Electric power systems
65 theses under this subject heading
Gerçek zamanlı izleme sistemleriyle bir elektrik dağıtım sisteminde güç kalitesi problemlerinin incelenmesi
Bu tezde, gerçek zamanlı güç kalitesi izleme sistemiyle bir elektrik dağıtım sisteminde meydana gelen güç kalitesi olayları izlenmiş ve yorumlanmıştır. Yapılan izleme ve yorumlama işlemleri için, Siirt Üniversitesi Kezer Kampüsü'nde bulunan dağıtım şebekesindeki en yüklü transformatörünün çıkışına bir güç kalitesi analizörü sistemi kurulmuştur. Bu sistem kullanılarak, üç ay boyunca gerçek zamanlı güç kalitesi ölçümleri yapılmıştır. Bu güç kalitesi analizörü ile sisteme ait akım, gerilim, güç, frekans gibi parametrelerin yanı sıra sistemde meydana gelen güç kalitesi olayları da kayıt altına alınmıştır. İlgili dağıtım sisteminde meydana gelen güç kalitesi verileri, bilgisayar ortamına aktarılmış ve daha sonra gerilim çökmesi, sıçraması, kesintisi, kırpışması, harmonik gibi güç kalitesi olayları sınıflandırılarak yorumlanmıştır. Güç kalitesi analizörü ile tespit edilen önemli güç kalitesi olayları, ulusal ve uluslararası standartlar çerçevesinde sınıflandırılmıştır. Tez çalışmasında ayrıca, bu güç kalitesi bozucu etmenlerin enterkonnekte şebekeye ve ölçüm noktasındaki tüketicilere olan etkilerini en aza indirmek için bazı öneriler sunulmuştur.
Veri ön işleme teknikleri ile kısa dönem elektrik tüketim tahmininde makine öğrenmesi modelleri: İzmir ili örneği
Son yıllarda insan nüfusunun artması ile birlikte elektrik enerjisine olan talepte de artış gözlenmektedir. Elektrik enerjisine olan talebin artmasının yanı sıra elektrik üretiminde kullanılan fosil kaynaklarında giderek azalması, elektrik tüketimi talebinin doğru tahmin edilmesinin önemini arttırmıştır. Bu çalışmada İzmir ilinin 01.01.2017 ile 31.12.2021 tarihleri arasındaki saatlik ölçekteki elektrik tüketim verileri kullanılarak kısa dönem elektrik tüketim tahmin modelleri geliştirilmiştir. Yapay sinir ağı modelleri ile birlikte, başarı oranını arttırmak amacı ile, farklı öznitelik çıkarım yöntemleri kullanılarak on iki farklı model oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modellerden elde edilen sonuçlar geleneksel yöntemlerden biri olan ARIMA yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada sonucunda gerçek değerler ile oluşturulan modelden elde edilen tahmin değeri MAPE, RMSE, MAE vb. başarı değerlendirme kriterleri açısından karşılaştırılmış ve en doğru tahmin sonucu veren model belirlenmeye çalışılmıştır. Araştırma sonucunda elde edilen veriler incelendiğinde, en iyi performansın değişken mod ayrıştırma yöntemi ile entropi yönteminin bir arada kullanıldığı modelde sağlandığı belirlenmiştir. Bu model, MAPE (Ortalama Mutlak Yüzde Hatası) başarı değerlendirme kriterine göre 0,4394 değerine ulaşarak üstün bir performans sergilemiştir. Ayrıca, modelin belirleme katsayısı (R²) başarı kriterine göre elde ettiği 0,997 değeri, modelin yüksek bir doğruluk oranına sahip olduğunu göstermektedir. Bu sonuçlar, bahsi geçen yöntemin diğer yöntemlere kıyasla daha etkili ve güvenilir olduğunu ortaya koymaktadır Bu sonuçlar, geleneksel yöntemlerden biri olan ARIMA modeli ile karşılaştırılmıştır. ARIMA modeli kullanılarak yapılan yük tahmini çalışmasında, MAPE değeri 23,13 olarak bulunmuştur. Bu karşılaştırma, değişken mod ayrıştırma yöntemi ve entropi yönteminin birlikte kullanıldığı modelin, ARIMA modeline kıyasla çok daha düşük bir hata oranı ile çalıştığını ve daha doğru tahminler ürettiğini açıkça göstermektedir. Bu da modern yöntemlerin geleneksel yöntemlere göre üstünlük sağladığını ve daha güvenilir sonuçlar verdiğini kanıtlamaktadır.
Wide-area measurement-based early prediction and corrective control for transient stability in power systems
Electric power systems are designed to supply a persistent, uninterrupted and secure service for their consumers while considering the economic dispatch for the maximum profit for the power system operators. However, the power systems are exposed to various types of faults, such as earthquakes, hurricanes, human operation errors, control system failures, hidden failures in protection system, malicious attacks, weak connections, and a host of other factors, which might cause instabilities or even blackouts. When a severe fault occurs in the power system, it could spread in the system due to the interconnections in the power system, which could endanger the stability of a large portion of the power system, and then may lead to a blackout. In the last decades, many blackouts occurred in different power systems all around the world due to similar scenarios affecting millions of customers and causing enormous economic losses. The blackout that occurred in March 2015 in Turkey can be taken as an example for such blackouts. The tripping of a heavily loaded 400 kV transmission line for a scheduled maintenance caused this blackout; and left 76 million customers without electricity for more than 9 hours. At the beginning, the tripping of the line led to the separation between the Western and Eastern parts of the Turkish power system. Then, it led to a disconnection of the Turkish power system from the European network of transmission system operators for electricity grid, then both Western and Eastern parts of the Turkish power system lose their stability and collapsed into blackout. The largest power system blackout in the history occurred in July 2012 in India, which left more than 620 millions of customers without electricity for two consecutive days. According to a research firm, the annual cost of power outages and fluctuations worldwide was estimated to be between $119 and $188 billion yearly. This indicates the importance of the power system dynamic security, since power system dynamic insecurity clearly have significant economic consequences for the society. This increases the need for the design of comprehensive system monitoring and control strategies to prevent the system from losing its stability, which may lead to catastrophic failures and blackouts. To approach that, the situational awareness capabilities of the power system needs to be improved. The evolution of phasor measurement unit (PMU) technology in the recent years gave the flexibility for the power system operators to use PMUs' measurements in their applications, e.g. monitoring, protection, operation, and control of the power system. PMUs are recognized as the key class of technology for the future situational awareness in the power system. PMUs' measurements can help the power system operators to build an accurate view of the entire power system in real-time since they are synchronized to a common time frame. To prevent the power system loss of stability after a severe fault, wide-area monitoring, protection and control (WAMPAC) systems are used. WAMPAC systems are designed to increase the reliability and security of the power systems to meet the needs of the 21st century. WAMPAC systems use the PMUs' measurements to monitor the power system status and counteract the propagation of severe faults in case of existence. PMUs' measurements are collected at 30 to 120 samples per second, which enables WAMPAC system to capture the power system dynamics and oscillations. This sampling rate is sufficient for analyzing the behavior of the power system during the disturbance and accordingly for taking fast corrective control actions. WAMPAC systems analyze the collected PMUs' measurements in the control center to detect the existence of a disturbance in the power system, and then it can specify the location and the type of that disturbance depending on those measurements. In case of a fault, the wide-area measurements can be used for determining whether the system will eventually be stable or unstable as the system dynamics evolve. WAMPAC systems can then measure the severity of the ongoing fault based on the collected measurements, which can be an indication of the way that the power system dynamics evolve. Post-fault prediction of transient stability and the measurement of the severity of the ongoing fault are crucial to allow sufficient time for taking corrective control actions against a predicted instability. The choice of which corrective control action to be triggered, e.g. fast valving, load shedding, defensive islanding, depends on the impact of the fault on the system. In this thesis, it is aimed to enhance the dynamic security of a large-scale power system against severe contingencies by implementing a comprehensive wide-area control system. The proposed wide-area control methodology has the ability of predicting the transient stability status of the power system directly after clearing the fault, and it can measure the severity of that fault within a short period of time. The proposed wide-area control methodology in this thesis can be divided into three main stages. In the first stage, the post-fault transient stability status of the power system is predicted by using the PMUs' measurements. The proposed novel early prediction algorithm adopts a deep learning neural network, stacked sparse autoencoder, for classifying the transient stability system status to be either stable or not. In the second stage of the proposed wide-area control methodology, the severity of the ongoing fault is measured by using a novel severity index based on the measurements collected from the PMUs. Lastly, in case of severe faults that endanger the stability of the power system, a novel real-time adaptive defensive islanding algorithm is applied on the system to counteract the progress of the severe ongoing fault. Post-fault prediction of transient stability status of power systems has a great impact on the performance of wide-area monitoring, protection and control systems. Situational awareness capabilities of a power system are improved by fast detection of instabilities after severe fault occurrences. This allows sufficient time to take necessary corrective control actions. In this thesis, a novel method based on deep learning neural networks is proposed to predict the post-fault transient stability status of the power system directly after clearing the fault. The proposed early prediction algorithm exploits the measurements from the whole fault-on time period, since the stability of the power system does not only depends on the post-fault system operating point, but also on the pre-fault operating point, the fault location, and its duration. The fault-on time period starts from the fault occurrence lasts up to its clearance. This approach of utilizing the fault-on measurements contrasts to the existing approaches in the literature in which only the post-fault measurements are used. A dataset is generated by extracting some specific points on the trajectories of voltage magnitudes collected from the PMUs to train a deep learning neural network; stacked sparse autoencoder (SSAE); off-line. Then, the trained SSAE is used in an online application for labeling the post-fault stability of the power system directly after clearing the fault. SSAE can automatically extract features from dataset and overcome the shortcomings of conventional machine learning tools. The proposed method is able to correctly predict the post-fault stability status directly at the moment when the fault is cleared, without the need to wait for more post-fault measurements to be used in the machine learning tool as in the existing approach in literature. In case of instability predicted by the use of the aforementioned early prediction method, the proposed wide-area control methodology continues afterwards by measuring the severity level of the ongoing fault. A new knowledge-based severity index that is named as frequency based severity index (FbSI) is used to assess the severity level of the ongoing fault. The proposed severity index FbSI measures the severity of the ongoing contingency and accordingly labels the system status to be one of the following states: secure, insecure but not severe, or, both insecure and severe. The classification between the insecure states is made to specify the most severe contingencies for which the defensive islanding is required. Since islanding is an aggressive and high-cost control action, more attention is needed to specify the cases that require its application. The proposed wide-area measurements based severity index FbSI uses the frequencies of the post-fault generator bus voltages that can be estimated directly by the PMUs from the measured voltage waveforms, as it is indicated in the IEEE standard C37.118.1-2011. In case of a severe fault that may cause a cascading blackout, which is identified by the severity index, the wide-area control method proposes applying an islanding scheme on the power system in order to counteract the propagation of that fault. Multiple islanding schemes candidates are generated by using different model and measurement-based islanding algorithms, and then the best islanding scheme among them is selected for application. As a model-based algorithm, slow coherency based islanding is adopted, while K-means clustering, hierarchical clustering, and fuzzy relational eigenvector centrality-based clustering algorithms are employed in the measurement-based islanding algorithms. The most updated power flow information collected from PMUs are utilized to construct the islanding schemes. The model-based islanding algorithm is based on the most recent pre-fault steady-state PMUs' measurements. Unlike the previous studies in the literature, which use the pre-fault dynamics, for the measurement-based islanding algorithms adopted in this thesis, the post-fault voltage angle trajectories are utilized to generate the islanding schemes. This novel approach, which is proposed in this study, provides disturbance dependent islanding schemes. These schemes can be more advantageous over the disturbance independent ones generated by either model or measurement based algorithms that use the pre-fault measurements. This proposed approach can provide alternative islanding schemes that are tailored for each severe contingency occurring in the network. Using this approach, the resulting islanding scheme tends to isolate the fault in a smaller island, and save the rest of the system from further separation. Thus, the approach can lead to a less load shedding, and an easier restoration process. The proposed wide-area control methodology is demonstrated on two power systems: a 127-bus 37-generator Western States Coordinating Council (WSCC) test system, and the Turkish power system.
Voltage control of a stand alone hybrid system using fuzzy logic controller
Many countries have been faced with danger of energy shortage and many environmentalists have been worried about global warming due effect of CO2 emissions. Furthermore, lack of saving in electrical resources added severe of crisis in these countries. Moreover, many remote areas don't have access to grid. Most of power systems experience a transient mode. In a special case, the operation of solar panel and wind turbine is depended to solar irradiance and wind speed. Also, maintenance DC-link voltage and output AC voltage regardless variations of wind speed and solar irradiation can be a challenging topic. In this thesis, a new strategy based on the stability of DC-bus voltage for a hybrid power system is proposed. Firstly, the operation of DC-bus voltage for a stand-alone hybrid power system consists of solar panel and wind turbine is investigated. In this case, a PI controller is used to regulating at its reference value. Then, the performance of DC-link voltage in a stand-alone hybrid system included a solar PV, wind turbine, battery and the fuel cell is studied. Furthermore, the Fuzzy logic controller is used as a power management energy in this case. Finally, the performance of DC-link voltage in a stand-alone hybrid system under PV system is out of service and when 50% of load is used is studied. The MATLAB/Simulink and SimPowerSystems software packages are used to model a proposed stand-alone hybrid power system. Simulation results show that proposed strategy has better performance under fast variation of irradiance. The first chapter contains literature review. This chapter addresses articles pertaining to design and improve the voltage control algorithm in the power system. In the second chapter, hybrid power system is introduced and the importance of using it in the network to improve the control of the power system is explained. The third chapter describes the componenet mathematic and matlab modeling. The renewable energy conversion systems are used to harvest generated energy in DC busbar and then converted to AC by a three-phase full-bridge inverter. The proposed distributed generation substructure supplies loads with low total harmonic distortion. A new strategy based on stability of DC-bus voltage for a stand alone hybrid power system is proposed in Chapter 4. Finaly the results of Simulink discussed in the fifth chapter.
Limanlar için bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin tekno-ekonomik analizi
Ülke ekonomilerinin gelişmesi, refah seviyelerinin yükselmesi ve küresel kalkınmanın önemli bir unsuru olan ticaret % 90 oranla deniz taşımacılığı ve limanlarla gerçekleşmektedir. Enerjinin yoğun olarak kullanıldığı denizcilik sektörünün en önemli bileşenleri olan gemilerin ve limanların enerji tüketimindeki payı da yüksektir. Bunun doğal sonucu olarak yüksek enerji talebiyle birlikte denizcilik sektöründe artan fosil yakıt kullanımı karbon emisyonu, sera gazı ve küresel ısınma üzerinde olumsuz etkilerin artmasına neden olmaktadır. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO – International Maritime Organization) sera gazı salınımlarının azaltılması amacıyla gemilerde düşük sülfürlü yakıt kullanımının sağlanması için yapmış olduğu çabalar mesafe kaydetmeye başlamış olmakla birlikte denizcilik sektörünün tüm bileşenlerinin küresel iklim değişikliğinin önlenmesi, limanlarda alternatif ve yenilenebilir enerji kullanımı ve denizcilik sektöründe enerji verimliliği konularında atması gereken daha çok adım vardır. Dünya ticaretinde oldukça önemli bir paya sahip denizcilik sektöründeki özel ve kamusal teşebbüslerin, genellikle maliyetleri azaltmak amacıyla olsa da, hem sosyal sorumluluk, ticari prestij ve çevresel hassasiyet, hem de ulusal ve uluslararası zorunlulukları karşılamak amacıyla sera gazı salımı azaltma ve enerji arzı güvenliği maksadıyle alternatif enerji kaynaklarından enerji temini ve enerji verimliliği çalışmaları dikkat çekmeye başlamıştır. Enerji ihtiyacının karşılanmasının denizcilik endüstrisindeki önemi ve yüksek maliyeti ile çevresel kaygılar; sürdürülebilir, yeşil ve temiz enerji kaynaklarının tercih edilmesi ve enerjinin verimli kullanılması konusuna olan dikkatleri arttırmıştır. Sanayi ve ticari faaliyetlerin, dolayısıyla enerji tüketiminin yoğun olduğu Türk ve dünya liman bölgelerindedeki yüksek enerji kullanımının ana unsurları olan gemilerde, bazı yük elleçleme ekipmanlarında ve liman içi yük transfer araçlarında, aydınlatmalarda, soğutmalı depolarda, binalarda, ofislerde ve işletmelerde kullanılan enerji genellikle fosil yakıtlardan veya şebekeden gelen elektrikten sağlanmaktadır. Türkiye'de ve dünyada denizcilik alanında yenilenebilir ve yeşil enerji kaynaklarının kullanımı oldukça düşük seviyede kalırken, gemilerle yapılan nakliyede ve iskelelerdeki yük elleçleme operasyonlarında çoğunlukla fosil yakıt kullanılmaktadır. Ayrıca bir çok Türk ve dünya limanlarında yer alan ofis ve işletmelerde aydınlatmada, iklimlendirmede ve günlük kullanımda genellikle sahil şebeke elektriğinin kullanımı denizcilik kaynaklı hava ve çevre kirliliğinin önlenmesi, sürdürülebilir ve yeşil limanların oluşturulması için küresel önlemlerin alınmasını kaçınılmaz bir hale getirmiştir. Denizcilik sektörünün hem deniz hem de kara kısmı birlikte değerlendirildiğinde ihtiyaç duyulan enerji miktarı ve maliyeti ile birlikte çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkileri yeşil limanların yaygınlaşmasını ve denizciliğin tüm unsurlarıyla birlikte yenilenebilir, çevreci ve temiz enerji kaynaklarına yönelmesini zorunlu kılmaktadır. Günümüz ve geleceğe yön veren denizcilik faaliyetlerini ve liman hizmetlerini sunan küresel ölçekli denizcilik şirketleri ve liman yönetimleri; hava, çevre, deniz ve gürültü kirliliğinin azaltılmasının ve önlenmesinin yanı sıra sürdürülebilir ve temiz enerjinin kullanımını yasal zorunlulukların ötesinde sosyal sorumluluk bilinciyle gönüllü eylemlere dönüştürmüştür. Denizcilik alanında çevre hassasiyeti konularına ciddiyetle yaklaşan ve denizcilik sektörüne öncülük eden örnek uygulamalara sahip gemi operatörleri ve liman işletmecileri için, çevre ile iş sağlığı ve güvenliği konularındaki duyarlılık artık kurumsallık, rekabet ve prestij unsuru olmuştur. Limanlar için bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin yaygınlaşarak ve limanlarda yeşil strateji gözetilerek, temiz, sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarını kapsayan tüm hedef ve programların temel amacı; tüm dünya limanlarda küresel ölçekte çevresel, ekonomik ve sosyal sürdürülebilirliğin sağlanarak karbon ayak izinin azaltılması ve sera gazlarının önlenerek küresel ısınmanın olumsuz etkilerini azaltmaktır. Bu projedeki amacımız limanlarımızın enerji ihtiyacının yeşil, temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarıyla karşılanarak hem emisyon değerlerinin hem de enerji maliyetlerinin düşürülmesidir. Limanlardaki enerji maliyetlerinin yapılan iş hacmiyle orantılı olarak yüksek oluşu buralarda kullanılan enerjinin maliyetlerinin düşürülmesinde yenilenebilir ve kesintisiz enerji kaynaklarını kullanmanın önemini arttırmaktadır. Yakın zamanda yapılış çalışmalar incelendiğinde görülmüştür ki, Dünyada bu maksatla deniz fenerleri, stadyumlar, fabrikalar, işletmeler, hava alanları ve daha farklı projelerde yenilenebilir enerji kaynakları tatbik edilmiş ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Ancak limanlarda temiz enerji kaynaklarının kullanımı ise çok yeni bir uygulama olup dünyada örneklerinin az oluşu ve Türkiye' de tatbik edilmeye yeni yeni başlaması ve yaygınlaşmamış olması bu tez çalışmasına olan ihtiyacı doğurmuştur. Bu alanda henüz yapılmış bir çalışma olmayışı nedeniyle limanların da kendi potansiyellerini ve enerji maliyetlerini nasıl düşürebileceklerini görmelerinin önünde bir engel oluşturmaktadır. Yapılacak olan bu tez çalışmasında elde edilecek veriler ışığında liman bölgeleri net olarak harcadıkları enerji miktarlarını, bunun yenilenebilir enerji kaynaklarıyla karşılanması halinde elde edecekleri tasarrufu, ihracatta ve ticari rekabette yatırım ve hedeflerini büyütme potansiyellerini görmelerine imkan yaratacaktır. Bu amaçla öncelikle liman yükleme-tahliye operasyonlarında, liman alanındaki yük elleçleme ve depolama, aydınlatma ve diğer hizmetlerinde sarfedilen toplam enerji miktarının saatlik, günlük haftalık, aylık ve yıllık bazda tespit edilerek enerjiye harcanan toplam maliyetin bulunması hedeflenmiştir. Akdeniz'deki liman bölgesinde bulunan rıhtım ve iskelelerde tüketilen elektrik miktarının kaç kilowatt/saat olduğu ve toplam maliyetinin tespit edilmesinin ardından bu miktarların yenilenebilir enerji kaynaklarıyla ne kadar sürede amorti edilebileceği ve uzun vadede sağlayacağı karlılığı hesap etmek için söz konusu liman işletmecisinden bu bilgileri talep edilmiştir. Akdeniz'de yer alan limanın koordinat bilgileri, tüketilen saatlik enerji miktarları ve elde edilen diğer veriler, Homer Programına girierek farklı senaryolarla yenilenebilir hibrit enerji sistemleri uygulanmış, en uygun ve en ekonomik olan sistem, üzerinde çalışılan liman için tespit edilmiştir. Homer programı ihtiyaç duyduğu küresel solar radyasonu verilerini, sıcaklık, açıklık indeksi ve rüzgar kuvvetini internetten indirerek algoritmik hesaplar yaparak en uygun sistem bileşenlerini tespit edip optimum sistem ve ekonomik maliyet hesabı yapmaktadır. Program her bir sistem tasarımının tekno-ekonomik analizi için Homer (NREL, US) yazılımını kullanmıştır. Yazılım, tasarımcı tarafından girilen; proje ömrü, sistemin kurulacağı lokasyon bilgileri ve buraya ait sıcaklık, güneş, rüzgar vb. meteorolojik veriler, ihtiyaç duyulan enerji yükü (talebi), enflayon oranı, reel faiz oranı, tasarlanacak yenilenebilir enerji bileşenlerinin miktar ve özellikleri, sistemin bakım onarım maliyetleri, emisyondan kaynaklı ceza ve kısıtlamalar vb. her bir parametreyi simüle ederek net sistem maliyetine göre uygulanabilir sistem kombinasyonlarını sıralamaktadır. Yapılan çalışmada belirlenen tekno-ekonomik paramtrelere göre farklı senaryolar, söz konusu liman için simüle edilerek şebeke bağlantılı optimum hibrit enerji sistemi tasarlanmıştır. Analizi yapılan pilot bölgenin farklı senaryolarla elde edilen veriler ışığında ortaya çıkan optimum sistemi, farklı varyasyonlar ve senaryolarla kıyas yapılarak en doğru yenilenebilir sistem tercihi kolaylıkla şekillenmiştir. Bu çalışmada tasarlanan hibrit enerji sistemi, bölgenin enerji ihtiyacı ve kaynak uygunluğuna göre minimum maliyet ve maksismum güvenilir enerji arzı hedeflenmiştir. Bütünleşik yenilenebilir enerji güç sistemlerinin tekno ekonomik analizinin yapıldığı bu çalışmada seçilen pilot bölge Akdeniz'de bir liman olup, verileri alınan söz konusu limanın talebi üzerine ismi açıkça belirtilmemiştir. Hibrit olmayan sistemler, uygulanabilir sistem kombinasyonları arasında yer almazken, şebeke bağlantılı hibrit sistem, şebeke bağlantısı olmayan sistemlere kıyasla sistem maliyeti ve enerji üretim maliyeti açısından daha avantajlı bulunmuştur. Sistem maliyeti, bileşen maliyetleri ve enerji üretim maliyetlerinin tekno ekonomik analizlerine göre en optimum ve uygulanabilir sistem tasarımı incelenmiştir. Çalışmada, söz konusu limanın enerji yüküne ait maliyetler, Homer programı dışında excel programıyla da saatlik, günlük, aylık ve yıllık bazda hesaplanarak sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre şebekeden beslenen limana ait enerji maliyetlerinin her iki programda kıyaslandığında oldukça yüksek olduğu göze çarpmaktadır. Bu maliyetler, uygun bir yenilenebilir hibrit enerji sisteminin kurulması durumunda, enerji maliyetleri açısından oldukça makul rakamlara düşerek limanın orta ve uzun vadede karlılığa geçmesini sağlayacaktır. Bahse konu olan liman için hassasiyet ve optimizasyon ayarları yıl içerisindeki ortalama değerler için birbirinden bağımsız simülasyonlar yapılarak çıktılar incelenmiş ve en makul maliyete ulaşabilmek için sistem bileşenleri ve hassasiyet ayarları tek tek denenmiştir. Yenilenebilir enerji bileşenlerinin her bir maliyeti, bakım onarım masrafları, hurda değerleri ve diğer maliyetler bu bileşenlerin internetteki sayfaları ve ürün model ve özelliklerine göre piyasa değeri ortalamaları alınarak hesaplanmıştır. Modellenen hibrit sistemin mevcut maliyeti düşünüldüğünde, yıldan yıla bileşen maliyetlerindeki düşüş, şebeke elektrik fiyatlarındaki ve enflasyondaki yükseliş ile birlikte değerlendirildiğinde, şebeke enerji fiyatlarıyla rekabet edebilir olmasının yanısıra daha çok avantaj sağladığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak ortaya çıkan optimum ve uygun bir yenilenebilir enerji sisteminin, limanın enerji ihtiyaçlarını karşılaması açısından orta ve uzun vadede enerji maliyetleri üzerinde olumlu ve karlı bir etki sağlayacak sistemi belirlemeleri, tercih etmeleri ve karar verme süreçleri üzerinde netlik sağlaması açısından yararlı olacaktır.
Aktif yumuşak anahtarlamalı hibrit yükselten DA/DA dönüştürücü tasarımı ve uygulaması
Bu tez çalışmasında, fotovoltaik (PV) gibi düşük gerilim değerlerine sahip yenilenebilir enerji kaynaklarının çıkış gerilimlerini yüksek kazançla arttırmak ve sert anahtarlama sonucu meydana gelen anahtar kayıplarını elemine etmek amacıyla hibrit yükselten yumuşak anahtarlamalı DA-DA dönüştürücü devre tasarımı ve uygulaması yapılmıştır. Klasik yükselten DA-DA dönüştürücüde yüksek çıkış gerilimi elde etmek için yüksek görev çarpanı gerektirir ve bu durum çeşitli problemler ortaya çıkartmaktadır. Düşük görev çarpanı ile yüksek çıkış gerilimi elde etmek için ya da yüksek gerilim kazancı elde etmek için hibrit yükselten DA-DA dönüştürücü benzeri devre modelleri geliştirilmiştir. Ayrıca DA-DA devrelerin verimini arttırmak için aktif yumuşak anahtarlama yöntemleri kullanılmaktadır. Literatürde mevcut birçok aktif yumuşak anahtarlama yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemler genellikle MOSFET anahtarları için ZVT (sıfır gerilim geçişi), IGBT anahtarları için ise ZCT (sıfır akım geçişi) olarak tasarlanmıştır. Bu nedenle, bu tez çalışmasında klasik yükselten DA-DA dönüştürücüye oranla yüksek gerilim kazancına sahip Hibrit yükselten DA-DA dönüştürücü için hem ZVT hem de ZCT aktif yumuşak anahtarlama yöntemleri geliştirilerek tüm devrenin tasarım ve uygulaması yapılmıştır. Çalışma kapsamında önerilen ZVT ve ZCT tabanlı Hibrit yükselten DA-DA dönüştürücünün analizi ve tasarımı yapıldıktan sonra Simplorer ve Orcad-PSpice programları vasıtasıyla benzetim çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca önerilen devrenin deneysel çalışmaları yapılarak deneysel sonuçlar benzetim çalışması sonuçları ile karşılaştırılmıştır.
Aviyonik üniteler için MIL-STD-704 uyumlu güç topolojisi tasarımı
Tez çalışması, askeri hava araçlarında kullanılan aviyonik ünitelerin MIL-STD-704 standardına uyumlu güç yapısına uygun tasarım, üretim ve test süreçlerini içermektedir. Tez sürecinde, hava araçlarında kullanılan mevcut elektriksel sistemler araştırılmıştır. Hava aracını standart kapsamında oluşturulan gereksinimleri, sistem mimarisi, güç topolojisinin benzetimi, detaylı tasarımı ve model doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Tez kapsamındaki çalışmalar elektriksel güç sistemi mimarisi araştırma faaliyetleri ile başlamaktadır. Bu kapsamda hava aracı elektriksel güç topolojisi modeli için gereksinim ve sistem mimarisi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Gereksinim çalışmasında; gereksinimlerin tanımlanması, değerlendirilmesi ve doğrulanması süreçleri işlenmiştir. Bunun yanı sıra gereksinimin bütün tasarım süreci boyunca yönetimi detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Aşırı gerilim ve akım koruma yapıları ile davranışları hakkında ilişkilerin tanımlanmasını yapan bir güç sistemi mimarisi kurgusu model tabanlı LTSpice tasarım aracı ile oluşturulmuştur. Böylece benzetim modeli için ön tasarım aşaması gerçekleştirilmektedir. Ön tasarımın devamında detay tasarım için model altyapısı Altium Designer ile kurulmuştur. Böylece, projeye özgü tasarımın yapılması ve koruma yapısı sağlanabilmiştir. Güç topolojisi çalışmalarında benzetim modelini ve doğrulamasını en etkin bir şekilde gerçekleştirebilmek için model elemanlarının, komponentlerinin, verilerinin ve konfigürasyonlarının yapıları anlatılmaktadır. Detaylı tasarım çalışmalarında, seri ve paralel koruma yapılarına ve askeri standartlara uygun komponent seçimi yapılmıştır. Bu aşamadan sonra, Altium Designer programı kullanılarak şematik ve PCB tasarım çalışması yapılmıştır. PCB üretici firması ile iletişime geçilerek gerekli dokümanlar aktarılıp üretim gerçekleştirilmiştir. Tasarım doğrulama çalışmaları, deneysel olarak özgün tasarım ve üretim ile gerçekleştirilmektedir. Güç topoloji modellerinin doğrulanması, deneysel ortam kurularak test cihazı altında verilen girdiye karşılık alınan çıktı arasında tanımlama ve doğrulama metodu gerçekleşmiştir. Ek olarak, tasarımı yapılan devrenin hava aracının operasyonel irtifa değerlerine uygun olduğunu doğrulamak için gerekli sıcaklıklar arasında bir iklimlendirme kabin testi gerçekleştirilmiştir. Test sürecinde güç kaynağı, osiloskop, multimetre, iklimlendirme kabini, fotoğraf makinesi ve gerekli ESD koruma ekipmanları kullanılmıştır. Sonuç olarak, hava araçları için askeri standartlara uygun doğrulanmış bir güç topoloji modeli tabanlı tasarım elde edilmiştir.
Güneş enerji sistemleri için şebeke bağlı yarı-empedans kaynaklı tek fazlı invertör ve maksimum güç noktası takip algoritması tasarımı
Bu tezin başlıca amacı güneş enerji sisteminde (PV) üretilen elektrik enerjisinin şebekeye tek kademede ve verimli olarak aktarılabilmesidir. PV sistemlerde paneller enerji üretim yöntemlerinden en sık kullanılanıdır. PV paneller güneş enerjisinden aldığı enerjiyi DC (Doğrun Akım) gerilime dönüştürür. PV paneller PV hücrelerden oluşur ve her bir hücre yaklaşık olarak 0.5Vdc gerilim üretebilir. Bu hücrelerin belli sayıda bir panelde bir araya gelmesiyle PV panel çıkışında yaklaşık 12-20V bir gerilim çıkışı olacaktır. Bu çıkış geriliminin 220Vrms şebeke gerilimine uyarlanabilmesi için PV panel çıkış geriliminin hem AC (Alternating Current)'ye dönüştürülmesi hem de 220Vrms seviyesine yükseltilmesi gerekir. Geleneksel olarak yapılan PV panellerde üretilen DC gerilimin DC/DC dönüştürücüler ile yükseltilip, DC/AC invertör ile şebekeye veya yüke aktarılmasıdır. Bu iki kademeli dönüştürme yöntemi devre boyutu, maliyetini arttıracak ve sistemin toplam verimin düşmesine sebep olacaktır. Bu sebeple bu tez kapsamında Yarı Empedans Ağı (Quasi-Z-Source - QZS) yapısına sahip tek fazlı bir invertör devresi tasarlanacaktır. QZS ağı sayesinde PV panellerde üretilen gerilim ilave bir DC/DC dönüştürücüye gerek kalmadan tek kademede yükseltilebilecektir. Böylece devrede boyut ve maliyet avantajı sağlandığı gibi tasarım karmaşası azaltılacaktır. Ayrıca devrede uygulanacak Maksimum Güç Noktası Takip (MPPT) algoritması ile PV panellerde üretilen güç en yüksek seviyede şebekeye / yüke aktarılabilecektir.
Ortak enerji depolama sistemlerinin elektrik güç sistemlerinde talep cevabı konsepti için kullanılması
Gelecekte başta elektrikli taşıma olmak üzere elektriksel yüklerin daha da artacağı tahmin edildiğinden, güç sistemlerinde ciddi problemler meydana gelme ihtimali söz konusudur. Bu durum yenilenebilir enerji kaynaklarını barındıran bir güç sistemine gereksinimi arttırmaktadır. Fakat bu kaynaklar doğası gereği değişken güç üretimlerine sahiptirler ve güç sistemlerine entegre edildiklerinde birçok problem ile karşı karşıya kalınmaktadır. Bu zorluklar enerji depolama sistemleri ile etkili bir şekilde çözülebilir. Enerji depolama sistemlerinin türünün seçimine gelindiğinde ise; birçok ülkede yer alan mevcut büyük ölçekli enerji depolama sistemlerinden ve küçük boyutlu enerji depolama sistemlerinin bireysel kullanımından farklı olarak, bir grup tüketiciye hizmet eden bir ortak enerji depolama sisteminin kullanılmasının ekonomik açıdan daha uygun olacağı görülmektedir. Ortak enerji depolama sistemi bir şebekede bölgesel ve yerel uygulamalar olmak üzere birçok amaç için kullanılabilir. Aynı zamanda PV ve rüzgâr güç üretim santralleri ile kolaylıkla entegre olabilmektedirler. Bu çalışmada baralara ortak enerji depolama sistemlerinin yerleştirildiği bir AC güç şebekesinin Karışık Tamsayılı Doğrusal Programlama (Mixed Integer Linear Programming – MILP) modeli sunulmuştur. Oluşturulan model General Algebraic Modeling System (GAMS)'de modellenmiştir. Çalışmada amaç fonksiyonu, aktif güç kayıplarının minimize edilmesi şeklindedir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, ortak enerji depolama sistemlerinin kullanımı ile pik saatlerde şebekeden enerji talebinin düştüğü ve toplam şebeke kayıplarının azaldığı görülmüştür. Ortak enerji depolama sistemleri pik enerji talebinin olduğu periyotlardan önce şarj olmuştur. Pik periyotlarda ortak enerji depolama sistemlerinin enerji durumlarının azaldığı ve sisteme enerji tedarik edildiği görülmüştür.
Enerji sistemlerinde meydana gelen geçici olayların otomasyon sistemleri üzerindeki etkileri
Bu tez çalışmamızda, elektrik enerji sistemlerinde meydana gelen geçici olayların otomasyon sistemleri üzerindeki etkileri incelenmiş ve alınması gereken önlemler sunulmuştur. Enerji sistemlerindeki geçici olaylar anlık olarak oluşan olaylar olup çoğu zaman ciddi zararlara yol açabilmektedir. Bu zararlar bazen cihazlara zarar verirken bazen de canlılara da zarar verebilmektedir. Bu nedenle sistem kontrolünün üst düzeyde olması ve oluşabilecek zararlara karşı etkin bir yapı kurulması gerekmektedir. Bu süreçte öne çıkan en önemli sistem otomasyon sistemlerinin güvenliğidir. Şebekede meydana gelebilecek geçici olayların en büyük etkisi otomasyon sistemleri üzerine olmaktadır. Bu tez çalışmamızda bu durum detaylı bir şekilde irdelenmiş ve çözüm önerileri ortaya konulmuştur. Tez içeriği olarak, enerjinin tanımı yapılmış, enerji çeşitleri olan hidroelektrik enerjisi, termik enerji, jeotermal enerji, rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi ve nükleer enerji kaynakları hakkında bilgiler verilmiştir. Ayrıca enerjinin iletimi ve dağıtımında kullanılan devre elemanları incelenmiştir. Bu iletim ve dağıtım hatları ile tesisleri etkileyen geçici olaylar araştırılmıştır. Bunun yanında geçici olayların otomasyon sistemleri üzerindeki etkileri ortaya konulmuştur. Durumun saha uygulaması olarak Çorum ilinde faaliyet gösteren bir tavuk çiftliği tesisindeki enerji sistemi ve otomasyon sistemi araştırılmış ve gerçekleşebilecek geçici olaylarda sistemlerin zarar görmemesi için alınması gereken önlemler detaylı bir şekilde sunulmuştur.
İzole mikroşebekelerde frekans regülasyonu için gerçek zamanlı uyarlamalı kontrol stratejileri
YEK'in dağıtık yapıda ve değişken karakterde güç sistemlerine entegrasyonu, klasik enerji altyapılarında kararlılık ve güvenilirlik sorunlarını beraberinde getirmiştir. Bu doğrultuda, izole modda çalışabilen mikroşebekeler; hem enerji arz güvenliğini sağlama hem de sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşma bakımından stratejik bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Ancak bu sistemlerdeki üretim belirsizlikleri ve hızlı dinamikler, YFK gibi temel denetim süreçlerinin etkinliğini sınırlamaktadır. Bu durum, kontrol stratejilerinin daha esnek, uyarlanabilir ve dayanıklı biçimde geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tez kapsamında, izole mikroşebeke sistemleri için aralık Tip-2 bulanık mantık ile klasik ve kesir dereceli kontrol tekniklerini birleştiren, kaskat yapılara sahip dört özgün kontrol stratejisi geliştirilmiştir. Kontrolör parametrelerinin optimizasyonunda, güçlü meta-sezgisel algoritmalar olan CIOA ve ISSA kullanılmıştır. Geliştirilen yapılar; yenilenebilir enerji kaynakları, mikro generatörler ile birlikte, yakıt hücresi ve elektrolizör gibi hidrojen temelli enerji depolama bileşenlerini de içeren çeşitli mikroşebeke konfigürasyonları altında test edilmiştir. Bu testlerde, üretim belirsizlikleri ve yük değişkenliği gibi dinamik koşullar dikkate alınarak, geliştirilen kontrol stratejilerinin performansı kapsamlı şekilde değerlendirilmiştir. Ayrıca, belirli senaryolarda talep tarafı esnekliğinin kontrol stratejilerine entegrasyonu ile YFK performansındaki iyileşmeler değerlendirilmiştir. Bununla birlikte FDI ve DoS siber saldırı tehditleri altında kontrolörlerin dayanıklılığı analiz edilmiştir. Çalışmanın bir diğer yönü, kontrolörlerin saysal ortamlarda güvenilir şekilde uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilen ayrık zamanlı kararlılık analizidir. Sürekli zamanlı modellenen sistemlerin sayısal benzetimlerde ayrık zamanlı çalıştırılmasıyla oluşabilecek kararsızlık riski incelenmiştir. Ayrıca, yazılım tabanlı benzetimlerin fiziksel sistemleri ne ölçüde yansıttığını ve gerçek zamanlı simülatörlerin gerekliliği değerlendirilmiştir. MATLAB/Simulink ortamında test edilen kontrol yapıları, seçili senaryolarda OPAL-RT üzerinde doğrulanmış ve sonuçlar karşılaştırılarak tutarlılık analiz edilmiştir.
FPGA tabanlı genel amaçlı dı̇jı̇tal ikı̇z sı̇stemı̇nı̇n gelı̇ştı̇rı̇lmesı̇ ve robot sı̇mülatörü ı̇le bı̇rlı̇kte kullanılması
Endüstriyel uygulamaların birçoğu gerçekleştirilmeden önce, modellenerek, benzetim ortamında kontrol edilerek veya test edilerek incelenmektedir. Bu, kontrol sistemlerini tasarlamak, test etmek, süreç performansını optimize etmek veya operatörleri eğitmek için kullanılmaktadır. Genellikle, işletim sistemiyle çalışan bilgisayar tabanlı sistemlerle kolayca elde edilebilen bu benzetimler, yazılımsal bir bakış açısı sunar ve bu nedenle modellenmiş sistemin çalışma süresi ile benzetim süresi arasında büyük farklar oluşabilmektedir. Bu problemi çözmek için, gerçek zamanlı çalışabilen Gerçek Zamanlı Dijital Simülatör (Real Time Digital Simulator RTDS) veya dijital ikiz fikri ortaya çıkmıştır. Dijital sistemler, paralel çalışma kabiliyetine sahip olan Sahada Programlanabilir Kapı Dizileri (Field Programmable Gate Arrays FPGAs) gibi çözümlerle ihtiyacı tatmin edici bir şekilde karşılayabilmektedir. Bu tez çalışmasında, sabit mıknatıslı doğru akım motoru modellenerek FPGA üzerinde gerçek zamanlı olarak çalıştırılmıştır. Aynı koşullar altında, hem gerçek motor hem de modellenmiş FPGA tabanlı dijital ikizi gerçek zamanlı olarak çalıştırılmıştır. Hem dijital ikiz motorun hemde gerçek fiziksel motorun armatür akımları ve motor hızları anlık olarak aynı osiloskop ekranında incelenmiştir. Sonuçlar, dijital ikiz motor ile gerçek motor arasında yüksek doğrulukta benzer dinamiklerin elde edilebileceğini göstermiştir. Ayrıca PMDC motorların FPGA temelli dijital ikizi, robot simülasyon programı olan Webots uygulaması ile bir diferansiyel tahrikli mobil robotun motorlarının elektriksel tepkilerinin simülasyonu için ek simülatör olarak kullanılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda motorun akım, hız ve moment değişkenleri farklı yük ve yörüngeler için elde edilmiştir. Önerilen sistemle gerçek zamanlı uygulama ortamlarının dijital ikizlerinin elde edilebileceği gösterilmiştir.
Design and implementation of single-phase AC-AC matrix converter
In this thesis, the design and experimental implementation of a direct bipolar buck single-to-single-phase matrix converter (SSMC) were studied. A novel control method for SSMCs that improves the performance parameters such as voltage transfer ratio (VTR), output voltage total harmonic distortion (THD), and input current THD was suggested. Secondly, a synchronization algorithm was developed that synchronizes the triggering signals of the power semiconductors with the grid regardless of the synthesized output frequency. Thirdly, the effects of four different carrier-based pulse width modulation (PWM) techniques (sinusoidal PWM, multiple PWM, staircase PWM, and trapezoidal PWM) on the performance parameters of the SSMC were compared in terms of VTR, output voltage THD, output current THD, and input current THD. The simulation and experimental studies were carried out under the conditions when the output frequency is lower, equal, and higher to the input frequency. According to the experimental results, the proposed control method increases the VTR by around 10% and decreases the output voltage THD and input current THD by around 34% and 54%, respectively, for all output frequencies.
Elektrikli araç şarj altyapısı tasarımı ve akıllı şarj sisteminin geliştirilmesi
Fosil yakıtların hızla tükenmesi, artan petrol fiyatları ve çevresel kirliliklerinden dolayı yeni araç teknolojileri ile birlikte çevreye daha duyarlı olan elektrikli ulaşım araçlarına olan ilgi hızla artmaktadır. Günümüzde hibrit, şarj edilebilir hibrit, tümü elektrikli gibi birçok farklı elektrikli araç çeşidi bulunmaktadır. Son yıllarda özellikle dışarıdan şarj edilebilir elektrikli araçlar (EA) üzerine çalışmalar yoğunluk kazanmıştır ve bu araçların gelecekte çok yaygın kullanılması beklenmektedir. Ancak çok sayıdaki EA'ın şarj ihtiyacının karşılanması ve şarj olurken elektrik şebekesine olası etkilerinin araştırılması ve muhtemel problemlere şimdiden çözüm üretilmesi gerekmektedir. Hazırlanan tez çalışması, EA şarj altyapısı planlaması ve akıllı şarj yönetim sistemi ile EA kullanıcıları ve elektrik şebekesinin beklentilerini karşılayacak kapsamlı bir çözüm önerisi sunmaktadır. Tez çalışması iki ana kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda, elektrik şebekesinin ve EA kullanıcılarının herhangi bir sorun yaşamadan kullanımlarına devam edebilmeleri için, Kuyruk teorisi (KT) ve Analitik hiyerarşik süreç (AHS) yöntemleri birlikte kullanılarak oluşturulan esnek yapı sayesinde, optimum şarj ünitesi sayısı tespit edilmiş ve bu ünitelerin konumlandırılması gerçekleştirilmiştir. Şarj altyapısının tasarlanmasında araç kullanıcılarının sürüş profilleri, kullanım alışkanlıkları, otoparkların kullanıcı profilleri, doluluk oranları ve konumları, trafo merkezlerinin konumu ve yüklenme eğrileri ile araç kullanıcı anketleri dikkate alınmıştır. EA şarj talebinde bulunacak kullanıcıların sayısının, enerji miktarının ve zamanının çok değişken olduğu dikkate alındığında şebekenin ve EA kullanıcılarının şarj istasyonlarından sorunsuz yararlanmaları için elektrik şebekesinin, EA kullanıcılarının ve sistem yöneticilerinin taleplerini aynı anda karşılayacak akıllı bir şarj yönetimine ihtiyaç vardır. Çözüm olarak tezin ikinci kısmında çok amaçlı - çok kriterli amaç fonksiyonlarından oluşturulan Akıllı Şarj Yönetim Sistemi (AŞYS) algoritması geliştirilmiştir. Akıllı şarj yönetimi ile EA kullanıcıları kendilerine en uygun şarj istasyonuna enerji-etkin şekilde yönlendirilecek, dinamik fiyatlandırma ile araçlar daha ucuz bir şekilde şarj edilebilecektir. EA kullanıcıları en uygun şarj istasyonuna yönlendirilirken AŞYS algoritması sayesinde elektrik şebekesi enerji kalitesinin bozulmaması, pik yüklerin artırılmaması, gerilim dalgalanmaların ve kayıpların azaltılması ile enerji sağlayıcılarının bu durumdan daha az etkilenmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın bir bölgede gerçek veriler ile sınanması ve elde edilen sonuçların analiz edilerek tekrar değerlendirme yapılabilmesi amacıyla Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Yerleşkesi uygulama bölgesi olarak seçilmiştir. Tezde önerilen kapsamlı yapı sayesinde gerçek veriler kullanılarak yapılan simülasyon çalışmalarında amaçlara uygun sonuçlar elde edilmiş, farklı senaryolar ile birlikte karşılaştırmalar yapılarak, sonuçlar analiz edilmiş ve çözüm önerileri sunulmuştur.
Statik elektrik makinelerinde farklı oranlarda silisyum içeren saclar kullanılarak makinenin performans parametrelerinin incelenmesi
Bu çalışmada metalurji ve malzeme mühendisliği ile elektrik mühendisliğinin uzmanlık alanlarından incelemeler yapılarak hem ekonomik hem de verim konularında önemli kayıplar görülen transformatör performansları incelenmiştir. Performansı etkileyen silisli saclar, üretim koşulları ve transformatör tipleri, transformatör çalışma şekilleri ve performans hesaplamaları analitik olarak incelenmiştir. Dört ana bölümden oluşan çalışmada tüm literatür bilgisi ve incelemeler kayıpların giderilmesini hedefleyerek ayrıntılı olarak açıklanmıştır.Birinci bölümde elektriksel çeliklerin üretim prosesleri, çeşitleri ve elektriksel özelliklerini incelememizde faydalı olacak temel elektriksel bazı kavramların tanımlamaları yapılmıştır. Özellikle genel tanımlamalardan sonra üretilen silisli saclardaki mikroyapı ve üretim koşullarına bağlı olarak ortaya çıkan elektriksel kayıplar açıklanmıştır.İkinci bölümde ise elektriksel kayıplarda asıl ele alacağımız statik elektrik makinası olan transformatörün yapısı, çalışma prensibi ve kullanım alanları hakkında genel bilgiler verilmiştir. Bu bölümde özellikle üretim, performans ve kullanım açısından bir fazlı transformatörler incelenmiştir.Üçüncü bölümde bir önceki bölümde anlatılan bir fazlı transformatörlerin genel özelliklerinin yanında deneysel kısımlardaki verim hesaplamalarında ihtiyaç duyacağımız analitik formüller ve hesaplama yöntemleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Analitik ifadelerin yoğunluğu dolayısıyla ve konunun anlaşılabilirliği açısından en basit analitik ifadeden en son elde ediceğimiz verim formülüne kadar tüm analitik ifadeler adım adım metalurjik faktörlerle irdelenerek açıklanmaya çalışılmıştır.Son bölüm olan dördüncü bölüm ise deneysel çalışmalara ayrılmıştır. Analitik ifadeleri ve genel özellikleri önceki bölümde anlatılmış olan üç farklı gerilim değerine sahip tranformatöre verim testleri uygulanmıştır ve transformatörde kullanılan sacın önemine değinilmiştir. Elektriksel kayıpların önlenmesi sonucu ülkemiz kazancı belgelerle açıklanmış ve çalışma referansların tanıtılmasıyla sona ermiştir.
Elektrikli raylı sistemlerin incelenmesi ve kent içi raylı ulaşım sistemlerinde enerji kalitesi ve geri kazanımı
Elektrikli ulaşım sistemleri günümüzün vazgeçilmezleri arasında yerini almıştır. Gerek şehir içi ve gerekse şehirler arası yolcu ve mal taşımacılığında önemi artmaktadır. Bu yüzden demiryolu araçlarına kesintisiz, kaliteli ve güvenli enerji temini amacıyla güç temin sistemleri tesis edilir. Elektrikli tren setlerine, iletken hatlar ile enerji sağlanması güç dağıtım şebekesi ile yerel şebeke kullanıcılar arasındaki güç teminininden farklılıklar göstermektedir.Gereklilikleri sağlaması yanında güvenilir elektrikli raylı sistem işletimi için aşağıdaki şartlar sağlanmalıdır:? İletken teller veya ray ile araçlara kesintisiz enerji sağlanması? Demiryolu hattından frenleme enerjisini absorbe edebilme yeteneği? Spesifik ve standart kalite parametrelerine uygun gerilim seviyelerinin sağlanmasıBu çalışmada, raylı ulaşım sistemlerine kaliteli güç temini ve bunun için yapılabilecek uygulamalar incelenmiş ve mevcut bir toplu taşıma hattının metro olarak yeniden tasarımı yapılmıştır.
STATCOM destekli bir FV generatörün arıza sonrası yeniden bağlanabilme kapasitesinin geliştirilmesinde bulanık mantık ve PI denetleyicilerin etkilerinin incelenmesi
Dünyada ve Türkiye'de insan nüfusunun artışına paralel olarak teknolojik gelişmelerin de hızla ilerlemesiyle birlikte, büyük ölçekli enerji ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Yakın döneme kadar fosil yakıtlardan elde edilen enerji bu ihtiyacı karşılarken, günümüzdeki enerji talebini karşılama noktasında yetersiz kalmıştır. Hem fosil yakıtların hızla tükenmesi hem de yenilenebilir enerji kaynağının sınırsız oluşu, çalışmaları ve araştırmaları bu alanda yoğunlaştırmıştır. Yenilenebilir enerjinin hayatımıza girdiği ilk süreçlerde, şebekeye erişimin zor olduğu bölgelerde, şebekeden bağımsız ve dağıtık halde yenilenebilir enerji santralleri kurulmuştur. Ancak enerji ihtiyacının hızla artması, çiftlik, okul, hastane gibi enerji akışında sürekliliğin esas olduğu yerlerde de bu santrallerin kurulmasıyla birlikte, artık şebekeyle bağlantılı olarak çalışan güç sistemleri haline getirilmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının (YEK) sabit bir üretim değerine sahip olmaması, bu enerji santrallerinden çekilecek enerji miktarını da belirsiz kılmıştır. Rüzgar enerjisi performansının net öngörülememesi, bulutlanma süresi, güneş panellerinin tozlanması, dalga oluşum miktarının bilinmemesi vb. durumlar bu belirsizliğin başlıca sebeplerindendir. Şebeke ile şebekeye bağlı YEK arasında dengesiz durumlar oluşabilmekte ve güç kalitesi bozulabilmektedir. Bu dengesizlik güç kalitesi olaylarının tespitini ve önlenmesini önemli bir konu haline getirmiş ve son yıllarda bu konu üzerine yapılan çalışmalar artmıştır. Bu tür olumsuzlukları engellemek için çeşitli çözüm yöntemleri geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, şebeke bağlantılı fotovoltaik (FV) santrale sahip bir güç sisteminde esnek alternatif akım iletim sistemi (FACTS) cihazları aracılığıyla arıza sonrası yeniden bağlanabilme (ASB) kapasitesini geliştirmek amaçlanmıştır. ASB kapasitesini artırmak için kullanılan FACTS cihazları yöntemleri, maliyet, yer kaplama, ısınma gibi önemli konular göz önünde bulundurularak kendi içinde analiz edilmiştir. Belirlenen FACTS cihazı, ortak bağlantı noktasındaki (PCC) sensörlerden alınan akım veya gerilim değerlerini girdi olarak kabul eden ve geleneksel ya da akıllı yöntemlere göre çalışan bir kontrolörden geçirildikten sonra devreye sokulmuştur veya devreden çıkarılmıştır. Günümüzde en çok kullanılan FACTS yöntemi, güç sistemine reaktif enerji sağlayan ya da sistemden reaktif enerji çeken "statik senkron kompanzatör (STATCOM)" yöntemidir. Harici cihaz tabanlı FACTS metodu olan STATCOM'un çıkış akımının (endüktif veya kapasitif), AA sistem geriliminden bağımsız olarak kontrol edilebilme özelliği, onu bir diğer harici cihaz tabanlı FACTS aygıtı olan statik var senkron kompanzatörden (SVC) daha üstün konuma getirmiştir. Matlab Simulink uygulamasında oluşturulan şebeke bağlantılı fotovoltaik güç sistemi (FVGS) modelinde bazı arıza türleri oluşturularak sistemin güvenilirliği ve kararlılığı test edilmiştir. Bu arıza türleri: bir faz arızası, faz-faz arızası, faz-faz-toprak ve üç faz-toprak arızalarıdır. Arıza durumlarında sistemin daha hızlı bir şekilde kararlı hale geçişinin sağlanması amacıyla STATCOM'un devreye alınması ya da çıkarılması geliştirilen kontrol yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir. Bu kontrol yöntemleri, matematiksel yönteme dayanan oransal-integral (PI) kontrolör ve bulanık mantık kontrolör (BMK) yapılarıdır. Matematiksel modele dayalı olarak PI kontrolörlü STATCOM, akıllı yönteme dayalı olarak da BMK'lı STATCOM kullanılarak iki farklı durum üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışma durumlarından elde edilen sonuçlar değerlendirilerek, geliştirilen kontrolörlerin ASB kapasitesi üzerindeki performansları karşılaştırılmıştır. Üç faz-toprak arızası geçişi durumunda PI konrolör varken gerçekleşen maksimum aşma değeri, gerçekleştirilen BMK ile %80 oranında azaltılmıştır. Bu çalışma koşulundaki değerler karşılaştırılmış ve BMK'nın cevap süresinin PI kontrolör cevap süresine göre %75 daha başarılı olduğu görülmüştür. Tez çalışmasında geliştirilen BMK tabanlı STATCOM kontrol yöntemi ile şebeke bağlantılı FVGS'lerde güç kalitesinin iyileştirilmesi ve sistemin kararlılığının arttırılmasını sağlayacak uygun bir yapı oluşturulmuştur.
Design of current disturbance generator by using digital signal processor (DSP)
Electrical machines and power electronic devices become more sensitive to power quality variations. Because of the production losses end users have an increased awareness of power quality issues. Custom power devices (CPD) such as Dynamic Voltage Restorer (DVR), Active Power Filter (APF) and Static Transfer Switch (STS) supply a level of reliability and power quality that is needed by electric power customers sensitive to power quality variations..The basic purpose of this thesis is modelling of the Current Source Disturbance Generator in order to evaluate performance of APFs. Proposed CSDG has an ability of producing source current defined Total Harmonic Distortion (THD) levelProposed model is simulated in Matlab/Simulink for different cases. Experimental study of the model is also performed. Simulation and experimantal results are compared in order to evaluate performance of the system.
Unified power quality conditioner: Design, simulation and experimental analysis
Power quality (PQ) problem can be defined as the deviations of the voltage and/or current from the nominal sine wave. PQ problems generally concern with voltage sags/swells and harmonic currents. Custom Power (CP) devices that mitigate these power quality problems have gained more attention in the recent decades. Unified Power Quality Conditioner (UPQC) is one of the CP devices and it mitigates both load current and supply voltage problems, simultaneously.In this study, UPQC and a new topology of UPQC namely OPEN UPQC are designed, modeled and setup experimentally to mitigate voltage sag/swells and harmonic currents. UPQC consists of Dynamic Voltage Restorer (DVR) and Active Power Filter (APF). An improved voltage compensation controller and new sag/swell detection method based on Enhanced Phase Locked Loop (E-PLL) are presented for DVR. Traditional Instantaneous Reactive Power Theory (IRPT) is optimized for APF control algorithm to compensate harmonic load current under unbalanced and distorted supply voltages. Digital Signal Processor based 6 kVA, 230Vline-lineUPQC and OPEN UPQC prototypes have been developed for laboratory tests. UPQC and OPEN UPQC with proposed controller algorithms effectively compensates the sag/swell in supply voltage by keeping the load voltage amplitude at 0.9-1 per unit and eliminates the load current harmonics by keeping supply current at 5%Keyword: Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Elektriksel analiz = Electrical analysis ; Enerji dağılımı = Energy distribution ; Enerji kalitesi = Energy quality ; Enerji kullanımı = Energy usage
A novel hybrid mppt method for grid connected photovoltaic systems with partial shading conditions
Energy efficiency and using alternative energy sources issues have become more crucial due to the world energy supply has been subjected to enormous stress. Photovoltaic (PV) systems are one of the mostly used alternative energy generation option. However, PV systems suffer from low system efficiency, high initial cost and erratic atmospheric conditions. The output power of PV panels highly depends on the ambient temperature and the radiation intensity. The modest changes in operating current and voltage of PV panel, which relies on the temperature and radiation, constitutes visible variations in the output power of the panel. In order to mitigate these variations and force the system to study on maximum power point (MPP), several maximum power point tracking (MPPT) techniques are presented in the literature. In this thesis, a grid connected PV system, which consists of an artificial neural network (ANN) based MPPT technique and a novel Hybrid MPPT technique, is analyzed, modeled and simulated. The proposed MPPT is integrated to a two stage grid connected PV system. The performance and efficiency of the proposed system are tested with different simulation cases by PSCAD/EMTDC program. The results obtained from the simulations clearly demonstrates that the presented MPPT algorithm simultaneously performs the tracking of MPP voltage and provide significant efficiency gains under variable atmospheric conditions and partial shading conditions. Furthermore, by employing an interleaved DC-DC boost converter, I2R losses, ripples in the input and output waveform and electromagnetic interference are substantially reduced, and the transient response, which affects the dynamic performance of the entire system, is improved.
Voltage regulation for grid connected photovoltaic systems using reactive power
Nowadays the microgrids with renewable energy sources (RESs) usage and development rapidly increase due to govermentel incentives,dropping the price of DERs and improvement of the technology. The high penetration of DERs espicialy if it is intermittent sources such as Photovoltaic (PV) sources, will effect the stability of the distribution network and causes disturbances for the voltage. To solve this issue the connected PV sources have to contribute to the stability of the distribution network. The conventional control of distrubition networks generally controlled by human which has many limitations and slow response time, so the it is important to use a real time controllers.Currently, the nine-zone diagram control (NDC) is widely used in the reactive power control (VQC) to keep voltage and reactive power within limits. This NDC plane is divided into nine regions, which determine on-load tap-changer (OLTC) and Static Var Compensators (SVCs) control strategy according the location of real-time measured voltage and reactive power. In this research the already available infrastructures (such as OLTC and SVCs) will be used in coordenation with PV sources to contribute to the voltage regulation via reactive power. The developed solution will elemenate some device failures, save budgets and improve the reialibility for both consumer and distribution network operator A case study have been carried out on a 8 bus distribution system to illustrate the effectiveness of the proposed method. This study showed how the voltage and reactive power problem can be resolved in a timely and economical way. A small scale microgrid has been simulated in this thesis and the results helped companseting distrubition grids. Matlab/Simulink have been used to verify the developed controller.
GFD CUK dönüştürücü beslemeli tam köprü DC-DC dönüştürücü ile elektrikli araç şarj ünitesi tasarımı
Son yıllarda karbon tabanlı yakıtların azalması ve çevreye olumsuz etkilerinden dolayı, elektrikli araçların kullanımı artmaya başlamıştır. Elektrikli araçlarda da gerekli olan enerji bataryalardan sağlanmaktadır. Bu tez çalışması, elektrikli araçlar için tam köprü DA-DA dönüştürücü kullanan bir Li/İyon batarya şarj cihazının benzetimini ve düşük güç aktarımı yapan uygulamasını içermektedir. Tam köprü dönüştürücünün tek fazlı şebekeye bağlantısı histerezis akım kontrolüne sahip GFD Cuk dönüştürücü kullanılarak yapılmaktadır. Şebeke akımı THB' sini azaltmak ve güç faktörünü arttırmak için histerezis akım denetimi GFD Cuk dönüştürücü üzerinden uygulanmıştır. Cuk dönüştürücü, çıkış gerilimi giriş gerilimine göre daha düşük veya daha yüksek olabilmektedir. Ayrıca giriş ve çıkış tarafında akım dalgalılığını azaltan bobinlere sahip olduğu için seçilmiştir. Tezde öncelikle tam köprü DA-DA dönüştürücünün matematiksel modeli, küçük işaret analizi ve transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Uygulamada yüksek frekans transformatörü ve devre tasarımları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, dönüştürücünün çıkışında bulunan bobin Kesintili İletim Modunda (KİM) çalıştırılmıştır. Çalışmanın benzetimi Matlab/Simülink programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Benzetim sayesinde, bataryanın şarj edildiğini doğrulamak için batarya akımı, voltajı ve SOC değerleri ölçülmüştür. Şebeke akımı THB' si ve GF de ayrıca gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, Li/İyon batarya istenildiği gibi şarj edilmektedir. PF yükseltilmiş ve 0.999 olarak elde edilmiştir, şebeke akımının THB'si ise oldukça düşürülmüş ve %1,48 olarak elde edilmiştir. Bununla birlikte, uygulama çalışmalarında, yarı iletken anahtarların maksimum gerilim değerleri istenildiği şekilde azaltılmadığı için, düşük güç ve gerilimde batarya şarjı gerçekleştirilebilmiştir.
Nanopartikül katkılı transformatör yağlarının elektriksel özelliklerinin belirlenmesi
Enerji sektörünün iletim ve dağıtım sistemlerinde bulunan güç transformatörleri en kritik ve pahalı ekipmanlar arasındadır. Güç transformatörlerin genel yapısı zamanla çok fazla değişmese de malzeme odaklı geliştirmeler sürekli devam etmektedir. Geçmişten günümüze transformatörlerde kullanılan en yaygın yalıtım sıvıları petrol bazlı mineral yağlardır. Bu yalıtım sıvıları genel olarak transformatörlerde elektriksel yalıtım ve ısı transferi vasıtasıyla soğutma görevlerini üstlenmektedir. Yakın geçmişte mineral yağa alternatif olarak çeşitli yalıtım sıvıları ortaya çıkmıştır. Literatürde çok çeşitli yalıtım sıvıları bulunsa da mineral yağlardan sonra en çok tercih edilenler doğal ester, sentetik ester ve silikon esterlerdir. Her bir yalıtım sıvısı kullanıldığı yere ve kullanım amacına göre seçilmekte olup, geliştirme çalışmaları devam etmektedir. Son yıllarda ise nanopartikül katkılı yalıtım sıvılarının özelliklerinin belirlenmesi ve performans karşılaştırmaları popüler bir konu haline gelmiştir. Bu tez çalışması kapsamında yalıtım sıvısı olarak kullanılan mineral yağa nanopartikül olarak adlandırılan iletken, yarı-iletken ve yalıtkan 100 nm' den küçük katı parçacıklar eklenerek, mevcut yağın elektriksel izolasyonunun ve termal iletkenliğinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu nanopartiküller BN, Al2O3, SiO2 ve MgO' dur. Tercih edilen nanopartiküllerin boyutları mümkün oldukça küçük seçilmiştir. Nanopartiküller için karışım yöntemi olarak kütle konsantrasyonu temelinde iki-adımlı karıştırma metodu kullanılmıştır. Kütle konsantrasyonuna göre nanopartikül ağırlıkları hesaplanmış, önce mekanik karışım yapılmış, ardından ultrasonik banyo ile kararlı hale getirilmiştir. Numuneler üzerinde AC delinme gerilimi ölçümü, viskozite tayini ve termal iletkenlik ölçümü gerçekleştirilmiştir. Dört farklı nano-akışkan üzerinde gerçekleştirilen ölçümler neticesinde elde edilen sonuçlar olumlu/olumsuz özellikleri bakımından karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir.
Türkiye Batı Karadeniz bölgesi güç sisteminin kararlılık ve arıza durumlarının farklı çalışma koşulları altında incelenmesi
Enerji nakil hatlarının güvenilirliği ve kararlı bir şekilde çalışması her geçen gün daha çok önem kazanmaktadır. Nüfustaki artış, sürekli gelişen teknoloji ve sanayileşmenin gelişmesiyle birlikte enerji talepleri de doğru orantılı olarak artmaktadır. Artan enerji ihtiyacı ülkeleri yeni santraller yapmaya, iletim hatları ve güç aktarım istasyonları kurmaya ve geliştirmeye zorlamaktadır. Büyük güç sistemlerini işletmenin ve kontrol altında tutmanın bazı zorlukları bulunmaktadır. Yapılan bu çalışmada Batı Karadeniz Bölgesinde bulunan Bolu, Düzce ve Zonguldak illerinin enterkonnekte şebekesi incelenerek PowerWorld Simülatör programı ve Matlab Psat programında simüle edilmiştir. Farklı simülasyon senaryoları ile güç sistemlerinde oluşabilecek çökme ve toparlanma senaryoları bilgisayar ortamında incelenerek bu programlar ile yük akışı analizleri yapılarak değerlendirilmiştir.