Theses supervised by Prof. Dr. Mehmet Cebeci
17 theses · Fırat University
Kirlenmiş yüksek gerilim izolatörlerine seri bağlı endüktansın yıldırım darbe dayanımına etkisi
Yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenme sebebiyle meydana gelen yüzeysel atlamalar, kısa devre yoluyla enerji kesintilerine neden olabilmektedir. Bu durum, sistemin besleme sürekliliği ve ekonomik kayıplar açısından olumsuzluk arz eder. Yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenme atlaması, araştırmacıların uzun yıllardan beri üzerinde çalıştığı bir konu olmakla beraber, teknik ve ekonomik açılardan kritik ve özel bir konu olma özelliğini hala sürdürmektedir. Bu tezde teorik, deneysel ve simülasyon çalışmaları yoluyla izolatörlerin atlama davranışlarının incelenmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalar için yıldırım darbe gerilimi üreteci ve su jeti deney sistemi kurulmuş ve darbe gerilimleri altında atlama deneyleri yapılmıştır. Su jeti düzeneği yardımıyla izolatör üzerindeki kirliliği temsil etmek üzere iletkenlik değeri kolayca değiştirebilmektedir. Farklı iletkenlik değerleri ve jet boylarında deneyler gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar analiz edilmiştir. Ayrıca, izolatörlerde kirlenme atlaması çalışmalarında yeni bir yaklaşım olan izolatöre seri endüktans ekleme yöntemi, su jeti deney seti üzerinde uygulanarak darbe atlama performansına etkisi incelenmiştir. Yapılan deneylerde, farklı kir iletkenliği ve endüktans değerleri kullanılmıştır. Deneyler, pozitif darbe gerilimi altında gerçekleştirilmiştir. Deneyler esnasında farklı su jeti boylarında atlama oluşturmayan veya atlamaya neden olan darbe gerilimleri ve akımlar kaydedilerek grafikleri çizdirilmiştir. Farklı endüktans değerlerinde elde edilen veriler birbiriyle ve endüktanssız durum ile karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda endüktansın atlamayı azaltıcı, yani atlama gerilimini artırıcı etkisi gösterilmiştir. Jet boyundaki artış, başlangıç atlama gerilimini artırıcı yönde etki göstermiştir. Belirli bir iletkenlik, jet boyu ve endüktans değerleri için darbe karakteristik eğrileri çıkarılmıştır. Elde edilen karakteristikler için matematiksel ifadeler türetilmiş ve farklı tepe değerlerine sahip darbe gerilimlerinde meydana gelen atlama sürelerinin tahmin edilmesi mümkün olmuştur.
Kalıcı mıknatıslı senkron generatörlü rüzgar türbinlerinin aşırı öğrenme makine tabanlı kontrolü
Bu tez çalışmasında kalıcı mıknatıslı senkron generatörlü bir rüzgar türbininin tam ölçekli kontrolünü gerçekleştirebilecek aşırı öğrenme makinesi tabanlı bir kontrolör tasarlanmıştır. Bir akıllı kontrolörün tasarlanabilmesi için öncelikle kararlı çalışan ve parametrelerinin uygun bir şekilde seçildiği sistemin modellemesi yapılmalıdır. Bu amaçla, temel alınacak sistemin matematiksel modeli ile rüzgar türbinleri ve generatörlere ilişkin bilgiler Bölüm 2 boyunca verilmiştir. Bölüm 3'de sırt-sırta evirici, maksimum güç noktası izleme, faz kilitlemeli döngü, LCL filtre ve transformatör gibi sistemin temelini oluşturan ekipmanlar matematiksel olarak incelenmiş ve modellemeleri gerçekleştirilmiştir. Ek olarak optimal kontrolör tasarımı, darbe genlik modülasyonu, yapay zeka ve aşırı öğrenme makinesi gibi konulara değinilmiş matematiksel altyapıları gösterilmiştir. Bölüm 4'de rüzgar türbininde kontrol sisteminin tasarımı için gerekli aşamalardan bahsedilmiştir. Bu bölümde maksimum güç noktası denkleminin elde edilmesi, LCL filtrenin tasarımı, transfer fonksiyonunun bulunması konuları incelenmiştir. Ardından elde edilen transfer fonksiyonları kullanılarak optimal modülüs ve optimal simetri kriterlerine dayalı PI kontrolör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Temel model elde edildikten sonra aşırı öğrenme makinesi adı verilen tek gizli katmanlı yapay sinir ağı kullanılarak yeni bir kontrolör tasarlanmıştır. Kontrolör olarak eğitilen ağın performansını inceleyebilmek için hem hata performansı hem de hız testleri gösterilmiştir. Bölüm 5'de tasarlanan rüzgar türbini sistemi için benzetim sonuçları; generatör tarafında rüzgar türbininin hızı, momenti, maksimum güç noktası izleme, d-q eksen akımları vb. grafikler ile sunulmuştur. Ayrıca şebeke tarafında DA bara gerilimi, d-q eksen akımları, LCL filtre gerilimi ve akımları gibi grafikler de verilmiştir. Geliştirilen aşırı öğrenme makinesi tabanlı kontrolörün sonuçları gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar tartışılmıştır.
Yeni bir denetim algoritmalı paralel aktif güç filtresi ile akım harmoniklerinin azaltılması
Bu tezde, doğrusal olmayan yüklerin neden olduğu harmonikleri gidererek kaynak tarafına yansımasını önlemek ve aynı zamanda reaktif güç kompanzasyonu yapmak için yeni bir kontrol algoritması önerilmiştir. Bu yapı, Adaptif Harmonik Enjekte (AHE) algoritmasını kullanan üç fazlı Paralel Aktif Güç Filtresi kontrol mekanizmasıdır. Önerilen AHE algoritması zaman alanında yeni uyarlanabilir referans akım çıkartma metodudur. AHE algoritması referans akımı belirlemek için kullanılan normalleştirilmiş en küçük kareler yöntemine dayanmaktadır. Sunulan Paralel Aktif Güç Filtresi mekanizması iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama, harmonikli akımları belirlemek için referans akımın çıkarılmasıdır. AHE algoritması referans akımı çıkartmak için harmoniklerin uygun genliklerini ve fazlarını çevrimiçi ve anlık olarak doğru bir şekilde tahmin etmektedir. Tahmin edilen faz ve genlik bilgileri sinüs ve kosinüs değerleri ile çarpılarak istenilen genlik ve fazda bir harmonik değeri elde edilmektedir. İkinci aşamada elde edilen harmonikli akımların sisteme ters fazda enjekte edilmesi için evirici anahtarlama sinyalleri üretilir. Bu amaçla evirici anahtarlama sinyallerinin üretilmesi için gereken kapı işaretleri, akım denetleme yöntemleri yardımıyla elde edilir. Bu çalışmada eviricinin anahtarları için kapı işaretleri, Histerisiz Bant Akım Denetleyici kullanılarak elde edilmiştir. Ele alınan sistemin hem AHE yöntemiyle hem de Senkron Referans Çatı Denetim, Anlık Reaktif Güç Teorisi Denetim ve Hızlı Fourier Dönüşüm Yöntemleri ile benzetim çalışmaları yapılmıştır. Özellikle beş farklı yükün ele alındığı örnek sistemde; yükler önce sırayla ve daha sonra da toplam yükün %50 ve %90'ı devreye alınarak, dört yöntemin dinamik cevabı incelenmiştir. AHE yönteminde THB, sırasıyla %1,2, %1 ve %0,83'e düşmüştür. Diğer üç yöntemde ise THB, IEEE-519 standartlarında önerilen %5 değerinin üstünde kalmıştır. Gerçekleştirilen çalışmalar, bu tezde önerilen AHE yönteminin, harmonik giderme ve reaktif güç kompanzasyonu yapma konusunda oldukça başarılı bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur.
Yüksek gerilim izolatörlerinde yüzeysel atlamanın azaltılması için yeni bir yaklaşım
Yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenme nedeniyle oluşan yüzeysel atlama olayı enerjinin kesintiye uğramasına yol açabildiğinden sistemin enerji sürekliliği açısından olumsuz bir durum oluşturur. Atlama nedeniyle oluşabilecek olan bu durumu önleyebilmek için izolatörlere uygulanabilecek çeşitli tedbirler üzerine çok sayıda araştırma yapılmıştır. Yüzey kaçak akımlarının azaltılması amacıyla kaçak yolu direncinin artırılması, yani izolatör boyunun uzatılması, atlamaya karşı etkili bir tedbir olarak görülebilir. Ancak yüksek gerilimlerde izolatör boyundaki artış; direk boylarının, konsol açıklıklarının, sehim ve salınımların artmasına neden olacağından, bunların getireceği yeni sorunlar ve yüksek maliyet gibi olumsuzluklar söz konusudur. Bu çalışmada, yıldırım darbe gerilimlerini simüle eden bir sistem Matlab/Simulink paket programı yardımıyla oluşturulmuştur. Farklı darbe gerilimleri üreten bir yapı elde edilmiştir. İzolatör yapısı, bir su jeti sistemi ile modellenerek deneyler yapılmıştır. Su jeti deney sistemi, matematiksel bir model olmayıp bir mühendislik modelidir. Bir mühendislik modeli olduğundan tamamen sistem davranışının pratik hayattaki karşılığına odaklıdır. Su jeti sistemi farklı kirlenme derecelerine sahip olacak şekilde değiştirilmiştir. Bu aşamada suyun debisi sabit bırakılmıştır. Deneyler sırasında atlamayı azaltıcı etkisinin olacağı öngörülen indüktans eklenmiş yapılar kullanılmıştır. Kullanılan suyun sıcaklığının, tekrarlanan yıldırım darbe gerilimlerinin sayısına göre arttığı gözlenmiştir. İndüktans bağlı durumdaki deneyler sonucunda pozitif darbe gerilimlerinde atlama olayının negatif darbe gerilimindeki durumlara oranla daha düşük gerilim seviyelerinde olduğu tespit edilmiştir. İndüktans değerinin ve jet boyunun artmasının atlama gerilimini artırdığı belirlenmiştir. Yıldırım darbe gerilimleri uygulanan deneysel sistemin farklı indüktans değerine sahip yapılar sayesinde atlamayı azaltıcı, yani atlama gerilimini artırıcı etkisi gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: : İzolatörlerde kirlenme atlaması, Kirlilik direnci, Atlama gerilimi, Yüksek darbe gerilimi, Su jeti
Güneş pili ile çalışan bir su pompalama sisteminin tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Türkiye'de tarımsal sulama çoğunlukla elektrik, mazot veya petrol gibi konvansiyonel enerji kaynakları ile çalışan su pompaları kullanılarak yapılmaktadır. İletim hattı olmayan veya iletim hattının taşınmasının güç ve pahalı olduğu tarımsal alanlarda, mazot ve petrol pompaları kullanılmaktadır. Bu tip sistemler daimi günlük bakım isterler ve suyu bol olan yerlere değil, ancak ulaşımı kolay olan yerlere kurulabilirler. Güneş enerjisi ile çalışan su pompalama sistemleri günlük bakım istemedikleri gibi, güneşin bol olduğu herhangi bir yerde kurulabilirler. Bu sistemlerin ilk kuruluş maliyeti yüksek olmasına rağmen, yakıt ve bakım ihtiyaçları olmadığından kısa zamanda ekonomik duruma geçerler. Bu çalışmada PLC kontrollü, şebekeden bağımsız güneş pilli bir su pompalama sisteminin tasarımı yapılmış ve sistem gerçekleştirilmiştir. Önce ele alınan pilot bir bölgeye (Elazığ, Gözebaşı Köyü, Yeşilyurt Mezrası) enerji iletim hattının sadece sulama amaçlı götürülmesi durumunda maliyet hesabı yapılmış, daha sonra bu bölgede şebekeden bağımsız güneş enerjili bir su pompalama sistemi kurulması durumunda maliyet hesabı yapılmış ve bu iki durum karşılaştırılmıştır. Sistem gerçekleştirilip çalıştırıldıktan sonra, sistemden alınan veriler bilgisayar ortamına kaydedilerek analiz edilmiş ve yorumlanmıştır. Ayrıca güç kalitesinin analizi amacıyla, sistem tarafından sağlanan güç, yük akımı, gerilim ve diğer parametrelerin (frekans, güç katsayısı, aktif, reaktif ve görünür güçler) ölçümü de yapılmıştır.
Elektrik dağıtım şebekelerinde kayıp tahmin yöntemleri ve kayıpların hesabı
Kayıp, elektrik şebekelerinde istenilmeyen bir durum olmasına rağmen sıfırlanamayan bir olaydır. Elektrik şebeke kayıpları, teknik ve teknik olmayan kayıplar olarak sınıflandırılır. Teknik olmayan kayıplar genellikle ticari kayıplar olarak adlandırılır. Teknik kayıplar sistemin temel öğelerinden kaynaklanan şebekenin yük durumuna göre yüklü veya yüksüz olması, akım-gerilim değerlerinin değişken olmaları nedeniyle mevcut şebekede ortaya çıkan kaçınılmaz kayıplar olarak ifade edilir. Ülkemizin nüfus yoğunluğu ve kişi başına düşen enerji tüketimine göre, iletim sistemindeki kayıplar yaklaşık olarak %2 ile %3 arasında olmasına rağmen, dağıtım sistemindeki kayıplar ise (teknik ve teknik olmayan kayıplar) %20'ye yaklaşmaktadır. Bu çalışmada, şebeke kayıpları genel olarak sınıflandırılmış ve kayıp hesaplama yöntemleri incelenmiştir. Araştırmacıların yüklenme faktörü ile kayıp yük faktörü arasındaki matematiksel ifadeyi amprik hesaplamalar yardımıyla elde ettikleri denklemlere ek olarak geliştirilen iki yeni amprik formül ile kayıp gücün değişimi ve toplam enerji kayıpları elde edilmiştir. Ayrıca literatürdeki yöntemlerin hesaplama doğrulukları iki hat için ortaya konulmuştur.
İzolatör yüzey kaçak akımlarının karınca koloni algoritması yardımıyla incelenmesi
Yüksek gerilim hatlarındaki arızaların en önemli nedenlerinden biri izolatörlerin yüzeyinden kaçak akım akmasını sağlayarak alan dağılımını bozan ve yüzeysel atlama oluşturan kirlenmelerdir. Bu durum, istenmeyen enerji kesintileri ve ekonomik kayıplar meydana getirmektedir.Yüzeysel kirlenme sonucu oluşan atlama, çok hızlı gelişen bir olaydır ve atlama mekanizmasının karmaşıklığı, olayı tam olarak ifade eden matematiksel bir model çıkarılmasını zorlaştırmaktadır. Literatürde yüksek gerilim izolatörlerindeki kir dağılımları zorunlu olarak düzgün kabul edilmiştirBu çalışmada yüzeysel atlama probleminin çözüm yolları üzerinde durulmuştur. İlk olarak Sonlu Elemanlar Yöntemi kullanılarak, yüzeyi kir ile kaplı bir izolatörün açık modeli (AR modeli) üzerinden potansiyel dağılımları hesaplanmıştır. Araştırmacıların yoğun olarak uğraştıkları ark'a seri kir direncinin ve buna bağlı olarak yüzeyden akan kaçak akımların modeller üzerinden hesaplanması yerine, yeni bir yaklaşım olarak Karınca Koloni Algoritması kulanılmıştır.Bunun için kirli izolatör yüzeyinde meydana gelen kısmi arkların yayılımı ile karınca koloni algoritması arasındaki benzerliklerden yararlanarak, deşarj parametrelerindeki değişimleri bulan ve yüzey kaçak akımını hesaplayan bir model geliştirilmiştir.Teorik çalışmalara dayalı olarak geliştirilen bilgisayar programı çıktılarını karşılaştırmak amacıyla yüksek alternatif gerilim testlerinin yapılabildiği bir deneysel sistem kurulmuştur. Elde edilen deneysel ve teorik sonuçlar irdelenmiştir.
Şebeke bağlantılı bir fotovoltaik sistemin tasarımı ve farklı şebeke koşulları altında analizi
Şebeke bağlantılı PV sistemlerde, PV dizinin bağlantısı ve PV sistemin şebeke ile olan çalışma dengesi önemlidir. Sistemin, gerektiğinde şebekeden ayrılması için teknik bir takım gereksinimlere ihtiyaç vardır. Bu durum, yüksek güç kalitesini sağlamak ve şebekenin güvenilirliğini sağlamak açısından önemlidir. Bununla birlikte, şebeke bağlantılı PV sistemlerin anormal çalışma koşullarında çalışması da önlenmelidir. Bu anormal çalışma durumlarının önde geleni, istenilmeyen ada modlu çalışma durumudur. Ada modlu çalışma; bir dağıtım sisteminin, güç sisteminden elektriksel olarak izole edilmesi halinde, enerji akışının halen kendisine bağlı bulunan dağıtık şebeke tarafından devam ettirilmesi durumudur. Ada modlu çalışma, şebeke senkronizasyonunun kaybolması nedeni ile güç sistemi kararlılığı üzerinde çeşitli etkilerde bulunmaktadır. Sonuç olarak bu durum, dağıtık şebekenin belirlenen gerilim ve frekans referanslarının dışında kalmasına neden olmakta ve ada modlu çalışma durumunda elektriksel cihazların ve sistemlerin, hatta çalışan personelin bu durumdan zarar görmesine yol açabilmektedir. Bu çalışmada, şebeke bağlantılı PV sistemlerde, ada modlu çalışmanın tespit edilebilmesi için, inverterden bağımsız olarak çalışabilen, gerçek zamanlı bir kontrol yöntemi önerilmiştir. Bu amaçla, öncelikle 1 kWp kurulu güce sahip, şebeke bağlantılı bir PV sistemin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, PV sistem-şebeke-yük arasındaki gerilim, akım ve frekans değişimi gibi devre parametreleri, geliştirilen elektronik devreler yardımı ile izlenerek, tasarlanan gerçek zamanlı kontrol sistemi ile ada modlu çalışma olayının tespitine çalışılmıştır. Bu sayede, ada modlu çalışmanın tespiti için, mevcut yöntemlere göre daha güvenilir, inverterden bağımsız olarak çalışabilen ve cevap süresi kısa bir kontrol alt yapısı elde edilmiştir. Tez çalışmasında önerilen gerçek zamanlı kontrolör, Labview kontrol ünitesi ve yardımcı ekipmanları ile geliştirilmiştir. Labview sinyal işleme altyapısı, sisteme esneklik kazandırmada ve hızlı sistem prototipini geliştirmede avantaj sağlamıştır. Ülkemizde, şebeke bağlantılı PV sistemlerde ada modlu çalışmanın tespiti ile ilgili IEEE standartlarında belirtilen kriterlere göre bir çalışma yapılmamıştır. Yapılan çalışma, ülkemiz elektrik şebekesinde, şebeke bağlantılı PV sistemlerde ada modlu çalışmaya yönelik olarak gerekli kriterlerin belirlenmesi noktasında, önemli bir görev üstlenecektir. Anahtar Kelimeler: Şebeke Bağlantılı Fotovoltaik Sistem, Ada Modlu Çalışma, Labview.
Mikro şebekelerde güç akış analizi
Teknolojik gelişmeler, cihazların küçülmesi ve hızlanmasının yanında dezavantaj olarak aşırı hassaslaşmalarına yol açmaktadır. Bir şebekedeki kullanıcıların büyük bölümünün hassas yüklere sahip olması, bireysel önlemlerin, yerini şebeke bazında alınacak önlemlere bırakmasını zorunlu kılmaktadır. Bu zorunluluk sonucunda, kritik yüklerin enterkonnekte şebekede oluşacak kesinti ve arızalardan en az düzeyde etkilenmesi yaklaşımı mikro şebeke kavramını ortaya çıkarmıştır. Mikro şebekeler, yenilenebilir enerji kaynakları ile klasik enerji üretim santrallerinin entegrasyonu sonucunda oluşturulan hibrit yapılardır. Özel bölgelerin enerjilendirilmesi amacıyla kolayca uygulanabildikleri, kaliteli ve kesintisiz enerji sağlayabildikleri için mikro şebekelerin kullanımı hızla yaygınlaşmaktadır. Çeşitli enerji üretim kaynakları ve yükler içermesi nedeniyle mikro şebekelerin, büyük güç sistemlerindeki gibi farklı çalışma ve yük değişimi durumlarına ilişkin analizinin yapılmasına ihtiyaç bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, bir mikro şebekenin tasarlanan yapay sinir ağı ile güç akışı analizi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, aynı sistemin klasik Gauss-Seidel yöntemi temelli yazılımsal çözümü ile analizi yapıldığı zaman ortaya çıkan sonuçlar ile karşılaştırılarak yapay sinir ağının başarısı incelenmiştir. Önerilen yöntem kullanılarak enerji şebekelerinin ve dolayısıyla mikro şebekelerin tasarımı için gerekli olan güç akış analizinin iteratif yöntemlere gerek kalmadan yapılabilmesi sağlanacaktır. Anahtar Kelimeler: Güç Akış Analizi, Mikro Şebekeler, Yapay Sinir Ağları, Yenilenebilir Enerji Kaynakları
Bir yakıt pili-güneş pili sisteminin modellenmesi ve simülasyonu
Dünya'nın artan nüfusu, emisyon oranları, fosil yakıtların azalan ve tükenen rezervleri, 21. yüzyılın enerji ve çevresel problemlerini çözecek, geleceğin dünyasını yaşanabilir kılacak, sıfır emisyonlu, sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji sistemleri arama ihtiyacını doğurmuştur. Bir çok araştırmacı ve bilim adamı, Hidrojen Enerji Sistemlerinin ve Yakıt pillerinin enerji ve çevre problemlerini çözeceğini belirtmektedirler. Yakıt pilleri geleneksel enerji sistemlerine göre kıyaslanamaz avantajlara sahiptirler. Yakıt pilleri sessiz ve daha verimli çalışmakta olup, doğa ve insanlar için hiçbir zararlı atık üretmezler. Yakıt pilleri yakıt olarak, yeryüzünde birçok bileşiğin yapısında bolca bulunan hidrojeni kullanmaktadırlar.Bu tezde, yakıt pillerinin çalışma prensipleri ve hidrojen enerji sistemlerinin özellikleri incelenmiş ve bu teknolojinin, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla birlikte kullanılarak, güç üretim sistemleri için uygulanabilirliği araştırılmıştır. Çalışma kapsamında, hidrojenin üretim ve depolama birimlerini içermeyen bir sistemle, bu birimleri içeren, daha gelişmiş bir sistemin bulunduğu iki ayrı güneş pili-yakıt pili sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan bu sistemler Matlab/SIMULINK'de modellenmiş ve performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.Anahtar Kelimeler: Hidrojen, Yakıt Pili, Güneş-Hidrojen Sistemi, Elektroliz
Güç sistemlerinin planlanması için enerji talep tahmini
Elektrik enerjisine yönelik talep, her geçen gün hızlı bir şekilde artmaya devam etmektedir. Enerji fiyatlarındaki dalgalanmalar, enerji kaynaklarının önemli bir bölümünün tükenme sürecine girmesinin bir sonucudur. Bu nedenle, enerji piyasasında yapılacak yeni düzenlemeler çerçevesinde elektrik enerjisinin üretimi, iletimi ve dağıtımı için gereken kaynak, tesis ve sistemlerin ele alınması, elektrik sektörü için kritik öneme sahiptir.Elektrik sistem planlamasında; üretim, iletim, dağıtım ve tüketim aşamaları için, kısa, orta ve uzun vadeli çalışmalar ayrıntılı olarak yapılmaktadır. Enerji kullanımının yaygınlaşması, enerji sistemlerinin matematiksel olarak modellenmesini gerekli hale getirmiştir. Orta ve uzun vadeli genel enerji talebi ve bu talep içerisindeki elektrik enerjisi talebini ortaya koyan MAED, 1984 yılından beri Dünya Bankası'nın tavsiyesi üzerine Türkiye'de kullanılmaktadır.Bu tezde, enerji talep tahmin yöntemleri incelenmiş ve MAED modelinin kullanıldığı örnek bir çalışma yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: Enerji talep tahmini, MAED modeli, elektrik enerjisi planlaması, enerji piyasası.
Yüksek gerilim izolatörlerinde atlama olayının yapay sinir ağları kullanılarak incelenmesi
ÖZET Doktora Tezi YÜKSEK GERİLİM İZOLATÖRLERİNDE ATLAMA OLAYININ YAPAY SİNİR AĞLARI KULLANILARAK İNCELENMESİ Muhsin Tunay GENÇOĞLU Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı 2003, Sayfa: 112 Yüksek gerilimli iletim hatlarında kullanılan izolatörlerde görülen kirlenme atlaması, enerji iletiminde karşılaşılan en önemli problemlerden biridir. İzolatörün kompleks şeklinden dolayı modelini çıkarmadaki zorluk, farklı bölgelerin farklı kir yoğunlukları, izolatör yüzeyinde biriken kir tabakasının homojen olmayışı ve nemin kir üzerindeki etkisinin tam olarak anlaşılamaması gibi nedenlerle kirlenme atlaması problemi oldukça karmaşık bir hale gelmektedir. Kirli izolatörlerin atlama gerilimlerinin önceden belirlenmesi amacıyla, bazı kabuller ve ihmaller yapılarak çeşitli statik ve dinamik modeller geliştirilmiştir. Statik modeller, kuru band oluşumundan sonra meydana gelen kısmi arkı statik olarak dikkate aldıklarından, kesin sonuçları önceden belirlemek için uygun değildir. Deşarj parametrelerindeki ani değişikliklerin atlama gerilimi üzerindeki etkisini göz önüne alan dinamik modeller, atlama olayını statik modellerden daha iyi temsil ederler. Bu çalışmada kirlenme atlamasının tanımı, fiziksel mekanizması ve önemi açıklanarak, izolatör eşdeğer modelleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ayrıca yapay sinir ağları detaylı olarak araştırılmıştır. İncelenen izolatörlerin ölçekli şekilleri üçgen elemanlara bölünerek, Sonlu Elemanlar Yöntemi uygulanmış ve izolatör yüzeyindeki potansiyel dağılımı, kir direncinin değişimi ve atlama gerilimi, geliştirilen yeni bir dinamik ark modeli üzerinden hesaplanmıştır. Seçilen on zincir tipi izolatörün atlama gerilimi karakteristikleri, doğru ve alternatif gerilimler için hesaplanarak diğer araştırmacıların elde etmiş oldukları sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Hesaplanan değerlerle eğitilen ve diğer araştırmacıların deneysel sonuçlarıyla test edilen yapay sinir ağı yardımıyla izolatörlerin kirlenme atlama davranışları incelenmiştir. Anahtar Kelimeler : İzolatör, Kirlenme atlaması, Kir direnci, Atlama gerilimi, Dinamik ark modeli, Yapay sinir ağları. XI
Bağımsız güneş pili sistemlerinin bilgisayar ile kontrolü
ÖZET DOKTORA TEZİ BAĞIMSIZ GÜNEŞ PİLİ SİSTEMLERİNİN BİLGİSAYAR İLE KONTROLÜ Ahmet ŞENPINAR Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı 2005, Sayfa: 11 7 Bu tezde, yenilenebilir/alternatif enerji kaynaklarından birisi olan güneş enerjisinden, güneş pilleri yardımıyla elektriksel olarak faydalanılmak amaçlanmıştır. Bu amaçla, biri sabit, diğeri hareketli olan iki bağımsız güneş pili sistemi kurularak verimleri karşılaştırılmıştır. Sabit sistem, deneyin gerçekleştirildiği bölgenin enlem, boylam değerlerine göre yapılan açısal hesaplamalar doğrultusunda, güneş ışığını maksimum alacak şekilde sabit bir eğimde yerleştirilmiştir. Hareketli sistem, güneş ışığından maksimum olarak faydalanmak üzere bir bilgisayar programı yardımıyla kontrol edilmiştir. Panelin çalışma prensibi, güneşle ilgili açılara ve matematiksel denklemlere dayanmaktadır. Kullanılan yazılım ile günün herhangi bir anına ait güneşin tüm açısal hesaplamaları yapılmıştır. Hesaplanan açılar yardımıyla, sabahtan akşama kadar güneşin iki eksenli (hem doğu-batı, hem de kuzey-güney) hareketi sürekli olarak izlenir. Gün içerisinde elde edilen her iki panele ait veriler sürekli olarak bilgisayara kaydedilmiş ve bir yazılım ile elde edilen veriler karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Güneş pili, hareketli sistem, güneş açıları. XIII
Yakıt pilli hibrit santraller
Teknolojik gelisimin çevreye zarar vermeden sürdürülebilmesi için temiz enerji kullanımı zorunludur. Ayrıca mevcut enerji üretimlerinin, yeni ve yenilenebilir enerji kaynakları ile desteklenmesine büyük ihtiyaç bulunmaktadır. Hidrojen, sahip oldugu enerji miktarı ve özellikleri ile önümüzdeki yüzyılın enerji tasıyıcısı olarak görünmektedir. Bu tasıyıcının enerjisini elde etmenin en iyi yolu ise, yakıt pili sistemleridir. Yakıt pili sistemleri; günes, rüzgar, gaz türbini gibi enerji kaynakları ile bir arada kullanılmak üzere hibrit sistemler olusturuldugunda, elde edilen yüksek verim ve üretilen kaliteli elektrik enerjisi hiç süphesiz enerji sektörünün vazgeçilmez bir ögesi olacaktır. Bu çalısmada yakıt pilleri ve yakıt pilli hibrit sistemlerle elektrik enerjisi üretimi konusu ele alınmıstır. Özellikle teknolojisi hızla gelisen Proton Degistiren Membranlı Yakıt Pili ile Katı Oksit Yakıt Pilleri üzerinde durulmustur. Bu yakıt pillerinin kullanıldıgı hibrit santraller incelenmis ve örnek bir hibrit santralin MATLAB'da benzetimi yapılarak sonuçlar irdelenmistir. Anahtar Kelimeler: Yakıt Pili, Yakıt Pili Gerilimi ve Verimi, Hibrit Sistemler.
Rüzgar-batarya hibrit sisteminin piyasa odaklı enerji yönetimi
Yenilenebilir enerji kaynaklarının artmakta olan miktarı ve buna bağlı olarak oluşan daha düşük atalet seviyeleri güç sistemlerinin işletilmesinde bazı önemli güçlüklere sebebiyet vermektedir. Batarya enerji depolama sistemleri, hızlı ve esnek çıkış güçleri ile başta frekans regülasyonu olmak üzere sistem kararlılığı ve güvenilirlik sorunlarını azaltmak için ideal bir adaydır. İşletme safhası öncesi, batarya bozunum analizi yapmak, batarya kapasitesini doğru bir şekilde ölçeklendirmek ve elektrik piyasasında doğru teklif oluşturmak için önemlidir. Bu tez çalışmasında primer frekans kontrolüne katılan bataryanın farklı yöntemlere göre şarj seviyesinin yeniden set edilmesi ömür değişimleri de göz önüne alınarak değerlendirilmiştir. Güç sistemi frekansındaki sapma, meydana gelmekte olan çok çeşitli üretim-tüketim değişimlerine bağlı olduğundan, frekans tepkisi veren bir bataryanın çevrim ömrü değerlendirmesi oldukça karmaşık bir konudur. Bu çalışmada, primer frekans kontrolünü gerçekleştiren bataryanın bozunumu, yağmur akışı sayma algoritması ile incelenmiştir. Tez çalışması dahilinde, Türkiye güç sisteminde işletmede olan santrallerin bir bölümüne ait hız regülatörü ve türbin modelleri kullanılarak bataryanın maksimum frekans sapmasına etkisi ortaya konulmuştur. Rüzgar santrali üretim tahmin hatalarını azaltmak ve elektrik piyasasında oluşan saatlik fiyat farklarına bağlı olarak arbitraj işlemi yapmak, enerji depolama sistemlerinin diğer önemli kullanım alanlarıdır. Batarya depolama sistemlerinin belirtilen bu temel kullanım alanları teknik ve ekonomik olarak ele alınmıştır. Bu değerlendirmeler çerçevesinde batarya depolama sistemlerinin elektrik piyasasında farklı amaçlar için eş zamanlı kullanımına yönelik yeni bir işletme algoritması geliştirilmiştir.
Yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenmenin potansiyel, alan ve ısı dağılımlarına etkisi
Yüksek gerilim izolatörleri, aşırı gerilimlere maruz kalır. Bu süreçte yalıtım ve destek görevlerini yerine getirmelerinde herhangi bir aksama olmamalıdır. Bu nedenle elektriksel özelliklerin bilinmesi gerekir. Bu tezin amacı, izolatörlerin bulundukları çevre şartları gereği kirlenme durumlarının sebep olduğu gerilim, elektrik alan ve sıcaklık değişimlerini incelemektir. Kirin farklı iletkenlik seviyelerinin elektrik alan, potansiyel dağılım ve ısınma üzerinde önemli değişiklikler yapabileceği bu tez çalışmasının önemli hipotezleri arasında bulunmaktadır. Bu çalışmada izolatör, COMSOL Multiphysics programında yapısında olan malzemelerin elektriksel özellikleriyle birlikte sonlu elemanlar yaklaşımıyla iki boyutlu eksenel simetrik ve üç boyutlu modellenmiştir. İzolatör çevresindeki hava daha küçük boyutta çizilmiş ancak dış çevresine programın sağladığı sonsuz bir domen eklenerek sonsuz elemanların etkisi de bu boyuta sığdırılarak veriler alınmaya çalışılmıştır. İletkenliğin artışı potansiyel dağılımının lineer olmasını sağlamıştır. Temiz durumda pin çevresinde yoğun görülen eş potansiyel eğriler, kir iletkenliği artışı ile dağılmıştır. Elektrik alan incelemelerinde, en yüksek elektrik alan şiddeti genel olarak pin-çimento-hava ve kep-yalıtkan-hava kesişiminde görülmüştür. İletkenliğin ve uygulanan gerilimin artışı ile sıcaklık seviyesinin arttığı görülmüştür.
Alçak gerilim dağıtım şebekelerinde nötr kopukluğunun algılanarak teçhizatın korunması
Alçak Gerilim Dağıtım şebekelerinde nötr hattının kopması sistemde gerilim dalgalanmalarına, cihazlarda aşırı gerilimler oluşmasına ve hasarlanmalara, hatta yangınlara sebebiyet verebilmektedir. Nötr hattının koptuğu yer ve bu yerin tüketiciye olan mesafesi de bu etkide önemli bir unsurdur. Bu durumun önüne geçebilmek için nötr iletkeninin belirli periyotlar ile kontrol edilmesi, yedek nötr iletkeninin bulundurulması, topraklama sisteminin düzenli olarak kontrol edilmesi ve koruma ekipmanlarının kullanılması gibi tedbirlerin uygulanması gerekmektedir. Günümüzde dağıtım şebekelerinde birçok koruma elemanı kullanılmakla birlikte, AG Dağıtım Şebekelerinde nötr kopmasında teçhizatı koruyabilecek sınırlı sayıda koruma ekipmanı bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında; Öncelikle örnek bir AG dağıtım şebekesi Matlab Simulink programında simüle edilerek, dağıtım şebekesinde meydana gelen bir nötr kopmasının Dağıtım Şebekesi üzerindeki tüketicilere etkileri analiz edilecektir. Daha sonra, nötr kopmasını algılayan mikroişlemci tabanlı bir sistem tasarlanıp, dağıtım şebekesi üzerinde meydana gelecek bir nötr kopması durumunda oluşacak aşırı gerilimlere karşı teçhizatın korunması deneysel olarak gerçekleştirilecektir. Çalışmanın temel amacı, yapılacak algılayıcı sistem ile nötr kopma arızası durumunda insan hayatını korumak ve ayrıca tüketicilere ait cihazlar ile dağıtım şebekesindeki teçhizatın zarar görmesinin önüne geçmektir.