Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı
Adana Alparslan Türkeş University of Science and Technology350
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Bina aydınlatmasında kullanılan led ve kompakt floresan lambaların güç kalitesine etkileri
Enerjinin üretilmesi, iletilmesi ve dağıtılması sırasında elektrik güç sistemlerinde akım ve gerilimin 50 Hz frekansında, dalga şekillerinin ise sinüzoidal olması beklenmektedir. Bu parametreler elektrik enerjisi kalitesi için en önemli faktörlerdir. Fakat elektrik sistemlerinde bulunan doğrusal olmayan yüklerin harmonik oluşumuna neden olması ile akım ve gerilim dalga şekilleri sinüzoidal formdan uzaklaşırlar. Bu yüzden elektrik güç sistemlerinde önemli problemlere yol açarlar. Elektrik enerji sistemlerinde oluşan bu problemlerin en önemli sebeplerinden biri harmoniklerin şebekeye vermiş olduğu olumsuz etkidir ve bu tezde aydınlatma sistemlerinde oluşan harmonikler incelenmiştir. Harmoniklerin oluşumu, bu oluşuma sebep olan kaynaklar, harmoniklerin zararlı etkileri ve harmoniklerin nasıl giderileceği gibi temel konular hakkında bilgi verilmiştir. Günümüzde, elektrik tüketiminin büyük bir yüzdesi yapay aydınlatmada harcanmaktadır, bu nedenle verimsiz bir aydınlatma, kaynakların boşa harcanmasına neden olmaktadır. Son yıllarda, genel aydınlatma uygulamalarında kullanılan kompakt floresan lambaların (KFL) yerini yüksek verimli, uzun ömürlü ışık kaynağı olarak kullanılan ışık yayan diyotlar (LED) almıştır. Bu lambalarda kullanılan güç elektroniği elemanlarından oluşan sürücü devreleri non-lineer karakteristiğe sahip olduğundan dolayı güç kalitesi problemleri giderek artmaktadır. Doğrusal olmayan bu yüklerin elektrik tesislerinde dalga şekillerinin bozulması ve harmoniklerin oluşmasına neden olmaktadır. Sistemdeki harmonikler ekonomik ve bazı istenmeyen teknik sorunlara yol açabilirler. Bu problemler ile karşılaşmamak için sistem gereksinimleri belirlenmeli ve tasarımlar uluslararası standartlar tarafınca verilen limit değerlerine uygun bir şekilde yapılmalıdır. Bu tez, bina aydınlatma sistemlerinde bulunan LED ve kompakt floresan lambaların harmonikleri, enerji tüketimi ve güç kalitesinin incelenmesi ve analizi çalışmasıdır. Enerji tasarrufunun ve enerji verimliliğinin iyileştirilmesi için sistemde var olan ya da kullanılan güç elektroniği elemanları sebebiyle oluşan problemleri ele almak için temel konular olduğu dünya çapında kabul edilmektedir. Enerji kalitesini iyileştirmek için kullanılan yöntemlerden biri, binalarda enerji tasarrufu ve enerji verimliliğini artırmaktır. LED, birçok uygulama alanında kullanılan en popüler enerji verimli aydınlatma kaynağıdır. Ancak LED ve kompakt floresan lambalarda kullanılan güç elektroniği ekipmanlarının neden olduğu güç kalitesi sorunu da dikkate alınmalıdır. LED ve KFL'ler, harmonikler ve elektromanyetik parazit (EMI) oluşturabilen bir anahtarlama cihazı olan sürücüye sahip olduğundan, binanın elektrik sistemi üzerindeki olumsuz etkilerini önlemek için ses ve gürültü azaltmayı kontrol etmek önemlidir. Bu çerçeve de bu lambaların kullandığı sürücülerin ürettiği harmonikler ölçülecek ve bu harmonikleri sürecek olan filtreler hesaplanacaktır. Çalışmalar hem pratik olarak hem de bilgisayar ortamında Matlab programı ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada KFL ve iki farklı markaya ait sürücülerle çalıştırılan LED armatürler incelenmiştir. Farklı aydınlatma sistemlerinin güç kalitesi analizi IEC 61000-4-30 standardına göre A sınıfı olan Fluke 43B Güç Kalitesi Analizörü kullanılarak laboratuvar ortamında KFL ve LED armatürlerin harmonik ölçümleri alınmıştır. Total harmonik distorsiyon açıklamasında belirtildiği gibi akım dalga şekli yüksek bozunumlardan etkilenirken gerilim dalga şekli sinüzoidal formunu korumaktadır. Gerilim total harmonik distorsiyon yük durumuna bağlı değildir. Akım harmonikleri ile çok düşük şebeke eşdeğer empedansı arasındaki etkileşim tarafından üretilen gerilim harmonikleri ihmal edilebilir düzeydedir. Gerilim total harmonik distorsiyonun değerinin küçük olması yalnızca şebekede zaten mevcut olan harmonik kirlilikten kaynaklanmaktadır. Bu deneyde 53 W, 39 W LED armatür ve 79 W floresan lamba kullanılmıştır. Bu armatürler farklı güç değerlerine sahip olmakla beraber yapılan ışık testi sonucuna göre aynı lümen değerlerine sahiptirler. Armatürlerde kullanılan LED sürücüler ve elektromanyetik balast farklı üreticilerden seçilmiştir. Alınan ölçüm sonuçlarına göre MATLAB programı kullanılarak standartlara uygun olmayan harmonik değerleri için pasif filtre tasarımı yapılmıştır. Nominal akımı ≤ 16 A ve aktif giriş gücü> 25 W olan armatürler için IEC 61000 serisine göre akım harmonik limit değerleri kullanılarak harmonik ölçüm sonuçları karşılaştırılmıştır. Harmonik filtre tasarımı, harmonik ölçüm sonuçları incelendiğinde KFL ve A marka sürücüye sahip LED armatürün akım harmonikleri IEC 61000-3-2 standardının izin verdiği limit değerlerinden yüksek çıktığı için harmonik filtre tasarımı yapılarak akım harmoniklerinin düşürülmesi uygun görülmüştür. Simülasyon sonuçları KFL ve A markalı sürücüye sahip LED armatür MATLAB programında modellenmiştir. KFL ve LED armatür için 4 farklı filtre MATLAB ortamında tasarlanmıştır. Performans analizi yapılarak KFL ve A marka sürücülü LED armatüre eklenen filtreler MATLAB programı ile hızlı Fourier dönüşümü (FFT) analizi yapılarak akım total harmonik distorsiyon değerleri hesaplanmıştır. Filtre devreleri eklendikten sonra en iyi sonucu kesim frekansı 150 Hz olan alçak geçiren filtre göstermiştir. Kullanılan ürünler farklı güç değerlerine sahiptirler. Bu durumda KFL filtresiz durumda toplam akım harmonik distorsiyonu A markalı sürücüye sahip LED armatür türüne göre daya iyi çıkmıştır fakat ürünlerin lümen çıkışları yaklaşık olarak aynı olduğu için en verimsiz armatür KFL olarak gözlemlenmektedir. Filtreli durumlar karşılaştırıldığında ise A marka sürücü LED armatür harmonik akımları daha iyi absorbe etmiştir. Bu inceleme sonucunda oluşan harmoniklerin giderilmesi için pasif filtre tasarımı yapılmıştır ve harmonik akım değerleri karşılaştırılmıştır. Tasarlanan filtrelerin içinde kullanılan devre elemanları, harmonik oluşumuna sebep olan en yüksek frekans seçilerek MATLAB ortamında 4 farklı filtre tasarımı yapılarak farklı sonuçlar elde edilmiştir. Böylece aydınlatma sistemlerinde kullanılan KFL ve A marka sürücülü LED armatüre ait harmonik bileşenler pasif filtre kullanımı ile giderilmiş ve sinüzoidal formdan uzaklaşan akım dalga şekli sinüzoidal forma yakın hale getirilmiştir ve elektrik enerjisinde kalitesizlik problemi ortadan kaldırılmıştır. Ayrıca yapılan ışık testleri sonucunda LED armatürlerin daha düşük güç değerlerinde KFL ile aynı lümen çıkışına sahip olduğu gözlemlenmiştir. LED armatürler KFL'ye göre daha verimli, ekonomik ve uzun ömürlüdürler. Günümüzde artan enerji maliyetleri göz önüne alındığında LED armatürlerin daha önemli hale geldiği ve yaygın olarak kullanılmaya başladığı bilinmektedir.
The comparison of energy consumptions for OOK and BPSK modulationsin wireless sensor networks
Given that the majority of sensor nodes in wireless sensor networks (WSNs) are battery-powered and have limited energy resources, energy efficiency is a crucial consideration. By putting appropriate strategies into practice, the energy efficiency of WSNs might be significantly increased and thus provided a longer network lifespan, lower maintenance costs, and better performance. The energy efficiency of wireless sensor networks is significantly impacted by modulation. To achieve the optimal balance between energy economy and performance, the modulation method for a given WSN application relies on variables including energy consumption, transmission distance, interference, noise and bandwidth efficiency. BPSK (Binary Phase Shift Keying) and OOK (On-Off Keying) are two digital modulation methods used in WSNs. For low-power wireless communication systems like WSNs, OOK modulation is a straightforward and effective modulation technique. It is a desirable alternative for WSNs thanks to its interoperability, affordability, and simplicity. OOK is a digital modulation method that sends binary data by switching the carrier signal on and off. Either the entire strength (ON) of the carrier signal is carried, or it is not transmitted at all (OFF). A binary 0 in OOK modulation is represented by the carrier signal being off, whereas a binary 1 is represented by the carrier signal being on. OOK is easy to use and effective in utilizing bandwidth, although it is sensitive to noise and interference and has a short range of transmission. BPSK is another digital modulation method that transmits binary data using phase shift keying. A single bit is used in BPSK, a kind of Phase Shift Keying (PSK) modulation, to indicate two distinct carrier signal phases. A binary 0 in BPSK is represented by no phase shift, whereas a binary 1 is represented by a 180-degree phase shift of the carrier signal. Thanks to its simplicity and low energy consumption, it is preferred to be used in WSNs. In comparison to OOK, BPSK has a larger transmission range and is less vulnerable to noise and interference. It does, however, use more bandwidth than OOK. In WSNs, OOK and BPSK are both often used depending on the application and particular requirements. OOK, for instance, may be employed in situations where energy efficiency is important, such in low-power gadgets with short battery lives. The usage of BPSK, on the other hand, may be appropriate in situations when a greater transmission distance is required, such as in extensive industrial monitoring systems. In this thesis, the energy model of WSNs for BPSK and OOK modulation was reviewed, underlining how crucial they are for lowering power usage. The energy consumptions per bit (Ebit) of OOK and BPSK modulations were investigated for narrow bandwidth (< 50 kHz) and low data rate (< 50 kbps) WSNs with the propagation distance (d) no more than 150 meters in this study. For this purpose, the mathematical formulas and parameters which were previously published in the literature were utilized. The energy consumption per bit (Ebit) versus propagation distance (d) graphs were obtained for three distinct bandwidth (BW) values (10 kHz, 25 kHz and 50 kHz) in the OOK and BPSK modulation schemes. From the comparisons of results, it was observed that BPSK became more energy efficient than OOK with the increase of the propagation distance. Then the critical propagation distance (dcritical) at which BPSK started to become superior to OOK in terms of energy consumption per bit was defined and derived mathematically. The contribution of this thesis is to propose a new concept defined as the the critical propagation distance (dcritical) at which BPSK starts to become more energy efficient than OOK and present a mathematical expression to determine dcritical for any given bandwidth without any simulation requirement.
Çift katmanlı düşürücü tip DC-DC çevirici tabanlı yeni bir adaptif mppt algoritması geliştirilmesiyle enerji verimliliğinin arttırılması
Günümüzde fosil yakıtların yakın gelecekte tükenme beklentisi, insan sağlığına ve çevreye olan olumsuz etkisi, fosil yakıtlara olan bağımlılığın ülkelere siyasi ve ekonomik yönden risk oluşturması vb. sebeplerle yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi her geçen gün artmaktadır. Gelecek on yılda otomobil teknolojisinde enerji kaynağı olarak fosil yakıtların yerini elektrik enerjisinin alacak olması bu önemi daha da arttırması beklenmektedir. Rüzgar, hidrolik, biyogaz, biyokütle, dalga enerjisi vb. yenilenebilir enerji türleri içerisinde; enerji sürekliliği, yüksek ve düşük güçlerde kurulabilirliği, montaj, işletme ve bakım kolaylığı, düşük maliyeti, çevresel etki vb. etkenler göz önüne alındığında güneş enerjisi öne çıkmaktadır. Güneş enerjisinde fotovoltaik (FV) sistemler, şebeke bağlantılı (on-grid) ve şebekeden bağımsız (off-grid) güneş enerjisi santrali (GES) uygulamaları olarak karşımıza çıkmaktadır. GES'lerde sistem bileşenlerini oluşturan güneş panelleri dışında invertörler, şarj regülatörleri gibi güç elektroniği ürünlerinde de kayıpları azaltan ve verimliliği artıran yöntemlere olan ihtiyaç devam etmektedir. Günümüzde ticari ve öz tüketime dayalı FV sistemlerinin yaygınlaşması ile birlikte enerji verimliliği konusu önem kazanmış ve Ar-Ge çalışmaları yoğunlaşmıştır. %0,1'lik bir verim artışı bile yatırımların yapılabilirliği açısından önemli görülmekte ve yüksek verimlilik ticari ürün seçiminde önemli bir tercih kriteri olmaktadır. GES yatırımlarının en önemli parçası güneş panelleridir. Hali hazırda uygulamada en çok kullanılan FV paneller silisyum tabanlı olup verimlilikleri ortalama %20'dir. Bu değer, güneş enerjisinde kat edilecek daha çok mesafenin bulunduğunu göstermektedir. Yüksek verimli FV panellerin geliştirilmesi için yeni teknolojilere ve araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır. FV panellerde verimliliğinin arttırılması, daha az alan, daha az taşıyıcı mekanik aksam, daha az kablo kullanımı ve daha yüksek enerji verimliliği demektir. Günümüzde çoğunlukla silisyum tabanlı (monokristal, polikristal) ve kimyasal alaşımlı ince film FV paneller üretilmektedir. Yaygın olarak kullanılan ince film paneller, amorf-silisyum (a-Si), kadmiyum-tellur (CdTe) ve bakır indiyum galyum selenid (CIS/CIGS)'dir. Silisyum tabanlı panel çeşitleri ise monokristal ve polikristaldir. İnce film FV panellerin modül verimliliği %7-11 iken, silisyum panellerin modül verimliliği %15-23'tür. Silisyum panellerin verimliliğinin ince film panellere göre daha iyi olması ve yatırım maliyetinin daha ekonomik olması sebebiyle, piyasada ağırlıklı olarak silisyum paneller kullanılmaktadır. Güneş panelleri, üzerine düşen ışımaya ve sıcaklığa bağlı olarak değişken güç üretmektedir. Solar ışımaya (radyasyon) bağlı panel akım ve gerilim değerleri, doğru orantılı olarak artış ya da azalış gösterir. Sabit solar ışıma ortamında, sıcaklıkla ters orantılı olarak panel gerilimi keskin olarak ve panel akımı ise çok az azalarak panelden elde edilen güç değeri azalmaktadır. Işıma ve sıcaklık etkisiyle değişebilen anlık güçten maksimum düzeyde yararlanmak için, maksimum güç noktasını izlemek ve bu noktada maksimum gücü yüke aktarmak gerekmektedir. Maksimum güç noktasını izleme tekniğine Maximum Power Point Tracking-MPPT (maksimum güç noktasını izleme) denir. Güneş enerjisi uygulamalarında FV panellerden elde edilen enerjinin en az kayıpla yüke aktarılması ve yüksek enerji verimliliğinin sağlanması en önemli kriterlerdir. MPPT denetimi için donanım olarak genellikle geleneksel buck, boost veya buck-boost kombinasyonlarından oluşan DC-DC çevirici devreleri kullanılmaktadır. Ancak geleneksel devrelerde; yüksek kapasiteli kondansatör kullanımı, yüksek akımlı anahtarlama elemanlarının kullanımı gerekmekte olup devre çıkış gerilimi ve akımının dalgalılık oranının yüksekliği, bunların çıkış kondansatörleri üzerindeki komponent ömrünü etkileyen fiziksel baskı, yük tarafında parazit oluşumu, bunun akülerin yaşam süresine kısaltıcı etkisi ve enerji kayıpları gibi çeşitli dezavantajlar söz konusudur. Bu olumsuz etkileri büyük ölçüde ortadan kaldırmak için çift katmanlı interleaved buck çevirici devresi kullanılmasına karar verilmiş ve donanım açısından en az enerji kaybıyla en yüksek enerji verimliliğinin sağlanması esas alınmıştır. Yüksek sistem verimliliğin sağlanması için çevirici sürme tekniği olarak geleneksel, modifiye ve/veya adaptif geleneksel, yapay zeka ve biyolojik yapılı metotlara sahip MPPT algoritmaları kullanılmaktadır. MPPT denetimi için geleneksel metotlar haricinde yapay zeka uygulamalarından bulanık mantık ve yapay sinir ağı, biyolojik yapı metotlarından parçacık sürü optimizasyonu, karınca kolonisi, guguk kuşu vb. algoritmalar geliştirilmiştir. Kullanılan bu MPPT algoritmalarında, temelde FV panelin akım ve gerilim verilerinden oluşan giriş parametrelerinden birisi veya ikisi kullanılmakla birlikte başka veri giriş parametreleri de kullanılmakta olup maksimum güç hesabı ve takibi yapılmaktadır. Ancak bu MPPT algoritmalarının dezavantajı; geleneksel MPPT metotlarına göre orta ve yüksek seviye donanımlara gereksinim duyulmakta olup donanım maliyetleri yüksektir, sistem bağımlı olup FV panel gücü, sayısı, dizi sayısı, dizi açık devre gerilimi gibi çeşitli giriş parametrelerine ihtiyaç bulunmakta ve dolayısıyla teknik yönden düşük seviyeye sahip kullanıcılar için kullanım zorluğu bulunmaktadır. Adaptif olmayan geleneksel MPPT algoritmalarının en önemli dezavantajı, ani hava değişimi anından maksimum güç noktasının (MPP'nin) yakalandığı ana kadar yüksek enerji kayıpları oluşturmasıdır. Bu çalışma kapsamında, söz konusu enerji kaybını en az düzeye indirmek için adaptif özellikte olmayan geleneksel Saptır&Gözle (Perturb&Observe-P&O) MPPT Algoritması'na ortamın aydınlık düzeyi verisi (lx, lux) üçüncü bir giriş parametresi olarak eklenerek, hızlı solar radyasyonu değişiminde MPP'yi hızlı yakalayan yeni bir adaptif MPPT algoritması geliştirilmiş ve geliştirilen yeni algoritmaya "Hızlandırılmış P&O MPPT Algoritması" adı verilmiştir. Yeni algoritmanın bir başka en önemli özelliği, FV panel gücü, sayısı, gerilimi, FV dizi sayısı gibi harici veri girişlerine ihtiyaç duymayan, sistemden tamamen bağımsız bir algoritmadır. Ayrıca yeni algoritma için bilgisayarlar gibi yüksek hıza ve hafızaya sahip pahalı devre bileşenlerine de ihtiyaç duyulmamaktadır. Hızlandırılmış P&O MPPT Algoritması'nda MPP yakalama hızı, yüksek radyasyon değişiminde yüksek ve düşük radyasyon değişiminde düşüktür. Bu nedenle, yüksek radyasyon değişiminde, yeni algoritma daha az döngü sayısı ile MPP'ye ulaşarak daha yüksek enerji verimliliği sağlar. Ani hava değişimi anındaki PWM sinyalinin doluluk değeri ile MPP'ye ulaşacağı hedef PWM sinyalinin doluluk değeri arasındaki fark ne kadar büyükse, enerji kazanç değeri de o kadar yüksektir. Matlab/Simulink'te ve deneysel düzenekte uygulamalı olarak, farklı solar radyasyon simülasyonlarında, geleneksel ve çift katmanlı düşürücü tip DC-DC çevirici devre tabanlarında adaptif ve geleneksel P&O MPPT algoritmaları ile sağlanan sistem enerji verimlilikleri ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Çalışma sonucunda; "Hızlandırılmış P&O MPPT Algoritması" ile ani hava değişimlerinde maksimum güç noktasına daha hızlı ulaşıldığı ve güç kaybı en aza indirilerek yüksek enerji verimliliğinin sağlandığı tespit edilmiştir.
The optimal value determination for energy gain of MME to ME coding in wireless sensor networks
Energy efficiency is essential in wireless sensor networks (WSNs), as the majority of sensor nodes run on little battery power. Enhancing energy efficiency in WSNs can lead to extended network lifespan, reduced maintenance expenses and improved overall performance. By implementing appropriate strategies and techniques, WSNs can optimize energy usage, thereby maximizing the utilization of available energy resources and minimizing energy wastage. This focus on energy efficiency is essential for ensuring sustainable and cost-effective operation of WSNs. The manner of signal transmission has a considerable impact on the energy efficiency of wireless sensor networks (WSNs). In WSN applications, the choice of signal transmission technique is influenced by various factors, including energy consumption, transmission distance, interference, noise, and bandwidth efficiency. Finding the ideal balance between energy saving and performance enhancement is the objective. ME (minimum energy coding) and MME (modified minimum energy coding) are two coding techniques commonly employed in WSNs to achieve energy-efficient data transmission. These coding techniques are designed to minimize energy consumption during signal encoding and decoding processes, thereby contributing to improved energy efficiency in WSNs. Minimum Energy (ME) coding reduces the amount of energy required during the encoding and decoding operations in wireless sensor networks (WSNs). It provides a number of advantages that lower energy consumption and improve the overall energy efficiency of WSNs. ME coding algorithms are created to reduce the energy needed for encoding and decoding processes. By optimizing the coding scheme, ME coding reduces the energy consumption of individual sensor nodes, resulting in longer network operation and greater battery life. On the other hand, Modified Minimum Energy (MME) coding, as an enhancement to Minimum Energy (ME) coding, provides additional benefits to wireless sensor networks (WSNs) in terms of energy efficiency. Here are some ways in which MME coding benefits WSNs by improving energy savings. MME coding techniques built upon the principles of ME coding to further optimize energy consumption during encoding and decoding processes. MME coding delivers significantly larger energy savings than ME coding alone because of the coding scheme refinement. As a result, the battery life is increased, and the network's total energy efficiency is raised. This thesis presents an investigation into the optimal value determination for receive energy gain of ME to MME coding in wireless sensor networks (WSNs). First of all, OOK modulation is going to be described and then the operation of ME coding and MME coding is going to be investigated in detail. Their advantages and drawbacks are going to be examined. The optimal value for receive energy gain of MME to ME coding is going to be determined. The receive energy gain of ME to MME coding depends on the rate of high bits (α) and subframe length (Ls). The lower the rate of high bits (α), the more energy is saved. There is an optimal pair for the value of the rate of high bits (α) and subframe length (Ls). In this thesis study, optimality is going to be investigated and analyzed mathematically. Besides, the optimal subframe length (Lsopt) and optimal number of the subframes (Nsopt) that maximize receive energy gain of MME coding relative to ME coding in wireless communication systems are derived analytically.
Dengesiz dağıtım sisteminde dağıtık üretimin optimal yerleşimi ve boyutlandırılması
Küresel nüfus artışına bağlı olarak elektrik enerjisi tüketimindeki büyük artış, elektrik enerjisinin merkezi olarak tedarik edilmesinde zorluklar yaratmıştır. Geleneksel olarak elektrik, farklı gerilim seviyelerinde birbirine bağlı iletim sistemlerinden oluşan geniş bir şebeke aracılığıyla elektrik santrallerinden tüketim merkezlerine aktarılmaktadır. Ancak bu durum büyük güç kayıplarına ve gerilim düşümü sorunlarına yol açmıştır. Bu sorunlar güç sisteminin hem performansını hem de güvenilirliğini olumsuz etkilemektedir. Güneş ve rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji teknolojilerindeki son gelişmeler sayesinde, artan yük taleplerini Dağıtık Üretim (DÜ) kaynaklarını kullanarak karşılamak artık mümkün hale gelmiştir. Dağıtık üretimin dağıtım şebekeleri üzerinde olumlu etkileri vardır. DÜ sahaları tasarlanırken yatırım getirisini en üst düzeye çıkarmak için DÜ ünitelerinin boyutu ve konumu gibi parametrelerin seçimi dikkatle değerlendirilmelidir. Bu ünitelerin etkinliği, dağıtım şebekesine optimal şekilde yerleştirilmelerine ve boyutlandırılmalarına bağlıdır. Dağıtım şebekelerinin karmaşıklığı nedeniyle planlama karmaşık bir görev haline gelmektedir. Bu nedenle, dağıtım şebekelerinde DÜ'lerin optimum şekilde yerleştirilmesi ve boyutlandırılması konusunda şebeke planlamacılarına yardımcı olacak yeni teknikler geliştirilmelidir. Bu tezde, sezgisel optimizasyon algoritmaları kullanılarak üç fazlı dengesiz dağıtım güç sistemlerinin enerji kaybını minimize etmek ve tüm bara gerilimleri belirlenen sınırlar içinde tutmak için DÜ'nün optimal yerleşimi ve boyutlandırılması probleminin incelenmesi amaçlanmıştır. Birim güç faktöründe ve optimal güç faktöründe çalışan DÜ sistemlerinin optimal konumunu ve boyutunu bulmak için Genetik Algoritma (GA), Hibrit Gri Kurt Optimizasyonu ve Guguk Kuşu Araması Algoritması (GWOCS), Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO), Hibrit Arttırılmış Gri Kurt Optimizasyonu ve Guguk Kuşu Araması Algoritması (AGWOCS), Gri Kurt Optimizasyon (GWO) algoritmaları kullanılmıştır. Bu çalışma kapsamında, önerilen yöntemler MATLAB ve OpenDSS programları kullanılarak dengesiz yüklenme ve hatlara sahip IEEE 34 baralı test sistemine uygulanmıştır. Dağıtım sistemindeki yükleri doğru bir şekilde modellemek için gerilime bağlı yük modeli olan ZIP yük modeli kullanılmıştır. Gerçeğe yakın sonuçlar elde etmek için ticari, konutsal ve endüstriyel tüketicilerin ZIP katsayıları kullanılmıştır. Ayrıca, literatürdeki çalışmalarla karşılaştırmak için IEEE 34 bara sisteminin orijinal yükleri de kullanılarak benzetimler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, optimum yerleştirilmiş ve boyutlandırılmış DÜ'lerin yalnızca güç kaybını azaltmakla kalmayıp aynı zamanda sistemin gerilim profilini ve karalılığını da iyileştirdiğini göstermektedir. Ayrıca, DÜ'lerin reaktif güç kapasitesinin kullanılmasıyla güç kaybındaki azalmanın ve gerilim profilleri iyileştirmelerinin daha fazla olduğu tespit edilmiştir.
Güneş enerji sistemlerinde verimlilik analizi: Nijer güç sistemi uygulaması
İklim değişikliği ve küresel ısınma, mümkün olan en düşük karbon salınımıyla daha temiz enerji üretimi ve tüketimini tetiklemiştir. Nükleer enerjinin yanı sıra yenilenebilir enerji kaynakları da bu hedefe ulaşmak için uygun yöntemlerdir. Nükleer enerji güvenlik nedeniyle pek çok devlet tarafından rağbet görmese de yenilenebilir enerjiler için bu durum tam tersidir. Yenilenebilir enerjilerin toplam kurulu gücü son yıllarda, özellikle de Kyoto anlaşmasının imzalanması ve "net-sıfır" karbon nötrlüğüne ulaşmayı amaçlayan Paris anlaşmasından bu yana muazzam bir artış göstermiştir. Ancak Nijer gibi ülkeler için yenilenebilir enerjiler ve özellikle de güneş enerjileri sadece elektrik üretmenin en çevre dostu yolu değil, aynı zamanda ulusal enerji üretimlerini en düşük maliyetle artırmanın da en etkili yoludur. Nijer, güneş enerjisi için ideal coğrafi konumuna ve nehri boyunca iyi bir su akışına sahip olmasına rağmen, komşusu Nijerya'nın elektrik ihracatına büyük ölçüde bağımlıdır. Yenilenebilir enerjiler Nijer'in enerji kullanımında çok mütevazı bir paya sahiptir. Güneş ve rüzgâr enerjisi çoğunlukla köylerde ve elektrik şebekesinden uzak bölgelerde merkezi olmayan enerji üretim kaynakları olarak kullanılmaktadır. Nijer'in ilk ve tek güneş enerjisi santrali MALBAZA bölgesinde bulunmaktadır ve 7 MW kapasiteye sahiptir. Güneş enerjisi, elektrik kesintilerinden kaynaklanan enerji açığını kapatmak için elektrik şebekelerine ek olarak çoğunlukla evlerde kullanılmaktadır. Rüzgâr türbinleri, Nijer'in belirli bölgelerdeki iyi rüzgâr koşullarına rağmen esas olarak su pompalamak ve tarım arazilerini sulamak için kullanılırken henüz elektrik üretimi için kullanılmamaktadır. Buna ek olarak 2025 yılına kadar tamamlanması beklenen ve tahmini toplam 130 MW'lık bir üretime sahip bir hidroelektrik baraj projesi de devam etmektedir. Ayrıca Nijer'de elektrik üretim kapasitesini artırmak için güneş enerjisine olan ilgi giderek artmakta ve ülkede mevcut olan farklı yenilenebilir kaynaklardan yararlanmak için çeşitli projeler yürütülmektedir. Bu tezde, Nijer'in iklim ve çevre koşullarında güneş enerjisi tesislerinin verimliliği üzerine bir çalışma ve analiz gerçekleştirilmiştir. Güneş ışınımı, rüzgâr, gölgeleme ve sıcaklık gibi güneş hücrelerinin verimliliğini etkileyen ana iklim faktörleri analiz edilmiştir. Bir güneş sistemi tasarlanırken, fotovoltaik hücrelerin verimini en üst düzeye çıkarmak için akıllıca bir ekipman seçimi yahücremalıdır. Güneş hücreleri büyük ölçüde güneş ışınımına bağımlıdır. Zayıf bir ışınım, güneş hücreleri tarafından sağlanan toplam gücü azaltacaktır. Tıpkı güneş radyasyonu gibi, toz ve gölgeleme de fotovoltaik hücrelerin verimliliği üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Bu nedenle güneş enerjisi sistemlerinin bu farklı parametreler göz önünde bulundurularak kurulması ve güç çıkışını optimize etmek için ideal yöntemler kullanılması gerekir. Tipik olarak, güneş fotovoltaik sistemlerinde kullanılan kontrolörler, güneş hücrelerinin gün boyunca mümkün olan maksimum miktarda enerji üretmesini sağlayan güç noktası izleme sistemlerini içerir. Her biri kendi avantaj ve dezavantajlarına sahip çeşitli maksimum güç noktası izleme yöntemleri vardır. Bu tezde maksimum güç noktası takibinin ana yöntemleri incelenmiş ve işleyiş biçimleri açıklanmıştır. Maksimum güç noktasını izlemenin çok yönlü ve en basit yöntemi, güneş enerjisi tesislerinde de en yaygın olarak kullanılan P&O (perturb and observe – değiştir ve gözle) yöntemidir. Dış çevre faktörleri güneş hücrelerinin verimliliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğundan enerji santralinin yeri iyi seçilmelidir. Özellikle güneş ışınımı ve iklim koşullarının gelişimine ilişkin olarak bölgenin teknik açıdan incelenmesi gereklidir. Güneş ışınımı doğrudan çeşitli veri tabanlarından elde edilebilir ancak bu veriler her zaman güneş ışınımının gerçek değerini tam olarak temsil etmez. Güneş panelleri tarafından alınan güneş ışınımını elde etmek için, dağınık güneş fraksiyonu ve/veya dağınık güneş katsayısı gibi bazı parametrelerin güneş ışınımının nihai değerlendirmesine dahil edilmesi gerekir. Parlaklık indeksi, güneş ışınımının bir kesri olarak ifade edilir. Parlaklık indeksi küresel güneş ışınımının (H) dünya dışı güneş ışınımına (H0) bölünmesiyle, güneşlenme oranı güneşlenme saatlerinin (S) maksimum güneş ışınımı saatlerine (S0) bölünmesiyle ve dağınık fraksiyon ise dağınık güneş ışınımının (Hd) küresel güneş ışınımına (H) bölünmesiyle elde edilir. Yaygın radyasyonu belirlemenin en yaygın yöntemlerinden biri (H/H0) veya (S/S0) katsayılarını kullanmaktır. Güneş panellerinin her zaman etkin bir şekilde güneşe doğru yönlendirildiğinden emin olmak da önemlidir. PV panellerin her zaman güneşe doğru yönlendirildiğinden emin olmak için sistem, "Tracker" adı verilen güneş takip sistemleri ile donatılmalıdır. Tracker adı verilen bu sistemler, gün boyunca güneşi doğudan batıya doğru takip eden tek eksenli izleyici, yatay tek eksenli izleyici ve eğik eksenli izleyiciyi içerir. Güneş radyasyonundan gelen maksimum enerji, tek eksenli izleme modunda silindirik antenler gün ortasında güneş ışınlarına dik tutulduğunda korunabilir. Güneş ışınlarının silindirik kabul düzlemine göre eğimi ve kosinüs etkisi nedeniyle güneş radyasyonu enerjisi azalır. Yılın mevsimleri boyunca gün içerisinde güneşi doğudan batıya ve kuzeyden güneye takip eden çift eksenli izleme cihazlarıyla mümkün olur. Çift eksenli takip, güneşi bir derece hassasiyetle takip eden iki doğrusal aktüatör motoru tarafından sağlanır. İhtiyaçlara veya kısıtlamalara bağlı olarak, fotovoltaik tesisler elektrik şebekesine bağlanabilir. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemlerin toplam gücü son yıllarda istikrarlı bir şekilde artmıştır ve şu anda toplam kurulu fotovoltaik gücün büyük bir bölümünü oluşturmaktadır. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistemler, kurulu toplam güce bağlı olarak seri veya paralel bağlanmış ve bir veya daha fazla invertöre bağlanmış güneş panellerinden oluşur. Bir fotovoltaik sistem kurulduktan sonra çok az bakım gerektirir ve genellikle arıza sayısı oldukça azdır. Şebekeye bağlı fotovoltaik sistem, önleyici bakım gerektirmediği için en basit teknik işletime sahip yenilenebilir enerji sistemidir. Üretilen elektrik, sahanın tüketimi için elektrik tedarikinde olduğu gibi otomatik olarak şebekeyi besler. Basit izleme sistemdeki herhangi bir arızayı tespit edebilen sensörler, insan müdahalesinin gerekli olabileceği bazı sahalar dışında, rüzgâr ve yağmur tarafından doğal olarak temizlenir. Ancak ortalama ömrü 8 ila 12 yıl olan invertörün takibi yahücrearak değiştirilmesi gerekmektedir. Elektrik şebekesine bağlı olmayan tesislerin kurulumu bağlı olanlara görece daha basittir. Santral elektrik şebekesine bağlanacaksa, şebekeyle frekans senkronizasyonu, reaktif güç kontrolü ve kararlılık kontrolü gibi bir dizi önlemin alınması gerekir. Bu tezde, farklı çevresel faktörler ve güneş radyasyonu dikkate alınarak bir güneş enerjisi santralinin kurulumu adım adım gerçekleştirilmiştir. Kurulumun ekonomik analizi önce matematiksel olarak, daha sonra da Uluslararası Yenilenebilir Enerji Ajansı tarafından geliştirilen bir yenilenebilir enerji simülasyon programı olan HOMER kullanılarak önerilmiştir. Işınım ve ortam sıcaklığının güneş panellerinin güç ve gerilim çıkışı üzerindeki etkisi, Matlab Simulink'te fotovoltaik hücrelerin matematiksel modellemesi kullanılarak analiz edilmiştir. Fotovoltaik teknolojilerin gelişimi, güneş enerjisi santrallerinin kurulmasını ve elektrik şebekesine entegre edilmesini büyük ölçüde kolaylaştırmıştır. Ancak yeni bir enerji kaynağının mevcut bir elektrik dağıtım şebekesine entegre edilmesi dağıtım şebekesinde bir dizi aksamaya neden olarak kayda değer ölçüde verim kaybına yol açmaktadır. Bu nedenle, bir fotovoltaik güneş enerjisi santrali kurmadan önce, şebekedeki güç kayıplarını ve gerilim transferlerini önlemek için elektrik şebekesinde en uygun konumu belirlemek önemlidir. Niamey bölgesinde merkezi olmayan bir güneş fotovoltaik enerji santralinin entegrasyonu için ideal konumları belirlemek amacıyla elektrik dağıtım şebekesi üzerinde farklı konumlara bağlı iki elektrik jeneratörünün analizi yapılmıştır. Optimum konumun değerlendirilmesi genel optimizasyon algoritmaları kullanılarak gerçekleştirilmiş ve ardından güç aktarımı MATPOWER kullanılarak tahmin edilmiştir. Tüm sistem 34 düğümden oluşan IEEE modeline göre referanslamıştır. Sistem, şebeke gerilimi 0,95 ile 1,05 arasında tutularak 3 farklı düğüm üzerinde simüle edilmiştir. Analiz sonuçları; 16, 23 ve 15 numaralı baralara yeni enerji kaynakları ekleyerek şebeke gerilimini iyileştirmenin mümkün olduğunu göstermektedir.
Otonom mobil robot için iç mekanlarda rota planlama ve harita çıkartma
Bu tez, TurtleBot3 robotu üzerinde gerçekleştirilen SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) ve navigasyon çalışmalarını kapsamaktadır. Tezin amacı, robotun otonom sürüş yeteneklerini geliştirmek ve karmaşık bir ortamda etkin bir şekilde hareket etmesini sağlamaktır. TurtleBot3, kompakt ve hareketli bir robot platformudur. Bu platform, ROS (Robot Operating System) çatısı altında çalışan bir dizi sensör ve hareket kontrol birimiyle donatılmıştır. Bu sensörler arasında LIDAR (Light Detection and Ranging) sensörü, IMU (Inertial Measurement Unit) ve odometri bulunur. Bu sensörler, robotun çevresini algılamasına, konumunu takip etmesine ve hareket etmesine yardımcı olur. Otonom sürüş, TurtleBot3 robotunun insan müdahalesi olmadan kendini yönlendirebilme yeteneğini ifade eder. SLAM ve navigasyon yetenekleri sayesinde TurtleBot3, otonom sürüşü gerçekleştirebilir. Robot, harita ve konum bilgilerini kullanarak engelleri tespit eder, çevresel koşullara uyum sağlar ve hedefe doğru güvenli bir şekilde ilerler. A* algoritması gibi yol planlama algoritmaları, TurtleBot3'ün güvenli ve hızlı bir şekilde hedefe ulaşmasını sağlayarak otonom sürüşün başarılı bir şekilde gerçekleştirilmesine yardımcı olur. Yol planlama, bir robotun veya aracın belirli bir başlangıç noktasından hedef noktasına ulaşmak için takip etmesi gereken bir yolun belirlenmesi sürecidir. Yol planlama, robotların veya araçların engelleri aşarak güvenli ve etkili bir şekilde hedefe ulaşmasını sağlamak için kullanılan bir dizi algoritma ve stratejiden oluşur. Yol planlama algoritmaları, verilen ortamda en kısa veya en uygun yolun bulunmasına yardımcı olur. A* algoritması, tahmini maliyet fonksiyonunu kullanarak en kısa yolun yanı sıra hedefe olan uzaklığı da dikkate alır. Bu sayede, TurtleBot3 robotu daha verimli bir şekilde hareket edebilir ve hedefe daha hızlı ulaşabilir. Yol planlama algoritmaları,TurtleBot3 robotunun verilen ortamda en uygun yolu bulmasını sağlar. Bu tezde, yol planlamada Dinamik Pencere Yaklaşımı (DWA) ve A* gibi algoritmalar kullanılacaktır. DWA otonom bir robotun çevresel koşulları ve hız kontrolünü dikkate alarak anlık olarak güvenli ve etkili bir hareket planı oluşturmasına yardımcı olan bir yol planlama ve kontrol yöntemidir. A* algoritması ise Dijkstra algoritmasının geliştirilmiş bir versiyonudur ve daha hızlı sonuçlar üretebilir. Bu tez kapsamında, TurtleBot3 robotunun SLAM, navigasyon ve otonom sürüş yeteneklerini geliştirmek amacıyla çeşitli deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalarda, Gazebo simülasyon ortamı kullanılarak farklı senaryolar test edilmiş ve A* algoritması da bu simülasyon ortamında değerlendirilmiştir.
Hatalı yerleştirilen araç sigortalarının şablon eşleştirme yöntemiyle tespiti
Otomotiv sektörü 21. yüzyıl itibari ile farklılaşan dünya ve değişen çevresel koşullarla birlikte oldukça hızlı ilerlemeler kaydederken sektörün büyüklüğü de gün geçtikçe katlanarak artmaktadır. Günümüz dünyasında otomotiv sektörü, teknolojik gelişimlere ve yeni fikirlere açık bir pazar konumunda yer almaktadır. Gerçekleşen bu sektörel ve teknolojik gelişmeler ışığında araçlarda bulunan elektronik sistemlerin de gelişip farklılaştığı görülmektedir. Gelişen sektörel dinamiklerle de birlikte müşteri memnuniyeti firmalar için daha önemli hale gelmekte ve yapılan planlamalarda göz önüne alınmaktadır. Müşterilerden alınan geri bildirimlerle araçlarda birçok değişiklik yapılmakta olup araçlar teknolojik gelişimlerin entegrasyonuna daha açık hale getirilmektedir. Sektörel olarak teknolojiye uyumluluk furyası firmalar arası rekabetlere de fazlaca yansımaktadır. Büyük otomotiv pazarından payını almak isteyen firmalar; yenilikçi, ekonomik ve güvenilir modelleriyle olası tüm müşteri kitlelerine hitap etmeye çalışmaktadır. Bu doğrultuda araçlara yeni eklenen özelliklere bağlı olarak enerji bağlantıları ve seviyeleri de günden güne farklılaşırken aynı zamanda buna paralel olarak artmaktadır. Özellikle yeni gelişen elektrikli araç teknolojileri ile birlikte enerji düzeylerinde çok hızlı yükselişler olmaktadır. Geleneksel içten yanmalı ve hibrit sistemle çalışan artık eski nesil olarak adlandırılabilecek araçlar, motor ve akümülatör kaynaklı enerjiye sahipken, yeni nesil araçlarda kullanılan devasa lityum-iyon bataryalarla birlikte elektriksel enerji seviyeleri çok yükselmiştir. Depoloma miktarı, kullanım durumları ve verimleri değerlendirildiğinde lityum-iyon bataryalar faydalı ve güvenli olarak kabul edilseler de barındırdıkları enerjinin sisteme kontrolsüz aktarımı kontrol edilmesi gereken hassas bir noktadır. Araçların çevresel bir takım etmenlere maruz kalmaları durumunda lityum-iyon bataryadan fazla enerji çekmeleri istenmeyen sonuçlara yol açabilmektedir. Örnek olarak araç üzerinde yangın, kaza veya farklı güvenlik bölümlerinin devre dışı kalması gibi sorunlar görülebilir. Bu noktada üretici firmalar ve kullanıcılar tarafından geçmişte var olan fiyat odaklı yaklaşım yerini günümüzde güvenlik kriterlerinin yüksekliğine bırakmıştır. Üretici firmalar müşterilerin bu beklentilerini yanıtsız bırakmamakta olup bu sebeple oluşabilecek prestij kayıplarını da yaşamak istememektedirler. Tüm bunlar ışığında araç elektroniğinde bu seviyelerdeki enerjilerin güvenli bir şekilde kontrol edilmesi önemliyken yolcu ve araç sağlığı için bir takım koruyucu önlemlerin alınması da gerekmektedir. Tüm enerji uygulamalarında olduğu gibi araç elektroniğinde de sigortalar önemli bir yer tutmakta olup yıllardır güvenle kullanılmaktadır. Sigorta sayıları araçlarda yer alan ve müşteri istekleriyle değişen donanımlara göre farklılık göstermektedir. Kullanıcı seçimine bağlı olarak değişen özellikler neticesinde sigorta sayıları değişiklik gösterse de sistemin çalışması için temel olarak kullanılması gereken zorunlu sigortalar mevcuttur. Sigorta sayısının fazla olması sebebiyle sigortaların ortak bir alanda toplanma zorunluluğu doğmaktadır. Herhangi bir müdahale, değişim veya kontrol durumunda tüm sigortaların kolay erişilebilir ve ortak bir alanda toplu halde bulunması kullanıcıya ve teknik servise büyük bir avantaj sunmaktadır. Bunun için diğer sektörlerde olduğu gibi otomotiv sektöründe de yaygın olarak sigorta kutuları kullanılmaktadır. Sigorta kutuları kutu içerisinde sigorta erimesi kaynaklı herhangi bir yangın durumunda yanmaz materyallerden üretilerek aynı zamanda geriye kalan sistemi koruma görevini de dolaylı yollardan üstlenmektedir. Araç üzerinde kullanılan tüm bu sigortaların sigorta kutularına montajı manuel olarak yapılmaktadır. Manuel montaj uygulamalarında hatalı yapılan yerleştirmeler hem araçta hatalara sebebiyet vermekte hem üretim sisteminde aksamalara yol açmakta hem de yolcu güvenliğini tehlikeye atmaktadır. Tüm aşırı güç tüketim durumlarını kontrol eden sigortaların doğru şekilde çalışabilmesi için motaj işleminin doğru bir şekilde yapılması gerekmektedir. Üretilen sigorta kutusunda yer alan sigorta hatalı yerleştirme işleminin araç üzerine montaj işlemi yapılmadan önce bulunarak giderilmesi gerekmektedir. İnsan odaklı yaklaşım olan montaj işleminde meydana gelen bu hatalardan sonra tekrar yapılacak olan insan odaklı göz kontrol sistemi tekrardan hataya müsait bir ortam hazırlamaktadır. Bu sebeple kontrol işleminin insan odaklı yaklaşım yerine otonom olarak yapılarak hata olasılığının azaltılması hedeflenmiştir. Hassas üretim tesislerinde de kullanılan görüntü işleme uygulamalarından biri olan şablon eşleştirme yöntemiyle sigorta kutusuna montajı hatalı yapılan araç sigortalarının tespiti hedeflenmiştir. Şablon eşleştirme, seri üretim koşullarında ürün renk ve boyut tespiti ile mevcudiyet doğrulaması işlemlerinde çoğunlukla kullanılmaktadır. Tespit işlemi için özel olarak tasarlanan konuma bağlı sigorta tespit sistemi (KSTS) deney düzeneğine sigorta kutusu yerleştirilerek sigorta kutularının görüntüleri alınmıştır. Benzerlik oranının en efektif çalıştığı eşik değer deneysel olarak yapılan çalışmalarla %75 olarak belirlenmiş ve testler bu eşik değerde gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan uygulama sayesinde otonom hata tespiti gerçekleştirilen yazılım ve test sistemi oluşturulmuştur. Yazılımsal altyapı Python 3.8 programlama dilinde OpenCv kütüphanesi kullanılarak hazırlanmıştır. Grafiksel arayüz ve kamera yayının aynı anda verilebilmesi ve gecikme olmaması için multithreading yönteminden faydalanılmıştır. Python PySimpleGui kullanılarak arayüz oluşturulmuş olup bu sayede verilerin takibi ve kontrolü kolaylaştırılmıştır. Sonuçlar veritabanına aktarılarak uzaktan kontrol sistemi de kurulmuş ve oluşabilecek uygunsuzluk durumlarının sürekli takip edilebilmesi sağlanmıştır. Sistemin prototipi tasarlanarak algılama hızı, tespit değerleri ve hata oranı simüle edilmiştir. Gerçek zamanlı deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yanlış montajı yapılan 1 adet sigortanın eşik değeri %78 bulunurken doğru montajı yapılan 1 adet sigortanın eşik değeri de %72 olarak bulunmuştur. Toplamda 2 adet hatalı sonuca ulaşılmıştır. Sonuç olarak geliştirilen yöntemle arızalı sigorta tespiti doğruluk oranı %99,33 olarak elde edilmiştir. Testler sonucunda manuel olarak sigortaların araç sigorta kutusuna hatalı takılma oranının, en fazla hata gerçekleştirilen sigorta kutusunda %12,96 oranına kadar yükselebildiği tespit edilmiştir. Hazırlanan KSTS sisteminin algılama hızı 237 ms'dir. Günümüzde şablon eşleştirme uygulamaları yerini derin öğrenme tabanlı görüntü işleme uygulamalarına bıraksa da onlarca farklı sigorta kutusu ve yüzlerce farklı sigorta yerleşimi olan bir üretim hattında işlevsel olarak kullanılması pek mümkün olmamaktadır. Tüm sigorta kutusu değişimlerinde derin öğrenme eğitim süreçlerini gerektirmesi sebebiyle tespit sistemi olarak derin öğrenme tabanlı yöntemler yerine şablon eşleştirme tercih edilmiştir. Kurulan test sistemi sayesinde operatör kaynaklı hatalı montaj oranları minimize edilmiş, üretim hattında kaybedilen kontrol zamanında iyileştirme sağlanarak kalitesel süreç hedeflerine ulaşılmıştır. Tüm bunların yanında araç ve yolcu güvenliği artırılarak istenen hedeflere ulaşılmıştır.
Manyetik kontrollü şönt reaktör tasarımı ve elektromanyetik analizlerinin gerçekleştirilmesi
Tüm dünyada ve ülkemizde, teknolojide meydana gelen gelişmeler, bu teknolojik ürünlere artan talep nedeniyle enerji ihtiyacı yıllar geçtikçe giderek artmaktadır. Enerji ihtiyacındaki bu artış, enerji üretim, iletim ve dağıtım şebekeleri üzerinde, yetersiz iletim kapasiteleri yüzünden olumsuz bir etki oluşturmaktadır. Oluşan bu ilave enerji ihtiyacını karşılamak için üretim artışının gerçekleşmesinin yanında, şebekenin doğru bir şekilde koordine edilmesi ve planlanması da önem arz etmektedir. Bu planlamanın başında artan hat kayıpları ve bu kayıpların azaltılması gelmektedir. Kayıplar günün belirli zamanlarında farklılık gösterebilir, gece saatlerinde kapasitif, gündüz saatlerinde ise endüktif etki daha baskın hale gelmektedir. Kompanzasyon sistemi maksimum kapasitif yüklenme durumu baz alınarak tasarlanmalıdır. Yanlış tasarlanmış iletim ve dağıtım hatları sistemde gereksiz yük oluşmasına neden olur. Yatırım maliyetleri büyüktür bu yüzden sistemdeki değişiklikler maddi sonuçları beraberinde getirir. Enerji iletim sistemi transformatörler , kablolar , koruma malzemeleri, reaktörler olmak üzere çeşitli yardımcı ekipmandan oluşur. Üretilen enerji iletilir. Dağıtım hatları , iletim hatlarına bağlanır. Kullanıcılar ise dağıtım hatlarından beslenirler. Elektrik güç sistemlerinde yükün azaltılmasıyla kapasitif akım artar. Artan bu kapasitif akım reaktif güç üretimine neden olur ve bunun sonucunda hattan iletilebilecek aktif akım azalmakta, hat sonu gerilimi yükselmektedir. Doğal olarak aynı aktif güç değerini iletmek için hat kayıpları da mutlak akımın karesi şeklinde artacaktır. Oluşan bu reaktif gücün tüketilmesi ve akımın mutlak büyüklüğünün azaltılması gerekmektedir. Bunun için farklı yöntemler geliştirilmiştir. Ancak, Manyetik Kontrollü Reaktör büyük bir aralıkta, yükte, yumuşak bir şekilde endüktif kapasitesini ayarlayabilme özelliğiyle, reaktif güç dengesini gerçekleştirebilecek en uygun çözümlerden biridir. Diğer reaktörlerden farklı kılan en önemli özelliği ayarlanabilir kapasitesidir. Reaktörler, kapasitif etki altında olan hatlarda ve işletmelerde endüktif-kapasitif güç dengesini sağlamak için endüktif yük görevi görürler. Yaygın olarak DC sürücülerin ağırlıklı olduğu işletmelerde, uzun iletim hatlarında, yarı iletkenin yaygın olarak kullanıldığı güç sistemlerinde, baz istasyonlarında, uzun kabloların kullanıldığı sistemlerde, hastaneler ve magzalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kapasitif etkinin sebep olduğu başlıca sorunlar vardır. Ceza ödenmesi , Sistem içindeki cihazların ve sistem ömrünün azalması , Enerji iletiminin veriminin düşmesi, Bakım-onarım masraflarındaki artış reaktif güc artışının oluşturduğu sorunlardan birkaç tanesidir. 22 Manyetik Kontrollü Şönt Reaktörler, iletim sisteminin reaktif kapasitesini düzenlemeye yarayan çok yönlü bir AC iletim cihaz tüğrüdür. Mcr'nin analizi çok önemli bir faktördür, son yıllarda bilim adamları farklı bakışacılarıyla MCR çalışmaları yapmışlardır. MCR yaklaşık eşdeğer devre üzerinden analiz edilmektedir ve bunun başlıca nedeni karmaşık olan elektriksel yapısıdır. MCR kontrol sistemi , kontrol yöntemine göre açık çevrim kontrol, kapalı çevrim kontrol olarak sınıflandırılabilir. Açık çevrim kontrolde çıkıştan geri besleme alınamaz. Bozucu etkiler sistem tarafından tespit edilemez. Açık cevrim kontrol yapısı hassas olmayan sistemlerde kullanılır. Kapalı çevrim kontrol sisteminde çıkıştan geri besleme alınır. Bozucu etki sistem tarafından tespit edilebilir. Hassas bir kontrol sağlanmış olur. MCR'lerde genelde kapalı çevrim kontrol kullanılmaktdır. MCR'de meydana gelen kayıplar nüve kayıpları, sargı kayıpları ve ek kayıplardan oluşur. Demir Çekirdekli Reaktörlerin nüvesinde depolanan akıdan dolayı nüvede kayıplar meydana gelir. Reaktör yapısına ve çeşidine bağlı olarak nüvenin doyumda çalışma durumlarına rastlanabilir ama standart şönt reaktörlerde böyle bir durum istenmez. Bakır kayıpları sargıların DC ve AC kayıpları olmak üzere iki çeşittir. Bu kayıp değeri reaktör buşinglerine gelen gerilim değerine göre ve reaktörün çektiği akıma bağlı olarak değişiklik gösterir. Ek kayıplar ise sargı ve nüve dışında kalan metal kısımlarda oluşan kayıplardır. MCR harmonik açıdan reaktörün yüküne bağlı olarak değişmektedir. Reaktör yükü arttıkça harmonik içeriği azalmaktadır. Benzer ürün olan Tristör Kontrollü Reaktöre göre harmonik içeri fazladır. MCR nüvesindeki boşluğun kordinasyonu ile reaktör harmonik içeriği azaltılabilmektedir. MCR'de soğutma sistemi de önemlidir. Reaktöler genelde ONAN soğutmaya göre tasarlanır. Güç artışı istenmesi durumunda ONAF sisteme geçilir. FEM analizleri son yıllarda yaygınlaşmış ve önemli hale gelmiştir. Bu yazılımlar sonlu ağ oluşturma mantığıyla çalışan büyük ölçekli bir yazılımdır ve elektromanyetik sektöründe yaygın olarak kullanılır. Karmaşık AR-GE sürecine sahip ürünlerde bu tür yazılımlar üretim öncesi harcamayı ve karşılaşılacak sorunları azaltır. Elektromanyetik modelin mümkün olduğu kadar sade olmasına dikkat edilmelidir. Analitik hesapları yapılan ürün için üretim aşaması ciddi önem arz eder. Üretimden kaynaklı hatların tespiti ciddi zaman alıcı ve zordur. Protatip ürünün üretilmesi aşamasında , yetersiz ve uygun olmayan kurutmadan, yağın nemli olmasından, yetersiz ham madde kullanımından kaçınılmalıdır. MCR test aşamısında karmaşık ve anlaşılması zor yapısından dolayı testler titizlikle yapılmaldır. Reaktöre yapılan testler ile sarım sayıları doğrulanmaldır. Direnç ölçümünde "RATECH WR50-13" cihazı kullanılmıştır.Her faz için drienç ölçümü yapılır. Her fazdaki uçlarda yakın değerlerin ölçülmesi beklenir. Değerlerin arasındaki farkın fazla olması durumunda test tekrarlanmalı yada ürün gözden geçirilmelidir. Oran testi "OMICRON CPC100" cihazı ile yapılmaktadır. Reaktör girişinden 400 V uygulanmakta ve diğer uçlarda oluşan gerilim ölçülmektedir. Tasarım aşamasında bu 23 test sonucunda okunacak değerler hesaplanmaktadır. Ölçüm sonuçları tasarım esnasında hesaplanan değerler ile yakın çıkması beklenir. Reaktöre AC yüksek gerilim verilmeden önce son olarak izolasyon testi yapılmalıdır. Bu test "MEGGER MIT 525" cihazı ile yapılır. Sonrasında ise uygulanan ve indüklenen gerilim testleri yapılmaktadır. Reaktör sargısının belirli sarımlarından alının uçlar tristörler ile hatasız bağlanmasına dikkat edilmeldir. Test ortamında tristörlerin tetik açıları 90 dereceye doğru azaltılır. Manyetik Kontrollü Şönt Reaktörler son yıllarda dünya üzerinde yaygın olarak kullanılmaya başlandığı gibi, Türkiye'de de yaygınlaşmaya ve sistem tasarımcılarının ilgi odağı haline gelmeye başlamıştır. Tüm bu gelişmelere rağmen Türkiye'de bu ürün detaylı bir şekilde incelenmemiş ve tam olarak bilinmemektedir. Bu çalışmada, 2MVAr gücünde Manyetik Kontrollü Reaktörün teknik ve ekonomik açıdan en uygun tasarımı, tasarımın en uygun şekilde elektromanyetik analiz programına tanımlanması, reaktörün aktif güç kayıplarının analiz ortamında ve test ortamında tespiti, reaktör akımının yüklenme rejimine göre harmonik içeriğinin tespit edilmesi ve alternatif ürünlerle karşılaştırılması, alternatif ürünlerle teknik ve ekonomik açıdan uygunluğu, uygunsuzluğunun araştırılması, çalışmaları yapılmıştır. Bu tez çalışması sonucunda, iletim hatlarının en uygun şekilde koordine edilmesi, ihtiyaç olan reaktif güç dengesi ve değişken reaktif güç ihtiyacı için geliştirilen Manyetik Kontrollü Şönt Reaktörün çalışma yapısı anlaşılmıştır. İleriki akademik çalışmalarda kazan, ek aksesuarlar ve sargıda meydana gelen kayıplar, nüve birleşme noktalarında meydana gelen kayıplar ve harmonikler, MCR'nin diğer kompanzasyon sistemleri ile koordineli kompakt bir şekilde çalışması, tepki süresinin kısaltılması, ses seviyesinde iyileştirme, kayıplarının azaltılması üzerine çalışılacaktır.
Derin pekiştirmeli öğrenme yöntemi ile görüntü hash kodlarını oluşturma
Görüntü hash'leri, dijital görüntülerin özünü temsil eden kısa, benzersiz ve sabit uzunluktaki karakter dizileridir. Hashing yöntemlerinde çoğunlukla ikili sayı sistemindeki kodlar oluşturulur. Her kod bir görüntüyü ya da görüntü ile ilgili bir kurguyu temsil eder. Görüntü hashlerinin çıkarılmasının temel amacı, görüntülerin daha kolay ve verimli bir şekilde işlenmesini ve karşılaştırılmasını sağlamaktır. Genellikle büyük ölçekli veri tabanlarında arama, veri sıkıştırma ve güvenlik ihtiyacı için görüntülerin hash kodu üretilir. Hash kodları hızlı arama, veriyi kolay saklama gibi avantajlar sağlamaktadır. Geleneksel hash yöntemleri genellikle farklı hash işlevlerini bağımsız olarak öğrenir ve bu işlevler arasındaki ilişkileri göz ardı etmektedir. Oysa bu ilişkiler duyarlılık doğruluğunu önemli ölçüde artırabilmektedir. Geleneksel hash yöntemleri arasında, hash kodunu sıralı olarak öğrenen yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemlerin karmaşık optimizasyon gerektirmesi ve derin ağlara doğrudan uygulanamaması gibi bazı kısıtlamaları bulunmaktadır. Bu nedenle, daha etkili ve derin hash yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tür kısıtlamaları aşmak ve daha etkili bir hash yöntemi geliştirmek için derin pekiştirmeli öğrenme prensiplerinden ilham alınmaktadır. Pekiştirmeli öğrenme, karmaşık ve belirsiz ortamlarda etkili kararlar vermeyi sağlayan güçlü bir araçtır. Pekiştirmeli öğrenme genellikle Markov karar süreci (Markov Decision Process, MDP) ve güçlü öğrenme algoritmaları kullanılarak modellenir. Bu algoritmalar, ajanın görevi başarıyla tamamlaması için gerekli olan en iyi eylem stratejilerini keşfetmesine yardımcı olur. Pekiştirmeli öğrenme, bir yapay zeka ve makine öğrenimi alanı olarak karşımıza çıkar. Bu öğrenme şekli, belirsiz ve karmaşık ortamlarda hareket eden bir ajanın nasıl optimal kararlar alacağını öğrenmesini sağlar. Temelde, ajan bir çevre içinde eylemler gerçekleştirir ve bu eylemlerin sonuçlarına göre ödüller alır veya cezalarla karşılaşır. Amaç, toplamda maksimum ödülü elde etmek için hangi eylemlerin yapılması gerektiğini öğrenmektir. Bu çalışmada derin öğrenme ve pekiştirmeli öğrenme kullanarak yenilikçi bir yöntem ile görüntüler için hash kodu üretme amaçlanmıştır. Derin öğrenme yöntemleri makine öğrenme yöntemlerinden farklı olarak görüntü özelliklerini kendi başına çıkarabilmektedir. Derin pekiştirmeli öğrenme, bir ajanın çevresiyle etkileşimler yoluyla davranış öğrenmesi gereken bir problemi temsil etmektedir. Bu çerçevede, her bir hash işlevini bağımsız olarak öğrenmek yerine, hash işlevlerini ardışık bir karar süreci olarak modellemeyi ve önceki işlevler tarafından yapılan hataları düzelterek öğrenme hedeflenmiştir. Bu yaklaşım, farklı hash işlevleri arasındaki ilişkileri göz önünde bulundurarak duyarlılık doğruluğunu artırmayı amaçlamaktadır. Geri beslemeli sinir ağları (Recurrent Neural Networks, RNN), ardışık verilerle çalışabilen ve zaman içindeki bağımlılıkları yakalayabilen özel bir yapay sinir ağı türüdür. RNN'ler, önceki zaman adımlarındaki bilgileri hatırlayarak, bu bilgileri mevcut zaman adımının çıktısını üretmek için kullanabilir. Bu şekilde, geleneksel hash yöntemlerinde olduğu gibi karmaşık optimizasyon işlemleri gerektirmeden, derin ağlar üzerinde etkili bir şekilde uygulanabilir bir hash yaklaşımı geliştirme amaçlanmıştır. Politika yöntemi olarak Actor-Critic yöntemi kullanılmıştır. Yaygın olarak kullanılan Cifar-10, Nus-wide, Mirflickr veri setleri üzerinde yapılan deneyler yaklaşımın etkinliğini göstermiştir.
Elektroensefalografi (EEG) sinyali kullanılarak yapay zeka tabanlı duygu kestirimi
Duyguların nörolojik temellerini anlamak ve tanımlamak, insan-makine etkileşimi alanında her geçen gün artan bir öneme sahiptir. Bu bağlamda EEG (Elektroensefalografi), duygusal durumları analiz etmek için yüksek zamansal çözünürlüklü bir yöntem olarak dikkat çekmektedir ve Yapay Zekâ yöntemlerinin çeşitlenmesiyle birlikte yapılan çalışmalar hız kazanmıştır. EEG sinyalleri, beynin elektriksel aktivitelerini ölçerek duygusal ve zihinsel durumları objektif bir şekilde değerlendirme imkânı sunar. Ancak EEG sinyallerinin karmaşıklığı ve dış etkenlerden kolayca etkilenmesi nedeniyle doğru ve tutarlı analiz methodlarına ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, SEED EEG veri seti kullanılarak EEG tabanlı duygu tanıma için Ensemble Bagged Trees modeli önerilmiştir. SEED veri seti, 15 sağlıklı katılımcının 62 kanallı EEG sinyallerini içermektedir. Katılımcılara çeşitli duygusal tepkileri tetiklemek amacıyla belirli film klipleri izletilmiş ve bu sırada EEG verileri 1000 Hz örnekleme hızında kaydedilmiştir. Verilerin ön işleme sürecinde, EEG sinyalleri filtrelenmiş, örnekleme hızı 200 Hz'e düşürülmüş ve artefaktlar (örneğin, göz kırpma ve kas hareketleri) giderilmiştir. Bu işlemler, sinyal/gürültü oranını artırarak, verilerin daha doğru ve güvenilir analiz edilmesini sağlamıştır. Özellik çıkarma aşamasında, EEG verileri delta, teta, alfa, beta ve gama olarak temel frekans bantlarına ayrılmıştır. Her bir bant için zaman domeni ve istatistiksel özellikler hesaplanmış ve bu özellikler, duygu tanıma modellerinin eğitiminde kullanılmıştır. Özellikle otokorelasyon ve toplam harmonik bozulma gibi zaman serisi özellikleri de hesaplanarak sinyalin zaman içindeki bağımlılıkları ve harmonik bileşenleri analiz edilmiştir. Özellik sıralaması için Spearman korelasyon katsayısı kullanılmış, bu sayede en anlamlı özellikler belirlenmiştir. Sınıflandırma aşamasında, iki farklı yöntem izlenmiştir. İlk sınıflama işleminde, tüm frekans bantlarından çıkarılan özellikler kullanılarak genel bir duygu durumu kestirimi yapılmıştır. İkinci işlemde ise her bir frekans bandı ayrı ayrı değerlendirilerek tek bir frekans bandı ile duygu kestiriminin nasıl olacağı araştırılmıştır. Bu yaklaşım, belirli frekans bantlarının belirli duyguların tespitinde daha etkili olabileceğini göstermiştir. Özellikle, farklı bantların etkinlikleri karşılaştırıldığında, Beta bandı korku (%91.40) ve mutluluk (%84.30) sınıflarında yüksek doğruluk oranları sağlamıştır. Buna karşılık, Delta bandı tüm sınıflar için en düşük doğruluk oranlarını sunmuştur, bu da düşük frekanslı bantların duygu tespitinde sınırlı katkı sağlayabileceğini göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, Ensemble Bagged Trees modelinin genel doğruluk oranını %94.4 olarak göstermiştir. Model, nötr durum için %96.94 doğruluk oranına ulaşmış, üzüntü sınıfında %97.78 ve korku sınıfında %97.13 doğruluk oranları elde edilmiştir. Mutluluk sınıfında ise doğruluk oranı %97.04 olarak hesaplanmıştır. Tüm frekans bantlarının bir arada kullanılması, genel olarak en yüksek doğruluk oranını sunmuş, bu da frekans bantlarının kombinasyonunun model performansını artırmada etkili olduğunu göstermektedir. Elde edilen bulgular, EEG tabanlı duygu tanıma sistemlerinin, insan-makine etkileşimi, psikolojik araştırmalar ve pazarlama stratejileri gibi çeşitli alanlarda geniş uygulama potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Bu çalışma, EEG verilerinin duygu tanıma ve analizinde etkili bir şekilde kullanılabileceğini kanıtlayarak, gelecekteki araştırmalar ve uygulamalar için önemli katkılar sunmaktadır.
Akıllı şebekelerde makine öğrenmesi teknikleriyle kısa dönem rüzgâr hızı tahmini: Kocaeli-Türkiye örneği
Dünya genelinde enerji talebinin artışı, mevcut kapasitelerin yetersiz kalmasına neden olmakta ve bu talebi geleneksel yöntemlerle karşılamak mümkün olmamaktadır. Bu durum, küresel ölçekte yenilenebilir enerji kaynaklarından güç üretimine yönelimi teşvik etmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları, kirlilikten arındırılmış enerji üretim kapasiteleri nedeniyle giderek daha fazla ilgi görmektedir. Son yıllarda, rüzgâr enerjisi yenilenebilir, sürdürülebilir ve çevre dostu bir enerji kaynağı olarak öne çıkmış ve enerji sistemlerinde en etkili yenilenebilir enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Rüzgâr enerjisinin geleceği umut verici görünmekle birlikte, başlangıç maliyetleri ve rüzgârın öngörülemeyen ve stokastik doğası, bu enerjinin elektrik şebekesine entegrasyonunu zorlaştırmaktadır. Bu tezde, rüzgâr hızı tahmini problemi ele alınmış ve bu problemi çözmek için doğru bir öngörü yöntemi kullanılması gerektiği vurgulanmıştır. Etkili rüzgâr hızı tahmin yöntemleri, rüzgâr enerjisinin karşılaştığı zorlukların üstesinden gelinmesine yardımcı olmaktadır. Tezin amacı, özellikle ulusal bir şebeke içinde kısa vadeli tahminler için yapay sinir ağı modellerini incelemektir. Bu çalışmada, Kocaeli-Türkiye'deki Kandıra rüzgâr çiftliğinden elde edilen veri seti kullanılarak kısa vadeli rüzgâr hızı tahminleri yapılmış ve bu amaçla Doğrusal Olmayan Otoregresif Sinir Ağı (DOOSA), Dış Girdili Doğrusal Olmayan Ototetkisel Sinir Ağı (DODGOSA) ve Kapılı Tekrarlayan Birim (KTB) modelleri kullanılmıştır. Bu modellerin performansları diğer veri tabanlı yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Tezin odak noktası, mevcut DOOSA modelinin, gerçek verilerle farklı sayılardaki gizli katman nöronları, gecikmeler ve eğitim fonksiyonları kullanılarak modelin hiperparametrelerinin iyileştirilmesi üzerinedir. Performans ölçütleri olarak ortalama kare hatası (MSE) ve belirleme katsayısı (R²) kullanılmıştır. Sonuçlar, DOOSA modelinin hiperparametre optimizasyonu ile rüzgâr hızı tahmin performansını artırdığını göstermektedir. Önerilen DOOSA modeli, dışsal girdilerle zenginleştirilmiş versiyonu olan DODGOSA (Dışsal Girdili Doğrusal Olmayan Otoregresif Sinir Ağı) ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, DOOSA'nin DODGOSA'ya kıyasla benzer performans sergilediğini ve daha kısa sürede çalıştığını ortaya koymuştur. Ayrıca, öğrenme algoritmaları karşılaştırılmış ve Bayesian Regularization (BR) algoritmasının en iyi öğrenme algoritması olduğu belirlenmiştir. Ancak, Levenberg-Marquardt (LM) algoritmasının çok daha hızlı yürütüldüğü ve BR'ye yakın sonuçlar sağladığı görülmüştür. Çalışma sonuçları, modeller arasında farklı performans metriklerine dayalı bir ödünleşim olduğunu ortaya koymaktadır. GRU modeli, 0.00722 ile en düşük MSE değerine ulaşarak hata minimizasyonunda üstün bir doğruluk sergilemiştir. Bununla birlikte, DOOSA modeli, KTB modelini geride bırakarak, 0.756'lık GRU R² değerine kıyasla 0.886'lık bir R² değeri elde etmiştir. DODGOSA modeli ise 0.2253'lük bir MSE ve 0.904'lük bir R² değeri üretmiş; bu durum, modelin R² açısından iyi performans gösterdiğini ancak KTB modeline kıyasla daha yüksek bir hata oranına sahip olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, KTB modelinin tahmin hatasını minimize etmede son derece etkili olduğunu, ancak DOOSA modelinin rüzgâr hızı verilerindeki değişkenliği daha iyi yakalayabildiğini ve bu nedenle akıllı şebekelerdeki belirli tahmin uygulamaları için güçlü bir aday olabileceğini önermektedir. Özellikle, yeni veri seti ve kullanılan hiperparametreler, bu modelin etkinliğini ortaya koymaktadır.
Elektrik güç sistemlerinde ferrorezonans analizi yapay zeka tabanlı tespit ve matlab simülasyonu
Ferrorezonans, yüksek gerilimli elektrik güç sistemlerinde meydana gelebilecek karmaşık ve potansiyel olarak tehlikeli bir fenomendir. Genellikle, trafolar, kondansatörler ve anahtarlar gibi sistemin doğrusal olmayan bileşenlerinin etkileşimi ile ilişkilidir ve sistemin bileşenleri belirli frekansta rezonansa girdiğinde ortaya çıkar. Ferrorezonans, aniden yük değişiklikleri, arızalar veya anahtarlama işlemleri gibi belirli koşulların tetiklemesiyle başlar ve bunun sonucunda anormal gerilim ve akım salınımları meydana gelir. Bu salınımlar, elektrikli ekipmanlara ciddi zararlar verebilir, güç tedarikini kesebilir ve onarım maliyetleri, duruş süreleri ve sistem arızaları nedeniyle finansal kayıplara yol açabilir. Ferrorezonansın öngörülemezliği, geleneksel koruma sistemleri için bir zorluk oluşturur ve bu olayı gerçek zamanlı olarak tespit etmek ve önlemek zordur. Ferrorezonansın etkileri, trafolar ve kondansatörler gibi önemli elektrikli bileşenlere kalıcı zararlar verebilecek yüksek gerilim zirveleri ve bozulmuş akım dalgaları olarak kendini gösterir. Bu etkiler genellikle öngörülemezdir ve uzun süre devam edebilir, bu da güç şebekesine yönelik riskleri daha da artırır. Ferrorezonans meydana geldiğinde, izolasyon arızaları, ekipman aşırı ısınması ve hatta trafoların ve diğer kritik altyapıların felakete uğraması gibi felaket sonuçları doğurabilir. Ferrorezonansın neden olduğu zararlı elektriksel dalgalanmalar, sistem genelinde yayılabilir ve yakınlardaki trafolara etki ederek geniş çaplı elektrik kesintilerine yol açabilir. Böyle olaylar güç kaybı, ekipman arızası, uzun kurtarma süreleri ve büyük finansal kayıplara neden olabilir. Bu nedenle, ferrorezonansın doğru bir şekilde tespit edilmesi ve önlenmesi, güç sistemlerinin güvenilir bir şekilde çalışabilmesi için çok önemlidir. Gelişmiş tespit tekniklerinin geliştirilmesi, ferrorezonansın etkisini azaltmaya ve güç şebekelerinin dayanıklılığını artırmaya yardımcı olabilir. Geleneksel ferrorezonans tespit yöntemleri genellikle frekans analizi, zaman alanı simülasyonları ve sistem modelleme gibi tekniklere dayanır. Ancak, bu yöntemler genellikle gerçek zamanlı tespit açısından yetersiz kalır, çünkü yüksek hesaplama gereksinimleri vardır ve güç sistemlerinin dinamik doğasını hesaba katmak için esneklikten yoksundurlar. Ayrıca, geleneksel yaklaşımlar zamanında uyarılar sağlamayabilir, bu da müdahale gecikmelerine ve ekipmanlara daha fazla zarar verilmesine yol açabilir. Buna karşılık, yapay zeka (YZ) tabanlı teknikler, makine öğrenmesi (ML), derin öğrenme ve zaman serisi analizi gibi yöntemler, ferrorezonansı daha doğru ve hızlı bir şekilde tespit etmek için umut verici alternatifler sunmaktadır. YZ tabanlı yöntemler, sistem verilerindeki desenleri ve anormallikleri analiz ederek ferrorezonansın başlangıcını tahmin edebilir ve potansiyel arızalar için erken uyarılar sağlayabilir. Bu yaklaşımlar, tespit hızını artırmanın yanı sıra, olaylara daha hızlı yanıt verilmesini sağlayarak maliyetleri ve duruş sürelerini de azaltır. Tespit sürecini otomatikleştirerek, YZ tabanlı izleme sistemleri manuel müdahalelere olan bağımlılığı azaltır ve güç sistemlerinin genel verimliliğini ve güvenilirliğini artırır. Bu çalışma, ferrorezonans olaylarını tespit etmek ve analiz etmek için üç farklı YZ tabanlı tekniğin kullanımını incelemektedir: K-En Yakın Komşular (KNN), Destek Vektör Makineleri (SVM) ve Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) ağları. Bu teknikler, ferrorezonans tespiti ile ilgili farklı yönleri ele almak ve zaman serisi verileri için uygunlukları nedeniyle seçilmiştir. Çalışmanın amacı, her makine öğrenmesi modelinin gerçek zamanlı gerilim ve akım ölçümleri temelinde ferrorezonans olaylarını tespit etme performansını değerlendirmektir. Bu çalışmada kullanılan veri seti, normal ve ferrorezonans koşullarını temsil eden simüle edilmiş güç sistemi verilerini içermektedir ve her model için eğitim ve test setlerine ayrılmıştır. Simüle edilmiş veri kullanımı, modellerin çeşitli ferrorezonans senaryolarında eğitilmesi ve test edilmesi için kontrollü deneyler yapılmasını sağlamaktadır, bu da etkinliklerinin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini garanti eder. Ayrıca, veri artırma teknikleri uygulanarak modellerin sağlamlığı artırılmış ve farklı senaryolarda genelleme yapma yetenekleri geliştirilmiştir. KNN, küçük ve orta ölçekli veri setleri üzerinde etkili olan basit ancak güçlü bir sınıflandırma algoritması olduğu için seçilmiştir. KNN, veri noktalarını yakınlarındaki diğer veri noktalarına göre sınıflandırır, bu da onu güç sistemi verilerindeki desenleri tespit etmek için uygun hale getirir. Ancak, KNN'nin hesaplama karmaşıklığı veri setinin büyüklüğü arttıkça artar, bu da büyük veri setleri için ölçeklenebilirliğini sınırlayabilir. SVM ise, doğrusal olmayan verileri sınıflandırabilme yeteneği ve karmaşık sınıflandırma görevlerinde doğruluğu ile seçilmiştir. SVM, veri noktalarını ayrıştıran hiper düzlemler oluşturur ve karmaşık ferrorezonans desenlerinde doğrusal olmayan karar sınırlarını işlemek için özellikle etkilidir. SVM, doğrusal olmayan karar sınırlarını işleyebilmesi sayesinde zorlu senaryolarda bile ferrorezonans olaylarını doğru bir şekilde sınıflandırmıştır. LSTM ağı ise, ferrorezonans olaylarının dinamik ve sıralı doğasını modellemek için kullanılmıştır, özellikle zaman serisi verileri için idealdir. LSTM ağları, sıralı verilerde uzun vadeli bağımlılıkları öğrenebilme yeteneğine sahip olup, ferrorezonans olaylarının zaman içindeki dinamiklerini modelleyerek potansiyel arızaların erken uyarılarını sağlar. Her modelin performansı, doğruluk, hassasiyet, hatırlama ve F1 puanı gibi çeşitli metriklerle değerlendirilmiştir. Sonuçlar, KNN'nin küçük veri setlerinde iyi performans gösterdiğini ve ferrorezonans olaylarını yüksek doğrulukla tespit ettiğini göstermiştir. Ancak, veri seti büyüdükçe KNN'nin hesaplama karmaşıklığı bir sınırlama haline gelmiş ve verimliliğini azaltmıştır. SVM ise, daha büyük ve daha karmaşık veri setlerinde üstün performans sergileyerek yüksek doğruluk ve sağlam sınıflandırma yetenekleri sunmuştur. SVM, doğrusal olmayan karar sınırlarını işleme yeteneği sayesinde zorlu senaryolarda bile ferrorezonans olaylarını doğru bir şekilde sınıflandırmıştır. LSTM ağları ise, zaman serisi verilerinde ferrorezonans olaylarını tespit etmede hem KNN hem de SVM'den daha iyi performans göstermiştir. LSTM, verilerdeki uzun vadeli bağımlılıkları ve desenleri yakalayarak, ferrorezonans olayları kritik hale gelmeden önce erken uyarı sinyalleri sağlamıştır. Ferrorezonansın zaman içindeki dinamiklerini modelleme yeteneği, LSTM'yi güç sistemlerinin gerçek zamanlı izlenmesi için değerli bir araç yapmıştır. Bu bulgular, YZ tabanlı yaklaşımların, güç sistemlerinde ferrorezonans tespitini iyileştirme potansiyelini doğrulamaktadır. Sonuçlar, özellikle LSTM'nin, geleneksel yöntemlere göre ferrorezonans olaylarını daha doğru ve verimli bir şekilde tespit xxi edebileceğini ve operatörler için değerli gerçek zamanlı uyarılar sağlayabileceğini göstermektedir. Bu olayların erken tespiti, ekipman hasarını ve sistem kesintilerini önemli ölçüde azaltabilir. Gelecekteki araştırmalar, veri setini gerçek dünya ölçümleri ile genişletmeyi ve tespit doğruluğunu daha da artırmak için ek YZ modellerini keşfetmeyi hedefleyebilir. YZ teknikleri gelişmeye devam ettikçe, ferrorezonans olaylarının güç sistemlerine olan etkilerini azaltmada kritik bir rol oynamaları, sistem güvenilirliğini artırmaları ve daha proaktif bakım stratejilerini mümkün kılmaları beklenmektedir. YZ tabanlı izleme sistemlerinin güç şebekelerine entegrasyonu, tespit sürecini otomatikleştirerek manuel müdahalelere olan bağımlılığı azaltacak ve potansiyel ferrorezonans olaylarına daha hızlı yanıt verilmesini sağlayacaktır. Ayrıca, bu sistemler yeni verilerden sürekli olarak öğrenebilir ve zamanla performanslarını iyileştirebilirler. YZ alanı ilerledikçe, daha sofistike modeller ve teknikler ortaya çıkacak, bu da ferrorezonansı tespit etme ve hafifletme yeteneğini daha da geliştirecek ve nihayetinde daha dayanıklı ve verimli güç sistemlerine yol açacaktır.
Design and development of a wireless EEG device and open source software
In the last century, EEG has been a diagnostic method used in the detection of many diseases. Today, with the rapid development of computer technologies, EEG technology has begun to be used not only for disease diagnosis but also as a method to establish a connection between the brain and the computer. Humanity has long dreamed of connecting with computers and controlling them efficiently just by thinking without any physical interaction. It seems clear that one of the most suitable methods for this purpose is non-invasive EEG measurements, as it is easy to apply and does not require a medical procedure. This study aims to design a cost-effective and open-source device, to create a prototype, and to test the accuracy and consistency of the resulting device for researchers who want to measure EEG signals and make various researches on them or develop devices that will serve various special purposes. The design and production of the device can be grouped under three main groups; electronics, mechanics, and software parts. In the electronics part; ADS1299, an 8-channel integrated chip that offers low-noise 24-bit analog-to-digital conversion resolution, produced by Texas instrument company, which is currently used in many EEG devices, ESP32-WROOM microcontroller, which controls this integrated chip, reads, processes and transfers the data to the computer via Bluetooth communication, provides power to the system. 2 18650 Li-po 3.7 volt batteries and battery control system and dry type electrode produced by OpenBCI Company were used as the electrode. In the mechanical part, a cap was designed inspired by the Ultracortex Mark III and Ultracortex Mark IV cap of OpenBCI Company, and boxes providing enclosures for the produced circuits were designed and all of them were manufactured using a 3D printer. In the software part; there is embedded software written in C language on the chip that runs on the device, receives the data, processes it, and sends it to the computer. In addition, a Visual user interface that works on the computer side, receives and processes the data sent by the device, displays them in graphics, and saves them to a file, has been designed and coded in C# using Visual Studio. After the prototype of the device was revealed, the signals received from the device were examined and their consistency was evaluated. Keywords: eeg, visual stimulation, esp32, ads1299, dry electrode
Analysis of the backpressure-surface area in smoke tube heat exchangers
The design of heat exchangers is crucial to achieving the highest efficiency. Gas engine usage increases in the industry to cover electrical power requirements. The gas engine systems are equipped with heat exchangers to increase efficiency. However, there is a lack of study on backpressure and heat transfer coefficient. In this study, the effect of backpressure on heat exchanger calculations is shown and explained why they are crucial in heat exchanger selection. For this purpose, a shell and smoke-tube heat exchanger configuration for a gas engine is considered and thermal calculations are carried out. The dimensions of the heat exchanger are determined and according to the analysis, capacity values are shown. It is shown the increase in back pressure decreases the required surface area of the heat exchanger and the overall heat transfer coefficient of the system increases.
All GaN-based multidevice interleaved boost converter structure for hybrid electric vehicles
Greenhouse gas emissions reduction requires an ongoing approach to decreasing the use of fossil fuels in global transportation. Due to their environmental friendliness, efficiency, quietness, and potential for long-term sustainability, electric vehicles (EVs) are a viable alternative to those powered by internal combustion engines (ICE). Despite the rising popularity of EVs, they still need significant advancements in areas such as cost, capacity, driving range, energy losses, and powertrain technologies in order to successfully compete with conventional vehicles. Therefore, advancements in power transmission in terms of architecture and effectiveness have been in the foreground of the scientific community for decades. Direct current to direct current (DC/DC) converters are one example of circuit components that can be optimized to reduce power consumption, thereby enhancing energy efficiency, decreasing size, and thus providing compactness. Miniaturization of circuitry, together with proper component selection and the use of lightweight structural materials, might result in cheaper, more responsive systems with improved reliability. Passive components such as inductors and capacitors play a crucial role in converter topologies that aim to smooth out input current and output voltage ripples, respectively. However, they are so large that they occupy the majority of the space reserved for the converter. Therefore, any effort to reduce the number of passive components used and their miniaturization represents a significant advancement for converter technology. Gallium nitride (GaN) and silicon carbide (SiC) are two examples of wide band gap semiconductor materials that are suited for designing state-of-the-art efficient power converter devices. These semiconductors' features, such as their large bandgap, high critical breakdown electric field, high thermal conductivity and higher electron velocity allow a considerable reduction in the size of passive components, shrinking the heatsink and an increase in the converter's power density. In this thesis, the 2010 Toyota Prius Si-IGBT-based boost converter topology was investigated and simulated with the help of PSpice simulation software. After that, this converter structure was reconstructed with a multidevice interleaved boost converter (MDIBC) topology with implementing SiC and GaN semiconductors, respectively. Two prominent case studies with varying switching frequencies were utilized to analyze the performance of the SiC-based and GaN-based MDIBC topologies in terms of power loss, efficiency, the size of the passive components, as well as the current and voltage ripples. In both cases, it was achieved lower values of the passive components despite the relatively reduced current and voltage ripples. In contrast to the higher efficiency results achieved with GaN-based MDIBC at all switching frequencies, SiC-based MDIBC resulted in lower values at 80 and 100 kHz compared to the benchmark converter. Proposed GaN-based MDIBC achieved higher efficiency than the benchmark converter by lowering ripple by 93.4% for current and 40% for voltage in the first case, and by 88.5% for inductor value and 97.92% for capacitor value at 100 kHz switching frequency in the second case. Keywords: current and voltage ripples, efficiency, hybrid electric vehicles, multidevice interleaved boost converter, SiC and GaN semiconductors
Digitizing electricity generation in solar panel farms with digital twin and operating with high efficiency
Renewable energy sources, particularly solar energy, have witnessed significant growth in popularity and production capacity. Over 1000 GW of photovoltaic panels have been installed and operational worldwide by the end of 2022. However, ensuring high-energy production efficiency, preventing, and detecting errors in the system have become increasingly urgent. The non-linear nature and unpredictability of solar power production make predictability and instantaneous change in production challenging. Therefore, this thesis aims to enhance the traceability of solar power plants by developing a digital twin and creating a platform utilizing the necessary tools to optimize the system's performance. Initially designed in Matlab, the solar power plant was moved to a simulation environment to evaluate its operating characteristics and refine its design. The data collected were used to train machine learning algorithms, which are employed to monitor the system, predict future scenarios, and notify users when an unusual event or power loss occurs. Additionally, an algorithm was created to address contamination issues and optimize panel cleaning. The integration of these methods and programs, along with flexible interconnection, provides enhanced data visualization, improving traceability. It is hoped that this thesis will contribute to researchers and plant owners who want to examine solar power plant behavior and increase the efficiency and traceability of solar power plants.
Robust end-to-end synthetic speech detection with deep neural networks and masking
This thesis proposes a method to improve the robustness of i-vectors for synthetic speech detection under noisy conditions. I-vectors are fixed-length representations commonly used in speaker recognition systems. However, their performance degrades with noise. In order protect the system, using a convolutional neural network (CNN) to generate a noise mask is proposed. This mask suppresses unreliable regions in the speech spectrogram corrupted by noise. The masked spectrogram is then used to extract more robust i-vectors. Experiments use the ASVspoof 2015 dataset with added babble, white, and car noise. The CNN is trained to estimate the signal-to-noise ratio in each spectrogram frame. This generates the noise mask that is applied before i-vector extraction. Results show the proposed masking approach reduces equal error rates by over 50% compared to standard i-vectors from noisy speech. However, performance degrades on car noise which was not seen during CNN training. This highlights the need for more diverse training noise types. In conclusion, the proposed spectrogram masking technique using a CNN can increase robustness of i-vectors for synthetic speech detection in noisy conditions. The noise mask helps suppress unreliable regions to provide improved anti-spoofing performance. However, the mask does not generalize well to unseen noise types. Overall, the study shows potential for deep learning-based masking to improve security of speaker recognition systems against spoofing attacks under noise. But more research is needed into handling diverse noise conditions.
Design and implementation of solar assisted energy storage system for refrigerated trailer
This study introduces the design and implementation of a solar-assisted energy storage system for a refrigerated trailer. It is aimed to ensure the continuous operation of the cooling system by designing the hybrid energy storage system to be used together with the trailer, which is a mobile system. The conventional cooling process is accomplished by running the compressor on a trailer only at a fixed time with the grid power. After the cooling process, the trailer can go as far as it can keep the cold, or find a point where it can use energy from a different network, wait for a long time, and perform the cooling process again. Otherwise, there is a possibility of deterioration of the material it carries. In this study, an experimental cooling system was developed, capable of operating independently during driving without requiring a grid connection. The system integrates a 35 kW Li-ion battery, 5 kW PV panels, and an inverter to power a 13-kW compressor. If the grid is available when the trailer is at rest, both the battery can be charged, and the energy required to cool the trailer is drawn by the compressor from the grid. If there is a need for cooling in the absence of the grid, the energy required to run the compressor is supplied from the PV panels and the battery; if there is no need for cooling, the battery will be charged by the solar panel. These scenarios are valid when the vehicle is stationary or in motion, and the hybrid inverter will coordinate the PV panels, battery, and AC grid output with the energy management algorithm it contains. With this study, it will be ensured that the cold air in the trailer is preserved for a longer time.
Metamaterial-inspired antenna designs for IoT/5g applications
The convergence of the Internet of Things (IoT) and Fifth Generation (5G) networks has increased the need for efficient antenna designs in compact devices and dense network environments. This thesis presents an in-depth investigation of frequency reconfigurable metamaterial-based antennas, focusing particularly on applications below 6 GHz. The main purpose in this study is to develop novel antenna designs that utilize the properties of metamaterial structures, achieving compactness and frequency reconfigurability. Through an extensive literature review, the thesis examines the effects of metamaterial-based antennas and Split Ring Resonator (SRR) structures on antenna performance within the IoT and 5G contexts. The study proposes and investigates novel designs for frequency reconfigurable antennas. The designs incorporate diverse resonators, including SRRs, and employ different switching mechanisms such as PIN diodes, SPDT switches, and copper path alterations to modify the electrical length of the antennas. Significant antenna parameters such as Return Loss, Radiation Pattern and Radiation Efficiency are analyzed in the sub-6 GHz range. Prototypes of the proposed frequency reconfigurable antennas are also tested experimentally. The simulation and experimental results validate the efficacy of the proposed designs, demonstrating significant size reduction, high efficiency, and dynamic frequency adaptability. Thus, this study addresses the important gaps in wireless communication systems in terms of frequency reconfiguration, compactness and radiation efficiency.
Design and implementation of completely self protected distribution transformer
In traditional distribution transformers, additional equipment such as separators, breakers, surge arresters and measurement panels are mounted externally to protect the system. The type of transformers, protection elements and other additional equipment to be used vary from country to country. In some countries such as America, Mexico and India, some of the electrical energy distribution is carried out with completely self-protected (CSP) transformers due to the advantages they provide such as low initial investment cost, more flexible operating conditions and rapid commissioning. CSP transformers are electrical machines that do not encounter the maintenance and operating problems that can be encountered in traditional transformers. These transformers can protect themselves from secondary short circuits, lightning strikes, overloads and provide visual warnings about overload conditions. These machines also protect the distribution system to which they are connected by isolating themselves from the system in case of malfunction. In this thesis, the design and development of 500 kVA, 33/0.4 kV CSP transformer is discussed. The electrical, thermal and mechanical design of the transformer is presented in detail and material/equipment selections are completed taking into account the design parameters. It has been observed that the developed product works satisfactorily through performance tests and its experimental verification has been made. With this thesis, it is aimed to shed light on researchers and transformer manufacturers by contributing to the literature on CSP transformers.
A micro named data networking (µNDN framework for internet of things over ieee 802.15.4
The Internet of Things (IoT) is a concept that is increasing in popularity day by day. These IoT devices, which we increasingly encounter daily, are used in many areas, such as health, smart home/office, agriculture, and automation. IoT networks are primarily based on receiving data from these IoT devices. This data-centric approach aligns with the data-centricity of Named Data Networks (NDN), one of the Information Centric Network (ICN) architectures increasing in popularity today. As a result, the combination of the IoT concept and NDN architecture gave rise to the NDNoT concept. While this study focuses on improvements in the relatively new NDNoT concept, it proposes the µNDN protocol stack and the innovative IfNoT mechanism on top of µNDN. In addition, the study also presents the TM-RONR forwarding mechanism to the literature. Along with these studies, concepts such as caching and FIB size, which may impact the µNDN stack, were also examined comprehensively and subjected to performance analysis.
Hydroelectric power forecasting via tree-based machine learning algorithms
Hydroelectric power is the oldest and essential renewable energy source. Because energy demand constantly increases due to rapid economic and population growth in Türkiye, hydroelectric energy is crucial to Türkiye's energy resources. Hydroelectric plant planning and execution are pivotal for the state and energy enterprises. Hydroelectric power is proper for forecasting algorithms because of its seasonal dependency. Accurate forecasts of hydroelectric power provide carbon emission reduction, generation yields, and environmental sustainability. This thesis aims to develop, examine, and implement tree-based machine learning algorithms for forecasting power generation in an operational hydroelectric power plant with a capacity over 100 MW using generation data, date-time records, historical power generation, and temperature measurements. EÜAŞ Aslantaş HPP was selected to apply this thesis. The power generation data was fetched from the EXIST Transparency Platform. The data was processed, coded, and predicted using Python. Random forest (RF) and gradient boosted decision trees (GBDT) were examined for their compatibility and effectiveness. The most suitable algorithm was identified based on its performance through rigorous testing; this systematic approach will determine the optimal algorithm for hydroelectric power generation prediction. The analysis demonstrated that RF and GBDT models effectively forecasted hydroelectric power production. However, the Random Forest model showed slightly superior performance.
Application of wide range voltage input DC-DC converter for portable home appliance
In this study, the importance and performance of the Zeta Converter (ZK) with a wide input voltage range in maintaining the output voltage at the desired level were investigated. In the literature, there are few articles and theses on the theory and application of ZK. During the research conducted among these academic sources, errors were found in the mathematical equations and in the calculation of the ZK circuit component values. This thesis presents, for the first time in detail, both the mathematical theory and the application of ZK in the literature. A ZK simulation model with an input range of 5V–24V and a 12V output was proposed using the simulation feature of MATLAB. A Proportional-Integral (PI) control method was employed to keep the output voltage of the ZK stable at the desired level. The obtained output voltage was converted to 12V alternating voltage using the H-bridge inverter with the Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM) method, and the voltage level was increased to 220V using a single-phase transformer. Various simulation case studies were presented within the scope of the thesis, and the performance of the proposed ZK was evaluated based on the results of these studies.
Robot doctors: Recognitions, assessments, and dialog-based interventions
Health represents a fundamental aspect of human existence, encompassing not only the absence of disease but also the achievement of optimal physical and mental well-being. Recent global challenges have expedited transformative changes within the health-care domain, emphasizing the critical need for the development and implementation of innovative health-care delivery methodologies. In this evolving landscape, humanoid robots (HRs) have emerged as crucial entities in revolutionizing health monitoring practices. This thesis advances a series of sophisticated algorithms designed to empower HRs to autonomously recognize critical health parameters, conduct comprehensive assessments, and implement dialog-based interventions, thereby positioning them as personal health-care providers in individuals' daily routines. The initial section offers an extensive literature review, exploring the latest advancements in assistive robotics and their health-care implications. The subsequent sections provide a detailed exploration of the design and implementation of the heart rate monitoring algorithm, followed by an in-depth analysis of the personalized temperature estimation algorithm. In response to the psychological impacts of social isolation and quarantine induced by the COVID-19 pandemic, the following section presents a speech-based emotion analysis algorithm specifically designed for patients in quarantine. This is followed by the development of a facial mask-wearing control and regulation algorithm aimed at mitigating the effects of the pandemic. Finally, the thesis culminates in a case study that examines the application of HRs in facilitating physical exercise for geriatric patients. While the developed algorithms are expressly implemented on NAO, Alpha Mini and Alpha 1Pro HRs within the scope of this thesis, but its applicability extends to encompass all other HRs. The simulation and experimental results of each implemented algorithm highlight the significant role of assistive HRs in health-care, emphasizing their positive impact and effectiveness in advancing health interventions.
Classification of pepper leaf diseases using VGG16.NET
Agriculture is one of the most essential resources for sustaining human life and fostering the development and productivity of nations. To meet increasing demands for vegetables and fruits, it is imperative to conduct research and implement preventive measures to enhance production efficiency. Among these measures, addressing plant diseases stands out as a top priority. Recognizing and diagnosing plant diseases is critical for improving agricultural productivity, preventing the spread of infections, and minimizing economic losses. This study aims to classify and diagnose pepper leaf diseases, enabling early intervention to mitigate their impact. Diseases such as mildew, mites, caterpillars, worms, aphids, and leaf burn predominantly affect greenhouse peppers, leaving distinctive marks on their leaves. These unique features form the basis for developing a 7-class classification model that facilitates faster and more accurate diagnosis of pepper leaf diseases. While traditional direct measurement methods are straightforward and reliable, they are often time-consuming and labor-intensive. To overcome these limitations, Convolutional Neural Network (CNN) algorithms for image processing have been employed. A key preprocessing step involves color enhancement to amplify variations in green and yellow hues, improving the differentiation between disease classes. An innovative algorithm has been designed to enhance the vibrancy, contrast, and overall color properties of the images, ensuring optimal feature extraction. The classification process leverages the 19-layer VGGNet architecture, renowned for its high accuracy in handling complex datasets. To reduce training time, the pre-trained layers of VGGNet were frozen, and additional layers were added for fine-tuning. The proposed model was evaluated on a proprietary dataset specifically compiled for this study. To the best of our knowledge, this is the first study to focus on diagnosing aphid and caterpillar classes within this context. The model achieved an average accuracy of 92.00%, considered highly satisfactory for a 7-class diagnostic task. The primary source of misclassification was observed in the aphid class, attributed to the limited number of samples available for training.
Design, optimization and energy efficiency analysis of a shaft generator for military ships
The maritime sector has become an increasingly significant domain, playing a critical role in global trade. In an effort to mitigate the emissions resulting from the burgeoning volume of maritime trade, the International Maritime Organisation (IMO) has promulgated a series of regulations. In order to comply with these regulations and improve energy efficiency, companies in the sector have concentrated on upgrading existing systems and improving operational processes. The configuration of energy systems on board naval ships is subject to variation depending on operational requirements, ship structure and the geographical regions where the ship will operate. In this context, a comparison of the technical, performance and energy efficiency impacts of 50 Hz and 60 Hz frequency systems used on ships is required. This thesis presents a comprehensive discussion of the role of shaft generators on naval ships and provides a detailed analysis of their impact on power systems, focusing on frequency, voltage characteristics and number of poles. The study goes on to analyse the contribution of shaft generators in meeting mechanical and electrical energy requirements from the perspective of system optimisation and energy efficiency. The analyses performed in ANSYS/Maxwell and Matlab/Simulink demonstrate that the selection of optimal values for naval ships is contingent on the requirements and demands of the specific system in question.
Dağıtık enerji üretim sistemleri için enerji depolama sistem tasarımı, planlanması ve uygulaması
Bu çalışmada, hidrojen üretimini hızlandırmak için HCl destekli Kalay (Sn) ile Mısır Sapı işlenerek sentezlenen Mısır sapı-HCl-Kalay katalizörünün, aynı zamanda elektriği depolamak amacıyla aktif bir süper kapasitör malzemesi olacak şekilde çift görevli bir enerji destek birimi gibi kullanılması planlanmıştır. Üretilen prototiplerin galvanostatik şarj/deşarj (GCD), Döngüsel voltametri (CV) ve empedans spektroskopisi (EIS) eğrileri gibi elektrokimyasal bulgular sonucunda yapılan karşılaştırmalarda literatürdeki süper kapasitör eğrilerine büyük ölçüde benzediği, dikkate değer bir kapasitif değere sahip olduğu (146,253 F/g) ve literatürdeki katalizörlerde olduğu gibi katalizör etkisi göstererek hidrojen üretimini hızlandırdığı tespit edilmiştir. Tüm bu bilgiler ışığında, dağıtık üretim sistemlerini içeren şebekelerde enerji ihtiyacının anlık olarak tepe yaptığı durumlarda, yine PV sistemler gece üretim dışı kaldığında, tahmin edilemeyen bulutlanma ve meteorolojik koşullarda bu çift fonksiyonlu malzemeden üretilen prototip hibrit enerji destek kaynağı, şebekeden bağımsız sistemlerde yakıt pili (YP)/batarya depolama sistemlerinin tasarımında kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Gerekli enerji miktarını sağlamak amacıyla üretilen prototip yığın şeklinde seri ve paralel bağlanarak geniş kapasiteli hibrit bir enerji kaynağı tasarlanmıştır. Tasarlanan bu enerji kaynağı Siirt ilinde Alkumru hidroelektrik santrali ve üzerinde 50 MW hidro-solar güneş enerji santrali ile yeni çift işlevli malzemeden tasarlanan süper kapasitör ve yakıt pillerini içeren hibrit bir enerji depolama sistemiyle birlikte bir mikro şebekede HOMER Pro yazılımı kullanılarak benzetimi gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda, önerilen hibrit kombinasyonun, mevcut seçeneğe (0,139 $/kWh, 983M $) kıyasla nispeten düşük enerji birim maliyeti (EBM), (0,138 $/kWh) ve net bugünkü değer (NBD), (984M $) nedeniyle tekno-ekonomik olarak daha uygun olduğu sonucuna varılmıştır. İncelenen iki güç sistem konfigürasyonunda tasarlanan YP'nin SC ile birlikte bulunduğu sistemde oluşan güç talebinin bir miktarının YP ile karşılandığı böylelikle olası güç kesintilerinin engellendiği bir tasarım ortaya konulmuştur. Ayrıca YP nin güç konfigürasyonunda olmaması durumunda SC içeren güç sisteminin işletme ve bakım maliyetlerinin arttığı analizler ile ortaya konulmuştur.
31.5 kV yer altı enerji nakil hattından yayılan manyetik alanların ölçülmesi ve maruziyetin değerlendirilmesi
Artan nüfus, gelişen sanayi ve teknoloji ile birlikte elektrik enerjisine olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Artan bu ihtiyaç doğrultusunda, elektrik enerjisi üretimi ne kadar önemliyse, üretilen enerjinin güvenli ve kesintisiz bir şekilde iletimi ve dağıtımı da o denli önem arz etmektedir. Özellikle yerleşim alanlarının yoğun olduğu bölgelerde enerjinin iletimi ve dağıtımını havai hatlara göre daha güvenli olduğundan ve estetik açıdan yer altından sağlamak için yer altı enerji kabloları kullanılmaktadır. Yer altı enerji kabloları da diğer iletim ve dağıtım elemanları gibi çevresinde elektromanyetik alanlar oluşturmaktadır. Artan enerji ihtiyacıyla birlikte canlıların maruz kaldığı elektromanyetik alanlar artmakta ve bununla birlikte elektromanyetik alanların canlılar üzerindeki olası olumsuz etkileri gündeme gelmektedir. Maruz kalınan elektromanyetik alanların limit değerleri aşmaması için gerekli önlemlerin alınması gerekmektedir. Bu çalışmada; elektrik iletim ve dağıtımında kullanılan yer altı enerji kablolarının oluşturduğu elektromanyetik alanlar incelenmiş, elektromanyetik alanların sağlık üzerindeki etkilerini konu alan literatür gözden geçirilmiştir. Elektromanyetik alanlara maruziyet ile ilgili uluslararası standartlar ve Türkiye'de yürürlükte olan yasal mevzuat araştırılmış, karşılaştırmalar yapılmıştır. Elektrik dağıtımının yapıldığı yüksek gerilim üç faz yer altı enerji kablosunun bulunduğu saha örnek bir maruziyet değerlendirmesi yapılmak üzere seçilmiştir. Enerji nakil hattının merkezinde ve yakın çevresinde 45-2000 Hz frekans bandını kapsayacak şekilde geniş bant ve frekans seçmeli yöntemlerle manyetik akı yoğunlukları ölçülmüştür. Ölçümler hatta farklı yatay uzaklıklarda ve farklı yüksekliklerde tekrarlanmıştır. Ölçüm sonuçlarının tamamı gözönünde bulundurulduğunda alan seviyesinin 2.89 μT ve altında olduğu görülmüştür. ICNIRP tarafından belirlenen limit değerlere göre en yüksek maruziyet oranı %2.31 olarak belirlenmiştir ve sonuçlar limitler değerlerin altında elde edilmiştir. Bazı epidemiyolojik araştırmalarda riskli olarak belirlenen 0.2 μT seviyesi referans alındığında ise bu seviyenin pek çok ölçüm noktasında aşıldığı sonucu elde edilmiştir
Pekiştirmeli öğrenme yöntemi ile optimal dc motor hız kontrolcüsünün tasarlanması
Çalışmamızda, pekiştirmeli öğrenme tabanlı adaptif PID kontrolör tasarlanmıştır. Literatürde pekiştirmeli öğrenme yöntemi kullanan kontrolcüler tasarlanmıştır ve başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Çalışmamızda en yaygın kullanılan kontrolcü yapısı olan PID kontrolörün tasarımında pekiştirmeli öğrenme yöntemlerinden birisi olan Q-Öğrenme algoritması kullanılmıştır. Q-Öğrenme algoritması çalışmamızda üç farklı yolla uygulanmıştır. Birinci yöntemde bir ajan oluşturulmuş ve tüm PID katsayılarını arttırıp, azaltabilmektedir. İkinci yöntemde her PID katsayısı için bir ajan atanmış ve her ajan ilgili PID katsayısını arttırıp azaltabilmektedir. Üçüncü yöntemde ise derin öğrenme tabanlı Q-Öğrenme algoritması kullanan bir ajan oluşturulmuş ve tüm PID katsayılarını ayarlayabilmektedir. Q-Öğrenme yöntemi ile tasarlanan kontrolcüler, model tabanlı tasarlanan PID katsayıları kadar başarılı sonuçlar vermiştir. Her yapının avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiştir.
Dağıtılmış enerji kaynaklarının ve mikro şebekelerin uyarlamalı ve hesaplamalı zekâ denetimi
Modern elektrik güç dağıtım sistemleri, evsel ve endüstriyel yüklerin artan elektrifikasyonu ve yenilenebilir enerji kaynaklarının (rüzgâr, fotovoltaik güneş, yakıt hücresi, hidro elektrik santraller) ve ulaşımın (elektrikli araçlar) artan entegrasyonu ile daha karmaşık ve zor yönetilebilir hale gelmektedir. Güç taleplerinin aralıklı doğası ve yenilenebilir enerji kaynakları güç dağıtım sistemlerini oldukça karmaşık hale getirmektedir. Bu tez çalışmasında bu ana soruna çözüm önerisi olarak, mikro şebekelerin ve yenilenebilir enerji kaynaklarının (fotovoltaik güneş panelleri, ve yakıt hücresi) gerçek zamanlı denetimi ve enerji yönetimi için yapay zekâ tabanlı, dayanıklı ve uyarlamalı denetim sistemleri geliştirmek amaçlanmaktadır. Fotovoltaik güneş panellerinin için yeni bir uyarlamalı sinirsel bulanık maksimum güç izleme yöntemi, B-spline fonksiyonları ile elde edilmektedir. B-spline fonksiyonları ile fotovoltaik güneş panellerinin performansı, dönüşüm verimliliği ve dinamik cevabı açısından önemli ölçüde iyileşmiştir. Fotovoltaik güneş panellerinin dönüşüm verimliliği %17.14 civarında artmıştır. Bu tezin bir diğer önemli katkısı da katı oksit yakıt hücresinin denetimi olmuştur. Katı oksit yakıt hücresi sisteminin için uyarlamalı dalgacık tabanlı denetim yöntemi önerilmiştir. Önerilen denetim diğer klasik denetimlere kıyasla çıkış gerilimi, yakıt kullanımı, yakıt akışı, dönüşüm verimliliği ve geçici ve sabit durum yanıtı açısından daha iyi performans sağlamaktadır. Katı oksit yakıt hücresi sisteminin önerilen denetim ile dönüşüm verimliliği %5.04 civarında artmıştır. Mikro şebekelerde enerji yönetimine dair ise bir uyarlamalı sinirsel bulanık denetim yöntemi tasarlanmıştır. Çalışılan enerji yönetim sistemi, 24 saat boyunca yük gereksinimlerini karşılamak için mikro şebeke sistem bileşenleri arasında güç akışını ve güç paylaşımını yönetmiştir. Sonuç olarak, fotovoltaik güneş panellerinin ve yakıt hücrelerinin maksimum güç izleme performansı artırılmış ve aynı şartlar altında daha fazla enerji üretimi sağlanarak verim artırılmıştır.
GaN HEMT teknolojisini kullanan iki aşamalı geniş bant AB sınıfı yüksek güçlü amplifikatör tasarımı
Modern radio systems need broadband, high efficiency power amplifiers to cover a wide frequency spectrum with reliable system performance. Linearity is another critical parameter in power amplifier design and there is a trade-off between linearity and efficiency. Class-AB design presents a compromise in terms of linearity and efficiency for the radio frequency systems. In this thesis, two-stages broadband high power amplifier design using GaN HEMT technology is presented. Simulations and measurements are based on the transistor models provided by the manufacturer. The design has minimum 43 % power added efficiency (PAE) and 47.3 dBm output power over the 0.5 - 2.5 GHz operating frequency.
Uzamsal korelasyonları kullanarak eşitsizlik (derinlik) görüntülerini sıkıştıran verimli bir algoritma ve onun düşük maliyetli donanım mimarısı
This thesis proposes a low-cost Disparity Map (DM) compression algorithm and its hardware architecture for high resolution and high frame rate applications, where limited computational capacity and power consumption make it a significant challenge to run these applications in real-time. The proposed algorithm uses spatial correlations between neighboring disparity values and has two variants. The first variant, Single Neighbor (SN), encodes the current disparity using its left neighbor, whereas the second variant, Multiple Neighbor (MN), benefits from left and upper neighbors. The performance of the proposed algorithm is evaluated on DMs that are obtained using the most common low-cost stereo matching techniques for state of- the-art benchmarks. When evaluating the performance of the proposed compression algorithm, a median filter is applied to smooth out the DMs. After the median filter, the proposed algorithm with respect to original DM sizes, obtains 48% and 56% savings in memory space on the average for its SN and MN variants, respectively. Transferring DMs to the memory within the System-on-Chip (SoC) and transmitting them between SoCs in a compressed format will reduce the memory bandwidth usage and save power. Implementation results show that the proposed architecture can support 1920x1080 resolution at 60 fps on a low-cost FPGA while consuming very low area and power.
Elektrikli araç şarj cihazlarının dağıtım şebekesindeki yerleşiminin gerçek veri odaklı nicel araştırması
It is very evident that the number of electric vehicles worldwide will increase and that the dominant mobility concept in the future will be at the center of EVs. As a requirement of e-mobility, EVs should be rechargeable anywhere and in any situation, and this will increase EV-based electrification. The effects of EV charging stations on the grid are very important in the increasing electricity demand level and the installation of EV charging stations on distribution transformers (DTs) should be balanced and should not have negative effects on the transformers. This thesis aims to determine the quantitative deployments of EV charging stations to be installed on distribution transformers in an optimized and safe manner. The data of 8361 distribution transformers in the Central Anatolian Region were collected and analyzed. Data verification was completed with data cleansing methods and an effective EV charging station installation modeling was developed. Three different risk level modeling allows the installation of different EV charging stations in the most optimized way by determining the current state of the distribution transformer. The general situation of DTs in the region was determined with the pilot region application. Basic data can be revealed by modeling which region should be improved for the EV infrastructure to advance.
Aşırı gerilim azaltımı için adil bir aktif güç kısıtlama yöntemi
Distribution system operators pose various active power curtailment (APC) approaches to mitigate overvoltage. In contrast to general expectation, the overvoltage happens to be especially at the end of the distribution feeders in PV-rich networks. While APC helps keep the voltage within the stable operation limits, it causes renewable curtailment at each prosumer differently at increasing rates as the distance of the prosumer from the transformer increases. Hence, these approaches introduce unfairness among prosumers and fail to support the increased use of renewables locally. This study proposes an Equitable APC (EAPC) method based on the prosumer's self-consumption rate (SCR). The method calculates each prosumer's SCR during the overvoltage event, compares it with the precalculated critical SCR, and calculates a fair share of curtailment for each prosumer. Subsequently, leveraging the voltage sensitivity matrix, the new active power injection at the point of common coupling (PCC) is specified to ensure the overvoltage mitigation. To show the effectiveness of the proposed method, a comparison with three other methods, feed-in power limitation, inverter tripping, and dynamic APC, is presented under various PV penetration levels. The results show that EAPC significantly improves fairness among prosumers while providing comparable energy curtailment as dynamic APC. Furthermore, The proposed EAPC is less sensitive to the prosumer's location and improves fairness among prosumers.
Araç görünür ışık haberleşmesinin performans değerlendirmesi ve deneysel doğrulaması
Vehicular development relays heavily on data communications for supporting some of the future applications. Vehicle platoon and Autonomous Vehicles (AVs) are some of the applications that will be commercially available in this decade. From that point, Intelligent Transportation System (ITS) become one of the most attractive fields for the applications of wireless communications where Decentralized Environmental Notification Messages (DENM), Co-Operative Awareness Massages (CAM) or any application specific massages could be exchanged among vehicles. Those massages could be further utilized by traffic management which will participate in reducing both trip time and environmental pollution. This motivates automotive manufacturers to rely on vehicular connectivity to catch up with the market development through technology implementation. In ITS applications, a highly reliable, high data rate and low latency communication link is required. Dedicated Short-Range Communication (DSRC) and Cellular vehicle-to-everything (CV2X) are the conventional Radio Frequency (RF) technology for ITS applications. Due to the bandwidth limitation of the available RF spectrum and Electromagnetic Interference (EMI) issues, Visible Light Communication (VLC) has emerged as powerful wireless access technology by offering a large license-free bandwidth and immunity to EMI. VLC is a possible candidate for Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Infrastructure (V2I) as well as Vehicle-to-Pedestrian (V2P) applications. Particularly, VLC has a robust performance in user-dense environments and is considered as a complementary technology. Automotive manufacturer recently increases the adoption of Light-Emitting-Diodes (LEDs) in the vehicle's bodies. Since VLC allows the dual use of LED for illumination and communication purposes, this allows VLC to be considered as a complementary approach for vehicular connectivity. VLC system modulates the intensity of the light source by superimposing the desired information signal upon the driving Direct Current (DC). The DC value is selected according to the desired operating point taking into account the amplitude constraints. Since the frequency of the modulating signal is very high, the flickering of the light intensity cannot be observed by the human eye. Typical modulation choice for VLC systems is On-Off Keying (OOK) and pulse modulation techniques while other modulation techniques such as Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) have been further proposed to support ultra-high-speeds on the order of Gbps. There are some concerns for practically implementing the Vehicle-to-Everything (V2X) VLC applications. For instance, the practical implementation aspects. Despite the shortage in the commercially available products for vehicular VLC, the frontend has to be designed and its effect should be considered in the system implementation. Moreover, the effect of the outdoor environment, such as sun light, has to be characterized for accurate system design. In addition, the as in any communication system, channel modeling plays a critical role in vehicular VLC systems, especially with the asymmetrical pattern of vehicular light source, it needs to be experimentally modelled. Another critical aspect is the effect of mobility and the location of the photodetector on the vehicle must be properly defined for having a robust vehicular VLC link in different road shapes (i.e., straight and curved roads). As a benchmark, the performance of vehicular VLC should be further compared with RF. Motivated by these, we firstly investigate the baseband processing and the experimental implementation of different modulation techniques for VLC systems. After that, we design frontend that support high power transmission of vehicular LEDs and investigate its experimental effects on the system performance. We then characterize the impairments of the outdoor environment and identify the proper choice of the lens combination that suites the vehicular environment. Another critical aspect for vehicular VLC system is channel model is further considered through experimentally modelling the pathloss of the vehicular asymmetrical light source. This model is further extended to be used for special case (truck-to-truck VLC system) of truck's vertical oscillation. Counting on these, we investigate the critical aspect of the vehicular VLC link performance in the presence of mobility for passenger vehicles as well as for heavy vehicle (i.e., Truck). For benchmarking purposes, we further implement a hybrid system (VLC/RF) for comparison purposes as well as deploy a switching algorithm to satisfy a specific Quality of Service (QoS).
Uyarlanabilir MIMO serbest uzay optik haberleşme sistemleri
Free space optical (FSO) enjoys the high data rate of optical spectrum and have also the flexibility of RF links. FSO systems provide many advantages to the line of sight wireless communication technology. With the recent increasing interest on this promising technology, there is a need for a comprehensive understanding of system limitations which is mainly due to atmospheric conditions. In the first part of this research, we use our custom design atmospheric channel emulator for FSO system evaluations in a controlled environment and experimentally investigate the performance of FSO links. Specifically, we investigate the geometric loss, absorption loss, different weather conditions (like foggy and rainy), different beam shapes, and atmospheric turbulence using the atmospheric chamber. Atmospheric turbulence is a significant impairment in FSO channels which results in random fluctuations in the received signal level. By generating a desired level of atmospheric turbulence in the chamber, we investigate effect of wavelength and aperture averaging on the performance of FSO systems. Aperture averaging extracts inherent receive diversity gains and can be used as an effective fading mitigation technique. Furthermore, multiple apertures systems are also adopted in practical FSO systems to mitigate the turbulence induced fading effects and offer dramatic performance improvements in terms of link reliability (via diversity gain) and data rates (via multiplexing gain). On the other hand, the turbulence induced fading is characterized as very slow-varying, hence reliable feedback would be possible and adaptive transmission can be implemented in practical FSO systems and brings a noticeable performance improvement. Although the literature for adaptive transmission of RF systems is mature, it has been recently applied to SISO FSO systems and its direct application to MIMO FSO systems is challenging. Aiming to fill research gaps in this growing field, this work develops a framework for practical FSO systems with adaptive MIMO architectures. A MIMO system over a frequency-flat, log-normal or Gamma-Gamma slow-fading channel is considered in our work. In MIMO FSO systems, the space-time transmission strategy can also be adjusted, introducing a new dimension for adaptation. This means that practical MIMO link adaptation algorithms must also provide a dynamic adaptation between diversity and multiplexing modes of operation which needs a fundamental understanding of diversity-multiplexing tradeoff (DMT) under log-normal fading channels. Although there has been a growing interest on the study of DMT, the existing works are mostly restricted to the outcomes reported for Rayleigh, Rician, and Nakagami fading channels. In the next part of this research, we investigate the optimal tradeoff in the presence of log-normal fading channels. We derive the outage probability expression, and then present the asymptotical DMT expression. We further investigate DMT for finite SNRs and demonstrate convergence to the asymptotical case. Next, we suggest a framework for practical MIMO FSO system with adaptive architectures and shows how to use this framework to increase either link reliability (via diversity gain) and or data rates (via multiplexing gain). To illustrate our approach, we consider three MIMO transmission mapping matrices which includes: Matrix A (multiplexing), employing only spatial multiplexing; Matrix B (diversity), exploiting only diversity; and Matrix C (hybrid), combining diversity and spatial multiplexing. We first obtain expressions for the outage capacity of these matrices as the metric to maximize the rate of system for a fix target outage probability. Limiting the adaptation modes to a small subset is the key of adaptive strategy. The spatial adaptation can be combined with conventional adaptive modulation and coding (AMC) to give the optimal system performance. Particularly, we consider multiple-input single-output (MISO) and single-input multiple-output (SIMO) FSO systems with pulse position modulation (PPM) and pulse amplitude modulation (PAM). We propose three adaptive algorithms where the modulation size and/or transmit power are adjusted according to the channel conditions. We formulate the design of adaptive algorithms to maximize the spectral efficiency under peak and average power constraints while maintaining a targeted value of outage probability. In conclusion, this work propose a promising progress to overcome the main impairments (fog attenuations and turbulence induced fading) of the FSO links in four ways: 1) by examining the channel and proposing novel models and characteristics for atmospheric attenuations 2) by taking advantage of aperture averaging and wavelength dependency trade-off 3) by investigating and proposing spatial adaptation in MIMO FSO links and 4) by employing adaptive modulation and power control scenarios and approving the promising performance of adaptive system.
Buzdolabı komponentlerinin iletim yollu elektromanyetik girişime olan etkilerinin deneysel analizi
As the number of electronic devices in our daily lives increases day by day, the risk of electromagnetic interference (EMI) between the devices and between the device and the grid increases. Refrigerators are the only devices found in almost every home and work non-stop. Besides refrigerators have many electrical and electronic components that may contribute to EMI. For this reason, refrigerators have importance in terms of electromagnetic interference. In this study, it is aimed to analyze the impacts of the changes in the cable distribution of a refrigerator and the addition of the ferrite filters on the conducted electromagnetic emission test, which is carried out in accordance with the IEC 55014-1 standard and covers frequencies between 150kHz-30 MHz. For this research, three identical refrigerators were prepared. In the first one, AC and DC cables are fully aligned and entangled, in the second one, AC and DC cables are fully separated and in the third one, AC and DC cables are fully entangled on the refrigerator body but separated inside the control board box. The refrigerator with fully entangled AC and DC cables was chosen as the reference product and conducted electromagnetic emission tests were carried out for phase lines and neutral lines to examine the impact of cable distributions on electromagnetic interference. In addition, ferrite core and amorphous core were added to the AC and DC cable groups in the control board box for filtering the electromagnetic noise, and their impacts on the test results were examined when compared with the reference product which has no filtering. While it was seen that completely separating AC and DC cables improved the test results at almost every frequency, the product with AC and DC cables fully entangled on the refrigerator body but separated inside the control board box failed the test. Whether the filter used is ferrite or amorphous, the location of the filter is AC or DC cables, the results are better than the product without a ferrite filter.
Test case generation for software testing on smart televisions with LSTM networks
Software testing for Smart TVs is an expensive and time-consuming process. Therefore, automatic and effective test case generation is important for reducing costs while improving software quality. In this study, we propose using the Long Short Term Memory (LSTM) networks for auto-generating new and effective test cases for smart TVs in a short amount of time. Training data for the network is prepared by an analysis of reset, crash, and hang errors that occurred in four different TV software during testing. The test cases for those errors were generated manually during the software approval processes at the Vestel Electronics TV factory. A total of 3000 errors were extracted from the test database, where each error corresponds to a sequence of actions, such as turning the TV on/off or opening the Netflix application, etc., that result in an error. A Long Short Term Memory (LSTM) network model is then trained to auto-generate test cases using those errors. The performance of the model is measured by how many errors could be generated given a fixed number of trial sequences. In experiments, auto-generated test cases were more successful in generating sequences that resulted in errors compared to the manually designed cases. Thus, significantly more errors could be generated in a given time frame using the proposed LSTM model, which resulted in more reliable and faster software.
Experimental characterization of underwater visible light communications
As human activities such as collecting scientific data, monitoring the environment, exploring offshore oilfields, archaeology, harbor security, and surveillance increase, the demand for underwater communication systems has also increased. Wire-line systems underwater can provide real-time communication in numerous ways. Wire-line systems, however, are limited by their inflexibility, high costs, and operational disadvantages to being used underwater in most real-life situations. Thus, underwater wireless communication has attracted an inevitable amount of attention from researchers. Underwater wireless transmission is typically performed using acoustic signaling due to its capability to support distances of up to tens of kilometers. However, due to its low data rate (in tens of Kb/s), it is unsuitable for high-bandwidth underwater applications such as image or real-time video transmission. Therefore, optical communication offers a high-capacity alternative to low-capacity acoustic communication. With the transparency of water to blue and green light (450nm-550nm), LD or LED can potentially serve as underwater wireless transmitters with data rates up to tens of Gb/s per wavelength. Any technology must undergo experimental validation and investigation for the theoretical studies to be validated. However, there still needs to be more experimental verification for UVLC systems. In addition, path loss, a bottleneck caused by massive attenuation in underwater environments, must be addressed. Therefore, experimental verification is needed for semi-collimated optical signals propagating underwater. Based on the experimentally verified attenuation model, a UVLC with a semi-collimated source is to be investigated to achieve the performance constraints of UVLC, how further to improve the received optical signal via a reflector, and how to optimize the system performance in the presence of solar noise. Motivated by these, we target experimentally validating a collimated and semi-collimated UVLC attenuation model. For this reason, we first confirm the accuracy of the collimated measurements after measuring the extinction coefficient of the water experimentally. Then, after generating a semi-collimated Gaussian beam using various optical lenses, we measure the beam divergence angle. Afterward, considering different water types in an indoor aquarium at OKATEM Research center and both collimated and semi-collimated laser sources with Gaussian beam shapes, we perform measurements to determine the UVLC path loss channel coefficient. Finally, we confirm experimentally the theoretically proposed aggregate channel model that incorporates both attenuation and geometric loss. Having enough confidence in the conventional UVLC semi-collimated channels, which are already verified experimentally, we then investigate the performance constraints of UVLC system in the absence of turbulence and pointing errors. For a targeted BER performance, we derive closed-form expressions for the maximum achievable link distance, maximum acceptable beam divergence angle, minimum acceptable receiver aperture diameter, and maximum acceptable water turbidity. Using these expressions, we investigate each system parameter's performance in the simulation environment in the pure sea, clear ocean, and coastal water to meet the desired BER performance with the use of desired system performance of a M-UPAM UVLC systems. After confirming the aggregate path loss channel coefficient for LOS links, we observe that the scattered rays would support the channel gain with a reflector by reflecting them to the photodetector. In the literature, the reflector-aided transmission technique is only explored after receiving both direct and scattered rays for higher received signal strength. Therefore, we propose a closed-form expression for the underwater path loss assuming NLOS transmission through the water surface and man-made reflector (e.g., mirror) in addition to the LOS link. First, utilizing the derived expression, we quantify the achievable NLOS gain defined as the ratio between the maximum achievable channel coefficient from reflection and the overall channel coefficient. Then, we validate our findings experimentally by utilizing the water surface and the mirror as the reflecting surfaces in an aquarium. Our results reveal that achievable gains up to around 3~dB can be observed due to reflections. In the last part of this dissertation, we examine the impact of solar energy on the performance of vertical UVLC links in an underwater communication deployment scenario, which we analyze analytically and experimentally. In our study, we show that solar energy has a destructive impact on communication quality according to its position during the time of the day, day of the year, and location on the earth based on the visible light spectrum. Furthermore, to optimize the operation of this UVLC system, we propose optimization algorithms to achieve maximum SNR to optimize the system parameters.
Enerji depolama kullanımı ile yenilenebilir enerji kaynaklarında kararlılık analizi
Renewable energy has gained renewed attention due to recent developments in the energy sector, particularly as a potential solution to global warming and for reducing dependence on imported energy sources. This study focuses on the firm capacity that hybrid systems can provide to support the transition from thermal to renewable energy systems. The aim is to determine the required size of an energy storage system, such as a battery, to replace a 1 MW diesel generator or any other thermal system. A linear programming model was developed to minimize the size of the energy storage system required and lower the capital investment costs. Then the results of the mathematical model are used as inputs for another system called the Metric Calculator. The results obtained by the sensitivity analyses applied to the developed model such as different locations and different renewable energy technologies are analyzed and presented as case studies in this study. Case studies were presented to illustrate the results of the analyses. The findings indicate that it is possible to transition to renewable energy while maintaining firmness at its maximum by utilizing an energy storage system like a battery.
Channel modeling and characterization for indoor and vehicular millimeter wave (MMW) communications
The demand for ultra-high-speed wireless connectivity is ever-increasing, which poses unique challenges for the next-generation wireless communication system design. This has prompted the exploration of higher frequency bands including millimeter wave millimeter Wave (MMW) and visible light bands in addition to the conventional sub-6 GHz band. In this thesis, we provide a detailed comparison of these frequency bands' propagation chan- nels in identical indoor settings. We adopt ray tracing techniques for site-specific channel modeling, which enables the consideration of the three-dimensional models of the indoor environment and objects inside. Using ray tracing, we model site-specific channels in three-dimensional indoor environments, considering various frequencies (2.4 GHz to 100 GHz) and transmitter types (Radio Frequency (RF) antennas and indoor lighting for Visible Light Communication (VLC)). Our analysis includes Channel Impulse Response Channel Impulse Response (CIR) data, channel path losses, and Cumulative Distribution Function Cumulative Distribution Function (CDF) expressions for received power levels across all considered frequencies. Our results highlight that VLC channels demonstrate lower path loss than MMW but more than the 2.4 GHz band, while also revealing the impact of antenna types on MMW path loss, especially over shorter transmission distances. Vehicle to Vehicle (V2V) communication is an underlying key technology to realize future intelligent transportation systems. Both MMW communication and VLC are strong candidates to address V2V connectivity. Most of the earlier literature focuses on individual technology. In an effort to better highlight the differences and relative advantages of these two competing technologies, we provide a comprehensive one-to-one comparison between vehicular VLC and MMW channels in this thesis. For this purpose, we utilize ray tracing iv simulations which enable the consideration of three-dimensional modeling of the propa- gation environment and allow the study of various system parameters and road conditions in both Line of Sight (LOS) and Non Line of Sight (NLOS) conditions.n the same set- tings, we showcase the signal strengths for both systems and study their channel features for communication between vehicles in the same or different lanes, assessing the effects of varying densities of neighboring vehicles and instances of partial or complete blockage.
Görünür ışık iletişimi tabanlı yayıncılığın deneysel değerlendirmesi
Visible Light Communication (VLC) uses light-emitting diodes (LED)s to transmit data by turning them on and off at very high speeds, too fast for the human eye to perceive. In outdoor environments, LED-based streetlights can be utilized as VLC transmitters. Given the ubiquity of streetlights, they are particularly useful for outdoor broadcasting as required in public safety systems. In this thesis, we develop an FPGA-based VLC system with on- off keying using an LED-based streetlight. The system is built upon the Eclypse Z7 FPGA platform integrated with opto-electronic transmitter and receiver front ends. We present bit error rate (BER) and signal-to-noise ratio (SNR) performance results in indoor and outdoor environments, at various transmission distances.
Sualtı kuantum anahtar dağıtım sistemlerinin derin öğrenme tabanlı optimizasyonu
The rapid advancements on quantum computers with high computational capabilities have raised concerns regarding the use of classical cryptography methods. As we enter the era of advanced quantum computing, traditional key generation methods commonly used in wireless systems will encounter substantial security vulnerabilities. These methods rely on computational complexity assumptions, which render them susceptible to attacks by powerful computers. In contrast, Quantum Key Distribution (QKD) technique leverages the principles of quantum mechanics, enabling it to provide a high level of security that is theoretically unconditional. One of the emerging applications of QKD is to provide quantum-secure communication in maritime missions, such as submarine-to-submarine communication, autonomous underwater vehicle (AUV) data offloading, underwater sensor network (USN) data fusion, etc. In this study, we consider underwater QKD systems with time-gated single photon avalanche photodiode (SPAD) and present a comprehensive performance analysis and optimization. The main contribution of this research study is to investigate the quantum bit error rate (QBER) performance of the well-known QKD protocol, namely the BB84 protocol, with respect to different system and transceiver parameters in underwater channels. Our aim is to optimize the bit time and field of view (FoV) parameters in order to minimize the QBER performance metric. Through a meticulous analysis of the propagation delay and angle of arrival results, we determine the bit time and FoV, respectively, by striking a balance between the average number of received photons and background noise. Furthermore, our study provides critical insights into determining the optimal gate time in an underwater QKD system based on the optimal bit time and FoV to minimize the QBER. Given the inherent computational complexity associated with this optimization process, we identify the most influential transceivers and channel parameters that exert an impact on the determination of bit time and FoV, and utilize a deep learning model for the system optimization. We first perform Monte Carlo simulations for a subset of possible scenarios and train the deep learning model on them. Then, we use this model to extract the optimum values for possible underwater scenarios.
Kum ile Radyatif Soğutma
Passive radiative cooling is one of the upcoming technologies likely to help decrease the negative impacts of climate crises and reduce energy consumption in buildings. The principle of radiative cooling involves radiating heat from the surface of a building into space, thus reducing the reliance on air conditioning systems. Understanding the fundamentals of passive radiative cooling is important for thermal management related to buildings and industrial applications. The principle of radiative cooling in buildings involves selectively reflecting incident radiating heat from the surroundings and selectively emitting energy from a surface to the surroundings to achieve minimum heat load on the system. In the case of buildings, solar radiation incident on roofs can be reflected or absorbed. The absorbed heat is either transferred to the surrounding air by convection or it will be emitted back to the sky. If a surface is desired to be radiatively cooled it must have a large reflection of solar energy at the visible wavelength range and the highest radiation emission at the atmospheric window range (8-13 µm wavelength range) as discussed in detail in the thesis. This technique can significantly help reduce greenhouse gas emissions as it will help decrease air-conditioner use in warm climates during the summer months. Recently, the use of nanoparticles and different structures has been considered for passive radiative cooling applications. In this study, we investigate the radiative cooling properties of sand particles experimentally and compare their performance with other materials including silicon dioxide, titanium dioxide, and zinc oxide. Scanning electron microscopy (SEM) is used to analyze the morphology of the surface of sand the particles, and the other materials used in the study for comparison. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) experiments were conducted in order to measure the absorbance and transmittance percentage of the samples. In addition, the absorption coefficient was calculated from the FT-IR measurements. The absorption coefficient of the sand samples showed a high ratio (in the units of 1/m which was approximately between 0.4 ⨯ 10^4 and 0.4 ⨯ 10^4 for all the pellet samples at the atmospheric window range. Also, the behavior of the absorption profiles of the sand sample and ZnO were very similar in their ratios, especially in the atmospheric window range. Also, we observed that the emission shows the highest peaks at 6.78 µm, 9.24 µm, 11.69 µm, and 14.05 µm for all sand pellet samples. Thus, the properties of sand samples experimentally studied in this work show that they can be used for radiative cooling due to their abundance and thermal properties with better performance.
Faz gürültüsünün eşevreli görünür ışık haberleşme sistemlerinin performansına etkisi
Leveraging the inherent data carrying capability of light-emitting diode (LED) based illumination infrastructure, visible light communication (VLC) offers a promising approach for wireless data transmission. The recent advent of commercially available white-light luminaires equipped with laser diodes (LDs) presents a unique opportunity to realize high-performance coherent VLC systems. In contrast to conventional VLC employing intensity modulation, coherent VLC harnesses the superior bandwidth characteristics of lasers and advanced digital signal processing (DSP) techniques to achieve significantly enhanced data rates. Coherent detection schemes rely on a highly stable, monochromatic laser as a local oscillator (LO). However, practical laser implementations exhibit inherent phase noise stemming from spontaneous emission and carrier density fluctuations. This work presents a comprehensive analysis of the detrimental effects of phase noise on the performance of a coherent VLC system. To counteract the detrimental effects of phase noise, we propose the utilization of a phase-locked loop (PLL). By characterizing the statistical distribution of the residual phase error after PLL operation, we derive an approximate closed-form expression for the pairwise error probability (PEP). Subsequently, a union bound is established to quantify the overall bit error rate (BER). The derived analytical framework is validated through extensive simulations, confirming its accuracy and enabling the quantification of phase noise's effect on the system's error rate performance.
Artan EA şarj yüklerinin LMP'ler ve DLMP üzerindeki sosyo-ekonomik analizi
The increasing adoption of electric vehicles (EVs) introduces significant time-variant electrical energy demand, adding complexity to traditional electricity markets. This thesis explores the impacts of EV charging load on locational marginal pricing (LMP) and distribution locational marginal pricing (DLMP). In the first part of the study, an economic dispatch model is used to analyze the effects of time-variant EV charging load on LMP within the IEEE 39-bus system. Scenarios consider the spatial distribution of EVs, revealing that strategic placement of EV charging stations can mitigate economic impacts on end-users. The second part examines the effects of uncoordinated EV charging on DLMPs through a multi-period alternating current (AC) optimal power flow analysis on a modified IEEE 34-bus system. Results show that DLMPs are most affected during peak hours, with AC charging proving more economical; moreover, battery integration can enhance social welfare. This thesis provides valuable insights for policymakers and stakeholders in managing the transition to electrified transportation, ensuring grid reliability and economic efficiency through strategic EV integration and optimized charging infrastructure.
Kara, su altı ve hava FSO sistemlerinin yönelim hatalarıyla deneysel değerlendirmesi
With their high data rate capacity, Free Space Optical (FSO) communication systems can be used for last mile access, backhauling and fiber optic replacement. Terrestrial FSO links are typically installed on building roofs and are prone to building sways due to dynamic wind loads. In Underwater Wireless Optical Communications (UWOC) systems applications, these transmitters can be installed on Unmanned Underwater Vehicles (UUV), seafloor-mounted beacons, and surface buoys; some of which are influenced by environmental factors including sea waves, currents, and winds. In aerial systems, FSO can be installed on Unmanned Aerial Vehicles (UAV) which are subject to aerodynamic disturbances such as wind during flight. Motivated by these trends, we work on developing realistic models for analyzing the behavior and effects of pointing error in FSO systems. We first design and build a 5 Degree Of Freedom (DOF) motion table in order to experimentally generate pointing errors and study its effects. We then work on a realistic modeling of pointing errors in terrestrial FSO links, relating them to the underlying physical phenomena. Towards this end, we use a civil engineering software and conduct extensive simulations to characterize the behavior of various building sizes under wind loads. Secondly we model a UWOC system installed on an ocean buoy. We use an oceanographic marine simulation software to simulate the rotational motions of a realistic ocean buoy with moorings and study its pointing error behavior in the presence of waves and winds. Thirdly we model and simulate the motion behavior of a quadcopter UAV in hovering mode under the impact of wind-induced disturbances. Afterwards we model the pointing error over extended hovering durations under the effects of wind. This study aims to deliver a deeper understanding of FSO systems and fills the gap by providing more realistic models to analyze FSO behavior in the presence of pointing errors.
Bina bölütlemesi ve yükseklik tahmini için görsel durum-uzayı tabanlı çoklu görevli öğrenme
Accurate building segmentation and height estimation from monocular satellite imagery are critical for urban planning, telecommunications, and disaster management. However, conventional deep learning models often struggle with generalization, class imbalance, and underrepresentation of tall buildings. This thesis introduces BuildMamba, a novel multi-task learning framework designed to jointly perform building segmentation and height estimation using only RGB satellite imagery. The model incorporates a visual state-space backbone VMamba for efficient long-range dependency modeling, complemented by a convolutional path for capturing fine-grained local features. To enhance spatial representation, the proposed Mamba Attention Module (MAM) is introduced. For improved height estimation, a boundary-aware Sobel-based weighting strategy is employed to better predict height values at building edges. Extensive experiments on DFC19, DFC23, and Huawei BHE datasets demonstrate the superior performance and generalization ability of BuildMamba compared to competitive baselines. The results show substantial improvements in both segmentation accuracy and height estimation, particularly in complex high-rise urban environments.
Alternatif akım elektrikli araç şarj cihazlarında lte/5g hücresel haberleşmenin kararlılığını sağlamak amacıyla havadan anten performansının iyileştirilmesi
This thesis aims to ensure robust cellular connectivity for alternating current electric vehicle (AC EV) chargers by implementing reliable communication protocols and optimizing antenna performance. Key performance metrics, such as Total Radiated Power (TRP) and Total Isotropic Sensitivity (TIS), are used to assess connectivity between the cellular module, antennas, and the base station. Root-cause analyses identify the factors degrading antenna performance, while theoretical evaluations support the proposed design improvements. The results offer a framework to enhance connectivity, ensuring remote control of AC EV chargers as mandated by the Open Charge Point Protocol. The proposed methodology is validated on two AC EV charger platforms. For the EVC01 platform, low band Long Term Evolution (LTE) degradation is shown to result from near-field interaction between the antenna and Printed Circuit Board (PCB), together with conducted interference components. Restructuring the PCB layout and applying a common mode filter improves LTE Band 8 TIS by approximately 6 dBm. For the EVC08 platform, the dominant issue is near-field coupling induced by the internal panel structure, and suppressing resonance through a dual-point grounding approach improves LTE Band 8 TRP by approximately 6 dBm. Furthermore, for 5G New Radio (NR) Frequency Range 1 (FR1) operation on the EVC08 platform, optimized antenna placement and proper port–band mapping yield approximately 17 dBm improvement in TIS for the n5, n20, and n28 bands, ensuring stable connectivity across all tested channels. This thesis establishes a physically consistent and experimentally validated framework to improve LTE/5G NR FR1 cellular communication performance in AC EV chargers.