Güç sistemlerindeki bozulmanın tespiti için genlik ve frekans değerlendirmesine dayalı olarak yeni yöntemlerin geliştirilmesi

Enerji sektöründe rekabetin artması ve kullanıcıların daha kaliteli enerji talep etmesi, elektrik şebekelerinde güç kalitesini öncelikli bir konu haline getirmiştir. Elektrik şebekelerinde kullanılan enerjinin kaliteli olabilmesi için sürekli, belirli bir gerilim seviyesinde sabit frekanslı ve genlikli olması gerekir. Ancak bunlar normalde tam olarak sağlanmaz. Elektrik güç sistemlerinde gerilim-akım karakteristiği doğrusal olmayan elemanlar nedeniyle gerilim ve akım dalga şekli lineerlikten uzaklaşmaktadır. Günümüz modern güç sistemlerinde doğrusal olmayan yüklerin, güç elektroniği devre elemanlarının ve devrelerinin artmasıyla güç kalitesi problemleri de artmıştır. Güç kalitesini etkileyen unsurların başında harmonikler gelmektedir. Enerji nakil hatlarında lineer olmayan yükler, doğrultucular, ark fırınları, eviriciler gibi elemanlar harmonik üretirler. Harmoniklerin elektrik güç sistemleri üzerindeki etkileri ise; aşırı ısınmalar, gerilim düşümleri, ek kayıplar, rezonans olayları, dielektrik zorlanmaları, koruma ve kontrol yapan ölçme sistemlerinin hatalı çalışması gibi birçok istenmeyen durum oluşturmaktadır. Elektrik sisteminde, doğrusal olmayan yüklerin özellikle Elektrik Ark Ocaklarının çalışması nedeniyle, ortak bağlantı noktalarında akım ve gerilim kaynağının tespit edilmesi ve elektrik hatlarına ne kadar bileşen katkısı yapıldığının belirlenmesi büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle harmoniklerin tespit edilmesi, ölçülmesi, kestirimi ve harmoniklerin bastırılması son derece önemlidir. Harmoniklerin genlik, frekans ve faz açısından doğru tahmini ve engellenmesi, güç kalitesini ve verimi artırır. Yapay zekâ ve akıllı sistemlerin gelişmesiyle harmoniklerin tahmini için Fourier dönüşümü temelli algoritmaların yanı sıra akıllı yöntemler de kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında harmoniklerin genlik ve faz kestirimi için küçük kareler yöntemi ile birçok meta sezgisel algoritmalardan oluşan hibrit yöntemler denenmiş ve geliştirilmiştir. Harmoniklerin genliği en küçük kareler yöntemiyle hesaplanırken faz açıları birçok optimizasyon algoritması ile tahmin edilmiştir. Önerilen algoritmalar literatürde önerilen test sinyallerinde ve gerçek veri setinde kullanılarak başarısı test edilmiştir. Güç sistemlerindeki harmonikler son yıllarda üzerinde sıkça çalışılan bir araştırma alanı olmuştur. Bu tez çalışmasında, literatürdeki harmonikli sinyaller üzerinde PSO (Particle Swarm Optimization) ve Genetik Algoritma ile ilk çalışmalara başlanmış olup, daha sonra birçok optimizasyon yöntemi denenmiştir. EOA (Election Based Optimization), GWO (Grey Wolf Optimizer) ve GOA (Grasshopper Optimization) kullanılarak farklı frekanslarda yöntemler denenmiştir. Sonrasında son yıllarda geliştirilen AVOA (African Vulture Optimization Algorithm), ARO (Artificial Rabbit Optimization), SWO (Spider Wasp Optimization), MGO (Mountain Gazelle Optimization) ve AO (Aquila Optimization) algoritmaları ile harmonik kestirimleri yapılmıştır. Analizlerde, literatürde sıkça kullanılan birkaç test sinyali üzerinde çalışılmıştır. Bu sinyalin harmonik genlikleri, En Küçük Kareler (Least Squares) yöntemiyle belirlenmiş, faz açıları ise ilgili meta sezgisel algoritmalar kullanılarak tahmin edilmiştir. IEEE 1159.2 Working Group kısmındaki File wave14a.xls gerçek veri seti üzerinde en iyi sonuç veren AO algoritması ile harmonik kestirimi başarı ile sağlanmıştır. Geliştirilen algoritmalar MATLAB yazılımı ortamında denenmiş ve sonuçlar benzer yapılmış çalışmalarla ve geçerlilik analizini yaptığımız tüm algoritmalarla karşılaştırılarak tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlar, incelenen tüm yöntem tahminleri gürültüsüz ve gürültülü koşullarda bile doğru ve güvenilir harmonik tespiti yapıldığını göstermiştir. Harmoniklerin tespitinde, Aquila Optimizasyon algoritması ile En Küçük yönteminin entegre kullanımı, en doğru ve tutarlı sonuçları sağlamıştır. Önerilen AO-LS yöntemi, farklı test veri setleri üzerinde uygulanarak geçerliliği kanıtlanmıştır. Ayrıca, AO-LS yönteminin Benzetimli Tavlama (Simulated Annealing- SA) algoritması ile hibrit bir şekilde birleştirilmesiyle, harmonik tespit performansının daha da iyileştirildiği gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasında önerilen hibrit yöntem (SALSAO), sadece harmonik bozunumlarının tespitinde değil, aynı zamanda güç sistemlerindeki diğer bozunum türlerinin analizinde de test edilmiş başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Yöntemin performansı hem sentetik test verileri hem de gerçek veriler üzerinde değerlendirilmiş ve gürültülü ve gürültüsüz koşullarda dahi yüksek doğruluk ve güvenilirlik sağladığı tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular, SALSAO algoritmasının güç kalitesi problemlerinin çözümünde etkili bir yaklaşım olduğunu ortaya koymaktadır. ________________________________________