Theses supervised by Prof. Dr. Muhsin Tunay Gençoğlu
14 theses · Fırat University
Güç sistemlerinde süperiletken arıza akımı sınırlayıcı tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Güç sistemlerinde çeşitli sebeplerle meydana gelen arızaların sebep olduğu yüksek akım seviyeleri, sistem ve sistemdeki elemanlar için tehlikeli durumlar oluşturmaktadır. Arıza akımlarının sınırlandırılması, bu akımların zorlayıcı termal, dinamik ve elektromanyetik etkilerinden sistemin ve sistem elemanlarının korunması sağlar. Uygulamada birçok arıza akımı sınırlandırma yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemler çalışma prensibi ve yapı bakımından birbirinden farklı olmasına rağmen hepsinin ortak amacı, sistemin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamaktır. Arıza akımı sınırlandırma yöntemleri sayesinde mevcut sistemde herhangi bir değişiklik yapılmaksızın işletme sürekliliği sağlanabilir. Bu çalışmada, modern arıza akımı sınırlandırma yöntemlerinden biri olan Süperiletken Arıza Akımı Sınırlayıcıların (SFCL) çeşitleri, çalışma prensipleri ve yapıları incelenmiştir. MATLAB/Simulink programında Rezistif SFCL (R-SFCL) modellenerek yapılan simülasyonlar ile R-SFCL'nin elektrik enerjisi iletim sistemine uygulanabilirliği incelenmiş ve sistem üzerindeki etkileri dalga şekilleri ile gösterilmiştir. Ayrıca laboratuvar ortamında örnek bir R-SFCL tasarımı yapılıp, oluşturulan deney sisteminde arızalar gerçekleştirilerek elde edilen gerçek veriler ile simülasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışması ile R-SFCL'nin iletim sistemleri için ideal bir sınırlandırma yöntemi olabileceği ortaya konulmuştur.
İzolatörlerde buzlanmanın yüzey kaçak akımları üzerine etkisi
İzolatörler, elektrik dağıtım ve iletim hatlarında iletkenleri mekanik olarak taşıyan ve elektriksel olarak izole eden temel ekipmanlardır. İzolatör arızası, enerji nakil hatlarının sürekliliği ve güvenliği için doğrudan bir tehdittir. İstatistiksel olarak, izolatörlerden kaynaklanan arızalar, güç sistemi arızalarının en yüksek oranını oluşturmaktadır. Buzlanma ülkemizin engebeli coğrafyası ve karasal iklimi göz önüne alındığında sık karşılaşılan bir durumdur. Buzlanma ve sonrasında izolatör arızaları, yoğun kış koşullarının gerçekleştiği bölgelerde enerji kesintilerine neden olmakta ve ülke ekonomisine büyük zararlar vermektedir. Uzun yıllardan beri izolatörlerde buzlanma ile ilgili çalışmalar devam etmekle birlikte, konuya tam olarak çözüm getirecek bir yöntem henüz bulunamamıştır. Bu çalışmada farklı izolatör tipleri laboratuvar ortamında buzlandırılarak sızıntı akımları incelenmiştir. Buzsuz, hafif buzlanma ve buzlanma durumları için izolatörlere şebeke frekanslı alternatif gerilim uygulanarak, Labview programı yardımıyla veriler elde edilmiş ve porselen, cam ve silikon izolatörlerin buzlanma öncesi ve sonrasındaki sızıntı akımları karşılaştırılmıştır. İzolatörün bulunduğu ortam sıcaklığı ve nem değerleri ölçülerek sızıntı akımı arasında ilişki kurulmuştur. Ayrıca, izolatörler farklı iletkenlik değerlerinde buzlandırılıp, iletkenliğin sızıntı akımı ve izolatör çeşitleri üzerine etkisi incelenmiştir.
Yüksek gerilim izolatörlerinde yüzeysel kaçak akımların anfıs ile hesaplanması
gerilimi altında çalışan yüksek gerilim izolatörleri çevre şartlarından olumsuz etkilenirler. Bu etkilenme neticesinde izolatör yüzeyindeki kir tabakası iletken hale gelerek kaçak akımların oluşmasına sebep olur. Bu kaçak akımlar yağmur, nem vb. durumlarda artarak yüzeysel atlamaları oluştururlar. Bu durum, istenmeyen enerji kesintileri ve ekonomik kayıplar meydana getirmektedir. Yüksek gerilim izolatörlerinin izolasyon vazifesini yeterli bir şekilde yapabilmeleri için izolatör yüzeyindeki kaçak akımları azaltıcı tedbirler almak önem arz etmektedir. Bunun için izolatör yüzeyindeki farklı kir durumlarına göre kaçak akımları tespit etmek gerekir. Laboratuvar ortamında izolatör yüzeyindeki kaçak akımları tespit etmek her zaman mümkün olmadığından farklı yöntemlere ihtiyaç duyulmuştur. Yüzeysel atlama mekanizmasının kompleks oluşu atlama olayının matematiksel izahını zorlaştırmaktadır. Bu sebeple kirli izolatörlerin matematiksel modellenmesinde bazı kabullere ihtiyaç duyulmuştur. Bu çalışmada yüzeysel atlama probleminin çözüm yolları üzerinde durulmuştur. Yüksek gerilim izolatörlerinin kaçak akımlarının, temiz ve kirli durumlar için nasıl değiştiği gözlenmiş, kirlenme atlaması probleminde akıllı yöntemlerin kullanılabilirliği araştırılmış ve yüzeysel kaçak akımlar Karınca Koloni Algoritması ve ANFIS yöntemiyle hesaplanmıştır. Öztürk' ün doktora çalışmasındaki deneysel sonuçlar, Karınca Koloni Algoritması ve ANFIS sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Yüksek Gerilim İzolatörü, Kirlenme Atlaması, Dinamik Ark Modeli, Karınca Koloni Algoritması, Adaptif Bulanık Mantık Çıkarım Sistemi.
Şebekeden bağımsız bir güneş-rüzgar hibrit sistemin modellenmesi
Fosil yakıtların tükenecek kaynaklar olması ve aynı zamanda çevre kirliliğine yol açması nedeniyle son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgi giderek artmaktadır. Ülkemizin genelinde güneş enerjisi potansiyeli, belirli bölgelerde de rüzgâr enerjisi potansiyeli oldukça yüksektir. Bu kaynaklar atmosferik şartlara bağlı olduğu için üretilen enerji miktarı değişkendir. Bu nedenle ülkemizin tüm enerji ihtiyacının yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanması mümkün değildir. Ancak yenilenebilir enerji kaynakları ile üretilen enerji miktarının toplam enerji üretimi içindeki payının artırılması çok önemlidir. Hibrit sistemlerde enerji sürekliliğini sağlama imkânı tekil sistemlere göre daha fazladır. Özellikle şebekeden uzak noktalarda, şebekeye bağlantı maliyeti göz önüne alındığında ya da doğa şartları gereği şebeke bağlantısının zorluğundan dolayı bu sistemlerin kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu çalışmada yenilenebilir enerjili hibrit sistemlerin önemi vurgulanarak şebekeden bağımsız bir güneş-rüzgâr hibrit sistemi MATLAB/Simulink'te modellenmiş ve elde edilen sonuçlar incelenmiştir.
Yenilenebilir enerjili hibrit enerji santrallerinin modellenmesi ve analizi
Dünya'da artan nüfus, şehirleşme, sanayileşme ve teknolojinin yaygınlaşmasıyla beraber enerji tüketimi sürekli artış göstermektedir. Artan enerji talebi karşısında yenilenebilir kaynaklardan enerji elde etmek ülkelerin temel hedefi olmuştur. Küresel ısınma sorunu Dünya'da her geçen gün büyümektedir. Şirketler, zararlı emisyonları sınırlandırmak ve mümkün olduğunca azaltmak için yenilenebilir enerji yatırımlarına hız vermektedir. Bu tez çalışması Türkiye'deki yenilenebilir enerji ve yenilenebilir enerjili hibrit enerji santrallerine odaklanmıştır. Bu çalışmada güneş ve rüzgar enerjisinin verimli kullanımını sağlayacak bir sistem tasarlanmıştır. Bazı durumlarda, elektrik şebekesine bağlı olmayan tesislerin elektrik enerjisi talebi de karşılanmalıdır. Bu amaçla, güneş-rüzgar-dizel temelli hibrit enerji santrali şebeke bağlantısız (grid-off) ve şebeke bağlantılı (grid-on) durumları için incelenmiştir. Her iki durum için de sistem güvenilirliğini arttırmak için dizel generatör kullanılmıştır. Şebeke bağlantısız durum için ilaveten akü grubu kullanılmıştır. Sistemlerin analizleri için HOMER (Hybrid Optimization Model for Electric Renewables) yazılımı kullanılmıştır. HOMER ile teknik ve finansal açıdan değerlendirmeler yapılmıştır. Elazığ ili için HOMER ile modellenmiş olan hibrit sistemlerin simülasyon ve optimizasyon analizleri yapılmıştır. Ayrıca sitemlerin çevreye etkileri de değerlendirilmiştir. Sonuç olarak şebeke bağlantılı sistemin, enerji maliyetinin şebeke bağlantısız sisteme göre çok az fazla olmasına rağmen sermaye maliyetinin yaklaşık üç kat daha ucuz olması nedeniyle daha iyi olduğu görülmüştür. Ayrıca şebeke bağlantılı sistem enerji sürekliliği açısından da daha güvenilirdir. Çalışmada şebekeye bağlı klasik sisteme hibrit sistemin etkisi de ayrıca değerlendirilmiş ve hibrit sistemin ekonomik açıdan ve güvenilirlik açısından üstün olduğu görülmüştür.
Elektrikle çalışmalarda iş güvenliği
Günümüzde işçi sağlığı ve güvenliği yalnızca Türkiye'nin değil Dünya'nın en önemli problemi haline gelmiştir. Artan nüfus ile birlikte enerji ihtiyacı da artarak üretim, dağıtım ve iletim hatlarının kapasitesinin artmasını zorunlu kılmıştır. Uluslararası teknolojinin gelişmesi ile birlikte güvenlik gereksinimleri de gün geçtikçe artmaktadır. Yüksek ve çok yüksek gerilim tesislerinin komponentlerini oluşturan iletim ve dağıtım hatlarında, trafo merkezlerinde, direklerde, aşırı gerilim, aşırı akım, kapasitif ve endüktif gerilim, direkten düşme, patlama, yangın, elektrik çarpmaları vb. risklerin yanında çalışanlar sosyal sorunlarla da karşılaşmaktadırlar. Kesiciler, ayırıcılar, izolatörler, parafudırlar, sigortalar, ark boynuzları ve koruma iletkenleri vb. teçhizatlar aşırı akım ve aşırı gerilim risklerine karşı tesisleri koruma altına almaktadırlar. Bunlarla birlikte bütün tesis komponentleri için topraklama çok önemli bir unsurdur. Güç trafolarında, iletim hatlarında, direklerde ve trafo binalarında topraklamanın yapılması ve denetlenmesi gerekmektedir. Tesislerde alınan bu güvenlik önlemlerinin yanında çalışanların da alması gereken bazı önlemler vardır. Bu çalışmada çalışanların karşılaşabilecekleri riskler incelenmiş, alınması gereken tedbirler değerlendirilmiştir. Hem işletme bazında hem de çalışanlar bazında gerekli önlemler sağlandığında yüksek ve çok yüksek gerilim elektrik tesislerinde ramak kala, iş kazası sayısı ve ölümlü iş kazası sayısının azaltılması sağlanacaktır.
Elektrik güç sistemleri için eğitim amaçlı bir paket program geliştirilmesi
Elektrik enerjisine olan ihtiyaç, teknolojinin gelişimi ile birlikte her geçen gün artmaktadır. Enerjinin tüketicilere ulaştırılmasında, bağlaşımlı sisteme sahip şebekeler kullanılmaktadır. Güç sistemlerinin tasarımı, işletilmesi ve kontrolü konularında çalışan elemanların problem çözme ve analitik düşünme becerilerinin yanında, bilgi kapasitelerinin de günümüz şartlarına uygun olması kaçınılmazdır. Bu nedenle güç sistemleri alanında görev alacak kişilerin alacakları eğitimin sadece teorik değil, aynı zamanda uygulamalı da olması gerekmektedir. Eğitimler esnasında karşılaşılan problemler gerçek hayattakine benzer olmakla birlikte, elbette bu problemlerin çözüm yollarının da öğrenilmesi arzu edilen bir durumdur. Fakat güç sistem analizi problemleri; çoğunlukla hata yapma ihtimali yüksek olan, vakit alan ve uzun çözümler gerektiren uygulamalardır. Bu noktada bilgisayarlar devreye girip karmaşık işlemleri hassas, hatasız ve hızlı bir şekilde yapabildikleri için, bütün bu olumsuzluklar bertaraf edilebilmektedir. Konu ile alakalı geliştirilen bilgisayar programlarının büyük bir kısmı profesyonel kullanıma yönelik olduğu için, maalesef eğitim amaçlı kullanımları pek mümkün olmamaktadır. Bu çalışmada, güç sistemleri analizi alanında çalışan ve eğitim alan kişilerin rahatlıkla kullanabileceği, analiz ve arıza problemlerini çözebilecekleri, Güç Sistemleri Eğitim Programı (GSEP) isimli bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. GSEP, aynı zamanda güç sistemlerinin modellenmesine de imkan tanıyan bir programdır. GSEP, Matlab tabanlı grafiksel kullanıcı ara yüzü olan bir benzetim programı olup, araştırma ve eğitim amaçlarına uygundur. Örnek olması açısından; geliştirilen programın başlıca özellikleri ve etkinliği örnek güç sistemleri üzerinde test edilerek, elde edilen sonuçlar sayısal ve grafiksel olarak gösterilmiştir.
Mikro şebekelerin güç sistemi kararlılığına etkilerinin incelenmesi
Geleneksel güç sistemleri; fosil yakıt kaynaklarındaki azalma, kötü enerji politikaları ve çevresel kirlilik gibi birçok problem ile karşı karşıya kalmaktadır. Ayrıca her geçen gün artan elektrik güç talepleri güç şebekelerini yüklenme sınırlarında çalışmaya zorlamakta ve merkezi üretim noktalarından enerji tüketim merkezlerine enerji taşınmasını zorlaştırmaktadır. Bu problemler yenilenebilir enerji kaynaklarının daha fazla kullanımına ve dağıtım gerilimi seviyesinde bölgesel güç üretimi yapabilen yeni bir trendin doğmasına yol açmıştır. Mikro şebeke kavramı, güç sistemlerine yenilenebilir enerji kaynaklarını da içeren dağıtılmış enerji kaynaklarının entegrasyonunda karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmek için ilgi çekici bir alternatif sunmuştur. Mikro şebeke, merkezi kontrol sinyallerine yanıt verebilen tek bir varlık gibi şebekeye kendini gösteren mikro kaynaklar, depolama sistemleri ve yüklerin bir kümesi şeklinde tanımlanabilir. Günümüzde mikro şebekelere olan ilgi her geçen gün giderek artmaktadır. Bu çalışmada, mikro şebekelerin güç sistemlerine entegre edilmesi ile güç sisteminin kararlılığı üzerine yapacakları etkiler incelenmiştir. İlk olarak mikro şebeke, güç sistemi kararlılık sınıfları ve güç sistemi kararlılık analiz yöntemleri hakkında bilgiler verilmiştir. Analiz çalışmaları için, bir mikro şebeke modeli benzetimi yapılmış ve bu mikro şebekenin güç sisteminde yerleştirileceği uygun bara tespit edilmiştir. Daha sonra güç sistemine yerleştirilen mikro şebekenin güç sisteminin kararlılığı üzerine etkilerini göstermek amacıyla, mikro şebeke bulunmayan güç sistemi için ve mikro şebeke bulunan güç sistemi için güç akış analizi, çatallaşma analizi, küçük sinyal kararlılık analizi, modal analizi ve zaman domeni simülasyon analizi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kararlılık analizi çalışmaları sonucunda, mikro şebeke bulunmayan güç sistemine mikro şebeke ilavesinin güç sisteminin kararlılığını iyileştirdiği görülmüştür.
Güneş panelleri ile üretilen enerjinin ortam bilgileri kullanılarak yapay sinir ağlarıyla tahmini
Bir fotovoltaik panelin çıkış gücü, güneş ışınımı, hava sıcaklığı, rüzgâr hızı, rüzgâr yönü, bağıl nem oranı vb. çevresel faktörlere bağlıdır. Bu bağlılık nonlineer olup fotovoltaiklerin üretim tekniklerinin farklılığından kaynaklanmaktadır. Bu durum fotovoltaik panel karakteristiklerinin saptanması için ayrıntılı deneysel çalışmaları zorunlu hale getirmektedir. Fotovoltaik panellerin üreteceği gücün doğru şekilde tahmin edilmesi, güç üretim sistemlerinin doğru planlanmasında son derece önemlidir. Bu çalışmada, yapay sinir ağları kullanılarak fotovoltaik panellerin ürettiği güç değeri tahmin edilmeye çalışılmıştır. Daha hassas bir tahmin gerçekleştirebilmek için deneysel çalışmada, ortama ait güneş ışınımı miktarı, hava sıcaklığı, rüzgâr hızı, rüzgâr yönü, bağıl nem oranı ve güneş yükseklik açısı çevresel değişkenleri ile beraber, fotovoltaik panellerin ürettiği güç değerleri bir yıl boyunca ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Çalışmada sabit açılı ve tek eksenli güneş izleyici fotovoltaik tek kristalli silikon paneller kullanılmıştır. Geliştirilen yapay sinir ağı modelleri ile elde edilen tahmini değerler, ölçülmüş değerlerler ile karşılaştırılmış ve elde edilen bulgular irdelenmiştir. Geliştirilen yapay sinir ağı modelleri, ağın eğitim sürecinde kullanılmamış verilerle test edildiğinde, sabit açılı panel için %1,4'ü, hareketli panel için %2,34'ü aşmayan Kök Ortalama Karesel Hata (RMSE) oranları ile çok doğru bir tahminleme yaptığı görülmüştür. Geliştirilen yapay sinir ağı modellerinde, bağımlı güç değişkeni ile çevresel değişkenler arasındaki korelasyon katsayısının %99,637 ile %99,998 arasında çok yüksek bir değerde olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca bu çalışmada, geliştirilen modeller geleneksel yöntemlerden biri olan Çoklu Doğrusal Regresyon (MLR) ile test edilmiştir. Sonuçlar, çevresel değişkenlerin kullanılmasıyla elde edilen modellerin, fotovoltaik panellerin ürettiği güç değerini yüksek bir doğrulukla tahmin edebildiğini göstermiştir. Bu çalışma, Batman ilinde gerçekleştirilmiştir ancak; dünyanın herhangi bir konumunda, meteoroloji istasyonlarından elde edilecek çevresel değişkenler kullanılarak, tesis edilmek istenen fotovoltaik sistemlere ait enerji üretimi, yüksek bir doğrulukla tahmin edilebilecektir.
Kompozit özlü alüminyum iletkenlerin elektriksel ve mekaniksel açıdan incelenmesi
Elektrik enerjisinin üretim santrallerinden tüketicilere mümkün olduğu kadar en az kayıpla dolayısıyla en yüksek verimle iletilmesi istenmektedir. Enerji iletimi, yüksek gerilimin yalıtım problemlerinden ve kablo sistemlerinin tesisinin daha zor ve maliyetli olmasından dolayı özellikle uzun mesafelerde havai hatlar ile yapılmaktadır. Havai hat iletkenleri üretilen elektrik enerjisini tüketim bölgelerine direkler vasıtasıyla taşıyan ve bu bölgelerde de dağıtan iletkenlerdir. Enerjinin iletilmesi ve dağıtımında kayıpların en aza indirgenmesi için havai hatlarda kullanılacak iletkenler yüksek iletkenlik seviyesine sahip olmalıdır. Diğer yandan, havai hat iletkenleri mekanik yüklere ve dış ortam şartlarına (kar, buz, rüzgâr, yağmur, güneş vb.) karşı yeterince dayanıklı, aynı zamanda mümkün olduğunca hafif malzemelerden seçilmelidir. İletken seçimlerinde önemli olan kriterlerden biri de uygun maliyettir. Tüm bu özellikler göz önüne alındığında havai hatlar için hem alüminyum hem de bakır iletkenler uygundur. Ancak bakır yerini zamanla daha ucuz ve hafif olan alüminyuma bırakmıştır. Alüminyum, ilk kez Amerika ve Fransa'da 1895 yılında hava hattı örgülü iletkeni olarak, 1908 yılında da hava hattı çelik özlü alüminyum iletkeni olarak kullanılmıştır. Hattın iletkenliği ile mekanik dayanımı, kullanılan iletkenin çapı ve yoğunluğu ile ilişkilidir. Gerek taşıdıkları akım gerekse de dış faktörlerden dolayı havai hat iletkenleri ısınmakta ve direkler arasında gerili olan iletkenlerde sehim meydana gelmektedir. Sehim değerlerini mümkün olduğunca azaltmak için iletim hatlarında kullanılan iletkenlerin ısı katsayısı da iyi olmalıdır. Aynı zamanda iletkenlerin, gerilme ve sehim ile oluşacak çekme kuvvetlerine dayanıp kopmamaları için esnek yapıda olmaları da gerekmektedir. Uygun iletken seçimi esnasında bahsedilen etkenler dışında gerilim seviyesi, güç kaybı, ısınma durumu ve korona kaybı gibi etkenler de dikkate alınmaktadır. Havai hat iletkenleri, som (içi dolu veya masif), tek telli veya örgülü çok telli olarak yapılmaktadır. Som telden yapılan iletkenler bir cins malzemeden ve içi dolu bir tek tel halinde 10 mm2 kesite kadar imal edilir. Bazı özel durumlarda kullanılmak üzere 16 mm2'lik olanları da yapılmaktadır. Örgülü çok telli iletkenler ise aynı veya aynı cins metalden imal edilir. İnce tellerin spiral şekilde örülmesiyle meydana getirilen iletkenlerdir. Bu iletkenlerin üzerinde herhangi bir yalıtkan tabaka bulunmamaktadır. Örgülü iletkenler, büyük kesitlerde montaj kolaylığı, esnek oluşları, makara haline getirilebilmeleri ve taşınma kolaylığı sebebiyle kullanılmaktadır. Maliyet, elektriksel iletkenlik, hafiflik, esneklik ve mekanik dayanım gibi birçok yönden yapılan değerlendirmeler sonucunda güç sistemlerinde en yaygın olarak kullanılan malzemeler alüminyum ve çelik özlü alüminyum örgülü iletkenlerdir. Günümüzde iletim ve dağıtım hatlarında enerjinin daha verimli bir şekilde iletilebilmesi için örgülü iletkenler tercih edilmektedir. Tamamı alüminyum örgülü iletkenlerden oluşan yapıların yanında çelikle desteklenen örgülü iletkenler de bulunmaktadır. Son yıllarda çeliğin dezavantajlarından kurtulmak için çelik kadar sağlam ama hafif ve esnek olan kompozit malzemeli iletkenler de üretilmiştir. Kompozit öz, çelik özden % 70 daha hafif ve iki kat daha güçlüdür. Bu çalışmada, sağladığı avantajlarla havai hatlarda uygulamaları giderek artan ACCC detaylı olarak incelenecek ve aynı özelliklere sahip ACSR iletken ile karşılaştırılacaktır. Bu amaçla çeşitli iletkenler için elektriksel, mekaniksel ve termik testler yapılacaktır.
CEPSO algoritması ile TCSC ve STATCOM'un optimum güç akış problemine etkilerinin incelenmesi
Günümüz modern güç sistemlerinde arz güvenliğini sağlamak, işletme verimliliğini artırmak ve doğru yatırım planlamaları yapmak; artan nüfus ve enerji talebi, iletim varlıklarının dengesiz ve verimsiz kullanımı, ekonomik dar boğaz, enerji jeopolitiği, yeni yatırımlara karşı gelişen çevresel duyarlılık, yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu, akıllı şebeke konsepti için gerekli olan kompleks haberleşme ve otomasyon altyapıları gibi problemler nedeniyle neredeyse imkansız hale gelmiştir. Optimum güç akış çözümleri ve güç elektroniği tabanlı Esnek Alternatif Akım İletim Sistemleri (Flexible Alternating Current Systems-FACTS) cihazlarının güç sistemlerinde kullanılması sayesinde arz güvenliği yüksek, maksimum kapasiteye yakın bir noktada işletilen ve öngörülebilir bir güç sistemi elde etmek, doğru ve verimli yatırım tercihleri gerçekleştirebilmek mümkün olmaktadır. Bu çalışmada aktif güç kayıplarının azaltılması ve gerilim profilinin güçlendirilmesi problemleri için kaos gömülü parçacık sürü optimizasyonu kullanılmıştır. Geliştirilen algoritma önce IEEE 5 baralı standart test sisteminde, daha sonra da IEEE 30 baralı test sisteminde denenmiştir. IEEE 30 baralı test sisteminde yakıt maliyetinin azaltılması, gerilim kararlılığının artırılması ve reaktif güç kayıplarının azaltılması gibi optimum güç akış problemi amaç fonksiyonları için de optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Seçilen amaç fonksiyonları için daha iyi sonuçlar elde edebilmek için hem IEEE 5 baralı sistemde hem de IEEE 30 baralı sistemde kullanılmak üzere aktif güç kayıplarının azaltılması için seri bir FACTS cihazı olan tristör kontrollü seri kapasitör (TCSC) ve gerilim profilinin güçlendirilmesi için paralel bir FACTS cihazı olan, statik senkron kompanzatör (STATCOM) kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak ortaya konulmuştur.
Elektrikli araç şarj istasyonlarının dağıtım şebekesine etkilerinin incelenmesi
Elektrikli araç şarj istasyonları, çevre dostu ve sürdürülebilir bir ulaşım seçeneği olan elektrikli araçların yaygınlaşmasını destekleyen önemli bir altyapıdır. Ancak, elektrikli araç şarj istasyonlarının şebekeye etkileri de göz önünde bulundurulmalıdır. Elektrikli araç şarj istasyonlarının dağıtım sisteminde meydana getirdiği etkilerin sebebi, elektrikli araçların hızlı bir şekilde şarj edilmesi için yüksek güç gereksinimine ihtiyaç olmasıdır. Bu duruma ek olarak aynı bölgede birden fazla elektrikli araç şarj talebinde bulunduğunda daha fazla güç talebinde bulunulmaktadır. Bu, şarj istasyonlarının enerji ihtiyacının artmasına neden olur ve yerel elektrik şebekelerinin kapasitesini zorlar. Elektrikli araçların hızlı şarj ihtiyacı, şebeke üzerindeki yükü artırarak sistemde harmoniklerin oluşmasına, gerilim dalgalanmalarına ve aşırı yüklenmelere yol açabilir. Bu durum, enerji kayıpları ve şebeke kesintileri gibi sorunlara neden olabilir. Ayrıca, şarj istasyonlarının yoğun olduğu bölgelerde altyapı eksiklikleri ortaya çıkabilir ve ek maliyetler gerektirebilir. Ayrıca, elektrikli araç şarj istasyonlarının aşırı yoğun olduğu bölgelerde, şebekeye yönelik altyapı eksikliği sorunları ortaya çıkabilir. Bu durumda, yeni şebeke yatırımları ve güç dağıtımı için ek maliyetler gerekebilir. Sonuç olarak, elektrikli araç şarj istasyonlarının şebekeye olumsuz etkileri göz ardı edilemez. Ancak, uygun planlama, akıllı şebeke teknolojileri ve düzenlemelerle, elektrikli araçların yaygınlaşması için gereken altyapı sağlanabilir ve şebeke üzerindeki etkiler minimize edilebilir. Bu çalışmada, elektrikli araçlar ve elektrikli araç şarj istasyonları incelenerek, PowerFactory DIgSILENT programında benzetim çalışmaları yapılmış ve elektrikli araç şarj istasyonlarının şebeke üzerindeki etkileri incelenmiştir. Uygulama çalışması için Fırat Üniversitesi yerleşkesine ait orta gerilim tek hat şeması kullanılmıştır.
Demiryolu elektrifikasyon sistemleri için dinamik test ve ölçüm sisteminin gerçekleştirilmesi
Günümüzde demiryolu ulaşımına olan talep giderek artmaktadır. Ülkemizde bu alandaki çalışmalar 2007 yılından sonra hız kazanmıştır. Şu anda Ankara-Konya ve Ankara-Eskişehir hatlarında, hızlı trenler 250 km/saat hıza ulaşarak hizmet vermektedir ve yolculuk süresi ciddi oranda kısalmaktadır. Türkiye'de demiryolu alt yapı çalışmaları devam ederken, yapılan yolların ve tren setlerinin bu hızlara uygunluğu, yol ve yolcu güvenliği açısından büyük önem arz etmektedir. Yol ve yolcu güvenliğini sağlamak için yapılan testler 3 ana başlık altında toplanabilir. Bunlardan birincisi elektrifikasyon hattı üzerinde yapılan kontroller, ikincisi ray profili ölçümleri ve üçüncüsü ise tekerlek – ray etkileşim ölçümleridir. Trenin hareket etmesi için gerekli olan enerji elektrik hattından sağlanmaktadır. Raylı sistem aracının sürekli olarak enerjili olabilmesi için, elektrik hattı ile pantograf arasında sürekli bir temas olmalıdır. Pantograf ve katener arasındaki çok kısa süreli bir temassızlık bile raylı sistem aracını ve içindeki elektronik sistemleri olumsuz olarak etkilemektedir. Bu nedenle pantograf ve katener etkileşimi dinamik ve statik olarak belirli periyotlarla test edilmelidir. Ülkemizde demiryollarının test ve ölçümleri yurt dışı menşeli firmalara km başına belirli ücretler ödenerek yaptırılmakta veya sistemler bufirmalardan satın alınmaktadır. Bu durum ülke kaynaklarının dışarıya gitmesine neden olmaktadır. Bu çalışmada, yerli donanım ve yazılımlar kullanılarak, yurt dışında yapılan test sistemlerine muadil bir sistemgeliştirilmiştir. Bu çalışmada, hem NI ürünleriyle uyumu hem de verimli çalışması açısından Labview yazılımı tercih edilmiştir. Yazılımlar yapılırken her bir modül ve birlikte çalışacağı algılayıcılar ayrı ayrı test edilmiş, daha sonra yazılımın içine teker teker entegre edilmiştir. Grafik ara yüzünde; 4 adet yük hücresini eş zamanlı ölçmek ve grafikleri görüntülemek için 4 adet yük hücresi grafiği, 4 adet ivme ölçer algılayıcısını eş zamanlı ölçmek ve grafikleri görüntülemek için 4 adet ivme ölçer algılayıcısı grafiği, 1 adet dezeksman grafiği, 1 adet toplam kuvveti ölçen grafik, 1 adet GPS verilerinin gösterildiği ekran ve 1 adet de Google maps programıyla entegre, trenin gerçek zamanlı konumunu gösteren harita bulunmaktadır. Algılayıcılar ve GPS cihazından gelen veriler senkron hale getirilmiş olup, csv dosya formatında gerçek zamanlı olarak bilgisayara kaydedilmektedir. Yapılan yazılımda kayıtlar sadece tren hareket ettiğinde alınmakta olup, tren durduğunda herhangi bir kayıt alınmamaktadır. Bu durum hafızada fazla yer işgalinin önüne geçmektedir. Sistem bu haliyle ulusal bazda ölçüm yapan trenlerin kapasite olarak üzerinde olup, Google maps desteği sistemi bir adım ileriye taşımaktadır. Bu çalışmada, ölçüm sonuçları ek bir yazılım ihtiyacı duyulmayacak şekilde kayıt altına alınmaktadır. Verilerin kaydedilmesinden sonraki aşama ise bunların uzman bir personel tarafından yorumlanması ve hatta arıza olup olmadığının tespit edilmesidir. Bu amaca uygun olarak derin öğrenme algoritmalarından faydalanılmış olup, eğitim sonuçları % 98,54 oranına kadar başarılı olarak test edilmiştir.
Enerji iletim hatlarında yıldırım kaynaklı geçici açmaların topraklama sistemi açısından analizi
Enerji İletim Hatları yıl içerisinde birçok arıza yaşamaktadır. Bu arızalar başlıca buz yükü arızaları, güzergah kaynaklı arızalar, üçüncü şahıs etkisiyle meydana gelen arızalar, iletken ve hırdavatların zarar görmesi, yıldırım kaynaklı açmalar vb. olarak çeşitlendirilebilir. Bu başlıklar içerisinde en fazla arızaya sebep olan arıza kaynaklarından biriside yıldırımdır. Yıldırım hakkında literatürde genellikle izolatör boyu, yıldırım darbe gerilimleri ve genel koruma sistemleri üzerine odaklanılmış; ancak farklı topraklama yapılarına ve özellikle bölgesel toprak özelliklerine bağlı olarak yıldırımın iletim hatlarında neden olduğu açmalara dair bütüncül modellemeler yeterince geliştirilmemiştir. Bu tez çalışmasında önerilen yaklaşım, yıldırım kaynaklı geçici açmaların farklı toprak yapılarında, alternatif topraklama sistemleri ve konfigürasyonları altında performansını analiz etmeye yöneliktir. Bu yönüyle, sadece tek bir sistemin incelenmesi değil; sahada ölçülen toprak özgül dirençlerine dayalı olarak çoklu senaryolarla topraklama empedanslarının modellenmesi ve yıldırım darbe gerilimine karşı sistem tepkisinin değerlendirilmesi söz konusudur. Böylece hem toprağın yapısal özellikleri hem de farklı topraklama elektrotlarının yıldırıma karşı etkinliği birlikte analiz edilecektir. Çalışmada kullanılacak sayısal modelleme yöntemleri (IPI2WIN ve PSCAD) daha önce farklı araştırmalarda ayrı ayrı uygulanmış olsa da bu iki yazılımın entegre şekilde, gerçek saha verileriyle desteklenerek, yıldırım geçici açmaları özelinde kullanılması literatürde sınırlı örneğe sahiptir ve bu yönüyle tez çalışması önemli bir yenilik sunmaktadır. Elde edilecek sonuçlar, hem iletim hatlarının yıldırım darbesine karşı güvenliğinin artırılması hem de bölgesel zemin özelliklerine göre farklılaşan mühendislik çözümlerinin uygulanması açısından TEİAŞ ve benzeri kurumların saha planlamalarına doğrudan katkı sunabilecek niteliktedir. Ayrıca bu çalışma, enerji iletim sistemlerinde topraklama altyapısının yıldırıma karşı yeniden değerlendirilmesi ve optimum topraklama tasarımlarının belirlenmesi açısından bilimsel literatüre özgün katkı sağlayacaktır. Bu çalışmada, enerji iletim hattı direklerinde yıldırım kaynaklı geçici açmaların topraklama sistemleri üzerindeki etkileri hem sayısal modelleme hem de saha ölçümleri yoluyla analiz edilecektir.