Theses supervised by Prof. Dr. Mehmet Salih Mamiş
19 theses · Osmaniye Korkut Ata University, İnönü University
Transformatörlerde durum izleme ve arızaların erken tespiti
Bu tez çalışmasında, transformatörlerde meydana gelen elektriksel arızaların tespiti ve durum izleme yöntemleri ele alınmıştır. Transformatörlerde sık karşılaşılan sarım-sarım kısa devre arızaları, kaynak gerilim dengesizliği ve laminasyon arızaları detaylı olarak incelenmiş ve bu arızaların erken aşamada tespiti için yenilikçi analiz yöntemleri kullanılmıştır. Sağlıklı durum ve arıza senaryolarına ilişkin sonuçlar ANSYS® Maxwell yazılımından elde edilen elektriksel ve manyetik parametrelerdeki değişimlerin incelenmesi ile değerlendirilmiştir. Özellikle faz akımları ve kaçak akı dağılımları incelenmiş; bu parametrelerdeki değişimlerin arızaların tespitinde kritik bir rol oynadığı belirlenmiştir. Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) yöntemi kullanılarak arıza sinyalleri frekans ekseninde analiz edilmiş ve sağlıklı ile arızalı durumlar arasındaki farklılıklar net bir şekilde ortaya konulmuştur. Analiz sürecinde, simetrik bileşenler yöntemi ile uzay vektör analizi ve faz açısı spektrumlarının analizi gibi teknikler kullanılarak arızalar hassas bir şekilde tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, transformatörlerde meydana gelen elektriksel arızaların erken aşamada tespit edilmesinin mümkün olduğunu ve farklı arıza türlerinin birbirlerinden ayrıştırılabileceğini göstermektedir. Bu çalışma, enerji iletim ve dağıtım süreçlerinin sürdürülebilirliğine katkı sağlayan hızlı ve etkin arıza tespit yöntemleri sunmaktadır.
Dağınık parametreli hat modelinin durum-uzayı modellenmesi ve analizi
Güç sistemlerinin güvenilirliği, sürekliliği ve kararlılığı açısından geçici rejim olaylarının doğru bir şekilde analiz edilmesi büyük önem arz etmektedir. Özellikle atmosferik kökenli darbeler, ani yük değişimleri, kısa devreler ve anahtarlama işlemleri gibi zamana bağlı hızlı değişen olaylar, sistem elemanlarında yüksek gerilim ve akım oluşturarak hem izolasyon sistemini zorlamakta hem de güç kalitesini olumsuz etkilemektedir. Bu tez çalışmasında, tek fazlı bir iletim hattının çeşitli geçici rejim analizleri yapılmıştır. İletim hattına güç transformatörü bağlıyken hatta anahtarlama durumu, yüklü iletim hattının yıldırım darbesine maruz kalması, hat sonuna güç transformatörü bağlıyken iletim hattının yıldırım darbesine maruz kalması, iletim hattındaki anahtarlamadan sonra arıza oluşması ve yıldırım darbesinden sonra arıza oluşması gibi durumlar ele alınmıştır. Geçici rejim çalışmalarında, dağınık parametreli iletim hattı, Heidler yıldırım modeli ve disk tipi sargı yapısına sahip güç transformatörü kullanılmıştır. Tüm modellerin geçici rejim analizi durum-uzayı yöntemiyle yapılmıştır. İndüktör akımları ve kapasitör gerilimleri durum değişkeni olarak seçilmiş ve durum denklemlerinin çözümü için trapezoidal entegrasyon yöntemi kullanılmıştır. Durum-uzayı yönteminde kullanılan eşdeğer devre ATP-EMTP'de çizilmiş ve simülasyonları yapılmıştır. Her iki yöntemin sonuçları karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçların birbirini destekler nitelikte olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada, arıza direnci, topraklama direnci ve adım aralığının değerleri değiştirilerek gerilim dağılımı, dalga formları ve maksimum gerilim seviyeleri üzerindeki etkileri detaylı şekilde analiz edilmiştir. Önerilen yöntem, geçici rejim esnasında iletim hattının ve transformatör sargılarının gerilim-akım karakteristiklerini etkili bir biçimde modellemektedir. Durum-uzayı yaklaşımının, güç sistemlerinde geçici rejim analizine yönelik uygulanabilir bir seçenek olduğu ve koruma cihazları ile sargı izolasyonu tasarımına katkı sağlayabileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Farklı çaplarda kanat modelleri ile güneş bacası enerji sisteminden elektrik üretim verimliliğinin incelenmesi
Güneş Bacası Enerji Santrali üç temel bileşenden oluşur: güneş kolektörü, baca ve türbin. Kolektörün altındaki hava sera etkisi ile ısınır, ısınan havanın yoğunluğu azalır ve kolektörün merkezindeki bacaya doğru yükselir. Böylece baca girişine konulan türbinden elektrik üretilir.Bu çalışmada, Adıyaman Üniversitesi yerleşke alanı içine kurulan 15 m yüksekliğinde 0.8 m çapında baca ve üzeri 0.004 m kalınlığında saydam cam döşenerek, maksimum 27 m çapında kolektöre sahip Güneş Bacası Enerji Santral sisteminden ölçümler alınmıştır. Bu amaçla günün belirli saatlerinde baca içindeki hava akış hızı ve sıcaklığı, ortam sıcaklığı, ortam rüzgâr hızı, kollektörün sera etkisi ile ısınan zemin sıcaklığı, kollektör altındaki sıcaklık ve hava hızı, farklı çaplarda türbinlerin devir sayısı ve Adıyaman güneş ışınım değerleri ölçülerek değerlendirilmiştir.Yapılan bu çalışmada güneş ışınımı, çevre sıcaklığı, baca yüksekliği ve çapının, kolektörün altındaki zeminin güneş ışınım emilim oranı sistemin verimlilik performansını etkileyen parametreler olduğu belirlenmiştir. Türbin montajının yapılacağı noktada sıcaklık ve hava hızının en yüksek olduğu görülmüş, ayrıca 0.8 m çaplı 3 kanatlı türbin modelinin sistem için en verimli model olduğu belirlenmiştir. Çalışma sonucunda Güneş Bacası Enerji Santralinin Adıyaman için bir alternatif enerji kaynağı olabileceği neticesine varılmıştır.
Güneş enerjisi dağıtım sistemlerinde pv-statcom'un etkilerinin incelenmesi
Fosil yakıt kaynaklarının gittikçe azaltmakta olması ve çevreye olan zararlı etkilerinden dolayı, son yıllarda yenilenebilir enerji sistemlerine olan ilgi artmıştır. En çok kullanılan yenilenebilir enerji türleri rüzgar, güneş, hidroelektrik ve jeotermal enerji sistemleri tarafından üretilir. Türkiye'de son yıllarda rüzgar enerjisinden sonra en çok tercih edilen yenilenebilir enerji kaynağı olarak güneş enerjisi üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır. Güneş ve rüzgar enerjisi sistemlerinde kullanılan STATCOM, son zamanlarda tercih edilen reaktif güç kompanzasyonu ve gerilim kontrolü için sıkça kullanılan bir eleman olma yoluna girmiştir. Bu çalışmada, bir güneş enerjisi santralinde STATCOM elemanından yararlanarak dağıtım hattında gerilim regülasyonu ve reaktif güç değişimi incelenmiştir. Güneş enerjisi santrali ve STATCOM içeren sistemin, MATLAB ortamında benzetimi yapılmıştır. STATCOM kontrolünde Bulanık Mantık ve PI denetleyici kullanılmıştır. Çalışmanın sonucunda, STATCOM'un sistem performansını artırabileceği, gerilim düzenleyici olarak kullanılabileceği ve reaktif gücü dengeleyebileceği belirlenmiştir. Ayrıca STATCOM'un aktif gücü kararlı bir şekilde sağlayabileceği ve reaktif güç kompanzasyonu için reaktif güç alışverişini oldukça kısa bir sürede gerçekleştirdiği gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Güneş Enerjisi, PI Denetleyici, STATCOM, Bulanık Mantık
Fotovoltaik santrallerin uzaktan izlenmesi veaşırı öğrenme makinaları ile ileriye yönelik üretim tahmini
Geçmişten günümüze fosil yakıt türlerinin aşırı kullanılmasından dolayı ortaya çıkan rezerv azalması ve çevresel sorunlar elektrik enerjisi üretiminde yenilebilir enerji kaynaklarının gün geçtikçe önem kazanmasına neden olmuştur. Tükenmeyen enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisini direkt elektrik enerjisine dönüştürebilen fotovoltaik paneller, güvenilir ve temiz bir üretim aracı olarak bilinmektedirler. Fotovoltaik güneş enerjisine dayalı santral sayısının gün geçtikçe artmasıyla birlikte santrallerin izlenmesi ve bir güneş santralinin panel ölçeği bakımından güneş ışınımı, rüzgâr, sıcaklık, nem vb. gibi verilerinden faydalanılarak geleceğe yönelik belirli bir dönem için üretim performans tahmini büyük önem kazanmıştır. Bu çalışmada panel verimini etkileyen faktörlerin göz önüne alınması ve değerlendirilmesi aynı zamanda bu faktörlerden yola çıkarak aşırı öğrenme makinaları (Extreme Learning Machines-ELM) ile ileriye yönelik enerji üretim tahmininin yapılması amaçlanmaktadır. Bunun için bir adet FV panel ile şebekeye bağlantısız bir sistem kurulmuştur. Sistemin bulunduğu panelden elde edilen akım, gerilim ve aynı zamanda panellere etki eden güneş ışınımı, rüzgâr, sıcaklık ve nem gibi meteorolojik değerler uygun sensörler ile periyodik olarak ölçülmüştür. Ölçülen bu veriler panellerin bulunduğu ortama yerleştirilen ESP8266 tabanlı Arduino kartı ile kaydedilmiştir. Bu verilerden yola çıkarak panellerin performansı değerlendirilmiştir. Son olarak sistemin üretim performansı takibinin anlık olarak değerlendirilmesi olanağı sağlanmıştır. Bunun için Extreme Learning Machine (ELM) kullanılmıştır. Meteorolojik değerler güneş ışınımı, nem ve sıcaklık ELM'ye girdi olarak girilecek ve literatürden farklı olarak sistemin belirli bir dönem için üretim performansı tahmini yapılmıştır.
Malatya' da bulunan güneş enerji santrallerine ait üretim verilerinin analiz edilmesi
Enerji ihtiyacının artması, fosil enerji kaynaklarının tükenmesi ve bunların çevreye verdiği zararla birlikte alternatif enerji kaynaklarının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Bu nedenle alternatif enerji kaynaklarından olan Güneş Enerji Sistemleri giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada, Malatya ilinde bulunan güneş enerji santralleri ile ilgili çalışmalar incelenmiş ve bunlara ait üretim analizleri yapılmıştır. Uygulama olarak, birinci yöntemde Malatya ilinde Battalgazi ve Yeşilyurt İlçelerinde lisanssız olarak üretim yapan 0.99 MW gücünde 8 farklı Güneş Enerji Santralinin arazi bilgileri ve teknik bilgileri ile birlikte 2021 yılı Mayıs ayının 10. günü, 11. Günü ve 12. Günlerine ait günlük toplam enerji üretimlerinin analizleri yapılmıştır. İkinci yöntem olarak da Malatya ili Battalgazi ilçesinde aynı bölgede bulunan kurulu güçleri farklı güneş enerji santrallerine gidilerek meteoroloji istasyonu kurulumu yapılmıştır. Aynı zaman diliminde aynı güneş ışınım değerleri ile anlık üretimleri incelenerek gerekli üretim analizleri yapılmıştır. Meteoroloji istasyonu verileri ile 3 farklı güneş enerji santralinin üretimlerinin kıyaslanması sağlanmaktadır. Ülkemizde artan nüfus ile artan enerji ihtiyacını karşılamak üzere yenilebilir enerji kaynaklarının önemli olduğu bu dönemde yapılan GES' lerin tesis edilmeden önce arazilere uygun şekilde projelendirme yapılması ve mühendislik hizmetlerinin ihmal edilmemesi gerektiği anlaşılmıştır. Sonuç olarak analizi yapılan birinci yöntem ve ikinci yöntem sonuçlarında Malatya ilinde bulunan güneş enerji santrallerinin panellere ait üretim yıllarının yeni olması, monokristal panel kullanımı ve diziler arasındaki mesafelerin fazla olması üretimleri etkileyen faktörler olarak öne çıkmış bulunmaktadır.
Blokzincir ile enerji ticareti ve akıllı sözleşmeler
Küreselleşen dünyanın enerjiye evrensel erişimini zorunlu kılması, artan enerji ihtiyacının karşılanma zorluğu ve enerji dağıtımının mevcut düzene yetememesi gibi unsurlar yeni bir dağıtım teknolojisine ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir. Enerji sektöründe enerjiye bu denli ihtiyacın olduğu dördüncü sanayi devrimini yaşadığımız bu dönemde enerjiyi akıllı kullanmak enerji üretiminin de önüne geçmektedir. Gelişen teknolojiyle birlikte enerji dağıtım sistemlerinde pek çok yenilik yapılmıştır. Özellikle akıllı şebekelerle kurulmuş sistemler enerji kullanımını daha verimli hale getirmiştir. Ancak uzun iletim hatlarından kaynaklanan kayıp ve aracılara ödenen ekstra maliyet tüm kullanıcılara eşit olarak dağıtılmaktadır. Bu soruna çözüm olarak; birçok alanda uygulanabilirliği hala tartışılmakta olan blokzincir teknolojisinin enerji ticaretinde uygulayarak enerjinin evrensel dağıtımının yapılacağı bir dünya önerilmektedir. Blokzincir teknolojisinin uyum sağladığı dağıtık defter sistemini anlamak, uygulayabilmek, zorlukların ve fırsatların sistematik bir şekilde inceleyebilmek enerji piyasalarına yön verebilmek açısından çok önemlidir. Bu tez çalışmasında yenilenebilir enerji ve dijitalleşmenin artan kullanımı ile blokzincir tabanlı enerji ticareti için arz ve talebin birleştirilmesi, dağıtımının izlenebilmesi, akıllı sözleşmeler, P2P enerji ticareti gibi sürdürülebilir kalkınma planlarının olmazsa olmazı olan enerji dağıtımı değerlendirilmiştir. Ayrıca kullanıcıların kaydedildiği ve enerji ticaretinin yapıldığı bir web sayfası tasarlanmıştır. Akıllı sayaçlarla belirlenen üretilen ve tüketilen ortalama enerji miktarları enerji alıcısı tarafından görülebileceği ve tüm satıcılar, alıcıya olan uzaklığa göre listelenerek daha yakın satıcıdan daha ucuz enerji satın alabileceği bir sistem tasarlanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla oluşan bir ekosistemde adrese dayalı bir ödeme sistemi önerilmiştir. Remix editöründe Solidty diliyle oluşturulmuş bir akıllı sözleşme yazılmıştır.
Transformatör arızalarının geçici rejim ve sinyal izleme teknikleri ile tahmini
Temelde gerilim ve akım dönüştürme elemanı olan transformatörün, elektrik enerjisi iletim ve dağıtım ağında önemli bir işlevi bulunmaktadır. Statik ekipman ve sağlam yapıya sahip olan transformatör, normalde uzun süre şebekede kararlı ve güvenilir bir şekilde çalışabilmektedir. Transformatör arızaları birçok suiistimal ve bakım eksikliğinden kaynaklanabilmektedir. Transformatörde gerçekleşen arıza transformatör sargılarının işlevlerini yerine getirmesini engelleyecek düzeyde olursa sonuç normal yaşamın ve endüstriyel faaliyetlerin durmasına yol açabilir. Bu nedenle transformatörlerin korunması önem kazanmaktadır. Bu çalışmada transformatörün hesabi değerlerinden aksesuarlarına kadar genel değerleri hakkında bilgi verilmiştir. Transformatörlerin kalitesini belirleyen ve işletmede transformatör genel durumu hakkında bilgi veren transformatör testlerinin uygulama yöntemleri ve test sonuçları incelenmiştir. Transformatörler arızaya geçmeden önce geçici rejim ve sinyal izleme teknikleri ile transformatörlerde oluşacak arızaların önceden tespitinin nasıl yapılacağı hakkında bilgi verilmiştir. Aşırı sıcaklığa maruz kalan transformatörün arızaya geçmeden sinyal izleme teknikleri ile arıza almadan devreden çıkarılmasını sağlayan algoritmalar belirtilmiştir. Herhangi bir sebepten aşırı titreşim oluşturan transformatörün titreşim sinyalleri izlenerek daha büyük arıza almadan devreden çıkarılmasını ve kontrol edilmesini yol gösteren bir algoritma hazırlanmıştır. Doğa olaylarından veya anahtarlama esnasında oluşan yıldırım darbe gerilimlerinin darbe tipleri hakkında bilgi verilmiş ve darbe gerilimleri incelenmiştir. Arızalı transformatörün elektriksel kısmına bakılarak transformatör arıza sebeplerinin nasıl anlaşılacağı hakkında bilgi verilmiştir. ATP programında 1000 kVA dağıtım tip bir transformatörün simülasyonu yapılarak yıldırım darbe deneyi uygulanmış ve delinme olayı gözlemlenmiştir. Çalışmanın sonunda Malatya ilinde bulunan bir Transformatör Faraday Kafesi ve Yıldırım Darbe Test Laboratuvarında Yıldırım Darbe Gerilim Jeneratörü kullanılarak 1000 kVA 33-0,4 kV Dyn11 Bakır sargılı bir transformatöre IEC 60076 standardına göre Tam Dalga Yıldırım Darbe Deneyi uygulanmıştır. Test sonucunda oluşan yıldırım darbe sinyalleri ve grafikleri verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Transformatör, Geçici rejim, EMTP-ATP, Arıza Tahmini.
Güç transformatörlerinin modellenmesi ve elektromanyetik alan analizlerinin gerçekleştirilmesi
Enerji iletim ve dağıtım sistemlerin en önemli elemanlarından biri olan transformatörler yüksek maliyet ve uzun zaman alan çalışmalar neticesinde üretilebilmektedir. Üretim sürecindeki bir transformatörün mekaniksel, elektriksel ve manyetiksel özelliklerinin bilinmesi gereklidir. Tasarımı yapılacak transformatörlerin hedeflenen değerlerde ve verimlilikte çalışabilmesi için güvenilir bir simulasyon programı ile modellenmesi, test kriterlerinin sağlanması, sonradan ortaya çıkabilecek problemlerin en aza indirgenmesi açısından önemlidir. Gelişen bilgisayar teknikleri sayesinde bir simulasyon programı aracılığıyla tasarım hataları belirlenerek bunların düzeltilmesi mümkün olabilmektedir. Bu tez çalışmasında transformatör benzetiminde oldukça yaygın olarak kullanılan ANSYS Maxwell 2D ve 3D paket yazılımı kullanılmıştır. ANSYS Maxwell programı kullanılarak transformatörün bobin ve nüvesindeki manyetik alan yoğunluğu, manyetik alan şiddeti, manyetik akı çizgileri, akım yoğunluğu değerleri ve vektörel dağılımının, transformatör kayıplarının incelenmesi amaçlanmıştır. Biri tek fazlı 90 VA, diğeri üç fazlı 15 MVA güç transformatörü olmak üzere iki farklı tip tranformatör ele alınmıştır. ANSYS Maxwell programının Sonlu Elemanlar Yönteminden faydalanılarak tasarımlarda ayarlanan süre için transformatörlerin, 2D ve 3D modellerine ait akım, gerilim, manyetik alan değerleri, akım yoğunlukları, kayıplar ve B-H eğrileri simulasyonlar ile incelenmiştir. Tek fazlı 90 VA transformatörün etiket bilgileri göz önünde bulundurularak elektriksel ve fiziksel değerleri laboratuar ortamında deneysel çalışmalarla ölçülmüş, bu ölçümlerden yola çıkılarak gerekli parametreler ve değerler hesaplanmıştır. Teorik olarak hesaplanan değerler, deneysel çalışma sonuçları ve ANSYS Maxwell programıyla hesaplanan değerler için karşılaştırma yapılmıştır. Deneysel çalışma sonuçlarının ve programda oluşturulan modele ait sonuçların birbirini teyit ettiği görülmüştür. Üç fazlı 15 MVA transformatör için ise tasarım öncesi değerler kullanılarak program aracılığıyla transformatörün elektromanyetik alan dağılımı nüvede ve sargılarda incelenmiştir. Transformatör modelinde nüve malzemesi olarak, program kütüphanesinde bulunan M530-50A seçilmiştir. Nüve etrafında uygun sargı yapısının kullanılmasıyla transformatörün nüve ve bakır kayıplarının bir miktar daha düşük olabileceği yapılan çalışmalar ile görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER: Güç transformatörü, sonlu elemanlar yöntemi, elektromanyetik analiz, transformatör kayıpları
Güneş enerji sistemlerinin performans tahmini için yapay sinir ağları ile modellenmesi ve verimliliğin incelenmesi
Fotovoltaik panel uygulamalarındaki en büyük problemlerden biri ilk kurulum aşamasında sahip oldukları yüksek maliyetlerdir. Fotovoltaik santraller ile ilgili projelendirme ve yatırımlar için enerji santralinin tesis edileceği bölgenin güneş enerjisi potansiyelinin önceden bilinmesi son derece önem arz etmektedir. Fotovoltaik panellerin ürettiği elektrik enerjisi miktarı, başta güneş ışınımı olmak üzere, hava sıcaklığı, nem oranı, rüzgâr hızı ve fotovoltaik panel sıcaklığına bağlıdır. Fotovoltaik uygulamalarına ilişkin projelendirme ve planlama çalışmalarında kullanılacak panellerin çıkış yüklerini önceden bilmek daha doğru bir maliyet yapılandırması sağlayacağından hatalı yatırımlar önlenmiş olacak ve ülke bütçesine katma değer sağlanacaktır. Bunun için panellerin işletileceği bölgeye ait standart olmayan test koşullarını içeren meteorolojik parametrelerin panel gücü üzerindeki etkilerinin önceden saptanması önem teşkil etmektedir. Bu tez çalışmasında çevresel faktörler açısından birbirinden farklı üç bölgede (Adıyaman-Malatya-Şanlıurfa) kurulan ölçüm istasyonları ile çevresel faktörler (güneş ışınımı, sıcaklık, rüzgâr, nem, PV panel sıcaklığı) ve fotovoltaik panellerden elde edilen güç değerleri 1 yıl süre ile ölçülerek kaydedilmiştir. Oluşturulan büyük veri seti üzerinde Yapay Sinir Ağları (YSA) algoritmaları kullanılarak üretilecek güç tahmini için modelleme yapılmıştır. Eğitilen YSA modellerinde %99.93 oranında doğruluk ile tahmin gerçekleştirilmiştir. Meteoroloji Genel Müdürlüğü verileri referans alınarak Adıyaman ili verileri eğitim için kullanılarak YSA modelleri eğitilmiş ve Malatya ile Şanlıurfa verileri test verileri olarak kullanılarak yüksek oranda doğrulukla tahminleme gerçekleştirilmiştir. Eğitilen YSA algoritmaları modelinde, Adıyaman Meteoroloji Müdürlüğü verileri kullanılarak yüksek oranda doğruluk ile güç tahmini gerçekleştirilmiştir. Eğitilen YSA modeli ile Destek Vektör Regresyon modeli sonuçları ile karşılaştırma yapılmış ve YSA ile daha yüksek doğruluk ile tahmin gerçekleştiği görülmüştür. Ayrıca meteorolojik verilerin her birinin etkisi ile veri toplama sıklığının YSA sonuçları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Çalışma sonucunda eğitilen yapay sinir ağları modelleri ile dünyanın herhangi bir yerindeki farklı bölgelere ait sıcaklık, nem, rüzgâr, güneş ışınımı gibi meteorolojik parametreleri kullanılarak tesis edilmek istenen fotovoltaik enerji sistemleri için güç tahmini yüksek oranda bir doğrulukla tahmin edilebilecektir. ANAHTAR KELİMELER: Çevresel faktörler, fotovoltaik, verim, yenilenebilir enerji, Yapay Sinir Ağları
Transformatörlerin elektromanyetik alan ve ısıl analizlerinin sonlu elemanlar kullanılarak gerçekleştirilmesi
Güç transformatörlerinin tasarımında, transformatörün kullanılacağı sistem ve sisteme aktaracağı elektriksel güç, sistemin devamlılığı ve güvenliği açısından önemlidir. Üretim sürecindeki bir transformatörün mekaniksel, elektriksel ve manyetiksel özelliklerinin bilinmesi gereklidir. Tasarımı yapılacak transformatörlerin hedeflenen değerlerde ve verimlilikte çalışabilmesi için güvenilir bir simulasyon programı ile modellenmesi, test kriterlerinin sağlanması, sonradan ortaya çıkabilecek problemlerin en aza indirgenmesi açısından önemlidir. Bu tez çalışmasında transformatör benzetiminde yaygın olarak kullanılan ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) dayanarak çözüm gerçekleştiren ANSYS@Maxwell simülasyon programı kullanılmıştır. Bu program kullanılarak transformatörlerin çoklu fizik analizlerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda transformatörün malzeme orantıları, modelin geometrisi, her bir yüzey için ısı transfer katsayıları, ferromanyetik etkileri, manyetik malzemelerin özellikleri ve non-lineer davranışları program ortamında giriş değerleri olarak tanımlanmıştır. Manyetik alanın ve sıcaklık dağılımlarının doğru sonuçları için elektromanyetik ve ısı akış alanı denklemleri sayısal yöntemler ve analitik yöntemler kullanılarak çözümlenmiştir. Nüvenin en yüksek sıcaklığı, manyetik akı yoğunluğunun maksimum olduğu bölgelerde elde edilmiştir. Bu bölgelerde fazla ısının meydana geldiği ve buna bağlı olarak kayıpların çok olduğu belirlenmiştir. Modellerin performansları analitik olarak belirlenen transformatör performansıyla ve deneysel olarak belirlenen transformatör performansıyla karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçların literatürle çok iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür. Sargıların ve nüvenin optimizasyonunu sağlanmış, sargılarda oluşan elektromanyetik kuvvetler hesaplanmış, sargı ve nüvedeki ısı dağılımları belirlenmiş, elektrostatik alan dağılımları incelenmiş, yıldırım darbesi durumundaki elektrik alan dağılımı incelenmiş, sorunlu bölgeler tespit edilmiş ve farklı transformatör modellerinin değişik koşullardaki toplam kayıpları ve termal etkileri elde edilerek tasarım parametreleri belirlenmiştir. Kullanılan yöntem, prototip sayısının azaltılması, maliyetin düşürülmesi, üretim sürecinin kolaylaştırılması ve teknik performansın arttırılması gibi faydalar sağlamaktadır.
Stirling motorlu güneş takip sisteminin tasarımı ve fotovoltaik panel sistemiyle verim yönünden karşılaştırılması
Günümüzde fosil bazlı kaynakların hızla tükenmesi ve fosil yakıtların çevreye vermiş olduğu zararlar, insanoğlunun alternatif enerji kaynaklarına yönelmesine sebep olmuştur. Enerji ihtiyacının devamlı artması nedeniyle gelecekte enerji darboğazlarının yaşanmaması adına yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından en bol olanı ve en kolay bulunanı güneş enerjisi olup, ülkemiz güneş enerjisi açısından yüksek bir potansiyele sahiptir. Bu çalışmada Dünya'da ve Türkiye'de güneş enerji potansiyeli, güneşten elektrik üretme yöntemleri ve literatür bilgilerine değinilerek, geçmişten günümüze güneşten elektrik üretiminin gerek maliyet gerekse verimlilik-performans ilişkisi analiz edilmiş, çeşitli sabit fotovoltaik (FV) panel sistemleri, güneş takip sistemleri ve Stirling Motorlu Güneş Takip Sistemleri (SMGTS) örnek tasarımları incelenmiştir. Öncelikle ANSYS Product 13.5 ve Ideal Adiabatic v.1.x Stirling Engine simülasyon programlarında çalışmalar yapılmış olup displacer uçları arası sıcaklık farkının arttırılması yöntemiyle yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyulmadan elektriksel verimin arttırılabileceği görülmüştür. Beta tipi bir Stirling motorun tasarım ve imalatı gerçekleştirilerek güneş takip sistemine montajlı Stirling motorun güneş enerjisiyle çalışması incelenmiştir. SMGTS, sabit FV panel sistemi ve Güneş takip sistemli FV panel sistemi elektriksel üretim ve verimlilik açısından karşılaştırılmış olup, elde edilen sonuçlarda sabit FV panel sistemine göre güneş takip sistemli FV panel sisteminin ortalama %25.7 ve SMGTS'nin ise %32 daha verimli olduğu görülmüştür. Sabit ve hareketli FV sistemler ile SMGTS'ler için maliyet analizi yapılarak elektriksel bazda verimi arttıracak önerilerde bulunulmuştur. Sonuç olarak uygulaması gerçekleştirilen Stirling motorlu sistem gibi yoğunlaştırılmış güneş enerji sistemleri kullanılarak sıcaklık ortalaması yüksek olan bölgelerde güneşten elektrik üretim kapasitesinin daha fazla arttırılabileceği tespit edilmiştir.
Güneş santrallerinde verim arttırma teknikleri
Fosil yakıtların sınırlı olması, çevreyi kirletmesi ve iklim değişikliğine yol açması nedeniyle alternatif enerji kaynaklarından biri olan fotovoltaik sistemler (PV) ile elektrik üretimi üzerine araştırma ve geliştirme çalışmaları son yıllarda oldukça yoğunlaşmış ve birçok güneş enerji santrali kurulmaya başlanmıştır. Bu doğrultuda güneş enerji santrallerindeki kayıpları azaltmak ve bu santrallerden maksimum verimlilik elde etmek için çalışmalar önem kazanmıştır. Bu tezde güneş panellerinde verimi etkileyen yöntemler; Güneş Takip Sistemi (GTS), sıcaklık etkisi, tozlanma etkisi deneysel olarak incelenmiş ve sistemden yüke maksimum güç aktarımını sağlayan çeşitli Maksimum Güç Noktası Takip sistem (MGNT) yöntemlerinin performans üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Güneş takip sisteminde gün içerisinde farklı açılarla yeryüzüne ulaşan güneş ışınımlarının açıları bir takip edici yardımıyla belirlenerek, tespit edilen bu açılarla panellerin konumlandırılması sağlanmıştır. Bu şekilde Dünya'nın doğu-batı ekseninde günlük hareketi sonucu oluşan ışınımın yön değiştirmesinin güneş enerji sistemi üzerindeki zayıflatıcı etkileri azaltılmıştır. Bu sistem, PV panellerinin bir MATLAB simülasyon modeli oluşturulmuş ve PV panel çıkışına MGNT kontrol ünitesi eklenerek MGNT ile çıkış gücü kontrol edilmesi sağlanmış ve MGNT kontrol ünitesi sayesinde panelin çıkışından yüke aktarılan gücün maksimum noktada olması sağlanmıştır. Çalışma kapsamında fotovoltaik yapılarda verimliliği azaltan yukarıda belirttiğimiz önemli unsurların güneş takip sistemi ve maksimum güç noktası takip sistemi ile minimal seviyelere çekilmesiyle bu sistemlerin elektriksel etkinlikleri arttırılmıştır. Paneldeki yüksek sıcaklık ve panel yüzeyindeki tozlanmanın da panellerin verimliliğindeki azaltıcı etkisi ortaya çıkarılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: PV, Güneş Tkip Sistem (GTS), Maksimum Güç Noktası Takip Sistemi (MGNT), MMN, Güneş Paneli, DC/DC Dönüştürücü, MATLAB/Simulink.
Yenilenebilir enerji kaynaklarını içeren mikro-şebeke sistemlerin akıllı yönetimi
Bu tez çalışmasında güneş ve rüzgar enerjisi santralleri ve atıktan enerji tesisi (AET)'nden oluşan dağıtık yenilenebilir enerji kaynakları ve pompaj depolamalı hidroelektrik santral (PHES) ünitesinden oluşan dağıtık depolama ünitesinin olduğu bir mikro şebekenin akıllı yönetimi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, şartlı akış algoritması ile enerji dengeleme ve depolama süreçleri tanımlanmış ve otonom şebeke yönetim sistemi geliştirilmiştir. Bu sistemin ürettiği, başarılı yönetim kalıpları aşırı öğrenme makinalarının (AÖM) eğitiminde kullanılmış ve AÖM ile mikro şebekenin akıllı yönetimi gerçekleştirilmiştir. Matlab ve PowerWorld ortamlarında geliştirilen simülasyon modelleri ile önerilen yöntemin farklı üretim ve tüketim senaryoları için testleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Bu simülasyon çalışmalarında, güneş ve rüzgar santralleri ile AET'den oluşan yenilenebilir kaynakların üretim profili modellemeleri, dağıtık depolama ünitesinin davranışsal modeli ve farklı talep koşullarının analizi için ise hane, hastane ve okullardan oluşan değişken talep modelleri kullanılmıştır. Güçlü, zayıf ve ada modu durumları için hem PHES'in olduğu hem de olmadığı durumlar ayrı ayrı analiz edilmiştir. Bu analizlerin sonucunda ise PHES'in olduğu ve olmadığı durumlarda mikro şebekenin dağıtım şebekesi ile olan enerji alışverişi oranları çıkarılmış olup, mikro şebekenin ana şebekeye olan bağımlılığını değerlendiren veriler elde edilmiştir. Ayrıca mikro şebekenin ana şebekeden hiçbir şartta enerji almadığı, ancak enerji verebildiği PHES'li ada modu durumunda çalışabilmesi için gerekli yenilenebilir enerji kaynağı sayıları ise doğrudan ayrıntılı arama metodu kullanan bir algoritma ile elde edilmiştir.
İletim hatlarında arıza yeri ve türünün geçici rejim sinyalleri ve makine öğrenme algoritmaları ile belirlenmesi
Bu tez çalışmasında, enerji iletim hatlarında oluşan kısa devre arızalarının yeri ve türünün belirlenmesi için geçici rejim dalga yayılımı temelinde farklı makine öğrenme algoritmaları kullanılmıştır. Geçici rejim durumunda alınan akım ve gerilim sinyallerine Hızlı Fourier Dönüşümü uygulanarak elde edilen spektrumdaki geçici rejim harmonik frekansları ve yürüyen dalga temelli frekans-arıza uzaklığı bağıntısı sayesinde arıza noktası tahmin edilmiştir. Arıza yeri bulma algoritması hem seri kompanzasyon bulunmayan hatlar için, hem de farklı oranda seri kompanzasyon uygulanmış hatlar için benzetim çalışmaları ile test edilmiştir. Arıza türünü belirlemek için ise kısa devre sırasında örneklenen bir periyot uzunluğundaki hat akımlarının etkin değerleri, bu etkin değerlerin birbirlerine oranları, hat akımlarına modal dönüşüm uygulanması sonrası elde edilen modal bileşenlerinin etkin değerleri ve bu etkin değerlerinin birbirlerine oranları kullanılmış ve gerekli sınıflandırma özellikleri elde edilmiştir. Bu özellikler birçok farklı makine öğrenme algoritması ile kullanılarak arıza türleri sınıflandırılmıştır. Alternative Transients Program-ATP/EMTP iletim hatlarını modellemek ve arıza durumundaki geçici rejim sinyallerini elde etmek için kullanılırken, arıza yeri ve türü tespiti için gerekli algoritmalar MATLAB ortamında geliştirilmiştir. Arıza sınıflandırmasında kullanılan birçok makine öğrenme algoritması için ise WEKA programı kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, sadece hat fiziksel özellikleri veya elektriksel parametreleri ile kaynak endüktans değerinin bilinmesi ile arıza yerinin ve arıza türünün bulunabildiği görülmüştür. Yayılan dalgaların kaynak endüktansından etkilenmemesi için arıza yerinin belirlenmesinde kompanze edilmemiş hat için Aşırı Öğrenme Makinesinin regresyon özelliği kullanılmış, seri kompanzasyon uygulanmış iletim hattı için ise Dalga Formu Gevşeme Yöntemi kullanılmıştır. Geçici rejim sinyalleri ve Aşırı Öğrenme Makinesi kullanılarak arıza yeri ve türünü belirlemek için geliştirilmiş algoritmalar Dijital Sinyal İşlemcisine gömülerek, laboratuvar ortamında gerçek zamanlı test edilmiştir.
Enerji iletim hatlarında ark arızası yerinin yürüyen dalga yöntemleri ile belirlenmesi
Bu tezde Enerji İletim Hatlarında (EİH) oluşan ark arızası benzetimi ark modelinin benzetim ortamına aktarılması vasıtasıyla yapılmış ve ark arızası yeri Yürüyen Dalga (YD) yöntemleri ile belirlenmiştir. Daha önce normal arıza koşullarında arıza yeri için sunulan Geçici Rejim Frekans Spektrumu (GRFSA) yöntemi; arıza tespit, veri boyutunun sınırlandırılması ve kaynak empedansı etkisinin farklı şekilde azaltılması geliştirmeleriyle bu tezde sunulmuştur. İki uçtan alınan senkron zaman alanı verisi ile YD ulaşma zamanlarını belirlemek için sunulan Yaklaşık Türev (YT) yöntemi bu tezde, ilk defa, tek uçtan alınan veri ile uygulanmıştır. YD teorisinden faydalanılarak, yansıyan YD'lar işaret değişimine dayalı kapsamlı bir algoritma ile ayrıştırılmıştır. YT aynı zamanda arıza tespit için sunulmuştur. Arıza tespit sayesinde yöntemin ihtiyaç duyduğu kısıtlı veri ile arıza yeri yüksek doğruluk oranı ile belirlenmiştir. Arıza tespit yöntemi sayesinde kısıtlanan veri boyutu, yöntemlerin daha hızlı sonuç vermesini sağlamıştır. Bu sayede arkın yıkıcı etkilerinin azaltılması hedeflenmiştir. Sunulan her iki yöntemin arkın lineer olmayan karakteristiğinden etkilenmediği ispatlandığı gibi, güç sistemlerinde oluşan değişken durumlara tepkileri incelenmiştir. Ayrıca, sinyallerdeki gürültünün yöntemlere etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak yöntemlerin önceki çalışmalarla karşılaştırılması ile etkinlikleri ve özgünlükleri kanıtlanmıştır. Benzetimler ATP/ EMTP ortamında, arıza tespit ve arıza yeri hesaplamaları ise MATLAB'ta yapılmıştır.
Transformatör iç arklarının geçici rejim sinyal işleme ve makine öğrenme yöntemleriyle erken tespiti
Güç transformatörlerinde yıldırım düşmesi, anahtarlama olayları ve kısa devre arızaları gibi nedenler, sargı yalıtımında deformasyona yol açarak sargılar arasında elektrik arkı oluşumuna neden olmaktadır. Ark oluşumu zamanla rijit bir kısa devreye yol açarak trafoların aşırı ısınmasına ve basınç nedeniyle transformatörün patlamasına sebep olabilmektedir. Bu tez çalışmasında, transformatör sargılarındaki ark oluşumu transformatörün terminallerindeki akım ve gerilim sinyallerindeki geçici rejim değişimleri incelenerek tespit edilmiştir. Çalışmada, 15 MVA gücünde bir güç transformatörü ANSYS@Maxwell ortamında üç boyutlu olarak modellenmiş ve MATLAB@Simulink'te oluşturulan ark modeli ANSYS@Maxwell manyetik modeline adapte edilerek yapılan senkronize çalışma ile transformatör sargılarındaki ark analizi gerçekleştirilmiştir. Tasarımların çözümlemesinde Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) kullanılmıştır. Transformatör modelinin doğruluğunu sağlaması için normal, kısa devre ve harmonik analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar fabrika ve tasarım verileriyle karşılaştırılarak sonuçların uyumlu olduğu belirlenmiştir. Transformatör girişinden elde edilen veriler, Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) kullanılarak frekans spektrumuna dönüştürülmüş ve bu sinyallerden transformatördeki ark arızası durumlarında oluşan yüksek frekanslı harmonikler tespit edilmiştir. Frekans spektrumlarından elde edilen 361 ayrı noktadaki harmonik veriler kullanılarak K-NN, DT, SVM, YSA ve ESM gibi Makine Öğrenmesi (MÖ) algoritmaları ile modeller eğitilmiştir. Arızalı sargı ve arızalı diske ait arıza tespit modellerinde yüksek doğruluk ve performans değerleri sağlanmıştır. Böylece, geliştirilen yöntem sayesinde transformatör sargılarında ark arızası oluşumunun sensör kullanmadan kısa sürede tespit edilmesine imkân sağlanmıştır.
Atıksu arıtma tesislerinin çamur atıklarından elektrik enerjisi üretim yöntemleri
Fosil yakıtların tükenebilir olması ve yenilenebilir enerji kaynaklarına duyulan ihtiyaç, atıksu arıtma tesislerinde oluşan çamur atıklarının enerji geri kazanımı amacıyla değerlendirilmesini gündeme getirmiştir. Ayrıca bu atıkların elektrik enerjisi üretiminde kullanılmasına yönelik çeşitli yöntemlerde geliştirilmiştir. Artan enerji ihtiyacı ve çevresel sürdürülebilirlik gereklilikleri doğrultusunda, atıksu arıtma çamurlarının sadece bertaraf edilmesi değil, aynı zamanda enerji kaynağı olarak değerlendirilmeside büyük önem taşımaktadır. Bu kapsamda çalışma, çamurdan elektrik enerjisi üretiminde kullanılan anaerobik sindirim (biyogaz üretimi), termal gazlaştırma, piroliz ve mikrobiyal yakıt hücreleri (MFC) gibi yaygın kullanılan teknolojileri karşılaştırmalı olarak ele almaktadır. Ayrıca bu çalışmada yapılan laboratuvar analizlerinde, %18,36 kuru madde içeren çamur numunesinden elde edilen organik içeriğin enerji değeri hesaplanmış, bu veriler ışığında günlük 150 ton ıslak çamurdan yaklaşık 125.000 kWh enerji elde edilebileceği belirlenmiştir. Ayrıca, farklı teknolojilere göre verimlilik ve yan ürün analizleri yapılmış; elde edilen enerji tesisin elektrik ihtiyacının büyük kısmını karşılayabileceği gibi, fazla enerjinin şebekeye verilerek ekonomik gelirinde elde edilebileceği belirlenmiştir. Türkiye genelindeki tesis sayıları ve arıtma çamuru projeksiyonları dikkate alındığında, bu uygulamaların ülke genelinde sürdürülebilir enerji üretimine önemli katkı sunabileceği görülmektedir. Sonuç olarak çalışma, atıksu arıtma çamurunun enerji geri kazanımı ile hem çevresel sürdürülebilirliğe hem de ekonomik verimliliğe katkı sağlama potansiyelini ortaya koymaktadır.
Statik senkron kompanzatörün PID kontrolör ile kontrolü
Enerji iletim sistemlerinde kontrol edilebilirlik ve sistem kapasitesinin artırılması konuları günümüzde büyük önem kazanmıştır. İletim hatlarının kuruluş amacı, yük ile iletim merkezleri arasındaki bağlantıyı sağlayarak yükteki değişik etkenlere bağlı değişimlerin en ekonomik şekilde karşılanmasını sağlamaktır. Son yıllarda iletim hatlarındaki yüklenme büyük ölçüde artmakta ve bu artış halen devam etmektedir.Mevcut durumda kullandığımız iletim sistemlerinin çoğunda fiziksel sınırlamalar nedeniyle istenilen miktarda güç iletimi sağlanamamaktadır. Mevcut santrallerin daha verimli şekilde kullanılabilmesi için enerji iletim hatlarından daha fazla güç transfer edilmesi ve yeni santral ihtiyacının minimize edilmesi sağlanmalıdır. İletim sistemleri günümüzde mekanik veya elektromekanik kontrol elemanlarıyla kumanda edilmektedir. Esnek alternatif akım iletim sistemlerinden (Flexible AC Transmission Systems- FACTS) biri olan STATCOM, yüke paralel bağlanarak ve yapılan uygun denetimlerle güç sisteminde reaktif güç dengesini sağlamakta kullanılabilir. Böylece iletim hatlarının güç kapasitesi artırılmış olur.Bu çalışmada kompanzasyonla ilgili temel kavramlar incelenmiş, esnek alternatif akım iletim hatları, STATCOM ve PID kontrol üzerinde çalışılmıştır. Sonuç olarak çalışmamızda bir iletim hattında STATCOM' un PID kontrolör ile kontrolününün MATLAP/Simulink ortamında çalışması incelenerek, elde edilen sonuçlar özetlenmiştir.