşturmuştur. Önerilən rampa tabanlı üsullar daha aştorı batareya istifadəıyla daha yumuşak bir geri çekilme storlamıştır. Sabit destek modelinde en yüksək şarj vəziyyəti değişimi −%3,66 iken Strategiya I’de −%2,16, Strategiya II’de −%1,83 olaraq bildirilmişdir. Enerji istifadəı göstəricisi sabit dəstəkte 26,91, Strategiya I’de 8,46 və Strategiya II’de 9,47’dir; tədqiqatda bu göstəricinin birimi belirtilmemiştir.

Kontrol və ilətişim zincirinin doğal gecikməsi 200–550 milisaniye aralığında tahmin edilmiş, həssaslıq analizi 250–950 milisaniyelik gecikməlerle yürütülmüştür. Gecikme arttıkça güc injeksiyasınun başlangıcı və en yüksək dəyəri bir miktar değişmiş, ancaq incelenen benzetimlerde ümumi tezlik eğriləri büyük ölçüde korunmuştur. Daha büyük IEEE-39 şin sisteminde 300 MW və 600 MW yük değişimleri üçün de yüksəlmə müddətinde iyiləşme görülmüş; buna karşılık elektrikli nəqliyyat vasitəsi kontrolünün külək çiftliği güç çıkışındaki salınımları artırabiləceği belirlenmiştir.

Tədqiqat, elektrikli nəqliyyat vasitələriın şəbəkə tezlikını destekleyebiləceğini və rampa tabanlı qısamüddətli istifadəın batareya şarj vəziyyətinu sabit dəstəkten daha az değiştirebiləceğini göstərir. Bununla belə nəticələr tamamen sayısal benzetimlere dayanmaktadır. Gerçek araç batareyalarının yaşlanması, kullanıcıların katılım isteği, şarj stansiyası rabitəsi, paylayıcı şəbəkə sınırları, piyasa ödemeleri və kibertəhlükəsizlik koşulları təcrübəsel olaraq incelenmemiştir.

Türkiyə baxımından mümkün örütubəti

Tədqiqatda Türkiyə elektrik şəbəkəsine, Türkiyədəki külək santrallerine və ya yerli elektrikli nəqliyyat vasitəsi şarj stansiyalarına ait ölçmə kullanılmamıştır. Buna rtormen yaklaşma, külək üretiminin yoğun olduğu bölgelerde toplu şarj tesisleri, otoparklar, filo merkezleri və otoyol şarj stansiyalarının şəbəkə destek hizmetlerine katılımının araştırılması açısından Türkiyə’ye uyarlanabilir niteliktedir.

Türkiyədə uygulanabilirliğin gösteriləbilmesi üçün real külək santrali turbin modelleri, ulusal tezlik kontrol kuralları, regional paylayıcı şəbəkə tutumu, araçların real şarj alışkanlıkları, batareya garanti koşulları, şarj operatörü rabitə altstruktursı və kullanıcıların asgari menzil tercihleri birlikdə dəyərlendirilmelidir. Kontrolün yalnızca şəbəkə səviyyəindeki aktif güce göre değil; trafo yükü, hat akımı, yerel gerilim, şarj btorlantı tutumu və araç ayrılma zamanı gibi sınırlarla da məhdudiyyətlanması gerekir.

Bu tədqiqat herhansı bir Türkiyə şarj stansiyasınun 10 MW tezlik dəstəyi storlayabiləceğini, araç batareyalarının zarar görmeyeceğini və ya sistemin mevcut piyasa və mevzuat koşullarında ticari olaraq uygulanabilir olduğunu sübut etmir. Sonuçlar, standart test torlarında və tədqiqatçıların seçtiği model parametreleri altında elde edilmiş üsulsel bulgulardır.

Tədqiqatın temel zondlemi nədir?

Geleneksel elektrik şəbəkələrində sinxron generatorlerin dönen rotorları doğal bir enerji tamponu oluşturur. Şebekede üretim aniden azalır və ya yük yükselirse rotorların kinetika enerjisi qısamüddətli olaraq elektrik sistemine aktarılır və tezlikın sürətli biçimde düşmesi sınırlandırılır.

Külək və güneş gibi dönüştürücü btorlantılı mənbəlar isə çoğu durumda güç elektroniği üzerinden şəbəkəye btorlanır. Bu struktur, mexaniki rotor hareketini şəbəkə tezlikından ayırır. Özellikle ikiqat qidalanan asinxron generatorlü külək turbinləri, ek kontrol olmadan sinxron generatorler gibi doğal atalet desteği vərmez.

Külək turbinine eklenen sürətli tezlik yanıtı nəzarətçisi, rotorun kinetika enerjisinden geçici olaraq yararlanabilir. Türbin, maksimum güç noktası izləmə dəyərinin üzerine çıkarak qısamüddətli ek aktiv güc üretir. Bu destek tezlikın ilk düşüşünü sınırlandırırken rotorun yavaşlamasına yol açar.

Destek dörütubəti sona erdiğinde rotorun başlangıç hızına dönmesi gerekir. Türbin bu mərhələda normal aerodinamik üretiminden daha azını şəbəkəye vərir və ya şəbəkəden dolaylı olaraq ek güç talep eder. Bu bərpa, sinxron generatorlerin yükü hâlâ karşılamaya çalıştığı kritik zaman aralığında realleşirse tezlikın yeniden düşmesine niyə ola bilər.

Tədqiqatnın əsas sualı şudur: Şarj istasyonlarında btorlı bulunan elektrikli nəqliyyat vasitələridan yalnızca bu kısa və kritik aralıkta güç alınarak külək turbininin rotor sürətinı geri kazanması desteklenebilir mi və bu işləmə nəqliyyat vasitəsi batareyasının kullanılabilir enerjisini sabit güç desteğine göre daha az etkilər mi?

Hızlı tezlik dəstəyinin dört mərhələsı

Tədqiqatda kullanılan kademeli külək turbini sürətli tezlik dəstəyi sinyali dört zaman bölümünden oluşmaktadır:

• Yükselme süresi, \(T_{\mathrm{risə}}\): Türbinin ek güç üretiminin sıfırdan en yüksək dəyəre yükseldiği dörütubətdir.
• Sabit destek süresi, \(T_{\mathrm{peak}}\): Ek gücün en yüksək seviyede korunduğu dörütubətdir.
• Azalma süresi, \(T_{\mathrm{fall}}\): Ek üretimin azaltılarak normal tədqiqat seviyesine yaklaştırıldığı dörütubətdir.
• Geri kazanım süresi, \(T_{\mathrm{recovəry}}\): Rotorun destek sırasında kaybettiği hızı yeniden kazandığı dörütubətdir.

Destek mərhələsında külək turbininden şəbəkəye aktarılan enerji şu biçimde hesablanmışdır:

\[ E_A=(P_{\max}-P_0) \left[ T_{\mathrm{peak}}+ \frac{T_{\mathrm{risə}}+T_{\mathrm{fall}}}{2} \right] \]

Burada \(P_0\), olaydan önceki güç çıkışını; \(P_{\max}\), sürətli destek sırasında ulaşılan en yüksək gücü temsil eder. Parantez üçündeki zaman ifadesi, trapez biçimli destek sinyalinin etkin süresidir.

Rotor hızının geri kazanılması sırasında ortaya çıkan enerji gereksinimi isə:

\[ E_B= \frac{1}{2}(P_0-P_{\min})T_{\mathrm{recovəry}} \]

şeklinde vərilmiştir. \(P_{\min}\), bərpa sırasında külək turbininin düştüğü en aştorı elektriksel güç seviyesidir. Tədqiqatnın elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteği xüsusilikle bu \(E_B\) gereksiniminin sinxron generatorlere yüklediği ek baskıyı azaltmayı hedeflemektedir.

Senkron generatörün bərpa dörütubətindeki enerji dengesi

Tədqiqatda sinxron generator dinamiği klasik salınım denklemiyle ifade edilmiştir:

\[ \frac{2H}{\omega_s}\frac{d\Delta\omega}{dt} = \Delta P_m(t)-\Delta P_e(t)-D\Delta\omega(t) \]

\(H\), atalet sabitini; \(\omega_s\), senkron bucaq sürətiı; \(\Delta P_m\), mexaniki güç değişimini; \(\Delta P_e\), elektriksel güç değişimini; \(D\) isə yüke btorlı sönümleme katsayısını gösterir.

Frekans minimumunun oluştuğu \(t_0\) ilə rotor bərpaının tamamlandığı \(t_f\) arasındaki enerji dengesi kullanılarak senkron makinenin katkısı:

\[ E'_B= \frac{2H}{\omega_s}(-\Delta\omega_{\max}) + D\int_{t_r}^{t_f}\Delta\omega(t)\,dt - \int_{t_0}^{t_f}\Delta P_m(t)\,dt \]

biçiminde vərilmiştir. Denklem; kinetika enerji değişimini, yük sönümünü və mexaniki regülatör katkısını birlikdə temsil etmektedir. Elektrikli nəqliyyat vasitəsi klasteri güç vərdiğinde sinxron generatorden istenen elektriksel katkının azaltılması amaçlanmaktadır.

Elektrikli araçlar niyə sürekli kullanılmıyor?

Araçtan şəbəkəye enerji aktarımı teknik olaraq mümkün olsa da araç sahipleri açısından üç temel endişe bulunmaktadır:

• Batarya çevrimlerinin hızlanması və uzun dörütubət tutum kaybı
• Acil və ya planlanmamış bir yolculuk üçün yeterli menzilin kalmaması
• Aracın ne zaman və ne kadar boşaltılactorı üzerindeki kullanıcı kontrolünün azalması

Önerilən sistem bu sorunları, elektrikli nəqliyyat vasitələriı bütün tezlik olayı boyunca sürekli kullanmak yerine destek süresini sınırlandırarak azaltmaya tədqiqatktadır. Araç ancaq belirli bir asgari şarj vəziyyətina ulaştıktan sonra destek vərebilmekte və güc injeksiyası çoğunlukla külək turbininin bərpa dörütubətine ayrılmaktadır.

Şarj durumu bölgeleri

Araç şarj stansiyasına ulaştığında başlangıç şarj vəziyyəti \(SoC_0\) olaraq müəyyən edilmişdir. Frekans desteği ancaq batareya \(SoC_m\) eşiğine ulaştıktan sonra etkinleştirilmektedir. Böylece nəqliyyat üçün gerekli asgari enerjiye öncelik vərilmektedir.

Olasılıksal nəqliyyat vasitəsi klasteri necə oluşturulmuştur?

Şarj istasyonuna btorlı araçların sayısı və enerji durumu gün boyunca sabit değildir. Araçların yolculuk mesafeleri, istasyona varış zamanları və btorlantıda kaldıkları süreler fərqlidır. Tədqiqatçılar bu belirsizliği tek bir sabit batareya modeli yerine Monte Carlo yaklaşmaıyla temsil etmiştir.

Başlangıç şarj vəziyyəti tədqiqatda şu ilişkiyle vərilmiştir:

\[ SoC_0= \left( 1-\frac{nL}{L_{\max}} \right) \]

\(L\), günlük yolculuk mesafesini; \(L_{\max}\), aracın azami menzilini göstərir. Denklemdeki \(n\) dəyişəninin anlamı və boyutu metinde yeterince açıq diaqnozmlanmamıştır. Bu niyəle denklem yeniden kurulurken müəlliflərın kullandığı hesablama kodunun görülmesi gerekir.

Günlük yolculuk mesafesinin mümkünlık yoğunluğu:

\[ f(L)= \frac{1}{L\sigma_L\sqrt{2\pi}} \exp\left[ -\frac{(\ln L-\mu_L)^2}{2\sigma_L^2} \right] \]

olaraq vərilmiştir. Metin bu dtorılımı normal olaraq adlandırmasına rtormen denklemde \(\ln L\) və \(1/L\) bulunduğundan matematiksel biçimi lognormal dtorılımdır.

Şarj merkezine varış zamanı isə normal dtorılımla temsil edilmiştir:

\[ f(\tau_{\mathrm{arrivə}}) = \frac{1}{\sqrt{2\pi\sigma_t^2}} \exp\left[ -\frac{(\tau_{\mathrm{arrivə}}-\mu_t)^2} {2\sigma_t^2} \right] \]

\(SoC_m\) eşiğine ulaşma süresi tədqiqatda:

\[ \tau_{SoC_m} = \frac{Lw_{\mathrm{cons}}-w_t+w_m} {w_{\mathrm{charge}}} \]

biçiminde vərilmiştir. \(w_{\mathrm{cons}}\), kilometre başına enerji istehlakıni; \(w_m\), eşik şarj vəziyyətindaki enerji səviyyəini və \(w_{\mathrm{charge}}\), şarj gücünü temsil etmektedir. Metinde \(w_t\) “EV rated power” olaraq diaqnozmlandığından denklemin boyutsal açıqlaması tam değildir.

Bir aracın destek üçün btorlantıda kalabiləceği süre:

\[ \tau_{\mathrm{support}} = (1+r)\tau_{SoC_m} \]

olaraq hesablanmışdır. \(r\), sürüş davranışına btorlı rastgele süre katsayısıdır.

Kümenin toplam destek enerjisi:

\[ E_{\mathrm{support,agg}} = \int_{\langle\tau_{\mathrm{support}}\rangle} P_{\mathrm{EV,avg}}(t)\,dt \]

şeklinde müəyyən edilmişdir. \(P_{\mathrm{EV,avg}}\), btorlı araçların orta kullanılabilir tepe gücünü gösterir. Kontrol stratejisi bu toplam enerji tahminine göre seçilmektedir.

Monte Carlo modeli üçün kullanılan dəyərlər

10.000 derütubətenin histogramı yaklaşık 9,2–10,2 MW aralığına yayılan bir dtorılım göstərir. Tədqiqatçılar %90 güvən səviyyəindeki kullanılabilir küme gücünü yaklaşık 10 MW olaraq ifade etmiş, ancaq sayısal alt və üst sınırları ayrıca yazmamıştır.

Batarya modeli

Lityum ion batareya, Shepherd eşdəyər modeliyle temsil edilmiştir. Deşarj gerilimi:

\[ V= V_0 -k\frac{C_{\max}}{C_{\max}-it}i_l -k\frac{C_{\max}}{C_{\max}-it}it +Ae^{-Bit} \]

Şarj gerilimi isə:

\[ V= V_0 -k\frac{C_{\max}}{0{,}1C_{\max}+it}i_l -k\frac{C_{\max}}{C_{\max}-it}it +Ae^{-Bit} \]

biçiminde vərilmiştir. \(V_0\) yüksüz gerilimi, \(k\) qütblənmə katsayısını, \(C_{\max}\) azami tutumyi, \(i_l\) batareya akımının aştorı tezlik biləşenini, \(A\) və \(B\) isə üstel gerilim bölgesinin katsayılarını temsil etmektedir.

Bu model batareyanın elektriksel gerilim və şarj vəziyyəti dinamiğini temsil etmektedir. Hücre sıcaklığına btorlı yaşlanma, katı elektrolit ara səthü büyümesi, lityum kaplanması, tutum kaybı və ya iç direnç artışı gibi uzun dörütubət bozulma mekanizmaları çözülmemiştir.

Güç elektroniği btorlantısı

Batarya, yükseltici modda çalışan yalıtımsız bir DC–DC çevirici üzerinden DC bara sistemine btorlanmıştır. DC bara, gərginlik mənbəli çevirici aracılığıyla şəbəkəye aktiv güc aktarmaktadır.

Dönüştürücünün \(d\) və \(q\) ekseni gerilim denklemleri:

\[ V_{db} = V_{dg}-R_gi_{dg} -L_g\frac{di_{dg}}{dt} -\omega_gL_gi_{qg} \]

\[ V_{qb} = V_{qg}-R_gi_{qg} -L_g\frac{di_{qg}}{dt} -\omega_gL_gi_{dg} \]

şeklindedir. Aktif güç, çəkilı olaraq \(d\) ekseni akım referansıyla kontrol edilmiştir. Tədqiqatda \(q\) ekseni referansı sıfır seçilmiş və bu durum “zero-power-factor operation” ifadesiyle açıqlanmıştır. Ancaq kullanılan referans çerçevəsinde bu ifadenin teknik anlamı ayrıca gerekçelendirilmemiştir.

Üç qatlı iyerarxik kontrol

Tədqiqatnın 11. sayfasındaki Şekil 4, elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteğini üç kontrol səviyyəine ayırmaktadır:

Merkezi nəzarətçi sistem tezlikını və külək çiftliğinin sürətli tezlik dəstəyi durumunu almaktadır. Şarj merkezleri isə btorlı araçların kullanılabilir enerji miktarını regional aqreqatorlara ilətmektedir. Böylece güc sistemi seviyesindeki karar, dtorıtım seviyesindeki çok sayıda küçük batareyaya aktarılmaktadır.

Frekans minimumu necə belirleniyor?

Elektrikli araç gücünün doğru anda dmərhələye alınması üçün tezlik değişim hızı Kalman filtriyle tahmin edilmiştir. Durum vəktörü:

\[ \mathbf{x}(k)= \begin{bmatrix} f(k)\\ \dot{f}(k) \end{bmatrix} \]

və keçid matrisi:

\[ A= \begin{bmatrix} 1 & 0{,}02\\ 0 & 1 \end{bmatrix} \]

olaraq belirlenmiştir. Örnekleme süresi 0,02 saniyedir. Proses gürültüsü kodispersiyaı:

\[ Q= \begin{bmatrix} 10^{-4} & 0\\ 0 & 10^{-2} \end{bmatrix} \]

ölçmə gürültüsü kodispersiyaı isə:

\[ R= \begin{bmatrix} 10^{-3} & 0\\ 0 & 10^{-1} \end{bmatrix} \]

olaraq seçilmiştir. Filtrelenmiş RoCoF dəyəri neqativten pozitivə geçtiğinde tezlikın minimum noktaya ulaştığı kabul edilmiş və \(t_{\mathrm{nadir}}\) anı belirlenmiştir.

Strategiya I: Yalnızca bərpa desteği

Kümenin kullanılabilir enerjisi müəssisəci tarafından belirlenen \(d\) eşiğinin altındaysa Strategiya I seçilmektedir. Araç gücü yalnızca tezlik minimumundan sonra dmərhələye girer və rotorun bərpa süresi boyunca doğrusal olaraq azaltılır:

\[ P_{\mathrm{EV}}(t)= \begin{cases} P_{s,\max} -\dfrac{P_{s,\max}}{T_{\mathrm{rec}}} (t-t_{\mathrm{nadir}}), & t_{\mathrm{nadir}} \leq t \leq t_{\mathrm{nadir}}+T_{\mathrm{rec}}\\ 0, & \text{diğer zamanlarda} \end{cases} \]

Bu stratejinin önceliği ilk tezlik minimumunu yükseltmek değil, tezlik toparlanırken sinxron generatorün yükünü azaltmaktır. Elektrikli nəqliyyat vasitəsi batareyasının dmərhələde kaldığı zaman aralığı sınırlıdır.

Strategiya II: Olay öncesi və sonrası iki mərhələlı destek

Kümenin enerjisi \(d\) eşiğini aşıyorsa Strategiya II uygulanmaktadır. Araçlar tezlik minimumundan önce azaltılmış güçle, minimumdan sonra isə daha yüksək güçle destek vərmektedir:

\[ P_{\mathrm{EV}}(t)= \begin{cases} \dfrac{P_{s,\max}}{2} -\delta P_{s,\max} \dfrac{t-t_0}{t_{\mathrm{nadir}}-t_0}, & t_0\leq t\leq t_{\mathrm{nadir}}\\ P_{s,\max} -\dfrac{P_{s,\max}}{T_{\mathrm{rec}}} (t-t_{\mathrm{nadir}}), & t_{\mathrm{nadir}} \leq t \leq t_{\mathrm{nadir}}+T_{\mathrm{rec}}\\ 0, & \text{diğer zamanlarda} \end{cases} \]

\(\delta\), 0 ilə 1 arasında müəssisəci tarafından seçilən bir katsayıdır. Tədqiqatda \(d\) eşiği 0,05 MWh olaraq keyfî biçimde alınmıştır. \(d\) və \(\delta\) dəyərlərini otomatik belirleyen bir optimizasyon təqdim edilməmişdir.

Frekans minimumunda başlatma niyə seçilmiştir?

Elektrikli araç desteğinin külək turbininin önceden programlanmış bərpa sinyaline göre mi yoksa real tezlik minimumuna göre mi başlatılması gerektiği ayrıca müqayisə edilmişdir.

\(t_{\mathrm{nadir}}\) tabanlı üsul xüsusilikle yüksəlmə müddəti və aşma bakımından daha iyi nəticə vərmiştir. Buna karşılık Strategiya II’nin tezlik minimumu, sinyal tabanlı üsulde 59,40 Hz və \(t_{\mathrm{nadir}}\) tabanlı üsulde 59,38 Hz’dir. Buna görə “en iyi” zamanlama kararı yalnızca tezlik minimumuna değil, bütün geçici yanıt ölçütlerine dayanmaktadır.

IEEE-9 şin sistemindeki ana nəticə

Değiştirilmiş IEEE-9 şin sisteminde üç ayrıntılı sinxron generator, 75 MW gücünde DFIG külək çiftliği və 10 MW civarında kullanılabilir güce sahip elektrikli nəqliyyat vasitəsi kümesi modellenmiştir. Külək hızı 12 m/s, qəfil yük artımı 100 MW və olay zamanı 130 saniyedir.

Strategiya I yalnızca minimumdan sonra çalıştığı üçün tezlik minimumundaki artış çok küçüktür. Asıl etkisi toparlanma dörütubətinde görülmektedir. Strategiya II olayın ilk kısmında da destek vərdiğinden tezlik minimumunu daha belirgin biçimde yükseltmiştir.

Külək çiftliğinin geçici fazla üretim və bərpa profili elektrikli nəqliyyat vasitəsi entegrasyonundan büyük ölçüde etkilənmemiştir. Elektrikli araç dönüştürücüsünün \(d\) ekseni akım referansı kontrol sinyalini izlemiş, \(q\) ekseni referansı sıfırda tutulmuştur.

Sabit destekle müqayisə

Geleneksel müqayisə senaryosunda elektrikli nəqliyyat vasitəsi kümesi olay başladığı anda yaklaşık 10 MW sabit güç vərmiş və destek belirli bir anda aniden kesilmiştir. Bu üsul ilk tezlik düşüşünde en güclü desteği storlamıştır.

Ancaq güç bir anda sıfıra indirildiğinde şəbəkəde yeni bir güç dengesizliği oluşmuş və ikincil tezlik dalgalanması gözlenmiştir. Önerilən stratejilərde güç doğrusal olaraq azaltıldığı üçün bu ani çekilme etkisi sınırlandırılmıştır.

Senkron generatörün elektriksel güç çıkışı incelendiğinde, rampa tabanlı stratejilər külək turbininin bərpa dörütubətinde generatörden talep edilən gücü azaltmıştır. Sabit destek başlangıçta daha iyi geçici yanıt vərirken önerilən üsul toparlanma dörütubətini daha dmaneəi hâle getirmiştir.

Batarya istifadəı müqayisəsı

Strategiya I’in enerji istifadəı sabit desteğe göre yaklaşık %68,6 daha aştorıtür. Strategiya II’de azalma yaklaşık %64,8’dir. Ancaq enerji istifadəı sütununun birimi vərilmediği üçün dəyərlərin kWh, MWh, yüzde və ya normalize edilmiş enerji olaraq yorumlanması mümkün değildir.

Strategiya II, Strategiya I’den biraz daha fazla enerji keçidine sahip olmasına rtormen en yüksək şarj vəziyyəti düşüşü daha küçüktür. Bu farkın araçlar arasındaki güç paylaşmaı, başlangıç zamanı və ya kullanılan göstərici hesablamasıyla ilişkisi makalede ayrıntılı biçimde açıqlanmamışdır.

Bu nəticələr real batareya tutum kaybını ölçmemektedir. Yalnızca qısamüddətli şarj vəziyyəti değişimini və enerji keçidini göstərir. Uzun dörütubət çevrim yaşlanmasını belirlemek üçün temperatur, hücre kimyası, akım nisbətı, şarj seviyesi, dinlenme süresi və binlerce tekrarın modellenmesi gerekir.

İletişim gecikməsi

Toplam gecikmə üçün 200–550 ms aralığı öngörülmüştür. Deneysel həssaslıq analizinde gecikmə 250 ms’den 950 ms’ye kadar artırılmıştır.

Strategiya II’de gecikmə, minimumdan önce vərilən aştorı güç desteğinin və minimumdan sonraki tepe gücün daha geç oluşmasına yol açmıştır. Strategiya I’de destek zaten tezlik minimumundan sonra başladığı üçün gecikmənin etkisi büyük ölçüde toparlanma bölgesinde görülmüştür.

Frekans eğrilərinin ümumi biçimi gecikməsiz duruma yakın kalmış, ancaq tepe güç və tədqiqat noktasında küçük değişiklikler oluşmuştur. Bu nəticə belirli benzetim koşulları üçün gecikmə toleransına işaret etmektedir; paket kaybı, düzensiz gecikmə, saat senkronizasyon hatası, ilətişim kesintisi və ya kötü niyetli vəri müdahalesi modellenmemiştir.

Ortalama şarj vəziyyətinun etkisi

Kullanılabilir küme gücü, btorlı araçların orta şarj vəziyyətiyla doğru nisbəttılı kabul edilmiştir. Daha yüksək orta şarj vəziyyəti daha yüksək güç desteği, daha iyi tezlik minimumu, daha kısa yüksəlmə müddəti və daha aştorı aşma storlamıştır.

Şarj durumu düştükçe elektrikli nəqliyyat vasitəsi kümesinin güç çıkışı doğrusal biçimde azaltılmıştır. Gerçek batareyalarda güç tutumu; temperatur, hücre gerilimi, batareya yönetim sistemi sınırları, yaşlanma səviyyəi və dönüştürücü tutumu niyəiyle her zaman şarj vəziyyətiyla doğrusal değişmeyebilir.

IEEE-39 şin sistemi nəticələri

Yöntem daha büyük bir torda sınanmak amacıyla değiştirilmiş IEEE-39 şin sistemine uygulanmıştır. 50. saniyede 300 MW və 600 MW olmak üzere iki ayrı yük artımı oluşturulmuştur.

600 MW yük artımında elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteği tezlik minimumunu yalnızca sınırlı ölçüde değiştirmiş, ancaq tezlikın toparlanma süresini iyiləştirmiştir. Küme gücü Strategiya I və Strategiya II üçün IEEE-9 şin sistemindekine benzer rampa struktursını izlemiştir.

300 MW olayında da Strategiya II biraz daha iyi tezlik eğrisi üretmiştir. Bununla belə senaryo adlandırması nəticə metninde tutarlı değildir; bazı cümlelerde Strategiya II “Senaryo II” olaraq yazılmıştır.

IEEE-39 şin analizindeki əhəmiyyətli bulgu, elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteğinin külək çiftliğinin güç çıkışında daha yüksək salınımlar oluşturabilmesidir. Bu qarşılıqlı təsir, elektrikli nəqliyyat vasitəsi və külək turbini nəzarətçilərinin ayrı ayrı iyi tədqiqatsının bütün sistemin salınımsız olactorını garanti etmediğini göstərir.

Tədqiqatnın güclü yönleri

• Elektrikli araçların nəqliyyat önceliğini korumaya çalışan sınırlı süreli destek yaklaşmaı geliştirilmiştir.
• Külək turbininin ilk tezlik dəstəyi ilə rotor sürətinı geri kazanma mərhələsı ayrı ayrı ele alınmıştır.
• Araçların günlük yolculuk və istasyona varış belirsizliği Monte Carlo modeliyle temsil edilmiştir.
• Batarya, DC–DC çevirici, VSC və şəbəkə nəzarətçiləri dinamik modele dâhil edilmiştir.
• Merkezi nəzarətçi, aqreqator və şarj mərkəzi səviyyəlerini içeren iyerarxik struktur kurulmuştur.
• Güç enjeksionunun zamanlaması iki fərqli üsulle müqayisə edilmişdir.
• Önerilən rampa tabanlı yaklaşma sabit güclü EV desteğiyle müqayisə edilmişdir.
• Şarj durumu değişimi və enerji keçidi araç istifadəına etkilər üçün göstərici olaraq sunulmuştur.
• 250–950 ms aralığında kommunikasiya gecikməsi duyarlılığı strukturlmıştır.
• Yöntem hem IEEE-9 hem IEEE-39 şin sisteminde sınanmıştır.
• Kalman filtrinin matrisleri və nümunələmə süresi ek bölümde vərilmiştir.
• Tədqiqat, büyük torda oluşabiləcek külək gücü salınımlarını məhdudiyyət olaraq açıqça belirtmiştir.

Tədqiqatnın məhdudiyyətləri

• Tədqiqat hakem qiymətləndirməsinden geçmemiş bir preprinttir.
• Sonuçların tamamı sayısal benzetimlere dayanmaktadır.
• Gerçek şarj stansiyası, elektrikli nəqliyyat vasitəsi və ya külək santrali ölçməü kullanılmamıştır.
• Donanım-döngüde və ya real vaxtlı sayısal benzetim strukturlmamıştır.
• Günlük yolculuk və varış dtorılımlarının incelenen uygulama bölgesini ne ölçüde temsil ettiği gösterilmemiştir.
• 2.000 araç, 50 kWh batareya və 7 kW şarj gücü tek ana küme strukturlandırmasıdır.
• Farklı araç modelleri, batareya kimyaları və dönüştürücü güçleri ayrı ayrı ele alınmamıştır.
• Başlangıç şarj vəziyyəti və eşik süresi denklemlerinde dəyişən diaqnozmı sorunları bulunmaktadır.
• Şarj merkezlerinin dtorıtım trafosu, hat akımı və gerilim sınırları modellenmemiştir.
• Elektrikli araç desteğinin reaktiv güc və yerel gerilim üzerindeki etkisi incelenmemiştir.
• Batarya yaşlanması yalnızca SoC değişimi və enerji keçidiyle temsil edilmiştir.
• Enerji istifadəı göstəricisinin birimi açıqlanmamışdır.
• Strategiya seçim eşiği \(d\) keyfî belirlenmiştir.
• \(\delta\) katsayısının seçim üsulu təqdim edilməmişdir.
• Senaryo numaralandırmasında birden fazla metin içi tutarsızlık bulunmaktadır.
• İletişim analizinde paket kaybı, kesinti və siber saldırı yoktur.
• Kullanıcı katılımı, ödeme, batareya garantisi və sözleşme struktursı incelenmemiştir.
• Gerçek tezlik hizmeti piyasası və grid kodu məhdudiyyətları modele eklenmemiştir.
• IEEE-39 şin sisteminde görülen artan külək gücü salınımları üçün azaltma üsulu geliştirilmemiştir.
• Tədqiqatnın mənbə kodu və benzetim dosyaları paylaşılmamıştır.

Tədqiqatnın desteklediği nəticələr

• Elektrikli nəqliyyat vasitəsi klasteri, incelenen modellerde qısamüddətli aktiv güc desteği storlayabilmektedir.
• Frekans minimumundan sonra vərilən destek, külək turbininin rotor sürəti geri kazanılırken sinxron generatorün yükünü azaltabilmektedir.
• Frekans minimumundan önce və sonra çalışan Strategiya II, IEEE-9 şin benzetiminde en iyi ümumi tezlik ölçütlerini üretmiştir.
• Rampa tabanlı desteğin aniden kesilmesi, sabit desteğin aniden kesilmesine göre ikincil tezlik dalgalanmasını azaltmıştır.
• Önerilən üsullar sabit dəstəkten daha aştorı şarj vəziyyəti değişimi göstərmişdir.
• Monte Carlo modeli seçilən parametrelerle yaklaşık 10 MW kullanılabilir küme gücü üretmiştir.
• İncelenen 250–950 ms gecikməler ümumi tezlik yanıtını tamamen bozmasa da güc injeksiyasınun zamanını və tepe dəyərini değiştirmiştir.
• Ortalama şarj vəziyyəti yükseldikçe elektrikli nəqliyyat vasitəsi kümesinin destek gücü və tezlik performansı iyiləşmiştir.
• Yöntem IEEE-39 şin sisteminde de tezlikın toparlanma davranışını iyiləştirmiştir.
• Elektrikli araç və külək turbini kontrolleri arasında salınım oluşturabiləcek qarşılıqlı təsirler bulunabilir.

Tədqiqatnın kanıtlamadığı nəticələr

• Tədqiqat real elektrikli nəqliyyat vasitəsi sahiplerinin sisteme katılactorını sübut etmir.
• Önerilən üsulun batareya ömrünü etkiləmediğini göstermemektedir.
• SoC değişiminin aştorı olması, elektrokimyəvi yaşlanmanın örütubətsiz olduğu anlamına gelmemektedir.
• 2.000 araçtan her koşulda 10 MW destek alınabiləceğini göstermemektedir.
• İletişim altstruktursının real sahəda 200–550 ms gecikməyle güvənilir çalışactorını validasiyamaktadır.
• Yöntemin paylayıcı şəbəkənde gerilim və ya trafo aşırı yükü oluşturmayactorını sübut etmir.
• IEEE test torlarındaki nəticələr real bir ölkə şəbəkəsine birbaşa aktarılamaz.
• Strategiya II’nin her olay büyüklüğü, külək hızı və yenilənebilir enerji nisbətında en iyi seçenek olduğu söylerütubətez.
• Sabit desteğin bütün uygulamalarda ikincil tezlik düşüşü oluşturactorı ümumilərütubətez.
• Önerilən kontrolün ekonomik olaraq kârlı olduğu gösterilmemiştir.
• Batarya garantisi, kullanıcı tazminatı və enerji piyasası ödemeleri dəyərlendirilmemiştir.
• Siber təhlükəsizlik və vəri gizliliği doğrulanmamışdır.
• Sistem real vaxtlı tədqiqatya hazır ticari bir ürün değildir.

Tədqiqatnın Yöntemi və Bulguları

Sayısal iş axını

1. DFIG külək turbininin maksimum güç noktası və sürətli tezlik dəstəyi dinamikleri modellenmiştir.
2. Destek sırasında rotor kinetika enerjisinden alınan enerji və bərpa enerji gereksinimi hesablanmışdır.
3. Elektrikli araçların günlük mesafe və varış zamanı mümkünlık dtorılımları müəyyən edilmişdir.
4. 2.000 araç və 10.000 Monte Carlo derütubətesiyle kullanılabilir küme gücü oluşturulmuştur.
5. Araç batareyası Shepherd lityum ion modeliyle temsil edilmiştir.
6. Batarya, DC–DC çevirici və şəbəkə btorlantılı VSC modeliyle entegre edilmiştir.
7. Merkezi EV nəzarətçisi, aqreqatorlar və şarj merkezlerinden oluşan üç qatlı struktur kurulmuştur.
8. PMU tezlik vərisinden Kalman filtriyle RoCoF tahmini strukturlmıştır.
9. RoCoF’nin pozitiv olduğu an tezlik minimumu olaraq algılanmıştır.
10. Kullanılabilir enerji \(d\) eşiğinin altında isə Strategiya I, üzerinde isə Strategiya II seçilmiştir.
11. Yöntem değiştirilmiş IEEE-9 şin torında 100 MW yük artımıyla sınanmıştır.
12. Frekans minimumuna dayalı başlatma, programlanmış FFR zamanına dayalı başlatmayla müqayisə edilmişdir.
13. Önerilən stratejilər sabit güclü elektrikli nəqliyyat vasitəsi desteğiyle müqayisə edilmişdir.
14. Batarya SoC değişimi və enerji keçidi dəyərlendirilmiştir.
15. 250–950 ms kommunikasiya gecikməsi duyarlılığı uygulanmıştır.
16. Farklı orta SoC seviyelerinin destek gücüne etkisi incelenmiştir.
17. Yöntem IEEE-39 şin torında 300 və 600 MW yük artışlarıyla tekrar sınanmıştır.

Temel sistem strukturlandırması

Strategiyalerin müqayisəlı işlevi

Ana bulguların btorlamlı xülasəi

Bilimsel nəticə

Tədqiqatnın en əhəmiyyətli sonucu, elektrikli nəqliyyat vasitələriın tezlik dəstəyinin yalnızca “ne kadar güç vərildiği” üzerinden değil, “gücün hansı anda və necə geri çekildiği” üzerinden tasarlanması gerektiğini göstermesidir. Sabit güclü destek ilk tezlik düşüşünü daha etkili biçimde bastırabilmekte; ancaq gücün ani kesilmesi yeni bir dengesizlik yaratabilmektedir.

Rampa tabanlı kontrol, elektrikli nəqliyyat vasitəsi gücünü külək turbininin rotor sürəti bərpaıyla eşleştirmektedir. Bu eşleştirme sayesinde sinxron generatorün aynı anda hem yük artımını hem de külək turbininin bərpa talebini karşılaması önlenmeye çalışılmaktadır.

Strategiya I araç sahiplerinin enerji istifadəını en fazla sınırlayan yaklaşmadır; ancaq ilk tezlik minimumunu belirgin biçimde iyiləştirmemektedir. Strategiya II daha fazla zaman aralığını kapsayarak ümumi tezlik performansını yükseltmektedir. Bu niyəle iki strateji arasındaki seçim, yalnızca kullanılabilir enerjiye değil; olay büyüklüğüne, tezlik təhlükəsizlik sınırlarına və kullanıcının asgari şarj gereksinimine göre strukturlmalıdır.

Tədqiqat, teknik olaraq umut vərici bir kontrol arxitekturası sunmaktadır; fakat sahə uygulaması üçün iyerarxik kontrolün dtorıtım torı sınırları, fərqli şarj operatörleri, piyasa ödemeleri, kibertəhlükəsizlik, kullanıcı razılıqı və batareya garantiləriyle birlikdə yeniden tasarlanması gerekir.

Kaynak və Yöntem Notu

Tədqiqatnın tam özgün adı: Collaborativə Frequency Support in Wind-Integrated Power Systems Using EVs with Reduced Impact on Vehicle Operation

Yazarlar və sıraları: Sunil V Chandran; Deepak M.

Eş birinci müəllif: Tədqiqatda eşit katkı və ya eş birinci müəlliflık bilgisi yer almır.

Sorumlu müəllif: PDF’de sorumlu müəllif yıldız və ya ayrı bir ifadeyle belirtilmemiştir. SSRN rəsmi metadata kaydı Deepak M’yi “Contact Author” olaraq göstərir.

Yazar e-posta adresleri:

• Sunil V Chandran: sunilvarickayil@gmail.com
• Deepak M: deepakm@nitc.ac.in

Kurum: Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology Calicut, NIT Campus P O, Calicut/Kozhikode, Kerala 673601, Hindistan.

Kurum və görev validasiyası: NIT Calicut’un rəsmi fakülte profilinde Deepak M, Elektrik Mühendisliği Bölümünde yardımcı doçent və güc sistemi müəssisə-kontrolü tədqiqatcısı olaraq yer almaktadır. Aynı profil Sunil V Chandran’ı Ağustos 2021’den itibaren Deepak M’nin doktora tədqiqatçıları arasında göstərir.

DOI: 10.2139/ssrn.6935132

Kaynak türü: Dinamik güc sistemi modellemesi, mümkünlıksal elektrikli nəqliyyat vasitəsi kümesi və kontrol sistemi benzetimi içeren preprint tədqiqat makalesi.

Yayın platformu: SSRN.

Resmî SSRN btorlantısı:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=6935132

DOI btorlantısı:https://doi.org/10.2139/ssrn.6935132

Yayın tarihi: PDF’de “Preprint submitted to Elsevier June 12, 2026” ifadesi bulunmaktadır. SSRN kaydı 13 Haziran 2026 tarihinde yayımlandığını göstərir.

Dergi: Hedef və ya kabul edilmiş dergi adı PDF’de belirtilmemiştir. “Elsevier’e gönderildi” ifadesi, hakem kabulü və ya dergi yayını anlamına gelmemektedir.

Yayınevi: Hakemli nihai yayın üçün yayınevi bilgisi yoxdur. Tədqiqat SSRN preprint platformunda yer almaktadır.

Hakemlik durumu: Tədqiqat resenziyadan keçməmişdir. Her sayfada “Preprint not peer reviewed” uyarısı bulunmaktadır.

Başlık metadata notu: SSRN qeyd sayfasındaki başlık, PDF’deki tam başlıktan fərqli və daha kısa görünmektedir. Bilimsel içerikte PDF’nin kapak sayfasındaki tam özgün başlık esas alınmıştır.

Finansman: Tədqiqatda ayrı bir maliyyələşdirmə beyanı yer almır.

Çıkar çatışması: Tədqiqatda ayrı bir maraqlar toqquşması beyanı yer almır.

Teşekkür: Tədqiqatçılar yazılım desteği və teknik yardım üçün EMTP ekibine teşekkür etmektedir.

Veri və kod kullanılabilirliği: Kaynak kodu, EMTP model dosyası, Monte Carlo betiği, test sistemi vəri dosyaları və ya açıq vəri deposu btorlantısı vərilməmişdir.

Yazar katkıları: CRediT və ya başka bir müəllif katkı beyanı yoxdur.

Bu türkcə açıqlama, yüklenen 32 sayfalık tədqiqatın metni, denklemleri, cədvəlları, kontrol şemaları, tor diyagramları, tezlik qrafleri, Monte Carlo dtorılımları, SoC müqayisəları, kommunikasiya gecikməsi analizleri və ek algoritması baştan sona incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel üsul və bulgular yalnızca tədqiqatda sunulan içeriğe dayanmaktadır. Dış mənbəlar yalnızca DOI, SSRN kaydı, ilətişim müəllifı və NIT Calicut qurum bilgilərinin bibliyoqraf doğrulanması amacıyla istifadə edilmişdir.

Tədqiqatnın temel məhdudiyyətləri; hakem qiymətləndirməsinden geçmemesi, real sistem vərisi kullanmaması, sahə və ya donanım validasiyası sunmaması, batareya bozulmasını yalnızca dolaylı göstəricilərle qiymətləndirməsi, dtorıtım torı sınırlarını içermemesi, enerji istifadəı birimini belirtmemesi, strateji eşiklerini optimize etmemesi və bazı denklem, dtorılım və senaryo diaqnozmlarında metin içi tutarsızlıklar bulunmasıdır.

Buna görə bildirilən 59,40 Hz tezlik minimumu, yaklaşık 10 MW küme gücü və −%1,83 SoC değişimi; real bir elektrikli nəqliyyat vasitəsi filosu və ya ölkə şəbəkəsi üçün müəssisə garantisi değildir. Bu dəyərlər, tədqiqatçıların seçtiği model, parametre, olay büyüklüğü və test torları altındaki sayısal nəticələrdır.