Çok makineli güç sisteminde açısal kararlılık analizi ve kontrolör parametre optimizasyonu

Güç sistemlerinde en önemli araştırma konularından olan kararlılık, rotor açısı kararlılığı, gerilim kararlılığı ve frekans kararlılığı olmak üzere üç ana sınıfa ayrılmaktadır. Bu tezde temel olarak rotor açısı kararlılığına değinilmiştir. Rotor açısı kararlılığı, küçük veya büyük arızalara maruz kalan güç sisteminin senkronizasyonunu koruma yeteneğidir. Büyük güç sistemlerinde yaygın problemlerden biri düşük frekanslı güç sistem salınımlarıdır. Yeterli sönüm mevcut değilse, bu salınımlar giderek devam eder ve sistem senkronizasyonunu kaybedinceye kadar büyür. Senkron generatörlerin kararlı ve güvenilir çalışmasını sağlamak için güç mühendisliğinde çok sayıda çalışma yapılmıştır. Güç sistemi kararlı kılıcılar (Power System Stabilizers, PSSs) bu problem için alternatif çözümlerden biridir. PSS, yardımcı kararlı kılıcı işaretler kullanıp kendi uyarmasını kontrol ederek, generatör rotor salınımlarına sönüm eklemek için kullanılır. Son yıllarda, zor olan optimizasyon problemlerini çözmek amacıyla çeşitli sezgisel optimizasyon teknikleri önerilmiştir. Bu yöntemlerin birçoğu doğadan esinlenilmiş olup, evrimsel algoritmalar ve sürü zekâları olmak üzere iki önemli kategoride sınıflandırılabilir. Problem ve modelden bağımsız olan doğadan esinlenmiş sezgisel optimizasyon teknikleri, geleneksel optimizasyon tekniklerindeki eksikliklerin giderilmesi için önerilmektedir. Bu yöntemlere dayalı Genetik Algoritma (Genetic Algorithm, GA), Parçacık Sürüsü Optimizasyonu (Particle Swarm Optimization, PSO), Diferansiyel Gelişim (Differential Evolution, DE) algoritması ve yapay arı kolonisi (Artificial Bee Colony, ABC) algoritması gibi çeşitli algoritmalar optimum PSS parametrelerini etkin şekilde bulmak için yaygın olarak uygulandı. Güç sistemlerinde Power System Simulator (Simpow) ve DigSilent gibi hesaplama yönünden çok etkili ve yeterince kullanıcı dostu olan ticari programlar ile MATLAB tabanlı ücretsiz bir yazılım olan Power System Toolbox (PST) ve ticari bir yazılım olan SimPowerSystems (SPS) gibi çeşitli programlar mevcuttur. Bu programların çoğunda bileşen modellerini incelemek ve değişiklik yapmak zordur veya olanaksızdır. Ayrıca bu programların öğrenilmesi genellikle önemli eğitim gerektirmektedir ve bu sebepten ötürü normal derslik kullanımlarına uygun değildir. Akademik ve eğitim kullanımları için bileşen modellerinin şeffaf ve esnek olması ve öğrencilerin simülasyonlarını kolaylıkla yapabilmesi daha önemlidir. Bu tezde, MATLAB ortamında çalışan ve grafiksel kullanıcı arabirimine (graphical user interfaces, GUI) sahip PowSysGUI adında yeni bir eğitimsel yazılım paketi, elektrik güç sistem analizi ve tasarımlarında kullanılması için geliştirildi. Bu program açık kaynak kodlu yazılımdır ve güç sistemleri alanında kod yazmayı öğrenmek isteyen biri bu programın içyapısını görebilir. Bu program paketi, araştırmacılar ve eğitimciler için kullanması ve değiştirmesi kolay olan bir simülasyon aracı olarak amaçlandı. PowSysGUI, anlaşılması ve değiştirilmesi için kodu basit tutarak olası en iyi performansı vermesi için tasarlandı. PowSysGUI yük akışı analizi, küçük işaret kararlılık analizi, zaman domeni simülasyonu ve evrimsel hesaplama tekniklerini kullanarak PSS tasarımı için verimli algoritmalara sahiptir ve kolay kodlamaya izin verir. Tezde geliştirilen programın kapasitelerini ve eğitim/araştırma amaçları için uygunluğunu göstermek amacıyla temel özellikleri, algoritmaları ve farklı güç sistemleri üzerinde çeşitli durum çalışmaları sunuldu. Simülasyon sonuçları, PowSysGUI paket programının elektrik güç sistem çalışmaları için güçlü ve gelecek vaat eden bir araç olduğunu gösterdi. Ayrıca PowSysGUI açısal kararlılık kavramının anlaşılmasında çok yararlıdır ve elektrik mühendisliğindeki özellikle kararlılık konularını içeren bazı lisans/yüksek lisans derslerinde etkin olarak kullanılabilir.