211
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Design of low power continuous time σ − ∆ analog to digital converters
A second order CT Σ − ∆ modulator for audio frequency sensory systems in 180nm TSMC CMOS process is presented. The design incorporates a C-gm based current mode structure with 2nd order noise shaping, a 25 kHz bandwidth, a sampling frequency of 12.8 MHz marking an OSR of 256 and a total power consumption of 5.9$\mu$W. Consequently the proposed loop achieves a FOM of 2.8fJ/conv. The overall power consumption is distributed evenly among segments of the loop to attain adequate number of bits without the need to sacrifice power. Two representations of overall design, a robust Voltage input circuit and a high precision current input modulator, are introduced.
Ev tipi endüksiyon ocaklarda yük karakteristiğinin belirlenmesi
Ev tipi endüksiyon ocaklarda en büyük problem yük olarak tanımlanan tencerenin çok çeşitli olması ve kullanıcı tarafından belirlenmesidir. Bobin-tencere sistemi eşdeğer direnç ve endüktans olarak modellenmektedir. Tencere malzemesi, tencere taban çapı, çalışma frekansı, besleme gerilimi gibi değişkenler direnç ve endüktans değerinde belirleyicidir. Tezde tencere türüne göre beş farklı tencere tipi seçilmiş, uygulama devresi ile enerjili olarak ve de LCR metrede ölçümler alınarak analizler yapılmıştır. Yapılan analiz sonuçlarına göre direnç değişiminde etkili olan faktörlerin frekans ve tencere türü olduğu görülmüştür. Bobin-tencere kapsama oranı azaldıkça her tencerede aynı olmamakla birlikte genellikle endüktans değeri artmaktadır. Uygulama devresi ile yapılan enerjili testlerde besleme gerilimi arttığında veya azaldığında tencere türüne bağlı olarak aynı frekansta yük karakteristiği değişebilmektedir. Optimum ve güvenilir bir tasarım için yük karakteristiğini bilmek çok önemlidir. Bunun için deneylerde elde edilen veriler kullanılarak MATLAB ortamında geri yayılım algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritma ile eğitilen yapay sinir ağı ile endüksiyon ocakta yük karakteristiği belirlenerek endüksiyon ocak mikro denetleyicisine uygulanmıştır. Deneylerde kullanılmayan farklı tencereler için ölçümler alınarak ölçüme ve yapay sinir ağlarına göre karşılaştırmalar yapılmıştır. Çıkan sonuca göre yapay sinir ağları ile yük karakteristiği iyi bir doğrulukla tespit edilebilmektedir.
Impacts of distributed generations on distribution system reliability
A stable and reliable electric power supply system is an inevitable pre-requisite for the technological and economic growth of any nation. Due to this, utilities must strive and ensure that the customer's reliability requirements are met and the regulators requirements satisfied at the lowest possible cost. It is known fact around the world that 90% of the of the customer service interruptions are caused due to failure in distribution system. The electric utility company will strive to achieve this objective via many different means, one of which is to defer the capital distribution facility requirements in favor of a renewable distributed generation solution by an independent power producer to meet the growing customer load demand. The evaluation of reliability of distribution networks including renewable and non-renewable distributed generations, is presented in this master thesis. The Monte Carlo simulation algorithm is applied to a test network. The network includes three types of distributed energy resources solar photovoltaic (PV), wind turbine (WT) and gas turbine (GT). In order to make the study more realistic, an stochastich model for the renewable sources has been developed. PV and WT stochastic models have been used to simulate the randomness of these resources. Wind velocity and sunlight intensity are those important paramteres that are variable of time and in this master thesis for wind velocity weibull distribution and for the sunlight insolation normal distribution have appiled to measure their uncertainity. This study shows that the implementation of distributed generations can improve the reliability of the distribution networks. Modeling of DGs in reliability assessment and computing of related indices such as SAIFI, SAIDI is introduced. Using model development and case studies it is discussed and shown that location and numbers of DGs effect in distribution reliability indices. Finally, analysis results demonstrates that DG has the ability of improving the reliability of system and customer.
Yeni bir yaklaşımla yük profillerinin oluşturulması ve dağıtım sistemlerinde teknik kayıpların tahmini
Bir dağıtım şebekesinin karakteristiğinin bilinmesi, şebekenin işletilmesi ve yeni yatırımların yapılması açısından büyük önem arz etmektedir. Şebekenin karakteristiği, kullanılan teçhizatlar, şebekenin radyal veya kapalı olması, şebekeye bağlı bulunan abonelerin dağılımı, tüketimi gibi birçok parametreye dayalıdır. Tüm bu parametrelerin yanında, şebekeye bağlı bulunan abonelerin yük eğrileri büyük önem taşımaktadır. Üretilen enerji, iletim ve dağıtım şebekeleri aracılığıyla abonelere ulaştırılır. Üretilen elektrik enerjisi ile tüketilen elektrik enerjisi arasında bazı farklılıklar meydana gelir. Bu farklılıklara teknik ve teknik olmayan kayıplar neden olmaktadır. Teknik kayıplar, abonenin yüklenme durumuna göre şebekenin teçhizatlarında meydana gelen kayıplardır. Akıma ve gerilime bağlı olarak meydana gelirler. Teknik olmayan kayıplar ise faturalandırılmayan veya ölçülemeyen enerjiden kaynaklanan kayıplardır. I^2*R kayıpları olarak bilinen ve akıma bağlı meydana gelen teknik kayıpların hesaplanmasında yük eğrisinin bilinmesi büyük önem arz etmektedir. kWh olarak aynı enerji tüketim değerine ancak farklı yük eğrilerine sahip olan iki abonenin şebekede neden olacağı teknik kayıplar birbirinden farklıdır. Literatürde teknik kayıpların hesaplanması için 2 farklı yöntem vardır. Bunlardan birincisi yük ve yük kayıp faktörlerine bağlı olarak yapılan hesaplamalardır. Toplam güç değeri ve en yüksek güç değerine bağlı olarak yapılan hesaplamalara dayalıdır. Pratik bir yöntem olmakla birlikte, güç ve güç kayıp değerlerine bağlı olarak enerji kaybının hesaplanmasında hatalı hesaplama olasılığı yüksektir. İkinci yöntem, yük eğrilerine dayalı olarak enerji kayıplarının hesaplanmasıdır. Dakikalık veya saatlik olarak kaydedilen verilerden oluşan yük eğrisinin altında kalan alanın hesaplanmasına dayalıdır. Yük eğrilerine dayalı olarak yapılan kayıp hesaplaması ile gerçeğe en yakın sonuçlar elde edilmektedir. Farklı tip abonelerin 24 saatlik yük eğrilerinde tepe yüklenme değerine ulaştığı saatlerin, günlere hatta mevsimlere göre değişiklik göstermesi nedeniyle şebekeye etkisi farklıdır. Örneğin, sokak aydınlatması gece saatlerinde tepe yüklenme değerinde iken, plaza ve iş merkezleri gündüz saatlerinde tepe yüklenme değerine ulaşır. Şebekenin karakteristiğini en doğru şekilde anlayabilmek için uzaktan okumalı sayaçlar ile abonelerin yük eğrilerinin ölçülmesi gerekmektedir. Ancak, yatırım maliyetleri göz önüne alındığında bu pek mümkün değildir. Bu nedenle dağıtım şirketinin abonelerinin yük eğrilerini tahmin etmesi gerekmektedir. Literatürde yük eğrilerinin oluşturulması için kullanılan 4 farklı kümeleme yöntemi vardır. Bu yöntemler, sırasıyla K-ortalama algoritması, bulanık C-ortalama algoritması, hiyerarşik kümeleme yöntemi ve PCA metodudur. Bu yöntemler, özellikle bilinmeyen verilerin çok olası durumunda kullanılmaktadır. Ancak bu kümeleme yöntemleri, kümeleme yaparken abonenin tüketim değeri gibi hata yapma oranı yüksek veya karmaşık yöntemler olması nedeniyle tek başına yetersiz veya etkisiz olan yöntemlerdir. Örneğin 3 vardiyalı olarak çalışan bir sanayi abonesi ile alışveriş merkezinin aylık enerji tüketim değeri aynı olsa da yük eğrileri birbirinden oldukça farklıdır. Ayrıca bu yöntemler uygulanabilirlik anlamında pratik değildirler. Bu çalışma, yük eğrilerinin karakteristiğinin anlaşılmasında abonelerin bağlı bulunduğu alt gruba göre ayrıştırılmasının temel olduğunu savunmaktadır. Aynı abone alt grubuna bağlı olan ancak enerji tüketim değerleri birbirinden farklı olan 2 abonenin yük eğrileri benzerlik göstermektedir ancak farklı abone alt grubunda bulunan benzer enerji tüketim değerine sahip olan abonelerin yük eğrilerinin benzerlik gösterme olasılığı düşüktür. Literatürde bulunan diğer kümeleme yöntemleri toplam enerji tüketim değeri gibi hata olasılığı yüksek parametrelere dayanmaktadır. Bu nedenle bu çalışmada yeni bir yaklaşımla aboneler alt gruplarına göre ayrıştırılarak incelenmiştir. Bu çalışmada, bir dağıtım şirketinden alınan gerçek verilere dayalı olarak yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında abonelerin bulunduğu alt gruplara göre kümeleme yapılmıştır. Aboneler ilk olarak sanayi, mesken, ticarethane ve aydınlatma olmak üzere 4 abone grubuna ayrıştırılmıştır. Ardından ticarethane aboneleri türlerine göre(market, banka gibi) 9 farklı abone alt grubuna ayrıştırılmıştır. Sanayi grubu aboneleri ise 1,2 ve 3 vardiyalı olmak üzere 3 farklı abone alt grubuna ayrıştırılmıştır. Ayrıştırılan bu kümelerin farklı mevsim ve günlerdeki 24 saatlik ve 12 aylık verileri alınarak temek karakteristik özellikleri açıklanmıştır. Ardından bu kümeler çalışma saatlerine göre gruplandırılarak kendi aralarında var olan benzerlik ve farklılıkları açıklanmıştır. Elde edilen bu kümeler için birim profiller oluşturulmuş ve bu birim profiller fatura tüketim değerleri ile ölçeklendirilerek abonenin, kofranın, fiderin veya bir dağıtım transformatörü bölgesinin yük eğrisini hesaplayan bir hesaplama aracı geliştirilmiştir. Bu çalışmada, geliştirilen hesaplama aracı kullanılarak hem abone gruplarına göre hem de abone alt gruplarına göre dağıtım şebekesinden alınan gerçek bir dağıtım transformatörü bölgesinde bulunan abonelerin bağlı bulunduğu kofraların 2 farklı durum için yük eğrisi tahmini yapılmış ve transformatör üzerinde bulunan uzaktan okumalı sayaçtan alınan veriler ile karşılaştırılmıştır. İlk olarak, örnek dağıtım transformatörü bölgesinde bulunan abonelerin fatura tüketim değerleri kullanılarak abone gruplarına göre eğrileri hesaplanmıştır. Abone gruplarına göre hesaplanan yük eğrileri kullanılarak güç sistemleri analizi yapılmasına olanak sağlayan bir bilgisayar simülasyonu yardımıyla örnek dağıtım transformatörü bölgesi için 2015 Aralık ayı için yük akışı yapılmış ve transformatör üzerinde meydana gelen yük eğrileri ve teknik kayıpları tahmin edilmiştir. İkinci olarak, örnek dağıtım transformatörü bölgesinde bulunan abonelerin fatura tüketim değerleri kullanılarak abone alt gruplarına göre eğrileri hesaplanmıştır. Abone alt gruplarına göre hesaplanan yük eğrileri kullanılarak güç sistemleri analizi yapılmasına olanak sağlayan bir bilgisayar simülasyonu yardımıyla örnek dağıtım transformatörü bölgesi için 2015 Aralık ayı için yük akışı yapılmış ve transformatör üzerinde meydana gelen yük eğrileri ve teknik kayıpları tahmin edilmiştir. Ardından bu profiller, transformatör üzerinde yer alan otomatik sayaç okuyucudan alınan 2015 Aralık ayı verileri ile karşılaştırılarak sonuçları incelenmiştir. Aynı enerji tüketim değeri için tahmin edilen teknik kayıplar karşılaştırıldığında aboneler sadece alt gruplarına göre ayrıştırıldığında 2.23%'lik sapma ile, abone alt gruplarına göre ayrıştırıldığında 1.9%'lik sapma ile gerçeğe yakın tahminlerde bulunulmuştur. Çalışma kapsamında abonelerin abone alt gruplarına ayrıştırılmasının gerçek sonuçlara yaklaşması elde edilen sayısal verilerle gözlemlenmiş ve abonelerin yük eğrilerinin abone alt gruplarına göre ayrıştırılmasının önemi vurgulanmıştır. Ayrıca, elektrik dağıtım şirketlerinin kullanabileceği, bir abonenin, kofranın, transformatörün veya fiderin tahmini yük eğrisinin hesaplanmasında daha kullanışlı ve gerçeğe yakın sonuçlar elde edilebilen bir hesaplama aracı geliştirilmiştir.
IE4 verim sınıfı senkron relüktans motor tasarımı
Dünyada hızla artan enerji talebi karşısında enerji kaynaklarının sınırlı kalması 21. Yüzyılda enerji problemlemini beraberinde getirmiştir. Bu sorun son yıllarda mevcut kaynakların etkin kullanılmasına başka bir deyiş ile enerji verimliliği kavramının hayatımızda önemli bir yere konumlanmasına sebep olmuştur. Günümüzde neredeyse bütün endüstriyel ürünler enerji verim sınıflarına göre üretilip sınıflandırılmaktadır. Enerji kaynak yönetimini etkin şekilde planlayabilmek adına hükümetler tarafından hazırlanan regülasyonlar aracılığıyla enerji verimli ürünlere yönelik çalışmalar yoğun olarak sürdürülmektedir. Enerji tüketim verileri incelendiğinde, elektrik motorlarının tüketim olarak endüstriyel, konut ve ticari alanlarda en yüksek tüketim yapan araçlar arasında yer aldığı gözlemlenmiştir. Elektrik motorları özelinde ise en çok kullanılan motor türünün asenkron motorlar olduğu bilinmektedir. Yapılan bir araştırmaya göre asenkron motorların verim seviyelerinde yapılacak 1%'lik bir artış yıllık 20 milyar kWh değerinde bir enerji kazanamına yardımcı olacaktır [1]. Endüstriyel motorlar için halihazırda tariflenen en üst verim düzeyi IE3 olarak adlandırılmıştır. Buna karşın regulasyonlar aracılığı ile IE3 verim seviyesinden daha yüksek verim düzeyine sahip IE4 verim sınıfı motorlar yakın zamanda endüstride kullanılmaya başlanacaktır. Özellikle 7.5 kW ve altı güçlerde verim seviyelerinde iyileştirmeler yaparak IE3 verim seviyesindeki bir motoru maliyet ve üretilebilirlik kısıtları altında IE4 verim seviyesine taşımak 7.5 kW üstü güçlere kıyasla oldukça zordur Yapılan bu çalışmada, IE3 verim düzeyinde üç fazlı 2.2 kW gücünde dört kutuplu bir asenkron motorun yerine geçebilecek IE4 verim seviyesinde bir senkron relüktans motor tasarım çalışması gerçekleştirilmiştir. Senkron relüktans motorlar, asenkron motor ve kalıcı mıknatıslı senkron motorlar ile aynı stator yapısını kullanan, rotorunda yer alan bariyerler yardımı ile d ve q eksen takımlarında oluşan relüktans farkı prensibine dayalı olarak moment üretimi gerçekleştiren motorları temsil etmektedir. Senkron relüktans motorlar asenkron motorlar ile kıyaslandığında rotorunda herhangi bir iletken malzeme bulunmaması sebebiyle rotorunda bakır kayıplarının olmaması, kalıcı mıknatıslı senkron motorlar ile kıyaslandığında ise rotorunda sürekli mıknatısa ihtiyaç duymadan çalışabilmesi sebebiyle maliyet avantajını beraberinde getirmektedir. Bu çalışmada yukarıda tariflenen mevcut asenkron motorun stator yapısı kullanılarak rotor yapısı yeniden tasarlanarak senkron relüktans motor modelleri oluşturulmuştur. Tasarımlar oluşturulurken, senkron relüktans motor için en önemli tasarım girdilerinden olan bariyer sayısı, bariyer şekli, izolasyon oranı açısından tasarımlar irdelenerek en iyi çözüm bulunmaya çalışılmıştır. Çalışmada sayısal analiz yöntemlerinden biri olan sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemi kullanan paket bir program aracılığı ile iki boyutlu modelleme ve analiz yapılarak manyetik devre sonuçlarına ulaşılmıştır. Modelleme ve analiz basamaklarının doğru bir şekilde yapıldığından emin olmak için test sonuçları varolan mevcut asenkron motorun sonlu elemanlar yöntemi kullanan paket program ile modelleme ve analizi gerçekleştirilmiştir. Test ve manyetik analiz sonuçlarının tutarlı olduğu tespit edilerek mevcut asenkron motordan yola çıkılarak senkron relüktans motor tasarım çalışmaları yapılmıştır. iki boyutlu modelleme ve analiz yapılması sebebiyle uç sargı etkileri gibi bir takım parametreler ihmal edilerek tasarım çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Buna karşın senkron relüktans motor tasarımlarının iki boyutlu olarak modelleme ve analize tabi tutulması sebebiyle tasarım çıktılarının elde edilmesi için geçen süre üç boyutlu modelleme ve analize kıyasla oldukça zaman tasarrufu sağlamıştır. Çalışmanın son basamağında belirlenen ve iyileştirilen bir tasarım modeli için prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Prototip motor performans testleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak belirlenen model için manyetik analiz sonuçları ve performans test sonuçlarının tutarlı olduğu ve IE4 verim seviyesini gerçeklediği gözlemlenmiştir.
Elektrik dağıtım sistemlerinde gerilim profilinin, güç kayıpları ve maliyet minimizasyonunun dağıtık üretim kaynakları ve kademe değiştiriciler ile iyileştirilmesi
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte artan enerji tüketimi elektrik şebekelerinin yenilenmesi ihtiyacını da beraberinde getirmiştir. Artan ihtiyacı karşılamak için akıllı şebekeler konusu gündeme gelmiştir. Bu tezde akıllı şebekeler konusunun bir parçası olan dağıtım sistemlerinin geliştirilmesi üzerinde durulmuştur. Dağıtım şebekelerinde yapılan değişiklikler neticesinde karşılaşılabilecek problemlerden bahsedilmiş bu konuda yapılan çalışmalar aktarılmıştır. Bu çalışmada kullanılan çok amaçlı eniyileme probleminde amaç fonksiyonları: 1) Gerilim profilinin düzeltilmesi, 2) Güç kayıplarının azaltılması, 3) Maliyetin azaltılmasıdır. Bu amaçları gerçekleştirmek için sistem üzerinde değişiklik yapmadan önce şebekedeki baraların gerilim profilleri ve kayıp değerleri incelenmiştir. Baraların gerilim profillerini ve kayıp değerlerini elde edebilmek için otuzüç baralı bir radyal dağıtım sisteminin saatlik yük akış analizi yapılmıştır. Gerilimin 1 pu değerinden uzaklaştığı baralarda gerilimi yükseltmek için, uygun bulunan baralara dağıtık üretim kaynağı ve kademe değiştirici eklenerek gerilim profili düzeltilmiştir, kayıplar ve maliyet azaltılmıştır. İlk olarak hem dağıtık üretim kaynağının hem de kademe değiştiricinin olmadığı durumda yük akış analizi yapılmış, her saat için her baradaki gerilim değeri, gerilim profili, toplam güç kaybı, ve güç profili bulunmuştur. Elde edilen gerilim profili incelenerek, hangi saatte hangi barada en fazla gerilim dalgalanması olduğu bulunmuştur. Sonuçlar göz önünde bulundurularak, 3 farklı durum için benzetim yapılmıştır. Uygun bulunan baralara gerilim profilini düzeltmek ve güç kaybını azaltmak için ilk olarak sadece kademe değiştirici ikinci olarak sadece dağıtık üretim kaynağı ve üçüncü olarak hem dağıtık üretim kaynağı hem de kademe değiştirici eklenmiştir. Eklenen kademe değiştirinin değeri ve dağıtık üretim kaynağının aktif ve reaktif güç çıkışları eniyileştirilmiştir. İkinci durumda eklenen dağıtık üretim kaynağının aktif gücü 200kW olduğu durumlarda en uygun olan reaktif güç değerleri MATLAB'da NSGA II yazılımı kullanılarak bulunmuştur. Benzer şekilde, birinci durumda sadece kademe değiştirici eklenmiş, en uygun kademe değiştirici değeri MATLAB'da NSGA II yazılımı kullanılarak bulunmuştur. Üçüncü olarak hem dağıtık üretim kaynağı hem de kademe değiştirici eklenmiş, dağıtık üretim kaynağının maliyeti minimize eden aktif güç değeri, dağıtık üretim kaynağının reaktif güç değeri aynı zamanda en uygun kademe değiştirici değeri yine MATLAB'da NSGA II yazılımı kullanılarak bulunmuştur. Üçüncü durumda sisteme eklenen dağıtık üretim kaynaklarının belirlenen aktif ve reaktif güç değerleri ile sisteme eklenen kademe değiştiricilerin kademe değerleri kullanılarak yük akış analizi yapılmış, sonuçta gerilim profilinin düzeldiği ve güç kaybının azaldığı görülmüştür. Bütün durumlar için, eniyileme sonucunda bulunan değerler kullanılarak yük akış analizi yapılmıştır. Sistem değiştirildikten sonra gerilim profilinin düzenlendiği, güç kayıplarının ve maliyetin azaldığı görülmüştür. Benzetim sonuçları karşılaştırıldığında, daha iyi gerilim profilinin, daha az güç kaybının sadece gerilim regülatörü eklendiği durumda olduğu görülmüştür. Uzun vadede durum incelendiğinde, yenilenebilir enerji kaynağının daha ekonomik ve çevreyi korumak için daha iyi olduğu bilinmektedir. Ayrıca yenilenebilir enerji kaynakları limitsizdir. Gerilim regülatörü ise mekanik bir ekipmandır ve uzun zaman kullanıldığında bozulabilir. Ayrıca gerilim regülatörü pahalıdır. Bu nedenlerden dolayı sisteme dağıtık üretim kaynağı eklemek daha avantajlıdır. Dağıtık üretim kaynağının sisteme eklenmesi, verimli olarak kullanılması, dağıtık üretim kaynağının aktif ve reaktif çıkışlarının optimize edilmesi, sistemde değişiklik yapılmasından sonra ortaya çıkabilecek problemler bu çalışmada açıklanmıştır. Ayrıca, kademe değiştiricilerin sisteme eklenmesi, verimli olarak kullanılması, sistemde değişiklik yapılmasından sonra ortaya çıkabilecek problemler de bu çalışmada açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler : Dağıtım sistemlerinde gerilim profilinin düzeltilmesi, dağıtım sistemlerinde güç kayıplarının azaltılması, dağıtım sistemlerinde maliyetin azaltılması, çok amaçlı fonksiyonların eniyilemesi
Elektrik iletim sistemi güç transformatörleri için güvenilirlik merkezli donanım yönetimi sürecinin kurulması ve değerlendirilmesi
Yatay rekabetçi piyasa ve akıllı şebeke yapısına doğru evrilen elektrik endüstrisinde, artan bakım maliyetleri, bakım süreçlerinin etkinliğinin artırılması ve donanım ömrünün uzatılması için, sözkonusu süreçlerin geliştirilmesi gereksinimini ortaya çıkarmıştır. Güvenilirlik Merkezli Donanım Yönetimi, bu gereksinimin karşılanması için, zaman içinde aşamalı olarak gelişmiş bir donanım yönetimi tekniğidir. Bakım, yönetim sürecinin önemli bir öğesidir. Yönetim süreçleri, güvenilirliğin artırılmasını ve maliyet-etkinliğini hedefleyen bakım tekniklerinin geliştirilmesini de içerir. Etkin bakım programları uygulanmamasının, tüketici ve donanım kaybına kadar varan olumsuz etkileri; etkin bakımın, rekabetçi endüstriyel yapının vazgeçilmez unsurlarından biri olmasına neden olmuştur. Günümüz elektrik enerji sistemlerinde uygulanan bakım programları, bakım nedeniyle oluşan elektrik kesintilerini ve donanımların yaşlanarak zamanla özelliğini yitirmesinin güvenilirliğe olan olumsuz etkilerini de göz önünde bulundurmak zorundadır. Modern bakım süreçlerinin maliyet-etkin, tekil bileşenler bazında yapılacak uygulamalarla değil, elektrik sisteminin bir bütün olarak düşünülmesi ve buna uygun yapılandırma ile erişilebileceğini göstermiştir. Bu gerçek, donanım yönetimi kavramının ortaya çıkmasının ve bir teknik disiplin kabul edilerek uygulanmasının yolunu açmıştır. Donanım yönetiminin sağladığı maliyet-etkin bakım hedefinin, yüksek güvenilirlik amacıyla da desteklenmesi, Güvenilirlik Merkezli Donanım Yönetimi ile sağlanmıştır. Güvenilirlik Merkezli Donanım Yönetimi, elektrik sistem bileşenlerinin devre dışı kalmalarını en aza indirmek suretiyle, en yüksek güvenilirliği, en uygun maliyette sağlamayı hedefler. Bu tez çalışması, Elektrik İletim Sistemi Güvenilirlik Merkezli Donanım Yönetimi sürecinin oluşturulmasını kapsamakta ve Türkiye Elektrik İletim A.Ş. Trakya bölgesine ait 154 ve 380 kV güç transformatörleriiçin bir örnek uygulama verilmektedir. Çalışma genel olarak, ilki iletim sistemi bileşenleri düzeyinde, ikincisi ise iletim sistemi düzeyinde olmak üzere iki aşamada yürütülen faaliyetleri içermektedir. Güvenilirlik Merkezli Donanım Yönetimi, sistemin maliyet-etkinliğini artıracak Şekilde, donanımlara uygulanacak en uygun bakım tekniklerinin (düzeltici, önleyici ve kestirimci) ve parametrelerinin belirlenmesi olarak tanımlanır. Bu amaçla çalışmanın ilk fazının birinci adımında, elektrik iletim sistemi, bakım planlamasına uygun, bileşen ve alt bileşenlere ayrılmıştır. Ardından bileşenler ve alt bileşenler için, çeşitli tip arızalar, sisteme olan etkileri ve bakım gereksinimleri açısından ağırlıklandırılmış; bu ağırlık değerlerine göre, bileşenlere uygulanacak bakım yöntemlerine karar verilmiştir. İlk fazın ikinci adımından itibaren, arz güvenilirliğine etkisi ve maliyeti dikkate alınarak, iletim sisteminin ana bileşenlerinden güç transformatörleri üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu adımda, halen Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi (TEİAŞ) tarafından güç transformatörlerine uygulanmakta olan bakım sürecinin durum uzayı (Markov) modeli oluşturulmuştur. Model oluşumunda, TEİAŞ tarafından sağlanan kayıtlı arıza/onarım verileri kullanılmış ve TEİAŞ bakım personelinin deneyime dayalı bilgilerinden yararlanılmıştır. Kurulan Markov modeli kullanılarak, mevcut durum için durum olasılıkları, kullanılabilirlik, arıza sıklığı, ortalama onarım süresi ve ortalama ömür gibi güvenilirlik indisleri ve arıza ve bakım maliyeti gibi ekonomik büyüklükler hesaplanmıştır. İlk fazın üçüncü adımında, mevcut bakım süreci için, bakım görevlerinin içeriğinde herhangi bir değişiklik yapılmaksızın; güvenilirliği artırıp maliyeti düşürecek bir iyileştirme yapmak amacıyla, bakım parametrelerinde değişiklik önerisinde bulunulmuştur. Revize bakım parametrelerinden kaynaklanan diğer parametre değişimleri için duyarlılık analizi yapılarak, güç transformatörlerinin yokluk, arıza sıklığı ve ortalama onarım süresi üzerindeki etkileri belirlenmiştir. İlk fazın son adımında ise, önerilen yeni bakım sürecinin, bileşen düzeyinde, güvenilirlik göstergeleri ve maliyet değerlerindeki iyileşmeler, parametrik olarak hesaplanmıştır. Çalışmanın ikinci fazında, ilk fazda yapılan bileşen düzeyindeki hesaplama ve analizler, sistem düzeyine çıkarılmıştır. İlk adımda, öncelikle TEİAŞ Trakya bölgesindeki her bir güç transformatörünün, sistemdeki öneminin (önceliğinin) belirlenmesi için kritiklik analizi yapılmıştır. Çok Kriterli Bulanık Puanlama Yöntemi kullanılarak yapılan kritiklik analizleri sonucu, transformatörler önem derecelerine göre sınıflandırılmıştır. Bu derecelerendirme de dikkate alınarak, birinci aşamada önerilen bakım parametreleri revize edilmiş ve elektrik iletim sistemi için donanım yönetimi planı oluşturulmuştur. Çalışmanın ikinci fazının ikinci adımında, önerilen nihai bakım planının doğrulanması ve getirilerinin ortaya konması hedeflenmiştir. Bu adımda, TEİAŞ Trakya bölgesi transformatörleri için, mevcut durumda ve önerilen donanım yönetimi planının uygulanması durumunda tahmini güvenilirlik indisleri (göstergeleri) hesaplanmış ve teknik ve ekonomik karşılaştırmalar yapılmıştır. Doğaldır ki, gerçek iyileşmeler, önerilen planın belirli bir süre uygulanması sonrasında elde edilecek istatistiki sonuçlara göre belirlenebilecektir. Yapılan Güvenilirlik Merkezli Donanım Yönetimi çalışmasında, TEİAŞ güç transformatörleri için bileşen düzeyindeki bakım süreci iyileştirme önerisinin, sistem düzeyine taşınması ile, iletim sistemi için güvenilirliği artıracak maliyet-etkin bir bakım stratejisi elde edilmiştir. Önerilen bakım planının uygulanması ile elde edilmesi olası yararlar hesaplanmıştır. Maliyet-etkin bir bakım stratejisi oluşturma konusunda yapılan çalışmaların hemen tamamı incelendiğinde, bu çalışma, elektrik iletim sistemlerinde, güç transformatörlerine ilişkin bakım parametrelerinde yapılacak değişiklikler ile, sistem düzeyinde maliyet-etkin bir bakım stratejisi sağlama açısından bir ilktir.
Endüstriyel tesislerde enerji kalitesinin maliyeti
18. ve 19. Yüzyıllarda meydana gelen sanayi devrimiyle dünyamızda önemli bir yer sahibi olmaya başlayan enerji, yıllar geçtikçe önemini artırmış ve günümüz dünyasında vazgeçilmez bir hal almıştır. Hem ekonomik olarak hemde siyasi olarak büyük bir güç haline gelen enerji, ülkelerin gelişmişlik göstergelerinde kullanılan parametrelerden biri olduğu gibi ülke ekonomisi üzerindeki etkisi büyük bir önem arz etmektedir. Türkiye gibi enerji kaynakları bakımından dışa bağımlı olan ülkeler için enerjinin önemi ekonomik açıdan olduğu kadar sürdürülebilirlik açısında da önemli bir yer tutmaktadır. Bu sebeple enerji kullanımında dışa bağımlı olan ülkelerin enerji politikaları iki temel üzerine dayandırılabilir. Kendi ülkelerinde olan kaynaklara yönelme ve mevcut enerji tüketiminde verimliliğe dikkat ederek aynı işi daha az enerji kullanarak yapmaya özen göstermektir.Endüstriyel işletmeler enerji verimliliğiyle ilgili çeşitli projeler geliştirmektedir. Bu projeler elektriksel ve mekaniksel olarak temelde ikiye ayrılmaktadır. Elektrik ile ilgili hazırlanan projeler; verimli elektrik motorları kullanımı, verimli aydınlatma sistemleri kullanımı, atık ısıdan elektrik üretimi, kullanılan elektrik enerjisinin kaliteli hale getirilmesi gibi çeşitli başlıklar içermektedir. Bu tez çalışmasında endüstriyel işletmelerin enerji kalitesi analiz edilmiştir. Analiz sonuçlarından yola çıkılarak bazı tesislerin enerji kalitesi parametrelerinde olağandışı durumlar tespit edilmiştir. Bu durumların işletmelerin elektrik enerjisi maliyetine etkisi hesaplanmıştır.
Manyetik alanın kısmi boşalmaya etkisi
Elektriğin sorunsuz ve verimli bir şekilde üretilmesi, dağıtılması, iletilmesi elektrik mühendisliğinin önemli konularından biridir. Elektrik sisteminin kararlığı özellikle sistemde kullanılan yüksek gerilim elemanlarının durumlarıyla ilişkilidir. Sistemde kullanılan yüksek gerilim elemanlarında ortaya çıkabilecek sorunlar sistemin kararlılığını etkileyerek sistemden istenilen verimin alınamamasına neden olur. Bu şekilde sistemdeki elemanlar için sorun çıkarabilecek olaylardan biri elektriksel boşalmalardır. Elektriksel boşalmalar geçmişten beri önemini koruyan bir konudur. Elektriksel boşalmalar kısaca "yük veya elektrikten kurtulma" olarak tanımlanır. Elektriksel boşalmalar yalıtkanlarda gerçekleşmektedir. Yalıtkan malzemeler normal koşullarda elektrik akımını iletmezler. Yalıtkan malzemenin elektriği iletir hale geçtiği durum olarak adlandırılan elektriksel boşalmalar iki grupta (tam ve kısmi boşalmalar) incelenmektedir. Gerçekleştirilen tez çalışmasında kısmi boşalma sinyalleri incelenmiş ve deneyler yapılmıştır. Kısmi boşalmalar belirli bir bölgede meydana gelen ve yalıtımı kısmen köprüleyen elektriksel boşalmalardır. Tam boşalma olayı bir elektrik sisteminin performansını kötü yönde etkileyerek sistemde düzeltilemeyecek arızalara neden olabilmektedir. Bu yüzden tam boşalma olayını gerçekleşmeden önlemek için kısmi boşalma ölçümleri yapılmaktadır. Böylece arızalar daha oluşmadan sorun belirlenmektedir. Kısmi boşalma konusu ile ilgili geçmişten bugüne birçok çalışma yapılmıştır. Bu tez çalışmasında manyetik alanın kısmi boşalma sinyallerine etkileri gerekli deney düzenekleri hazırlanarak araştırılmıştır. Gerçekleştirilen çalışma için çubuk-düzlem elektrot sistemi ve bu elektrot sisteminde 30 mm, 35 mm, 40 mm elektrot açıklıkları deney için seçilmiştir. Manyetik alan üretimi için 20 mm çap ve 10 mm kalınlık değerlerine sahip iki adet Neodyum silindir mıknatıs kullanılmıştır. Mıknatıs aralıkları pleksiglas bir kap yardımıyla 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm ve 30 mm olarak ayarlanarak manyetik alanın değiştirilmesi sağlanmıştır. Ayrıca 40 mm uzunluk, 10 mm genişlik ve 20 mm kalınlığa sahip iki adet Neodyum dikdörtgen mıknatıs da 30 mm elektrot açıklığında ve üç farklı kap açıklığı için deneylerde manyetik alan üretmek amacıyla kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar iki ana başlıkta özetlenebilmektedir. İlk önce sistemde manyetik alan yokken üç farklı elektrot ve beş farklı pleksiglas kap açıklığı için kısmi boşalma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen deneylerin verileri Haefely marka DDX-9121 model kısmi boşalma ölçüm cihazı ve bilgisayar yardımıyla kaydedilmiştir. Deneyde alınan veriler kısmi boşalma başlangıç gerilimi ve kısmi boşalma sinyalinin fazı, boşalma genliği ve sayısı ile ilgilidir. Manyetik alanın olmadığı durum için elde edilen veriler kaydedildikten sonra aynı sisteme silindir mıknatıslar dahil edilerek manyetik alanlı durum oluşturulmuştur. Manyetik alansız durumda gerçekleştirilen aynı deneyler bu sefer değişen manyetik alan durumu için tekrarlanmıştır. Silindir mıknatıslarla ilgili deneyler tamamlandıktan sonra dikdörtgen mıknatıslar üç kap açıklığı için kullanılmıştır. Veriler ve ölçümler alındıktan sonra bunların analiz kısmına geçilmiştir. Elde edilen verilerin analizinde öncelikle kısmi boşalmanın başlangıç gerilimine olan etki araştırılmıştır. Manyetik alan varlığının kısmi boşalma başlangıç gerilimine etkisini incelemek için yatay ve düşeyde aynı açıklık değerleri için manyetik alan yokken bulunan veriler ile manyetik alan varlığında bulunan veriler birbirleriyle kıyaslanmıştır. İlk önce manyetik alansız durumda elde edilen on beş veriyle silindir mıknatıslarla oluşturulmuş manyetik alan varlığında elde edilen on beş veri aynı açıklıklar için kıyaslanmıştır. Bu kıyaslamalar grafikler verilerek yapılmıştır. Manyetik alanın kısmi boşalma başlangıç gerilimini ne şekilde ve hangi oranda etkilediği belirlenmiştir. Silindir mıknatıslar için yapılan benzer kıyaslamalar daha sonra dikdörtgen mıknatıslar içinde yapılmıştır. İkinci olarak n-q-p analizi gerçekleştirilmiştir. N-q-p analizi kısmi boşalmanın karakteristiği hakkında birçok bilgi içermesi bakımından önemlidir. Bu analiz sayesinde manyetik alanın kısmi boşalmaya etkisi 2 ve 3 boyutlu grafiklerle faz, boşalma genliği ve boşalma darbe sayısı bakımından karşılaştırılarak incelenmiştir. N-q-p analizinde öncelikle silindir mıknatısların oluşturduğu manyetik alanların, manyetik alansız durumdaki n-q-p verilerine etkileri farklı açıklıklar için incelenmiştir. Daha sonra benzer analiz dikdörtgen mıknatısların kullanıldığı durumlarla, manyetik alansız durumlar arasında yapılmıştır. En son analizde oluşturulan sistemlerdeki manyetik ve elektrik alan dağılımları ayrı ayrı incelenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemine dayanan FEMM programı yardımı ile deneylerde oluşturulmuş sistemler modellenerek bunların elektrik ve manyetik alan dağılımları ayrı ayrı bulunmuştur. Yapılan deneyler ve deneylerden elde edilen verilerin incelenmesi sonucunda kısmi boşalma sinyallerinin manyetik alan varlığından etkilendiği görülmüştür. Özellikle yapılan çalışma sonucu kısmi boşalma başlangıç geriliminde ve n-q-p verilerinde meydana gelen değişimler ortaya konulmuştur. Manyetik akı yoğunluğunun büyük olduğu durumlarda kısmi boşalma başlangıç geriliminde azalmalar ve n-q-p verilerindeki değişimler daha net görülmüştür. Ayrıca elektrot açıklığı arttıkça kısmi boşalma başlangıç geriliminin de arttığı, Neodyum mıknatıslar arası mesafe arttıkça ürettikleri manyetik akı yoğunluğu değerlerinin de azaldığı yapılan çalışma sonucunda belirlenmiştir.
Elektriksel kısmi boşalmayı etkileyen etkenlerin incelenmesi ve sonlu elemanlar yöntemiyle modellenmesi
Elektrik üretimi ve iletiminde yüksek gerilim kullanılmasıyla birlikte elektriksel kısmi boşalma ve kısmi boşalmanın yüksek gerilim güç bileşenlerinin yalıtım sistemlerine zararlı etkileri de ortaya çıkmaya başlamıştır. Yalıtım sistemlerinde meydana gelen hasarlar, yüksek gerilim güç sistemlerinin zarar görmesine ve dolayısıyla, hem maddi hem zaman kayıplarına sebep olmuştur. Böylelikle, kısmi boşalma ölçümlerinin ve kısmi boşalma algılama yöntemlerinin önemi artmıştır. Kısmi boşalma, iletkenler arasındaki yalıtkan malzemenin kısmi bozulması sonunda oluşan kısmi köprüler aracılığıyla meydana gelen elektriksel boşalmalardır. Kısmi boşalma, yüksek gerilim sistemlerinin güvenliğini tehdit eden önemli bir olaydır. Bu yüzden, kısmi boşalma olayının incelenme sebebi, kısmi boşalmayı etkileyen etkenleri analiz ederek modellemesini yapmaktır. Bu tez çalışmasında, elektriksel kısmi boşalma olayı, kısmi boşalmayı etkileyen etkenler ve kısmi boşalma ölçümü incelenmiştir. Kısmi boşalmayı etkileyen etkenlerin belirlenmesi için deneyler yapılmış, bu deneyler için çubuk elektrot ve düzlem elektrot sistemi kullanılmıştır. Ayrıca, sonlu elemanlar yöntemi açıklanmış, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellemeler yapılmış, benzetim sonuçları yorumlanmış ve laboratuvar ortamında elde edilen sonuçlar ile kıyaslanmıştır. KB karakteristiğinin belirlenmesi için KB başlangıç gerilimi ve KB sönme gerilimi belirlenmelidir. KB başlangıç gerilimi, bir deney cismine uygulanan gerilim yavaş yavaş yükseltildiğinde, kısmi boşalmaların başladığı veya belirli bir yeğinliği geçtiği en küçük gerilimdir. KB sönme gerilimi ise bir deney cismine uygulanan gerilim en az kısmi boşalma başlangıç geriliminden başlayarak yavaş yavaş azaltıldığında, kısmi boşalmaların söndüğü veya belirli bir yeğinlikten daha az olduğu gerilimdir. İTÜ Yüksek Gerilim Laboratuvarı'nda gerçekleştirilen deneylerle üç farklı elektrotun iki farklı düzlem ile beş farklı açıklıktaki kısmi boşalma karakteristiği incelenmiştir. Deneyler esnasında, varyak yardımıyla gerilim yükseltilmiş ve kısmi boşalma tespit edildikten sonra da belirli bir düzeye kadar yükseltilmeye devam etmiştir. Sonrasında, gerilim yavaş yavaş azaltılarak deney sonlandırılmıştır. Ayrıca, tüm deney süreci kısmi boşalma ölçüm cihazı ile ölçülerek kayıt altına alınmıştır. Deneylerde öncelikle atlama gerilimleri belirlenmiştir. Atlama gerilimi, iletkenler arasındaki yalıtkan malzemenin dayanma gerilimini aşarak yalıtkanın delinmesine ve dolayısıyla da iletkenler arasında kısa devre olmasına sebep olan gerilimdir. Genel olarak bütün sonuçlar incelendiğinde, atlama gerilimlerinin açıklık arttıkça yükseldiği ve elektrot yarıçapı büyüdükçe de yükseldiği görülmektedir. Laboratuvar ortamında gerçekleştirilen deneylerde elde edilen veriler karşılaştırılmış ve elektrot yarıçapının, düzlem özelliğinin ve elektrot ile düzlem arası açıklığın kısmi boşalma karakteristiğini nasıl etkilediği belirlenmiştir. Söz konusu çalışmada, elektrot yarıçapının artması kısmi boşalma başlangıç geriliminin yükselmesine neden olduğu tespit edilmiştir. Benzer şekilde elektrot ile düzlem arası açıklığın artması da kısmi boşalma başlangıç geriliminin yükselmesine neden olmaktadır. Deneyler sırasında kullanılan disk ve Rogowski olmak üzere iki farklı düzlemin kısmi boşalma karakteristiğini nasıl etkilediği de bu çalışmada belirlenmiştir. Laboratuvar ortamında, elektrot ile disk düzlem deneyleri alçak basınçta da gerçekleştirilerek alçak basıncın kısmi boşalma etkisi incelenmiştir. Bu deneyler, dört farklı alçak basınç altında yapılmıştır. Sonucunda, alçak basınçta kısmi boşalma başlangıç gerilimlerinin normal duruma göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, basınç düştükçe kısmi boşalma başlangıç gerilimi de daha düşük olmaktadır. Deneylerin tamamlanmasından sonra kısmi boşalma karakteristiği sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi, mühendislik problemlerinin çözümünde sağladığı kolaylık sebebiyle pek çok mühendislik dalında tercih edilmektedir. Sonlu elemanlar yöntemindeki temel mantık, çözüm bölgesini çok sayıda, basit, küçük, birbirine bağlı, sonlu eleman adı verilen alt bölgelere ayırmaktır. Bu modelleme için bilgisayar yazılımından faydalanılmıştır. Sonlu elemanlar yöntemini baz alarak oluşturulan FEMM 4.2 programı kullanılarak aynı deney düzeneğindeki gibi elektrot-düzlem düzeni çizilmiş, malzeme ve ortam özellikleri, sınır değerleri gibi bilgiler girilerek matematiksel model sonuçları elde edilmiştir. Bilgisayar ortamında yapılan matematiksel modelleme sonucunda elektrotların ve düzlemlerin geometrisi, sonlu elemanlar ağı, ortamdaki potansiyel dağılımı, eşpotansiyel çizgiler, elektriksel alan dağılımı, elektrot ile düzlem arasındaki yüzey üzerinde potansiyel değişim, elektrot ile düzlem arasındaki yüzey üzerinde teğetsel elektrik alan bileşeni ve elektriksel alanın büyüklüğü gibi parametreler tespit edilmiştir. Modelleme ile elde edilen sonuçlar, elektrot ile düzlem arasındaki açıklığın en az olduğu durumda en büyük elektrik alanın oluştuğunu ve dolayısıyla, elektrot ve düzlemin birbirine yaklaşmasının, atlama ve delinme riskinin artmasına sebep olduğunu göstermektedir. Elde edilen modelleme sonuçlarına göre, aynı açıklıkta elektrot yarıçapının küçülmesi de elektrik alanın artmasına dolayısıyla atlama ve delinme riskinin yükselmesine sebep olmaktadır. Sonuçlar kısmi boşalma açısından değerlendirildiğinde, laboratuvar ortamında gerçekleştirilen KB ölçüm sonuçlarının, FEMM programında elde edilen sonuçlarla paralel olduğu görülmektedir. Örneğin, KB başlangıç geriliminin, açıklık arttıkça veya aynı açıklıkta elektrot yarıçapı büyüdükçe yükseldiği görülmüştür. Dolayısıyla, aynı gerilim altında ve diğer fiziksel ve ortam koşullarını aynı olması durumda, açıklığın azalması veya aynı açıklıkta elektrot yarıçapının küçülmesi, kısmi boşalma riskini de arttırmaktadır. FEMM 4.2 programı yardımıyla yapılan modelleme sonunda elde edilen sonuçlar, laboratuvar ortamında elde edilen sonuçlar ile genel olarak örtüşmektedir. Bunun önemli sebeplerinden birisi, sonlu elemanlar yöntemini kullanarak çözüm yapan FEMM programı, incelenecek sistemin geometrisinin oluşturulmasına, malzeme özelliklerinin ve sınır koşullarının girilmesine, ağ yapısının oluşturulmasına imkan veren ve sonucunda son derece gerçekçi sonuçlar elde edilmesine olanak sağlayan bir program olmasıdır. Sistem davranışını anlama açısından son derece faydalı olacak olan bu çalışma, yalıtım sistemlerinin üretilmesi veya yüksek gerilim sistemlerinin kurulmasında tasarım açısından yardımcı olabilir. Ayrıca bu çalışma, daha farklı durumlar veya koşullar yaratarak geliştirilebilir. İhmal edilen veya öngörülemeyen pürüzler dahil edilerek daha etkin sonuçlara ulaşılabilir. Farklı elektrot sistemlerinin kullanılması, farklı gaz basınçları altında deneylerin yapılması, farklı dielektrik malzemeler kullanılması gibi durumlar için çalışma geliştirilebilir ve kısmi boşalma karakteristiği hakkında daha fazla bilgi toplanabilir.
Mıknatıslı anahtarlamalı relüktans makinesinin kontrolü ve performans analizi
Anahtarlamalı Relüktans Makinesi (ARM) asenkron ve senkron makinelere kıyasla daha basit yapılı, daha sağlam ve üretimi daha ucuz bir makinedir. ARM'ler değişken hızlı uygulamalarda yüksek performans sağlar. Rotorunda sargı olmaması nedeniyle ARM'nin verimi aynı güçteki asenkron ve senkron makinelerden daha yüksek olabilmektedir. Sargısız rotorun bir diğer avantajı ise atalet momentinin oldukça düşük olması ve yüksek hız seviyelerine kolayca çıkabilmesidir. ARM'nin yukarıda bahsedilen avantajlarına rağmen analitik modelleme yapılması oldukça zordur. Günümüzde tasarım ve analizi bilgisayar üzerinde koşturulan sonlu elemanlar tabanlı yazılımlar ile yapılmaktadır. Klasik ARM'ler üzerine yapılmış pek çok çalışma mevcut olmakla beraber bunların çoğunluğu ticarileşme fırsatı bulamamıştır. ARM'nin maliyetinin asenkron ve senkron makinelere göre çok düşük olasına rağmen ihtiyaç duyduğu güç elektroniği sürücü devresinin piyasada seri üretiminin bulunmamasının getirdiği maliyet artışı mevcuttur. ARM'ler üzerine yapılan çalışmalar arttıkça yakın gelecekte sözkonusu maliyet artışının önleyecek yöntemler geliştirilebileceği ve böylece ARM'lerin özellikle değişken hız uygulamalarında tercih edilebileceği düşünülmektedir. Bu çalışmanın motivasyon kaynağını ARM'lerde ciddi bir maliyet artışına neden olmadan güç üretiminin arttırılabileceği düşüncesi oluşturmuştur. Güç ve moment artışı klasik ARM'deki stator üzerine yerleştirilen maliyeti ucuz mıknatıslar sayesinde sağlanmıştır. Bu mıknatısların sağladığı diğer avantajlar ise klasik ARM'nin hız cevabını, moment dalgalılığını iyileştirmesi ve faz arızası esnasında devamlı dönüşü sağlayacak yeterli moment üretimine olanak sağlamasıdır. Yapılan çalışma neticesinde ARM'nin yapısında ucuz mıknatıslar yerleştirilerek performansının arttırılabileceği ve aynı zamanda güvenirliğinin daha da iyileştirilebileceği görülmüştür. Bu çalışmada, 1. bölümde tezin literatürdeki yeri ve çalışmanın amacı verilmiş daha sonra 2.Bölümde ARM'ler hakkında teorik bilgi verilmiştir. 3. Bölümde; 6/4 yapıdaki bir ARM ile yine aynı motorda statora Alnico-5 mıknatıs yerleştirilerek elde edilmiş SMARM'nin AutoCAD programı ile yapılmış çizimleri verilmiştir. Tasarlanan bu iki motorun FEMM programı aracılığıyla manyetik analizi yapılmıştır. FEMM programında ilk önce belirli bir akı ve rotor konumunda iken motorda oluşan akım ve moment daha sonra bu değerler ile iki boyutlu akı ve moment tabloları oluşturulmuştur.4. bölümde motor ve asimetrik yarım köprü doğrultucunun matematiksel olarak modelleri Simulink de oluşturulmuş ve FEMM den alınan akı ve moment tabloları kullanılarak kullanılarak oluşturulan model yardımıyla motorların çalışması incelenmiştir. Oluşturulan modelde akım ve hız kontrolleri uygulanmıştır. Daha sonra 5. Bölümde sürekli halde, değişken yük koşullarında ve son olarak arıza durumunda analiz yapılmıştır. Sonuç kısmında ise standart ARM'de mıknatıs kullanılması durumunda motorda olan iyileştirmeler belirtilmiş ve öneri olarak SMARM'nin geleceği üzerinde yorumlarda bulunulmuştur
Yüksek gerilim güç sistemlerinde ark patlamalarının modellenmesi ve analizi
Güç sistemi şebekelerinin en önemli parçalarından birisi anahtarlama tesisleridir. Anahtarlama tesislerinde elektriksel bir arızanın meydana gelmesi, elektrik enerjisi sürekliliğini olumsuz olarak etkilemektedir ve son kullanıcılara elektriğin sağlıklı bir şekilde ulaştırılamamasına neden olmaktadır. Elektrik kesintileri, elektriksel ve mekanik arızalar sebebiyle oluşmaktadır. Güç sistemlerinde elektriksel kesintilere neden olan en yıkıcı arızalardan biri, yüksek gerilim (YG) anahtarlama tesislerinde meydana gelen ark arızasıdır. Ark bir gazın içinde kendi kendini besleyebilen elektriksel bir boşalmadır. Gaz iyonizasyonu sebebiyle oluşur ve iyonizasyon nedeniyle değişik potansiyeldeki elektrotlar arasında ya da elektrot ve toprak arasında iletken bir bağlantı oluşturur. Ark patlaması terimi bir elektriksel tesisat içerisinde arızadan kaynaklanan ark için kullanılmaktadır. Ark patlaması sırasında yoğun ısı ve ışık formunda büyük miktarda kontrol edilemeyen enerji ortaya çıkmaktadır. Ark patlaması, anahtarlama tesislerinde bulunan ekipmanlara zarar vermekte, elektrik kesintilerine yol açmakta ve ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Ayrıca personeller için ciddi yanık tehlikesi (ölüme kadar giden) ve diğer birçok güvenlik tehlikesi oluşturmaktadır. Ark patlaması, iletken üzerinde toz birikimi, korozyon, nem ve hayvanların kasıtsız teması nedeniyle kendiliğinden olabileceği gibi hatalı ekipman montajı, bakım çalışmalarında yapılan ihmaller nedeniyle de meydana gelebilmektedir. Ayrıca, hatalı sistem tasarımı veya iletken malzemelerin bakım-onarım esnasında enerjili kısımla temas etmesiyle de olabilmektedir. Sebep teknik veya çoğu kez şahısların yanlış davranışıdır. Elektriksel tesisat içerisinde oluşan hemen hemen bütün kısa devreler ark patlamasına neden olur ve çok büyük enerjiler ortaya çıkartır. Bu tez çalışmasında, YG şebekeleri anahtarlama tesislerinde ortaya çıkabilecek ark patlaması enerji düzeyi hesaplamaları yapılmıştır. Ark patlaması arızası sırasında ortaya çıkacak ark patlaması enerjisi hesaplamaları yapılırken akım, güç gibi arıza değerleri IEC ve ANSI standartlarına göre bulunmuştur. Ark patlaması analizi için ise NFPA ve IEEE standartları göz önüne alınmıştır. Neplan adlı paket yazılım programı ile oluşturulan örnek şebeke modeli üzerinde farklı arıza parametreleri kullanılarak ark patlaması analizleri gerçekleştirilmiştir. Ark patlaması enerjisini ve riskini azaltmak için kullanılabilecek yöntemler detaylı olarak incelenmiştir. Ark akımı ile ark süresinin ark patlaması enerjisi üzerine etkileri değerlendirilmiştir. Bulunan sonuçlara göre personel güvenliğinin sağlanması amacıyla ark patlaması tehlike etiketleri ve kullanılması gereken kişisel koruyucu donanımlar (KKD) belirlenmiştir. Analizler sonucunda elde edilen veriler karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda kısa devre akımı, ark akımı, ark süresi gibi parametrelerin nasıl yorumlanması gerektiği konusu irdelenmiştir. Böylece ark patlaması enerjisi oluşumunda hangi parametrelerin izlenmesi gerektiği analizler ışığında araştırılmıştır.
Bir yüksek gerilim yeraltı kablosunun farklı işletme koşullarında ısıl ve elektriksel birleşik analizi
Yüksek gerilim kablolarının değişik ortam koşullarına göre davranışlarının ısıl olarak analiz edildiği bu çalışmada, modellenen kablo için izin verilen en yüksek işletme sıcaklığına göre akım taşıma kapasiteleri belirlenmiştir. Değişen ortam koşullarının, yüksek gerilim kablolarının sıcaklık dağılımlarını nasıl etkilediği gözlemlenmiş ve bu değişim ile akım taşıma kapasiteleri arasında da ilişki kurulmuştur. Böylelikle yüksek gerilim kablosunun daha verimli halde işletilebilmesi için gerekli ortam ve döşeme koşulları hakkında öneriler sunulmuştur. Tezin birinci bölümünde konuya genel olarak bir giriş yapılmış ve literatürde bu konuyla ilgili yapılan sayısal ve analitik çalışmalardan detaylı olarak söz edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde kısaca yeraltı kablolarının avantaj ve dezavantajları sıralanmıştır. Yine aynı bölümde, yüksek gerilim yeraltı kablolarının genel yapısından, kabloyu oluşturan katmanlardan ve malzemelerden bahsedilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde yeraltı kablolarının doğru akım ve alternatif akım direncinin hesaplanmasından, kablolarda meydana gelen kayıplardan ve bu kayıpların hesaplamasından, yeraltı güç kablosunun akım taşıma kapasitesini belirleyebilmek için kullanılan yöntemlerden bahsedilmiştir. Tezin dördüncü bölümünde ise kabloların akım taşıma kapasitesini hesaplayabilmek için yapılan ısıl analizin temel yönlerinden söz edilmiştir. Kablolarda ısıl dirençlerin nasıl hesaplandığına değinilip, ısıl iletimin çeşitlerinden ve nasıl gerçekleştiğinden bahsedilmiştir. Tezin sayısal uygulamaları içeren beşinci bölümünde ise sonlu elemanlar yöntemine göre çoklu fiziksel analizler yapabilen Comsol Multiphysics programı kullanılarak ısıl ve elektriksel analizler yapılmıştır. İlk olarak Comsol Multiphysics programının tanıtımı yapılmış, analiz metodolojisinden söz edilmiştir. Daha sonra 89/154 kV'luk 1000 mm2 iletken kesitine sahip yüksek gerilim kablosu tek ve üç adet yan yana dizilmiş olarak ayrı ayrı modellenmiştir ve direkt olarak toprağa gömülme durumu için sıcaklık dağılımları ve akım taşıma kapasiteleri elde edilmiştir. Daha sonra 3 adet yatay düzlemde yan yana yerleştirilmiş kablo modelinin belirtilen döşeme modeline göre ısıl ve elektriksel analizi yapılmıştır. Analizler yapılırken dolgu maddesinin ısıl iletim katsayısının, kablolar arası yatay mesafenin, kabloların döşenme derinliğinin, tuğla dikey boyutunun ve tuğla malzemesinin ısıl iletim katsayısının, yüzey sıcaklığının ve rüzgar hızının değişiminin kabloların sıcaklık dağılımınlarına ve akım taşıma kapasitelerine etkileri gözlenmiştir. Elde edilen akım değerleri ve sıcaklık değişimleri kullanılarak bir ömür denklemi ile kabloların değişen koşullara göre ömür analizleri de yapılmıştır. Ayrıca kablo özelinde paket bir program olan ve IEC 60287 standardını esas alan Cymcap isimli yazılımla da ısıl ve elektriksel analizler yapılmıştır ve sonuçlar Comsol Multiphysics programında elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonuç ve öneriler bölümünde ise yapılan analizler yorumlanmış ve değişen ortam koşullarına göre kabloların işletilmesiyle ilgili önerilere yer verilmiştir.
Sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motor tasarımı
Senkron relüktans ve sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motorlar, motor tasarımcıları için gün geçtikçe artan bir ilgi ile değişik uygulama alanlarında farklı araştırmalara konu olmaktadırlar. Boşluklu ve sargısız rotor yapısı, düşük ağırlık, düşük maliyet ve az bakım gerektirme gibi sebeplerden ötürü senkron relüktans motorlar; asenkron ve sürekli mıknatıslı fırçasız doğru akım motorlarla kıyaslanabilir ve hatta yerine göre onlara tercih edilebilir bir motor haline gelmiştir. Senkron relüktans ve mıknatıs destekli senkron relüktans motorlar; herhangi çok fazlı asenkron veya mıknatıslı motor ile aynı stator yapısına sahiptir. Senkron relüktans motorların en büyük farkı ve asıl performans kriterini oluşturan tasarımsal tarafı, rotorlarıdır. Senkron relüktans motorlarının rotorlarında bir uyarma sargısı yoktur. Rotor içerisindeki manyetik alan, stator akısının geçeceği yolların hava boşlukları ile belirlenmesiyle, rotor malzemesinin stator tarafından uyartılması ile oluşturulur. Bu eksenel hava boşluklarına 'akı bariyerleri' (İng.: flux barrier) adı verilir. Akı bariyerleri rotorda manyetik bir anizotropi oluşturur ve stator akısı rotor üzerinde bir moment indüklenmesini sağlar. Oluşturulan bu manyetik anizotropik yapıda geometrik olarak en düşük manyetik dirence (relüktansa) sahip akı yolu üzerine d-ekseni ve en yüksek relüktansa sahip akı yolu üzerine de q-ekseni tanımlanır. Akı bariyerleri rotor içerisinde d-ekseni üzerindeki relüktansı en aza indirecek ve q-ekseni üzerindeki relüktansı en yüksek yapacak şekilde yerleştirilir. Rotorda indüklenecek momenti ve dolayısı ile de motorun performansını belirleyen en önemli gösterge bu d ve q-eksenleri arasındaki indüktans farkıdır. Literatür incelendiğinde bu ana performans kriteri üzerine sayısız çalışma görülecektir. Sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motorlarda ise q-ekseni üzerinde uyartım yapacak olan stator akısına karşı olacak şekilde mıknatıslar yerleştirilerek q-ekseni indüktansının daha da azaltılması ve performans artışı sağlanması hedeflenir. Dolayısı ile yerleştirilen mıknatıslar, sadece moment arttıracak bir kaynak olmayacak, aynı zamanda q-ekseni üzerinden akan akıyı minimize ederek hem q-ekseni indüktansını düşürecek hem de bu akının d-ekseni akısı üzerindeki etkisini azaltarak (çapraz manyetizasyon) d-ekseni indüktansını bir miktar yükseltecektir. Bu da daha yüksek bir moment indüklenmesi ile sonuçlanacak ve performans artışı sağlayacaktır. Sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans makineleri tasarlanırken hem stator hem de rotor tarafında bir çok tasarım kriteri vardır. Stator tarafında oluk sayısı, diş genişliği, boyunduruk genişliği ve sargı tipi (dağıtık veya konsantrik) gibi parametreler motor karakteristiğine önemli ölçüde etki etmektedir. Rotor kısmında ise çok daha karmaşık bir tasarım süreci düşünülmelidir. Rotor içerisindeki akı bariyeri sayısı, demir bölütlerin (İng.: iron segments) ve akı bariyerlerinin genişliği, mıknatısların konumu ve izolasyon oranları (İng.: insulation ratio) gibi parametreler detaylıca incelenmelidir. Bu çalışmada öncelikle geometrik boyutlar ve çalışma koşullarındaki performans kısıtları belirlenmiş ve bu kısıtlara göre ön tasarım süreci ile tasarıma başlanmıştır. Bu ön tasarım sürecinde öncelikle stator yapısı incelenmiş daha sonra karar verilen stator tasarımı üzerine eniyileme yapılarak ardından rotor yapıları incelenmiştir. Rotor yapısında bariyer sayısının, izolasyon oranının ve mıknatıs yerleşiminin etkileri incelenmiş ve en uygun modeller üzerinde eniyileme çalışmaları yapılarak sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Moment üretme kabiliyeti, moment titreşimi, manyetik alan dağılımları, indüklenen gerilimler ve verimler göz önüne alınarak en iyi model seçilmiş ve prototip bir motor üretilmiştir. Bu aşamalarda sadece iki boyutlu sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile analizler yapılmıştır. Geçici hal (İng.: transient – zamana bağlı) ve sürekli hal (İng.: steady state-frekansa bağlı) manyetik analizler yapabilen bir ticari paket program (ANSYS Maxwell 2D) ile iki boyutlu düzlemde oluşturulan modeller ile sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen prototip; laboratuvar ortamında standartlara uygun testlere tabi tutulmuş ve test sonuçları ile prototip SEY modelinin sonuçları karşılaştırmalı olarak verilerek de analizlerin tutarlılığı ortaya konmuştur.
Rüzgar türbinlerinin şebekeye entegrasyonu ve performanslarının incelenmesi
Yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretiminde kullanılması, fosil yakıt tüketimlerinin artması ve dünya nüfusunun hızla çoğalması nedeniyle günümüzde oldukça yaygınlaşmıştır. Rüzgar gücüne dayalı elektrik sistemleri bu ihtiyacı karşılama yolunda hızla gelişmiş ve büyük önem kazanmaya başlamıştır. Öncelikle rüzgar enerjisinden elektrik üretmenin avantaj ve dezavantajları, rüzgar enerjisinin Türkiye ve Dünyadaki genel durumu hakkında irdelenecek, ardından rüzgar türbinleri ile elektrik üretimi başlığı altında rüzgar enerjisi, rüzgar türbini tasarımları ve parçaları, kullanılan generatör tipleri ve özellikleri, gerilim kararlılığı sağlanması ve rüzgar enerjisinden elektrik üretme tekniği hakkında bilgi verilecektir. Rüzgârdan çok değişken biçimde elektrik enerjisi üretilmesi nedeniyle, büyük güçlerdeki rüzgar çiftliklerinin şebekeye entegrasyonu beraberinde çeşitli elektrik kalite problemleri de getirebilmektedir. Şebekeye bağlı rüzgâr türbinlerinin sayısının artması elektrik sisteminde gerilim kararsızlığı, reaktif güç ve frekans kontrolündeki zorluklar elektrik kalitesi problemlerini beraberinde getirmektedir. Şebekeye bağlı rüzgar sistemlerinin bölgesel ve sistem üzerinde olan bozucu etkileri, büyük rüzgar santrallerinin planlanmasında yaşanabilecek sorunlar hakkında bilgiler üçüncü bölümde verilmiştir. Bahsedilen elektrik kalite problemleri ve bunların ölçümleri incelenmiş, elektrik piyasası şebeke yönetmeliğine göre, şebekeye bağlı rüzgar türbinlerinin için reaktif güç, aktif güç, frekans değişimlerine bağlı toleransları, ayrıca gerilim düşümü, fliker ve harmonik sınırlamaları değerlendirilmiştir. Son bölümde rüzgar türbini sistemlerinde en çok kullanılan SKAG ve ÇBAG bağlı rüzgar türbini sistemleri incelenmiştir. SKAG ve ÇBAG bağlı rüzgâr türbinleri modelleri MATLAB- Simulink programıyla geliştirilerek farklı rüzgâr hızları için simule edilerek rüzgâr çiftliği kurulurken hangi rüzgâr türbin topolojisinin değişken rüzgâr hızlı sisteme daha uygun olduğu incelenmiştir. Geliştirilen benzetim sistemlerinde iki rüzgar türbini modelinin farklı seviyelerdeki rüzgar değişikliklerine verdikleri tepkiler, harcadıkları reaktif güç miktarı, ortak bağlantı noktasındaki gerilim kararlılığına etkilerini gösteren simülasyon yapılmıştır. Bunun yanında iki benzetim sistemi için tek-faz toprak, üç faz ve faz-faz kısa devre arızası durumlarında türbinlerin verdiği tepkiler ölçülerek, hangi generatörün bağlı bulunduğu benzetim sisteminin elektrik kalitesi üzerinde daha olumlu sonuçlar doğurduğu incelenmiştir. Yapılan benzetim çalışmalarının ardından varılan analizler ve sonuçlar, şekiller halinde sunulmuştur.
Akıllı şebekeler kapsamında meskenlerde talep tarafı yönetimi ve enerji verimliliği
Güç sistemlerinde puant talep; nüfus artışı, yeni teknolojiler ve bunların sisteme entegre edilmesi, verimsiz elektrikli cihazların kullanımı, kullanıcı tercihleri ve gereksiz enerji israfları nedeniyle son yıllarda artış göstermiştir. Ayrıca elektrik enerjisine olan talepte bu nedenlerden dolayı dalgalanmalar yaşanmaktadır. Üretilen elektrik enerjisi depolanamadığından dolayı son kullanıcıya elektriğin hemen ulaştırılması gerekmektedir. Bu sebepten ötürü üretimin ve tüketimin her an belirli bir dengede tutulması gerekmektedir. Elektrik enerjisine olan tüketim miktarının ve talebin mevsimlere, bölgelere ve günün belirli saatlerine göre büyük değişiklikler göstermesi dalgalanmaların yaşandığının en büyük göstergesidir. Artan elektrik enerjisi talepleri, şebekenin dengesiz yüklenmesine, düşük yük faktörünün oluşmasına ve şebekede oluşan kayıpların artmasına neden olmaktadır. Enerji çeşitlerinden biri olan elektrik enerjisinin üretimi, iletimi, dağıtımı ve tüketimi sonunda elektrik enerjisinin yanlış kullanımı sonucunda kayıplar oluşmaktadır. Bu kayıpların oluşmasında en büyük paya sahip olan da tüketicilerdir. Bu sebepten ötürü üretimin yönetilmesi yerine meydana gelen bu talep gücünün puant talebi azaltacak yönde yönetilmesi yani kontrol mekanizmasının üretim tarafından tüketim tarafına kaydırılması hem elektrik şirketleri açısından hem de tüketiciler açısından büyük bir önem taşımaktadır. Tüketicilerin teşvik ve/veya talimat üzerine tüketimlerini değiştirebilme yeteneklerine Talep Yönetimi denmekte ve bunun elektrik piyasalarında yer bulmuş haline ise Talep Tarafı Katılımı denmektedir. Puant zaman dilimlerinde yani elektrik tüketiminin en fazla olduğu saat dilimlerinde (17:00-22:00) tüketici taleplerine göre üretim profili oluşturmak yerine tüketici taleplerini azaltmaya yönelik uygulamalar Talep Tarafı Yönetimi kapsamında değerlendirilmektedir. Elektrik enerjisi tüketimlerinin azaltılması veya tüketiciler tarafından elektrik tüketim alışkanlıklarının değiştirilmesi hem elektrik şirketleri açısından hem de tüketiciler açısından çok önemlidir. Tüketiciler, enerji tüketimlerini enerji birim fiyatının daha düşük olduğu zaman dilimlerine ötelemesiyle fatura bedellerini azaltmış olacak; enerji şirketleri ise bu sayede işletim maliyetlerini azaltabilecektir. Yük öteleme, enerji talebinin daha az olduğu zaman dilimlerine kaydırılmasını amaçlayan Talep Tarafı Yönetimi programlarından birisidir. 2016 yılındaki EMO verilerine göre mesken grubu içerisindeki elektrik tüketimi toplam Türkiye elektrik tüketiminin % 22'si kadardır ve tüketimin en çok 17:00-22:00 saatleri arasında olduğu görülmektedir. Bu tez çalışması ile puant zaman dilimlerinden puant olmayan zaman dilimlerine yapılacak olan yük ötelemesi ile hem şebekenin rahatlaması sağlanmış olacak hem de Talep Tarafı Yönetimi programlarından biri olan enerji verimliliği sayesinde meskenlere ait elektrik tüketiminin azaltılması sağlanacaktır. Yüksek lisans tezi kapsamında; kent merkezinde yaşayan dört kişilik bir ailenin aralık ayı boyunca elektrik tüketimleri incelenmiştir. Eş zamanlı verilerin toplanabilmesi için aynı anda 12 tane akıllı priz ve 1 tane akıllı termostat kullanılmıştır. Elektrikli cihazların uzaktan kontrol edilebilmesi ve yüklerin ötelenebilmesi için akıllı prizler tercih edilmiştir. Akıllı prizler sayesinde hem mesken içerisindeki en çok elektrik tüketen cihazların ne kadar elektrik tükettiği belirlenmiş olacak hem de puant zaman dilimlerinde çalışan çamaşır makinesi, bulaşık makinesi gibi yönetilebilir yüklerin uzaktan kontrolü sağlanarak puant olmayan zaman dilimlerine ötelenmesi sağlanacaktır. Akıllı prizler yüklerin ötelenebilmesini sağlaması dışında ayrıca tüketicilere evlerindeki cihazların ne kadar verimli çalışıp çalışmadığı hakkında da farkındalık sağlayacaktır. Aralık ayı boyunca akıllı prizlerle yapılan ölçümler sonucunda en fazla elektrik tüketimine sahip olan yükün %22 payla aydınlatma olduğu gözlemlenmiştir. Örnek evin 3 odasında 20W gücünde 18 adet kapsül halojen lambanın kullanılması sonucunda aydınlatma payı bu denli yüksek çıkmıştır. 18 adet kapsül halojen lambanın aynı ışık renginde ve lümen değerinde 22 adet 3W gücünde LED lamba ile değiştirilmesiyle aydınlatma payı %22'tan %7'ye düşmesi sağlanmıştır. Aralık ayı süresince manuel kontrollü yönetilebilir yüklerin puant zaman dilimlerinden puant olmayan zaman dilimlerine ötelenmesi sağlanmıştır. Analiz sonucunda yönetilebilir yüklerin %33.24'lük kısmı elektrik birim fiyatının daha ucuz olduğu puant olmayan zaman dilimlerine ötelenmiştir. Aydınlatma tarafından yapılan enerji verimliliği ve manuel kontrollü yönetilebilir yüklerin puant olmayan zamanlara ötelenmesi tüketici bütçesinin iyileşmesini sağlamıştır. 1 mesken için yapılan bu çalışmanın bütün meskenlerde yapılabildiği düşünülürse hem şebekelerde meydana gelen puant yüklenmeler azalmış olacak hem de ülke ekonomisine katkısının büyüklüğü fazla olacaktır. Kombi testleri için hem akıllı termostat hem de akıllı priz kullanılmıştır. Akıllı priz sayesinde elektrik tüketimi ölçülürken akıllı termostat sayesinde de uzaktan ısı kontrolü sağlanmıştır. Bu testler sayesinde kombinin en ekonomik hangi şartlarda yakılması gerektiği araştırılmıştır. Özellikle evde yaşayan bireyler 09:00-17:00 evlerinde değillerse kombinin bu süreler içinde kapatılması tüketici bütçesinin iyileşmesini sağlayacağı gözlemlenmiştir. Tüketicilere enerji konusunda farkındalık yaratabilmek adına Excel tabanlı Visual Basic Application kullanılarak grafiksel bir ara yüz oluşturulmuştur. Bu ara yüz sayesinde tüketiciler evlerinde kullandıkları tüm elektrikli cihazları programda markalarını ve modellerini seçerek cihazların ne kadar elektrik tükettiklerini program içerisinde gömülü olan veritabanından görebileceklerdir. Cihaz seçimlerinden sonra cihazların hangi saatler arasında çalıştığı bilgilerini de girerek istedikleri tarihler arasındaki toplam elektrik tüketimini, toplam maliyeti ve elektrik tüketiminin saatlik tüketimini grafiksel olarak görebileceklerdir. Ayrıca Türkiye'de elektrik enerjisinin fiyatlandırılmasında 1 zamanlı tarife ve 3 zamanlı tarife uygulanmaktadır. Bu program sayesinde kullanıcılar bulundukları tarifenin onlar için avantaj sağlayıp sağlamadığını da öğrenebileceklerdir.
Design of permanent magnet synchronous motor for elevator application
This thesis is about low speed high torque permanent magnet synchronous motors (PMSM) which is used in elevator with commercial name of gearless (direct drive) motors. This motor is mounted in the elevator well, there is lack of adequate space for installation of the motor. The motor must lift a cabin with maximum load of 630 kg and speed of one meter per second in 2:1 suspension elevator system. In first chapter, introduction, general information is given about the thesis. Also, target and aims of this thesis is determined in purpose. And literature review present papers which are interesting in the Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) and application of the in elevator industry. In chapter two, more detailed information is given about elevators and types of them. Among various kind of elevators, traction one is the type which is analyzed, then more information is given about this model. Some component of elevator system which is very important such as: driver, cabin, encoder and so on is introduced in section. In chapter three, more technical information is available about PMSM which is the main topic of this thesis. After giving some general definitions about electric machines, component of a PMSM is introduced. In chapter four, an analytical calculation is achieved with regard to the traction elevators system. Speed and the maximum load of cabin (speed = 1 meter per second and maximum load = 630kg) specify the power, torque and speed of PMSM; this technical information help engineers to calculate the main dimension of motor, copper winding sized and etc. In chapter five, an experimental test will be done on the motor which is available in the market. The technical information of this motor is as like as designed motor in chapter four. In chapter six, both designed motors given in chapter four and tested motor in chapter five are modeled in ANSYS Maxwell 2D software which is based on Finite Element Method (FEM). The methodology is validated by means the results of the experimental test and FEM simulations. In chapter seven, experimentally tested motor is redesigned and produced. The redesign aims were to increase the efficiency of motor and made it more compact, also made winding process simpler. After production of redesigned PMSM, it will be tested experimentally and analyzed under finite element method in ANSYS Maxwell 2D. In chapter eight, the results of analytically designed motor, experimentally tested motor and redesigned motor will be compared. Finally, in chapter nine, conclude the result of all activities in the thesis.
Türk müziği enstrümanlarının öznitelik vektörlerinin çıkarılması ve yapay sinir ağları kullanılarak sınıflandırılması
Bu tezin esas amacı, çeşitli Türk Müziği enstrümanlarının tını karakteristiğinin sayısal ortamda analizi ile bu enstrümanların birbirinden ayırt edilmesinin ve sınıflandırılmasının sağlanmasıdır. Zaman zaman insan kulağı için bile bir hayli zor olan bu ayırt etme işleminin yüksek başarımlı olarak gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Yapılacak sınıflandırmanın birkaç açıdan fayda sağlayabileceği düşünülmüştür: - Sınıflandırma işlemi, her bir enstrümanın diğer enstrümanlarla olan ilişkisini belirleme üzerinden yapıldığı için farklı bir enstrümanın ses kaydından da o enstrümanın yapısal özellikleri hakkında çıkarım yapılması sağlanabilir. - Tek enstrümanlı eser kayıtlarının (taksim vb.) makam teorisi açısından sayısal veriler ışığında daha net bir şekilde incelenmesi mümkün kılınabilir. - Ayrıca birden fazla enstrümanlı kayıtlar için de hem hangi enstrümanların kayıtta yer aldığını tespit etmek hem de her enstrümanın çaldığı notaları ayrı ayrı belirleyebilmek adına başlangıç niteliğinde bir çalışma ve esin kaynağı olması ümit edilmiştir. Tezin ilk bölümünde Türk ve Batı Müziğinde kullanılan ses sistemleri hakkında bilgi verilmiş, aradaki notasyon farkları izah edilmeye çalışılmıştır. İkinci bölümünde ise kayıt ortamının özellikleri anlatılmış ve kaydı alınan Türk Müziği enstrümanlarının kısa tarihçesi ile tanıtımı yapılmıştır. Kayıtlar, İstanbul Teknik Üniversitesi Konservatuarı Müzik Teknolojileri Bölümünde bulunan ses kayıt stüdyosunda, her enstrüman için uygun mikrofonlama tekniği belirlendikten sonra alınmıştır. Aynı ortam şartları altında, her enstrüman için kromatik olarak bir oktavlık ses sahasındaki bütün nota değerlerinin ses kaydının alınmasının ardından sınıflandırma yapabilmek amacıyla, temelde iki adımdan oluşan bir metod izlenmiştir. İlk olarak, alınan ses kayıtları belli matematiksel yöntemler kullanılarak enstrümanların akustik özelliklerini yansıtacak nitelikte verilere dönüştürülmüş ve ardından içerisinde öğrenme algoritmaları içeren çeşitli yapay sinir ağları tarafından sınıflandırılması sağlanmıştır. Bu aşamalar için kullanılan matematiksel yöntemler hakkında, tezin üçüncü ve dördüncü bölümlerinde genel bir bilgi verilmiş olup, beşinci ve altıncı bölümlerde ise uygulama sonuçları gösterilmiştir. Öznitelik vektörlerini elde etme yöntemi olarak Kepstrum, Hızlı Fourier Dönüşümü (HFD), Otoregresif Model (AR), zaman domenindeki istatistiksel parametreler (ZDİP) ve Ayrık Dalgacık Dönüşümü (ADD) denenmiş olup, elde edilen veriler Çok Katmanlı İleri Beslemeli Yapay Sinir Ağında giriş vektörü olarak kullanılmıştır. Öznitelik vektörünün tarzına göre YSA'da, geriye yayılım yöntemlerinden (Backpropagation ya da BP) Levenberg-Marquardt (L-M) veya Gradyan İniş (Gİ) yaklaşımları ele alınmıştır. Giriş vektörünün boyutu küçüldüğünde, çalışma hızının artması sebebiyle Levenberg-Marquardt yöntemi tercih edilirken, büyük giriş vektörüne sahip YSA'da ise Gİ yöntemi kullanılmıştır. Daha açık bir deyişle, Kepstrum ve HFD ile elde edilen veriler için Gİ, zaman domeni istatistiksel parametreleri, AR ve ADD modelle elde edilen veriler için hem Gİ hem de L-M yöntemleri kullanılmış elde edilen sonuçların başarı yüzdeleri karşılaştırılmıştır. Genelde, çok katmanlı ileri beslemeli ağ uygulamalarında giriş sayısının iki katından daha fazla gizli tabaka kullanılması önerilmesine rağmen bu tez kapsamında yapılan analizde giriş sayısı oldukça fazla olduğu ve böyle bir programı çalıştırabilmek için bir hayli büyük işlemci kapasitesi gerektireceğinden, ağın gizli katmanında 40'ar adet nöron kullanılmasına karar verilmiştir. Çıkış tabakasında ise biri enstrümanı sınıflandırmaya biri de nota değerlerini tanımaya çalışan iki adet nöron vardır. Çalışma esnasında 6 adet Türk Müziği enstrümanı (Ud, kanun, 3 telli klasik kemençe, bağlama, ney ve tanbur) için rast, zirgüle, neva ve gerdaniye perdeleri olmak üzere 4 ayrı frekans değerinde ses kayıtları alınmış, yukarıda belirtilen yöntemler ayrı ayrı uygulanarak öznitelik vektörleri çıkartılmış, ardından çok katmanlı ileri beslemeli geri yayılımlı yapay sinir ağları kullanılarak bu enstrümanlar sınıflandırılmaya çalışılmıştır. Yapılan analizler göstermiştir ki en başarılı sınıflandırma, HFD ile öznitelik vektörlerinin çıkarılarak bu vektörlerin Gradyan İniş algoritması yardımıyla geri yayılım yapan YSA'na giriş olarak verilmesi sonucu elde edilmiştir. Aynı öğrenme metoduna sahip YSA'na Kepstrum analizinden elde edilen verilerin giriş vektörü olarak uygulanması, nota tahmin işleminde ayrık dalgacık dönüşümünden daha başarılı olurken, enstrüman tespiti konusunda ADD'nin biraz gerisinde kalmıştır. HFD'den sonra ikinci sırada başarılı performansın bu iki yaklaşım ile elde edildiği söylenebilir. Denemesi yapılan beş metoddan biri olan, Otoregresif (AR) model için YSA'da Levenberg Marquardt yöntemi daha iyi sonuç vermiştir. En az başarıma ulaşılan yöntem ise ortalama değer, standart sapma, çarpıklık ve basıklık gibi sinyalin zaman domenindeki istatistiksel paremetrelerini ihtiva eden öznitelik vektörlerinin işlenmesi ile olmuştur. Bu giriş vektörü için YSA'da L-M yöntemini kullanmanın, Gİ'ye göre daha başarılı olduğu gözlenmiştir. Ve son olarak, elde edilen bu bilgiler ışığında oluşturulan karşılaştırma çizelgeleri, tezin sonuç bölümünde verilmiştir.
IE2 verim sınıfından IE4 verim sınıfına geçişte asenkron motor tasarımı
Nüfusun hızla artması ve hızlı sanayileşme, beraberinde artan enerji tüketimini de getirmektedir. Gün geçtikçe enerji ihtiyacını karşılayabilmek için yeni enerji üretim tesisleri kurulmaya çalışılmaktadır. Ancak unutulmamalıdır ki bu tesisler enerji üretebilmek için petrol, doğalgaz, kömür gibi yakıtlara ihtiyaç duymaktadır. Bu ham maddelerin kullanılması sonucu doğaya salınan karbon miktarı her geçen gün biraz daha artmaktadır ve bu da küresel ısınmayı tetiklemektedir. Bu şartlar altında mevcut kurulu gücün en iyi şekilde kullanılması ve kullanılan enerjinin verim değerinin yükseltilmesi gerekmektedir. Hem ev tipi hem de endüstriyel uygulamalar düşünüldüğünde elektrik enerjisinin büyük bir kısmı elektrik motorları tarafından tüketilmektedir. Bu sebeple mevcut enerjiyi daha verimli kullanabilmek için elektrik motorlarındaki tasarrufa yönelmek doğru bir yaklaşım olacaktır. Elektrik enerjisi ile çalışan hemen hemen tüm ürünlerde enerji tüketim sınıfları tanımlanmıştır. Endüstriyel motorlar için de International Electrotechnical Commission (IEC) , National Electrical Manufacturers Association (NEMA) gibi kuruluşların belirlemiş olduğu verim sınıfları vardır. IEC 60034-30-1 standardı; döner elektrik makinaları için IE1, IE2, IE3 ve IE4 olmak üzere motorların verim seviyelerini sınıflandırmıştır. Avrupa Birliği ve Türkiye yayınladığı yönetmeliklerle 1 Ocak 2017 yılı itibari ile 0,75 kW ve üzeri motorlar için IE3 verimlilik sınıfını zorunlu hale getirmiştir. Devreye giren yönetmelikler ve enerjiyi verimli kullanma bilincinin artması sonucunda, motor verimlerinin IE3 ve üzeri verim sınıflarına çıkarılması günümüzde motor üreticilerinin üzerinde durdukları konulardan biridir. Bu kapsamda bu tez çalışması boyunca IE2 verim sınıfına sahip bir motorun verim değerinin çeşitli yöntemler kullanılarak IE4' e çıkarılması amaçlanmaktadır. Motor verimliliğini arttırabilmek için motorda oluşan kayıpların azaltılması gerekmektedir. Yapılan literatür taraması kayıpları azaltmak için çeşitli yöntemlerin olduğunu göstermektedir. Genel olarak iki çeşit yaklaşım mevcuttur. Bunlardan birincisi mevcut ürün üzerinde kullanılan malzemelerin iyileştirilmesidir. Diğer yaklaşım ise stator ve rotorun yeniden tasarlanmasıdır. Tez çalışması iki aşamada yürütülmüştür. İlk olarak referans motor seçilmiştir. Modelleme için kullanılacak olan tasarım programlarına (SPEED ve ANSYS Maxwell 2D) motor parametreleri tanıtılmıştır. Analizler için hem analitik hem de sayısal (Sonlu Elemanlar Yöntemi) yöntemler kullanılmıştır. Referans motorun; analitik ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) sonuçları motorun standartlara uygun laboratuvar ortamında gerçekleştirilen test değerleri ile karşılaştırılmış ve sonuçların tutarlı olduğu gösterilmiştir. Bu sayede, mevcut motor üzerinden yapılacak olan iyileştirme çalışmaları esnasında numune üretilmeden testlerde elde edilecek sonuca yakın bir değer önceden tahmin edilebilecek olup gereksiz numunelerin üretilmesine engel olunacaktır. Yapılan çalışmada öncelikle mevcut stator ve rotor laminasyonu üzerinde malzeme ve sargı tabanlı iyileştirmeler yapılmıştır. Daha sonra yeni bir stator ve rotor yaklaşımı ile farklı modeller tasarlanmıştır. Yapılan farklı tasarımlar kayıpların birçok şekilde azaltılabileceğini göstermiştir. Üretim teknolojileri kısıtlarından dolayı bazı tasarımların numuneler üretilememiş, sonuçlar sadece analitik olarak verilmiştir. Referans motorun veriminin iyileştirilmesi çalışmalarında tasarım 1 motorda referans motora göre stator bakır oranı arttırılmış ve sargı direncinin düşürülmesi hedeflenmiştir. Tasarım 2 motorda ise tasarım 1 motora ilave olarak laminasyonları oluşturan sac malzemesi M700'den M270'e çevrilecektir. Bu değişiklikler sonucunda da tasarım 1'de elde edilen iyileştirmelere ek olarak motorda meydana gelen demir kayıpları azalacaktır. Tasarım 2 motorun rulmanları sürtünme kayıpları iyileştirilmiş rulmanlardan kullanılacak ve motorun sürtünme kayıpları da azaltılacaktır. Tasarım 3 motorda ise tasarım 2 motora ilave olarak motorun stator ve rotor paket boyu bir miktar uzatılacaktır. Bu değişiklikler sayesinde tasarım 3 motorda tasarım 2 motora ilave manyetik akı yoğunluğunun paket boyu artmasından dolayı azalmasına istinaden demir ve stator kayıplarının azalması sağlanacak verim daha da artacaktır. Tasarım 4 motorda ise tasarım 3 motora ilave olarak paket boyları bir miktar daha arttırılacaktır. Demir ve stator kayıpları manyetik akı yoğunluğunun azalmasına bağlı olarak azalacaktır. Tasarım 5 motorda yeni bir stator ve rotor laminasyon tasarımı yapılacaktır. Yeni laminasyon için kullanılacak sac tipi M700 olacaktır. Paket boyu referans motora göre bir miktar azalacaktır. Bununla birlikte statorda kullanılan bakır miktarı arttırılacak ancak stator olukları bu tasarım için tam olarak doldurulmayacaktır. Rulman olarak referans motordan farklı olarak kayıpları iyileştirilmiş rulman kullanılacaktır. Tasarım 6 motorda tasarım 5 motor üzerinden iyileştirme çalışmalarına devam edilmiştir ve tasarım 5 motorun stator doluluk oranı arttırılmış paket boyu tasarım 5 motora göre bir miktar arttırılmıştır ve motorun stator sargı kayıpları azaltılmıştır. Tasarım 7 motorda rotor kaçak akımlarını azaltabilmek için tasarım 6'daki motorun ısıl şoklaması yapılmıştır ve ek kayıpların azalması sağlanmıştır. Tasarım 8, tasarım 9 ve tasarım 10 motorlarda ise sırası ile tasarım 1, tasarım 4 ve tasarım 6 motorların rotor çubuklarının bakır çubuklar ile değiştirilmesi durumu analiz edilmiştir. Bunun sonucunda da motorların rotor bakır kayıpları ciddi oranda azalmış, motor devir sayıları yükselmiş ve verim değeri en üst düzeye çıkarılmıştır. Çalışmanın son kısmında yapılan çalışmalar özetlenmiş farklı tasarımlar için iyileşen verim değerleri ve verim sınıfları tablosu paylaşılmıştır. Farklı yöntemler farklı iyileşmeler meydana getirmektedir. Bakır kayıplarının ve demir kayıplarının azaltılmasının motorun verimini daha çok etkilediği açıkça görülmektedir. Paket boyu artışı, verimli sac kullanımı, verimli rulman kullanımı ve stator sargısı bakır miktarının arttırılması motor verimliliğini arttırmaktadır. Buna paralel olarak bakır rotor çubukları ve uç halkaları uygulaması ise verim değerini ciddi oranda yükseltmektedir.
Transformatörlerde kalkanlı sargı uygulaması ve yansıyan gerilimlerin incelenmesi
Şebekede üretimi en uzun süren ve en maliyetli ekipmanlardan birisi transformatördür. Transformatörün kapasitesi (gücü) ve gerilimi arttıkça; üretim süresi, maliyeti ve boyutları büyümektedir. Bu sebeple; transformatörlerin uzun ömürlü olması ve korunması, şebeke sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Güç transformatörlerinin işletmede sıklıkla karşılaştığı arızalardan birisi de aşırı gerilimlerden dolayı arızalanan sargılardır. Bu aşırı gerilimlerin transformatörde oluşmasının en sık nedeni; transformatör ekipmanlarına ya da yüksek iletim hatlarına düşen yıldırım darbeleridir. Oluşacak yıldırım darbelerin sargıda daha iyi dağılmasını sağlamak için, sargı kapasitelerinin uygun şekilde dağıtılması gerekmektedir. Bunu sağlamak için gerilim seviyelerine göre farklı sargı tipleri kullanılmaktadır. Fakat genel olarak; gerilim arttıkça işçilik artmaktadır. Bu tezde önerilen sargı tipi olan kalkanlı sargı ve bu sargının getirdiği avantajlar incelenmiştir. Önerilen sargı tipine ait hesaplamalar aktarılmıştır. Darbelerin etkileri sadece darbenin düştüğü sargıda değil, manyetik olarak birbirine bağlı olan devrede, diğer sargıda da gözlemlenmektedir. Bu gerilim etkilerine transfer edilen (yansıyan) gerilimler denmektedir. Tezde yansıyan darbelerin etkileri de incelenmiştir ve bağlı olduğu değişkenlere göre etkisi gözlemlenmiştir. Önerilen kalkanlı sargı çözümünün yansıyan gerilimlere etkisi de ayrıca irdelenmiştir. Son olarak tezde önerilen kalkanlı sargıya ait deneysel çalışmalar yapılmış, yansıyan darbe geriliminin, en etkili parametre göz önünde bulundurularak düşürülmesi sağlanmıştır. Türkiye'de artan güç transformatörü imal eden firma sayısı ile birlikte tez konusu daha çok önem kazanacak ve bu alanda geliştirilecek yenilikler ile transformatörlerin kalitesi ve şebeke ömrü arttırılacak, maliyetleri de azaltılacaktır.
60 oluklu asenkron motorlarda uzay harmoniklerinin etkilerinin azaltılması ve işletme başarımının artırılması
Son yıllarda enerji verimliliğin ön plana çıkması ve teknolojik gelişmeler neticesinde motor uygulamalarındaki çeşitliğin artması asenkron motorların performansını artırmaya yönelik çalışmaları beraberinde getirmiştir. Asenkron motorların elektriksel ve mekanik performansını artırmaya yönelik hem sürüş hem de tasarım tarafında pek çok iyileştirme çalışması yürütülmekledir. Elektronik teknolojisindeki gelişmelerle birlikte asenkron motorlar saf sinüs dalga şekliyle sürüşe imkân verip zaman harmoniklerinin genliklerini düşük seviyelere indirgemek mümkündür. Asenkron makinalarda zaman harmoniklerinin yanı sıra hava aralığı amper sarım dağılımı saf sinüs biçimli olmadığından dolayı uzay harmonikleri etkisini göstermektedir. Uzay harmonikleri direkt olarak hava aralığı ampersarım (MMF) dağılımı ile ilişkilidir. Ampersarım dağılımı makine uzayı boyunca stator oluk konumu ve ilgili oluk içerisinden akan akımın bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar. Makine uzayı içerisindeki ampersarım dağılımını değiştirmek için yapısal değişiklikler gereklidir. Bu tez çalışmasında stator oluk konumlarının değiştirerek hava aralığı ampersarım dağılımı içerisindeki harmonikleri yok etmek amaçlanmıştır. Tez kapsamında Arçelik A.Ş. tarafından üretilen 90kW 2 kutuplu 48 oluklu IE2 verim sınıfı asenkron motor referans motor olarak incelenmiştir. Referans motorun analitik ve sonlu elemanlar analizi yapıldıktan sonra test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Tasarım çıktıları ile motor test sonuçlarının örtüştüğü ispatlanmıştır. Tasarımı ve performansı doğrulanmış olan 48 oluklu motorun rotor geometrisi sabit tutularak stator ve rotor akı yoğunlukları sabit kalmak kaydı ile q/2=5 60 oluklu 2 kutuplu klasik sargılı asenkron motor tasarımı yapılmıştır. 60 oluklu klasik sargılı referans motorun tasarımı sonlu elemanlar analizinde doğrulandıktan sonra referans motor parametrelerine göre 60oluklu 2 kutuplu uzay harmonikleri azaltılmış motorun tasarımı yapılmıştır. Harmonikleri azaltılmış makinenin tasarımı daha önce q/2=5 için ortaya konulan oluk konumları ve ampersarım dağılımı referans alınarak yapılmıştır. Kullanılan tasarım yönteminde belirtilen oluk konumları ve amper sarım dağılımına göre q/2=5 için 29.harmoniğe kadar bütün harmoniklerin etkilerinin sıfırlandığı bilinmektedir. Yapılan analizlerin sonuçları ve eşdeğer devre parametleri her üç makina için karşılaştırmalı olarak verilmiş olup analiz çıktılarına göre harmonikleri azaltılmış makinede elde edilen sonuçlar tatmin edicidir. Harmonik etkilerinin azaltılmasın neticesinde hava aralığında sinüse daha yakın bir MMF dağılımı elde edilmekle beraber rotor akımları iyileştirilmiştir. Rotor akımlarının azalması neticesiyle rotor iletken kayıplarında ciddi oranda iyileşme görülmüştür. Yok edilen harmoniklerin bozucu momentlerinin iyileştirilmesi sonucu yol alma karakteristiğinde iyileşme gözlemlenmiştir. Yapılan yeni sargı tasarımıyla beraber bobin adımları kısalmış olmakla beraber daha az bakır kullanımı neticeyle bakır kayıpları azalmış olup motor veriminde artış görülmüştür. Kullanılan bakır miktarının azalmasından dolayı motor maliyetinde iyileşme ve aynı zamanda verim artışı sayesinde anlık güç tüketimindeki azalma sayesinde ülke ekonomisine katkıda bulunulmuştur.
Elektrikle tahrik edilen gemi modelinin geliştirilmesi
Enerji tasarrufunun ve çevreye olan duyarlılığının öneminin giderek daha fazla anlaşıldığı günümüzde, hava kirliliğinin azalmasına, yakıt tüketiminin azalmasına ve ithal edilen yakıtların bağımlılığın azalmasına katkıda bulunan elektrikli taşıtlar, konvansiyonel içten yanmalı motorlu taşıtlara bir alternatif olma yönünde olumlu şekilde ilerlemektedirler. 90'lı yılların sonundan bu yana elektrikli taşıtlar piyasada artarak ve gelişerek yer almıştır. Yalnızca batarya veya yakıt pillerinden beslenen elektrikli taşıtlarının maliyetlerinin yüksek olması, uzun şarj süreleri ve kısa menzilleri, ayrıca yakıt pillerinin verim problemleri, hidrojenin depolanmasının zorluğu gibi sebepler yüzünden üretimde karma taşıtlar tercih edilmektedir. Bu çalışmada yapılmakta olan katamaran tipi karma bir elektrikli geminin bilgisayar ortamında modelinin oluşturulması hedeflenmiştir. Bu modelin kapsamı batarya modeli, elektrik motoru modeli ve gemi modelinden oluşmaktadır. Bu çalışma sırasında en uygun elektrik motoru tipi belirlenmesi ve seçimi, batarya seçimi gibi konularda destek sağlanmış ve bunun için araştırmalar yapılmıştır. İlerleyen aşamalarda fırçasız doğru akım motoru ve kurşun asit batarya tipi belirmiş olduğu için modelleme de bu seçimler üzerinden ilerlemiştir. İkinci bölümde, karma elektrikli taşıtlar hakkında genel bilgiler verilmiş ve avantajları üzerinde durulmuştur. Ayrıca karma elektrikli taşıt konfigürasyonları ve özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde gemi modeli hakkında genel bilgiler sunulmuştur. Geminin yük direnci oluşturulurken bu bölümdeki bilgilerden yararlanılmıştır. Gemi sevkinde tüm kuvvetlerin bulunması gemi modelini oluşturmasını sağlar. Gemi modelinin oluşturulması genel olarak iki başlıktan oluşmaktadır. Pervane, motordan gelen gücün geminde yarattığı itme kuvvetinin elde edilmesinde ve gemi dinamiği, bu itme kuvvetinin gemide yarattığı hızın bulunmasında kullanılır. Dördüncü bölümde, elektrik tahrikindeki alt bölümler incelenmiştir. İlk olarak batarya sistemleri tanıtılmış, batarya karakteristiği ve eşdeğer devreleri hakkında bilgiler verilmiştir. Güç elektroniği kısmında motor kontrolü için yapılan sürme devreleri ve çalışma mantığı anlatılmıştır. Son olarak da elektrik motoru hakkında bilgiler sunulmuş, matematiksel modellemesi yapılmıştır. Beşinci bölümde, Matlab Simulink'de yapılan model detaylarıyla anlatılmıştır. Batarya modeli, elektrik motoru modeli ve gemi modelinden oluşan bir sistem halinde sunulmuştur. Bu sistem parçalarının oluşturulurken izlenen yol ve model oluşturulurken yapılan matematiksel hesaplamalar verilmiştir. Altıncı bölümde, modelin simülasyon sonuçları ve grafikleri bulunmaktadır. Bu grafikler üzerinden inceleme ve çıkarımlar yapılmıştır. Yapılmakta olan gemi için optimizasyon hesaplamaları, kontrol yöntemlerinin geliştirmesini sağlanmıştır. Yedinci bölümde ise elde edilen sonuçlar yorumlanmış ve geleceğe dair çıkarımlar yapılmaya çalışılmıştır.
İletim şebekelerinde geçici hal kararlılık analizi
Bu tez çalışmasının temel amacı arıza öncesi kararlı çalışma koşullarına sahip örnek iletim sisteminin dışarıdan etki edilebilecek geçici müdahaleler sonunda (arıza etkisi altında) geçici hal davranışının incelenmesidir. Bu tez çalışmasında MATLAB Matpower (Matlab M-file) ve PowerWorld yazılımı kullanılmıştır. Analiz öncesi her iki programda incelenen IEEE-9 baralı güç sisteminin parametreleri aynı olacak şekilde değiştirilmiştir ve böylece aynı güç sisteminin farklı yazılımlarda kullanılması sağlanmıştır. Statik parametrelerin Matpower ve PowerWorld programında belirlendikten sonra, PowerWorld programında geçici hal kararlılık analizinin incelenmesi için kontrol sistemlerin (senkron generatör, uyarma ve governor) dinamik sistem parametreleri, modelleri ve değişkenleri tanımlanmış ve verilmiştir. İncelenen güç sisteminin potansiyel çalışma koşullarında arıza öncesi yük akışı analizi Matpower programı ile gerçekleştirilmiş ve elde edilen analiz sonuçları aktif ve reaktif güç sistemi kayıpları ile verilmiştir. Dinamik analiz yöntemi ile güç sisteminde müdahale edilmiş çalışma durumlarının elde edilmesi için farklı örnek arızalar oluşturulmuştur. Bunun için öncelikle Matpower ile incelenen potansiyel çalışma durumları (senkron generatörlerin güç sistemine ilettiği toplam mekanik gücün değiştirilmesi) geçici hal kararlılık incelemesi için PowerWorld programında oluşturulmuş ve sonrasında sistemin geçici hal kararlılık analizi sonuçları yük akışı sonuçları ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarında 75 MW'lık senkron generatörün güç sisteminden devre dışı bırakıldığında 85 MW güçteki senkron generatörün devre dışı bırakılmasından daha fazla iletim kayıpları elde edildiğinin ve arızanın güç sistemine etkisinin - rotor açısı ve hız dalgalanmasının daha fazlı olduğu gözlenmiştir. Daha sonrasında örnek güç sistemi arızaları ile dinamik geçici hal kararlılık analizi gerçekleştirilerek güç sisteminde elde edilen maksimum arıza yeri ve maksimum arıza durumların güç sistemine etkisi değerlendirilmiştir. Ek analizler ayrıca tez sonunda verilmiştir. Analizi yapılan müdahaleler güç sistemindeki senkron generatörlerde geniş rotor ve açı salınımlarına sebep olduğu için örnek olarak seçilmiş ve incelenmiştir. Bunun için iki temel arıza çeşidi olan senkron generatörlerin ve statik yüklerin açıp/kapatılması ve kısa devre (3-fazlı dengeli ve faz A-toprak arası tek fazlı) oluşturulması geçici hal kararlılık analizi olarak seçilmiştir. Farklı arıza koşullarında güç sisteminin geçici hal kararlılık incelemesi yapıldıktan sonra elde edilen analizler karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçlarında senkron generatörlerin rotor açısının değişimi mekanik ve elektrik yük dengesinin arttıracak arızanın oluşması ile arttığı ve senkron generatörlerin gerilim değişimi de üç-fazlı kısa devrenin oluşması ile arttığı gözlenmiştir. Ayrıca elde edilen analiz sonuçlarında örnek olarak governor kontrol sistemi ile sistem frekansının iyileştirilmesi sağlanmıştır. Yapılan analizlerde güç sistemin farklı çalışma koşullarında analiz edilen süre içerisinde kararlı çalışma koşullarına yaklaştığı gözlenmiştir.
A study on load shedding including islanded power system
Considering daily increase and changes in the electrical industry, major developments can be observed that are called as revamping the structure of electricity industry. In general, power system is exposed to fault and because of fault, black out may occur in whole area or country, entailing irreparable and dangerous impacts. To prevent this, this thesis proposes a plan ensuring improvement and continuity in giving electricity to urgent customers when the power system equipment exits the network. In power systems, frequency and voltage are two important factors for the stability; the frequency control is related to active power and voltage control which depend on the reactive power of the network. Any factor or fault driving out the frequency and voltage from their allowable range can cause instability in the power system. We know that under normal conditions, generated active power is equal to loads᾽ active power (Pg=PL), it means that system is operating in a stable state. In this thesis, two possible modes that can occur for frequency in the power system are considered. Mode 1) If generated active power is less than loads᾽ active power (PgPL), then considering the swing equation, the frequency starts to increase and if this increase is more than the allowable frequency, power system will go into unstable state. To prevent this, when governors cannot supply the frequency to allowable range, over frequency relays by proposed algorithm are embedded to drive out the generators with priority from the power system till frequency reaches to its allowable limit. It should be noted that, when generators are driven out from the power system, the generators᾽ economic aspects like reconnection costs must be taken into account. Also, in this thesis the islanding mode is considered. In this mode, the power system is divided into two or more parts, meaning that we might have frequency increase in a part or may have frequency decrease in other part of the power system. Accordingly to control frequency in this mode, a combination of the above states could be used. With performance of frequency control relays, voltage magnitude of bus bars may be improved somehow; but bus bars voltage control in power systems is tasked with the AVRs. Since they operate slowly, SVC systems are used to control voltage .With the concepts that, if voltage is higher than the allowable range in bus bars, the inductive mode of SVC systems is used and if voltage in bus bars is lower than the allowable range, the capacitive mode of SVC systems is used. In the present thesis, a frequency control algorithm in presence of SVC systems has been used to control the frequency of the system while maintaining the bus bars voltage in standard ranges to ensure incurring the least damage possible to power system equipment and customers. The main purpose is to continuous supply of power for urgent customers when a fault in power system equipment occurs. The software used in the proposed design and method is DIgSILENT Power Factory 15.1. This method is able to improve the reliability of power system in cases where the equipment exits the network. As mentioned above and considering the importance of voltage and frequency control in the power system, the contents of this thesis is organized as follows: In the first chapter, load shedding is introduced and the importance of using it in the network to improve the control of the power system is explained. The second chapter contains literature review. This chapter addresses articles pertaining to design and improve the frequency and voltage control algorithm in the power system. The third chapter describes the methodology used in this thesis, referring to the relationships and algorithms used in the UFLS, as well as a brief explanation of the SVC systems to control and improve the voltage. The specifications and network parameters used to perform the simulation are presented in Chapter 4. The results of frequency and voltage control in the under-frequency / under voltage mode are discussed in the fifth chapter. In this chapter, the frequency and voltage statuses of the system are described before and after the load shedding and SVC systems. The sixth chapter refers to the results of frequency and voltage control in over-frequency /over voltage mode. In this chapter, the frequency and voltage of the system are discussed before and after the application of over-frequency relays and SVC systems. The seventh chapter addresses the islanding mode. In this chapter, a brief explanation of the islanding mode is presented, and the results of frequency and voltage control are discussed before and after applying frequency control relays and SVC systems.
Kerkük, Irak için foto-voltaik sistemlerin modellenmesi ve performans analizi
Currently the basic energy demand around the world is satisfied by the fossil fuels, and almost all power plant around the world are relying this source of energy for producing electrical power. The frustrating point of the issue however is the limited amount of this energy source, making the search for finding new energy supply an urgent requirement. A solution to this problem is the use of solar photovoltaic system which has the advantage of providing clean and environmental friendly energy. Recently there has been a rising trend universally toward further research and practical application of solar systems. The main aim of the present dissertation was designing of a solar photovoltaic stand- alone and grid-connected system, customized for potential execution in Kirkuk (Iraq). Consistent with the study objective, the PV market study and component selection methodology together with site analysis to find the most appropriate location of deployment and PVsyst based simulation of solar system for achieving optimized configuration as well as levelized Cost of Energy (LCOE) calculations were conducted
Loop type DC micro-grid protection
The aim of this thesis is to propose a protection scheme for low voltage loop type DC micro grids. This type of micro grids is a perfect solution for the problem of power distribution in the rural areas and far areas where the utility transmission lines is difficult and very expensive to be extended there. The increasing needs to electricity and the need to sustainable sources, is the basic motive to many new innovative solutions. One of these methods is using the renewable energy sources in distribution level and construct a micro grids to provide customers with electricity. In the second chapter in this thesis we get through the definition for micro grids, the structure of micro grids in both their type AC and DC, their different components are defined. A comparison is held between AC micro grid and DC micro grid in many different aspects to identify which micro grid type is more feasible. Both operation modes (on and off grid) and different operation strategies which includes economic, environment friendly and technical aspects are all explained. In the third chapter micro grid protection issues is defined for micro grids. Method to calculate the current contributions in both micro grid modes is presented. AC micro grid protection using overcurrent technique and providing time-current tripping curve is detailed. In addition, the disadvantages of this method of protection is pointed. Secure communication using Ethernet – based system is the proposed communication technique for AC micro grid feeder protection. After that, line current differential protection (LCDP) system and its communication system is explained and protection method used for feeder protection of AC micro grid is explained too. The next section contains detailed explanation of the DC micro grid requirements for protection system and possible faults type in DC systems, in addition, the components of protection system is mentioned. In chapter four a method for the protection of low voltage loop DC type micro grid is proposed with its flow chart. A percentage directional line current protection scheme is used and a reliable and high speed digital communication channel is proposed.in chapter five a simulation for the DC micro grid is done using matlab /Simulink. The simulation include the normal operation of the micro grid in addition to the faulty condition by creating short circuit on the transmission lines of the DC micro grid. And the simulation for clearing the faults by using percentage directional line current protection technique. Conclusions are drawn in sixth chapter. The main purpose of this thesis is achieved and the proposed protection scheme is worked successfully.
Sürekli mıknatıslı senkron motorda algılayıcısız kontrol yöntemini geliştirmeye katkılar
İnsan hayatının vazgeçilmez bir parçası haline gelen elektrik makineleri en büyük elektrik tüketicisi konumunda olup teorisi, kontrolü, üretimi ve maliyeti konusunda gün geçtikçe ilerlemeler kaydedilmektedir. Elektrik makineleri ana olarak doğru akım, asenkron ve senkron makine olarak üçe ayrılırlar. Asenkron makinelerde stator ve rotor arasındaki etkileşim döner alanın rotorda gerilim endüklemesi sonucu ortaya çıkar. Senkron ve doğru akım makinelerinde ise endüvi alanı ile uyarma alanı arasındaki etkileşim söz konusudur. Senkron makinelerde yuvarlak rotorlu ve çıkık kutuplu makine tiplerinde rotorda bulunan sargılar doğru gerilim ile beslenerek uyarma alanı oluşturulur. Doğru akım makinelerinde ise duran kısımda yerleşik olan uyarma sargıları beslenir, rotora ise fırça-kollektör düzeneği üzerinden ulaşılır. Her iki makine için de uyarma sargıları ve uyarma kayıpları mevcut olup sürtünmeli fırça düzenekleri kullanılmaktadır. Elektrik makinelerinde verimliliğin öneminin artması sonucunda uyarma sargı kayıplarını yok etmek adına mıknatıslı motor teknolojileri ön plana çıkmıştır. Son yıllarda malzeme biliminde yaşanan gelişmeler sonucunda daha kuvvetli ve özel mıknatıslar üretilebilmiş ve daha büyük güçlü mıknatıslı elektrik motorlarının üretilmesinin önü açılmıştır. Uyarma sargısına sahip senkron ve doğru akım makinelerinde mıknatısların kullanılması mümkündür. Bu durum sürütünmeli fırça-kollektör yapısını da ortadan kaldırmaktadır. Mıknatısla uyarılan makinalar mıknatıslı makina, elektronik komütasyona sahip makinalar ise fırçasız makina olarak adlandırılmaktadır. Ancak mıknatıslı yapının kontrol edilmesi için rotorun konumunun bilinmesi gerektiğinden farklı kontrol yöntemlerine ihtiyaç doğmuştur. Sürekli mıknatıslı senkron motor bu gelişen teknolojiye ayak uydurarak ortaya çıkmış bir motordur. Sürekli mıknatıslı senkron motorlar ya da fırçasız doğru akım makinalarının stator yapıları geleneksel üç faz sargı dağılımını barındırırken, rotorlarında mıknatıslar vardır. Endüklenen gerilimin dalga şekli trapezoidal ise fırçasız doğru akım makinası, sinüsoidal ise sürekli mıknatıslı senkron motor olarak adlandırılırlar. Mıknatısları rotorda bulunan motorlarda hava aralığısabit ya da değişken yapılabilir, mıknatıslar farklı şekillerde yerleştirilebilir. Rotor yapısı, mıknatısların konumu ve miktarı motorun karakteristiğini doğrudan etkiler. Elektrik makinalarının verimini artırma, maliyetini düşürme gibi çalışmalar makina genelde tasarlanırken göz önüne parametreler olmakla birlikte, makina tasarlandıktan sonra da dikkate alınması gereken çalışmalardır. Üretim maliyetinin yanı sıra işletim maliyetleri de göz önüne alınmalıdır. Bir makinayı yüksek verimle çalışacağı noktadan uzakta çalıştırmak makinanın verimliliğini düşürür. Dolayısıyla da güç başına maliyet artmış olur ve bu da kullanıcıyı memnun etmez. Verimsiz çalışma işletme maliyetlerini arttırır. Kontrol yöntemleri zaman ve enerji maliyeti tasarrufunda doğrudan etkilidir. Mıknatıslı makinelerin kontrolünde mıknatıs lar ile diğer sargının yarattığı manyetik alanın etkileşimini sağlamak için rotor konumunu bilmek gerekir. Rotor konumu algılayıcılı ya da algılayıcısız olmak üzere iki şekilde belirlenebilir. Algılayıcılı kontrol, motorun içine yerleştirilen algılama elemanlarının verdiği bilgiye dayanarak yapılır. Bu algılayıcılar hall sensörü, optik kodlayıcı ya da optik çözücü olabilir. Algılayıcılardan konum bilgisi, akım bilgisi gibi büyüklükler alınabilmektedir. Rotorun konum bilgisini verebilmesi için bu algılayıcıların makinanın tasarım aşamasındayken yapıya eklenmesi gerekir. Yapıya eklenecek bu elemanlar maliyeti arttırdığı gibi makinanın bakım ihtiyacını arttırır ve bozulmaları durumunda işletme güvenliğini tehlikeye sokar. Ayrıca bu elemanların da ihtiyaç duyduğu besleme geriliminden dolayı makina yapısı daha da karmaşık hale gelmektedir. Algılayıcılı kontrolde çıkıştan alınan bilgi, gerçek bilgidir ve referans girişle karşılaştırılarak bir hata işareti elde edilir. Bir sonraki geri besleme adımında kontrolör, hata işaretini minimum yapacak şekilde çalışır. Kontrolör parametrelerine göre minimum yapma süresi değişkenlik gösterir. Algılayıcılı kontrolün, maliyeti artırması, makina yapısını karmaşık hale getirmesi gibi etmenlerden dolayı makinayı algılayıcı kullanmadan kontrol etme yöntemlerine yoğunlaşılmıştır. Algılayıcısız kontrol skaler ve vektörel kontrol olarak ikiye ayrılabilir. Skaler kontrol, makinadaki akıyı sabit tutacak şekilde giriş gerilimi ile frekansın oranının sabit tutulmasına dayanır. Anma gerilimine kadar gerilim ve frekans belirli bir oran dahilinde artırılır, bu bölgeye sabit moment bölgesi denir. Anma geriliminin üstüne çıkılmaz ancak frekans artırılmaya devam edilebilir ve bu çalışma bölgesine sabit güç bölgesi denir. Bu yöntemle hız kestirimi yapılır ancak motorun geçici hal performansı yüksek değildir. Yüksek performans ihtiyacı vektör kontrolünü ortaya çıkarmıştır. Alan açısının yani rotor konumunun da kestirimi isteniyorsa vektör kontrolü kullanılır. Vektör kontrolü ile makinanın üç faz gerilimleri ve akımları dq eksen takımına indirgenir. Böylece doğru akım makinasında olduğu gibi moment ve hız iki farklı akım bileşeni ile kontrol edilebilir. Sadece genlik değil akım ile akı arasındaki açı da devreye girdiği için moment kontrolü daha etkin olur ve geçici hal davranışı da daha iyi olur. Alanın konumunu, açısını ölçmek zor olduğu için birçok kestirim algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritmaların bazıları açık çevrim, bazıları ise kapalı çevrim çalışmaya uygundur. Açık çevrim kestirim algoritmasına örnek model tabanlı uyarlanabilir kontrol verilebilirken, kapalı çevrim yönteme örnek olarak Kalman filtresi ve Luenberger gözleyicisi verilebilir. Luenberger gözleyicisinin performansı sürekli hal yanıtı olarak Kalman filtresinin gerisindedir. Kalman filtresi 1950'li yıllarda bulunuşundan beri uçak, uzay, makina, elektrik-elektronik alanında sıklıkla kullanılmaktadır. İstatistiksel temele sahip olan bu yöntem geçmişteki değerlerden gelecekteki değeri, ölçülebilen büyüklüklerden ölçülemeyen büyüklükleri kestirmede kullanılabilir. Kalman filtresi, iyi bir geçici hal yanıtı vermesi, bozucu etkileri bastırması gibi avantajlarından dolayı diğer gözleyici tabanlı algoritmaların önünde yer almaktadır. Kalman filtresinin matematiği, kullanılacak olan sistemin durum uzay modeli üzerine kurulur. Filtre, sistemin gürültülerini ve ölçme gürültülerini de hesaba kattığı için gerçekçi sonuçlar verir. Durum uzay modeline eklenen sistem ve ölçme gürültüleri ortalama değeri sıfır olan beyaz gürültüdür. Bu gürültülerin kovaryans matrisleri olan Q ve R matrislerinin değerleri sistemin başarımına etki eder. Q'nun yüksek değerlerde olması sistem gürültülerinin yüksek olduğunu belirtir; bu da model parametrelerinde belirsizliğe yol açar. R değerinin yüksek olması ise ölçüm gürültülerinin yüksek olmasına tekabül eder. Bir çok uygulamada bu matrislerin değerlerinin bulunması deneme-yanılma yoluyla gerçekleşir. Q, R'den baskın olursa filtenin kazancı yüksek, geçici hal yanıtı iyi olur. R, Q'dan baskın olursa ise filtre kazancı düşük olur. Bu değerlerin çok yüksek ya da çok düşük olduğu durumlarda ise filtrede kararsızlık problemleri çıkar, dolayısıyla bu matrislerin bileşenlerinin en iyi şekilde seçilmesi gerekir. Optimizasyon, işlemi eldeki imkanların en iyi şekilde kullanılması olarak da adlandırılabileceği gibi bir problemi minimum ya da maksimum yapmak olarak da adlandırılabilir. Optimizasyon işlemi yapılacak problem matematiksel bir problem ise klasik cebrik yöntemler her zaman işe yaramayabilir. Dolayısıyla yapay zeka algoritmalarından yararlanılır. Genetik algoritma, evrim teorisine dayanan doğadan esinlenilen bir algoritmadır. Bu algoritma ilgilenilen problemin maksimum ya da minimumunu evrim teorisine benzer şekilde oluşturulmuş adımlarını takip ederek bulur. Optimizasyon işlemi elektrik makinasına uygulanırken optimize edilecek uygunluk fonksiyonu seçilir. Bu seçme işlemi gerçek çıkış ile referans giriş arasındaki farkı baz alan hata işareti temellidir. Hata işareti temelli bu uygunluk fonksiyonları minimum yapılarak aslında çıkış işaretinin referans giriş işaretine olabildiğince yakınlaşması sağlanır. Bu çalışmada bir sürekli mıknatıslı senkron motor üzerine Kalman filtresi yapısı uygulanmıştır. Benzetim çalışmalarında ilk önce Kalman filtresinin rastlantısal Q ve R matrisleri ile çalışma performansı incelenmiştir. Farklı hız referans girişlerinde filtrenin başarımları irdelenmiştir. Daha sonra uygulamada deneme-yanılma yoluyla bulunan R ve Q matris değerleri genetik algoritma kullanılarak optimize edilmiştir. Uygunluk fonksiyonu olarak hatanın karesinin integrali (Integral square error) kullanılmıştır. Optimize edilen yeni R ve Q matrisleriyle benzetimler tekrarlanmış ve başarım performansının arttığı görülmüştür. Benzetim çalışmaları sonucunun başarılı olmasıyla uygulamaya geçilmiştir. Uygulamada 69 W, 3000 d/dk, 24 V anma parametrelerine sahip Hall sensörlü sürekli mıknatıslı senkron motor, sayısal işaret işleyici olarak Texas Instruments firmasının C2000 serisinden TMS28027F işlemcisi kullanılmıştır. Motorun sürme işlemi DRV8301 kartı üzerinden gerçekleştirilmiş olup, Kalman filtresi C dilinde Code Composer Studio geliştirme ortamında yazılmıştır. İstenen büyüklüklerin gözlemlenebilmesi amacıyla geliştirme ortamının eklentisi GUI Composer kullanılmıştır. Yazılan kodla sisteme referans hız girişleri verilmiş olup, gerçek hız çıkışı ise Hall sensörleri üzerinden okunarak filtrenin başarımı test edilmiştir. Optimizasyon sonuçları ile elde edilen R ve Q matris bileşenleri, yazılan kodda kullanılarak filtrenin başarımı gerçek sistemde de ortaya konmuştur. Farklı R ve Q matrislerinin sisteme etki noktasında deneysel sonuçların benzetim sonuçlarıyla örtüştüğü, R ve Q matrislerinin optimize edilmesiyle filtre başarımının arttığı görülmüştür.
Mikro şebekelerin toprak arızalarına karşı korunması
İnsan nüfusunun artması, şehirlerin genişlemesi, sanayinin ve teknolojini ilerlemesi ile elektrik enerjisine hiç olmadığı kadar ihtiyaç duyulmaktadır. Ulaşımda kullanılan elektrikli araçlardan, raylı sistemlere, sanayide kullanılan asenkron motorlara; konutlarda kullanılan elektrikli ev aletleri ve aydınlatma sistemlerine, ısıtma ve soğutmada, haberleşme ve finansal aktivitelin hepsinde elektrik enerjisi kullanılmaktadır. Günümüzde elektrik enerjisinin büyük bir kısmı termik ve hidro elektrik santrallerinde üretilmekte, gerekli iletim ve dağıtımın yapılması ile son tüketiciye kadar ulaşmaktadır. Elektrik Mühendisleri Odasının yayınlamış olduğu ekim 2017 Türkiye kurulu gücü istatistikleri incelendiğinde hidroelektrik santrallerinin %25, akarsu-hidrolik santrallerin %9, doğalgaz-lng-lpg santrallerinin %33, linyit-taş kömürü-ithal kömür santrallerinin üretimde %23 oranlarında söz sahibi oldukları görülmektedir. Buradan ülke olarak fosil yakıtlara büyük bir bağlılığımız olduğu çıkarımı yapılmaktadır. Ayrıca 31 Mart 2015 tarihinde ülke genelinde yaşanan elektrik kesintisi ile arıza durumunda gerekli önlemlerin alınamadığı ve şebekenin yeterli şekilde korunmadığı görülmüştür. Üretiminde fosil yakıtlara olan ihtiyacı azaltmak, arıza durumlarında enerji kesintilerini en aza indirmek ve yeni enerji kaynakları ile şebekeyi tanıştırmak amacıyla dağıtılmış üretim birimlerinin şebekeye entegre edilmesi gerekmektedir. Bu sayede enerji üretimi büyük santraller yerine, küçük güçlerde ve tüketiciye daha yakın noktalarda konumlandırılmış olan mikro şebekeler sayesinde yapılacaktır. Mikro şebekeler ile uzun iletim ve dağıtım hatlarında yaşanan kayıplar azalacak, arızalara daha dayanıklı; işletmesi ve bakımı daha kolay bir şebekeye kavuşulacaktır. Bu çalışmada, her geçen gün sayıları artan mikro şebekelerin, yük akışları, topraklanması, arıza durumları ve korunması konularında çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Devlet teşvikleri ile her geçen gün elektrik enerji üretiminde daha fazla pay sahibi olan alçak gerilim rüzgar santralleri, mikro şebekenin kaynağı olarak belirlenmiştir. Şebeke ile birlikte ve izole çalışma koşulları incelenmiş, topraklama sistemleri tek hat şemaları tanıtılmış ve çeşitli arıza durumları elektrik enerji sistemleri simülasyon programları kullanılarak analiz edilmiştir. Sonuç kısmında alçak gerilim mikro şebekelerin topraklama sistemleri ve dirençleri arasındaki farklılıklar vurgulanmış, kısa devre ve gövde kaçağı gibi arıza durumlarına karşı korunması için çeşitli koruma önerilerinde bulunulmuştur.
Güvenilirlik test yöntemlerinin araştırılması ve topraklı prizler için optimum test yönteminin tespiti
Günümüzde prizler, hayatın bir çok alanında elektrik enerjisini doğru yönlendirmek ve yararlanmak amacıyla kullanılan elektrik devre elemanlarıdır. Ülkemizde anma şebeke gerilimi 220 Volt olduğundan, prizler bu gerilimde değerinde çalışırlar ve topraklı, topraksız ve kesintisiz güç kaynaklı (UPS) prizler olmak üzere üçe ayrılırlar. Yapı olarak, topraksız prizlerle karşılaştırıldığında, topraklı prizlerde, insan hayatını tehlikeye sokacak olan kaçak akımların toprağa akıtılmasını sağlayan bağlantı bulunmaktadır. UPS prizler ise, istenmeyen kesintileri ve öngörülen toleransın ötesinde yüksek ve düşük gerilimleri engelleyen priz tipidir. Topraklı prizler, hem yaygınlık hem de kullanım yerleri açısından toplumun büyük bir kesiminin yakından tanıdığı priz tipleridir ve bu çalışmada bu prizlere odaklanılmıştır. Birinci bölümde, topraklı prizlerin iç yapıları ve arıza mekanizmaları incelenmiştir. Topraklı prizlerde oluşan arızalar, yüksek ısı kaynaklı, gerilim kaynaklı ve mekanik kaynaklı şeklinde sınıflandırılmış ve bu sınıflandırmaya uygun arıza mekanizmaları incelenmiştir. Daha sonra uluslararası bir topraklı priz üreticisinin, belirli yıllara ait saha verileri dikkate alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. Saha verilerinde gözlemlenen arızalar, yapılan temel topraklı priz arıza sınıfları ile eşleşdirilmiş ve her bir arıza türüne göre arıza oranları hesaplanmıştır. İkinci bölümde ise hızlandırılmış test yöntemleri incelenmiştir. Buna göre, öncelikle arıza hızlarının sınır değerlerinin belirlenmesini sağlayan ve böylelikle üretim ve ar-ge gibi yüksek giderli yatırımları azaltabilen HALT (Highly Accelerated Life Testing) test yöntemi tanıtılmıştır. Sonrasında, arıza oranlarının ve dolayısıyla güvenilirliğin kestirimini sağlayan ALT (Accelerated Life Testing) ve CALT (Calibrated Accelerated Life Testing) yöntemleri ile ilgili bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde, hızlandırılmış test yöntemleri ve güvenilirlik hesabı için kullanılan parametreler incelenmiştir. Bu parametrelerden, hızlandırma faktörü; sıcaklık, gerilim, ve mekanik (titreşim) arıza sınflamaları kapsamında incelenmiştir. Her bir temel arıza sınflaması için, literatürde bulunan hesaplamalar kullanılarak, hızlandırma faktörünün farklı koşullarda belirlenmesi sağlanmıştır.Güvenilirliğin kestirimi için gerekli olan sınırlar oranı, güven aralığı, güven düzeyi ve doğruluk gibi bazı istatistiksel parametreler, temel örneklerle açıklanmıştır. Dördüncü bölümde ise, üçüncü bölümde anlatılan iki faklı hızlandırılmış test yönteminin güvenilirlik parametreleri, farklı koşullarda hesaplanılarak birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Hesaplamalar sonrasında gelen sonuçlar ile ALT yönteminde kullanılacak ürün sayısı hesaplanmıştır. CALT yönteminde ise literatürde bulunan, daha önceki çalışmalarda belirlenen ürün sayısı kullanılmıştır. Son olarak, her iki test yönteminde, belirlenen ürün sayılarından sonra, test içerinde kullanılacak ürün sayısı ile ilişkili olarak,, birim ve toplam test zamanları ve bunların doğruluk oranları da hesaplanarak birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Parametrelerin tamamlanmasından sonra her iki test yöntemi için, hızlandırma faktörü, arızaya kadar geçen ortalama süre; MTTF, sınırlar oranı ve gözlem süresi değerleri girdi olarak kabul edilmiş, çıktı olarak ise toplam test ürünü sayısı, birim test süresi, toplam test süresi ve bu büyüklüklerin hesabındaki doğruluk parametresi alınmıştır. Bu çıktılar, tüm elektrik ve elektronik cihazların olası arıza oranı aralığı içerisinde, %10, %1 ve %0,1 şeklinde üç örnek değer için, her üç temel arıza profilinde bazı girdi değerleri değiştirilerek karşılaştırılmıştır. Son olarak farklı örnekler kullanılarak, hangi test yönteminin, hangi koşullarda daha verimli olduğu belirlenmiştir. 5. bölümde ise, 1. bölümde yer alan saha verileri kullanılarak, 4. Bölümde optimum aralıkları belirlenmiş test yöntemlerinin, değişik zorlanmalara göre profilleri oluşturulmuş ve topraklı prizler için en verimli sonucu veren bir test yöntem kombinasyonu hazırlanmıştır. Bu sonuç, analitik örneklerle desteklenerek verilmiştir.
Led sürücü ömürlerinin farklı çalışma koşulları altında incelenmesi
Tez çalışmasında dış ortamda kullanılan LED armatürlerin farklı çalışma koşulları (LED çiplerin seri veya paralel bağlantısı, vb.) ve çevresel koşullar (rüzgar hızı, sıcaklık, vb.) altında LED sürücülerin ömür analizleri yapılmıştır. LED armatürler LED, optik lens, soğutucu ve LED sürücü bileşenlerinden oluşmaktadır. Armatür ömrü genel olarak LED ve LED sürücüye bağlıdır. Konvansiyonel ışık kaynakları ile karşılaştırıldığında LED'lerin göze çarpan özelliği uzun ömürleri olsa da LED sürücülerden dolayı bu süre değişebilmektedir. Bu nedenle LED armatürde ömür tayini yapılırken LED'lerin yanında bu sistemin bir parçası olan LED sürücülerin de göz önüne alınması gerekir. Üreticiler tarafından verilen teknik dokümanlarda bulunan ömür değerleri belirli sıcaklık, akım, gerilim, vb. koşullar için verilir. Gerçek uygulamada bu koşullar farklılık gösterdiği için ömür analizleri, çalışma koşulları ve çevresel koşullar göz önüne alınarak daha gerçekçi sonuçlar verecek şekilde yapılmalıdır. Bu tezde önerilen yarıiletken anahtar modeli ve ömür analiz yöntemi, malzeme özelliklerini ve gerçek malzeme boyutlarını kullanan sonlu elemanlar analizine (SEA) dayanmaktadır. Bu tez farklı çalışma koşulları ve çevresel koşullar altında elektriksel, termal ve mekanik performansları inceleyen yenilikçi yaklaşımın LED sürücülerde kullanılması yönünden literatüre katkı sağlayacak bir çalışmadır. Tezde, LED bağlantı şekilleri seri ve paralel olarak dikkate alınarak yüksek ve düşük sürme gerilimleri altında hem LED hem de LED sürücü yarıiletken anahtarının ve kondansatörünün elektriksel ve termal performansı incelenmiştir. Bunun yanında farklı iklim koşullarına sahip farklı yerler için (İstanbul ve Burdur) gerçek ortam sıcaklığı, rüzgâr hızı ve aydınlatma süreleri dikkate alınarak tasarlanan LED sürücü yarıiletken anahtarının elektriksel, termal ve mekanik performansı analiz edilmiş ve bu koşullar altında yarıiletken anahtar ömrü incelenmiştir. Buna ek olarak LED armatürde kullanılan LED bağlantı şekillerinin de elektriksel ve termal açıdan sistemi etkilediği görülmüştür. LED'lerin paralel bağlanması güvenlik ve maliyet açısından avantaj sağlarken seri bağlanması güç kayıplarının azalması ve homojen sıcaklık dağılımı sağlamaktadır. Farklı iklim koşullarına sahip iki farklı yerde LED sürücü ömrü farklı çıkmıştır. Önerilen yaklaşım farklı alanlarda uygulanabilir özelliktedir. Ayrıca tez aşmasında kurulan deney düzeneği, elektronik devreler ve yazılımlar lisans ve lisansüstü düzeydeki çalışmalarda kullanılabilecek özelliktedir. LED sürücü ömürleri üzerine olan bu tez özellikle Türkçe literatüre katkı yapan özgün bir içerik olarak değerlendirilebilir.
Senkron relüktans motor kontrolü
IEC'nin AB ile birlikte çalışarak endüstriyel motorların verimlerinin arttırılması ile ilgili aldığı kararlar doğrultusunda üreticiler yüksek verimli ve düşük maliyetli elektrik motoru arayışına girmişlerdir. Rotor sargılarını ortadan kaldıran sabit mıknatıslı senkron motor, yüksek verimli olmasına karşın rotorunda bulunan değerli mıknatıslar nedeniyle ucuz değildir. Hem yüksek verim hem de düşük maliyetli elektrik motoru arayışı üreticileri relüktans makinelerine yönlendirmiştir. Asenkron motora göre verimi ve moment yoğunluğu yüksek, sabit mıknatıslı senkron motora göre ucuz olan senkron relüktans motor endüstride güçlü bir alternatif olarak yer almaya başlamıştır. Bu tez çalışmasında asenkron motor ve sabit mıknatıslı senkron rotor ile hemen hemen aynı aynı stator yapısına sahip ve bu motor tipleriyle aynı sürücü donanımını kullanan SynRM'nin MATLAB üzerinde matematiksel modeli kurulmuştur. Bu model üzerinde sensörlü vektör kontrol algoritması incelenmiştir. Senkron relüktans motor için sensörsüz hız algılama yöntemleri genel olarak tanıtılmış ve motor akımın eğimi ve motor akımları eğimlerinin farkı ile sensörsüz hız ve konum algılama yöntemleri incelenmiştir.
Kablolarda meydana gelen çapraz karışmanın tempest açısından analizi ve simülasyonu
Günümüzde elektrik, elektronik ve haberleşme teknolojilerindeki gelişmeler elektronik devre tasarımlarındaki boyutların giderek küçülmesine neden olmaktadır ve bu durum elektromanyetik uyumluluk (EMC), elektromanyetik girişim (EMI) ve çapraz karışma açısından sorunlar meydana getirebilmektedir. Ayrıca elektronik devre boyutunda meydana gelebilen bu sorunlar, tesislerdeki güç ve veri kablolarının taşınması esnasında da ortaya çıkabilmektedir. Özellikle tesislerinde elektronik ortamda gizli bilgi işleyen, ileten ve saklayan kurum ya da firmalar (Kamu kurumları, Türk Silahlı Kuvvetleri (TSK) vs.) için bu sorunlar büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle birçok standart ve yönerge çıkarılmıştır ve çıkarılmaya devam etmektedir. Bu tez çalışmasında; Kuzey Atlantik Antlaşması Örgütü'nün (NATO) SDIP-29 yönergesi ve Türk Silahlı Kuvvetleri'nin MY-401 yönergesinde belirtilen, KIRMIZI ve SİYAH olarak tanımlanan güç veya veri kablolarının tüm hat boyunca birbirinden en az 10 cm uzakta olması kuralı analiz edilecektir. İlk olarak, bu analizi yapabilmek için kablolar arasında meydana gelen çapraz karışmanın teorik altyapısı verilecektir. Sonra, TEMPEST kavramının nasıl ortaya çıktığından ve bununla birlikte TEMPEST tesisat kurallarından bahsedilecektir. Daha sonra, kablolarda meydana gelen çapraz karışmanın analizi için kurulan düzenekler ile deneyler yapılacak ve elde edilen ölçüm sonuçları yorumlanacaktır. Ayrıca CST programı ile çapraz karışmanın simülasyonu yapılacak ve elde edilen sonuçlar verilecektir. Son olarak, ölçüm ve simülasyon sonuçları karşılaştırılarak elde edilen sonuçlarının doğruluğu kontrol edilecektir ve tüm bu bulgular TEMPEST açısından yorumlanacaktır. Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik uyumluluk, elektromanyetik girişim, çapraz karışma, TSK, NATO, TEMPEST, SDIP-29, MY-401, KIRMIZI kablo, SİYAH kablo, CST
Yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı üretim tesislerini içeren güç sistemlerinde optimum yedek rezerv miktarının belirlenmesi
Elektrik güç sistemlerinin işletilmesinde elektrik enerji arzının güvenliği için ihtiyaç duyulan yedek rezerv miktarının belirlenmesi, ekonomik ve teknik açıdan çok önemlidir. Son yıllarda güç sistemlerine daha fazla yenilenebilir enerji kaynaklarının dâhil olmasıyla, bu kaynakların çıkış güçlerindeki belirsizlik ve değişkenlik sistemde bir takım riskleri arttırmıştır. Belirsizlik, güneş ışınımı, sıcaklık, rüzgâr hızı gibi meteorolojik parametrelerin tahminindeki hataları; değişkenlik ise rüzgâr enerji sistemi (RES) ve güneş enerji sistemlerinin (GES) çıkışlarının fosil yakıtlı kaynaklar gibi kararlı olmamasını ifade eder. Bu iki problemden dolayı enerji arz ve talebini dengelemede kullanılan yedek rezerv kapasitesini belirlemede yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyulmuştur. Sonuç olarak analizi zaten son derece karmaşık olan güç sistemlerinde rezerv belirleme problemi, yüksek kapasiteli RES ve GES barındıran sistemlerde çok daha karmaşık bir hal almaktadır. Bu çalışmada öncelikle enerji piyasalarından bahsedilmiş, yenilenebilir enerji kaynaklarının rezerv ihtiyacının belirlenmesine etkisi tartışılmış, rezerv hesaplarında kullanılan yöntemler ve yaklaşımlar açıklanmıştır. Daha sonra, yedek rezervin Amerika, Avrupa ve ülkemizdeki farklı tanımlarına yer verilmiştir. Dünyada ve ülkemizde elektrik piyasası gelişimi özetlenerek, Gün Öncesi Piyasası, Gün İçi Piyasası ve Dengeleme Güç Piyasası işleyişleri açıklanmıştır. Çalışmanın uygulama kısmında The Institute of Electrical and Electronics Engineers Güvenirlilik Test Sisteminin (IEEE RTS) 24 baralı güncelleştirilmiş versiyonunda farklı rezerv belirleme metotları kullanılarak optimum rezerv miktarı hesaplamaları yapılmıştır. RES ve GES'ler için mevcut verilerin istatistiki analizi ile mevsimlere göre 24 saatlik senaryolar oluşturulmuştur. IEEE RTS için verilen örnek mevsimsel yük profilleri ile deterministik ve stokastik yöntem çözümleri karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonuçları RES ve GES'lere ait senaryolar ve sistemdeki beklenmedik durumların olasılıklarının dâhil edilebildiği stokastik yöntem kullanmanın önemini göstermiştir. Son olarak toplam işletme maliyetini minimumda tutacak optimum rezerv miktarını dikkate alan rüzgar ve güneş kapasitesi hesaplanmıştır.
Trijenerasyon sistemlerinde tekno-ekonomik analiz
Birleşik soğutma, ısıtma ve güç sistemi olarak anılan trijenerasyon sistemleri elektriğin yanı sıra ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarını aynı anda karşılayabilmektedir. Sadece elektrik üretimi için kullanılan enerji üretim sistemlerine kıyasla bu sistemlerde atık enerji ısıtma ve soğutma enerjisine dönüştürülerek verim arttırılmatadır. Bu sistemlerde yakıt olarak doğalgaz tercih edilmektedir. Ancak biogaz ve çöpgazı kullanılan sistemler her geçen gün artmaktadır. Bu çalışmada trjenerasyon sistemlerinin tekno-ekonomik analizi yapılmıştır. Trijenerasyon sistemlerinin şebeke ile paralel çalışabilme ve şebekeye enerji basabilme özelliklerinden dolayı herhangi bir kısa devre anında kaynak görevi göreceği açıktır. Bu yüzden teknik analiz kısmında sistemin kısa devre katkıları hesaplanmıştır. Hesaplamalarda ETAP programından yararlanılmış olup, hesaplamalar IEC60909 standartlarına dayanmaktadır. Ekonomik analiz bölümünde örnek bir tesisin ilk yatırım ve işletme maliyetleri incelenmiştir. İnceleme sırasında doğalgaz fiyatı, enflasyon, kur ve faiz değişkenlerinin geri dönüş sürelerini etkileyen ana değişkenler olduğu belirlenmiştir. Bu değişkenler arasındaki ilişkiler Eviews programında VAR model kurularak incelenmiştir. Daha sonra bu değişkenlerin ilerleyen dönem değerleri için öngörü yapılıp fizibiliteye yansıtılmıştır. Böylece sabit veriler yerine dinamik veriler kullanılarak gerçeğe yakın geri dönüş süresine ulaşılmıştır.
Yüksek hız uygulamaları için yüksek güç yoğunluklu yeni bir anahtarlamalı relüktans motorunun geliştirilmesi
Yüksek hız kavramı, son yıllarda üretim teknolojisindeki gelişmelerin elektrik makinalarına bir yansıması olarak değerlendirilebilir. Akıllı telefonlardan internete, iletişimden ulaşıma, üretimden tüketime, kısacası hayatımızın en ücra köşesine dahi nüfuz eden yüksek hız gereksinimi çağımızın vazgeçilmezi hükmündedir. Bu tez çalışması, yüksek hız uygulamasına özgü, teknolojinin gelişimine uyum sağlamış yeni bir yüksek güç yoğunluklu anahtarlamalı relüktans makinasının (ARM) ve sürücüsünün geliştirilmesini kapsamaktadır. Elektrik makinalarının tasarımı, başta elektriksel-elektromanyetik olmak üzere, mekanik, termal ve akustik problemleri de bünyesinde barındırmaktadır. Ancak geleneksel elektrik makinası tasarımlarında çoğunlukla elektriksel ve elektromanyetik olarak inceleme yapılmaktadır. Tasarımı yapılan elektrik makinasının mekanik, termal ve akustik bilim dallarındaki limitlere yaklaşmadığı varsayımı yapılmaktadır. Bu yaklaşım konvansiyonel elektrik makinaları için kısmen doğru karşılanabilir. Ancak yüksek hızlı elektrik makinalarının geliştirilmesi esnasında tasarımcı bahsedilen beş bilim dalını beraber irdelemek durumunda kalmaktadır. Bu durum, elektrik makinası tasarımını oldukça zorlaştırmaktadır. Bu tezde tasarımı yapılan yüksek hızlı elektrik makinası beş bilim dalı gözönüne alınarak incelenmiş/analiz edilmiş ve yorumlanmıştır. Yüksek hızın doğal bir sonucu olarak ortaya çıkan yüksek uyartım frekansı, elektrik makinasındaki demir kayıplarını arttırmaktadır. Gerek bu sorunu çözebilmek gerekse yüksek güç yoğunluğu elde edebilmek amacıyla endüstriye yeni kazandırılmış malzeme kaliteleri araştırılmış, yüksek güç yoğunluğu ve minimum demir kaybı sağlayan kobalt-demir alaşımlı laminasyon malzemesi ilk kez bir yüksek hızlı elektrik makinasında bu tez çalışmasında kullanılmış, test edilmiştir. Tez akışı şu şekilde sıralanabilir: Elektrik makinalarında yüksek hız kavramının tanımı; elektrik makinalarında yüksek hızın sağladığı avantaj ve dezavantajlar ve yüksek hız endüstriyel uygulama alanları, bu konuda yapılmış çalışmalar ve bu çalışmaların sınıflandırılması birinci bölümde verilmektedir. İkinci bölümde, yüksek hız uygulama alanlarından biri olan CNC tezgahları için yüksek hızlı anahtarlamalı relüktans motoru geliştirilmiştir. Anahtarlamalı relüktans motorunun uygulama gereksinimleri gözönüne alınarak yapılan tasarım, optimizasyon ve analizler sonuçları yine bu bölümde sunulmaktadır. Üçüncü bölümde, anahtarlamalı relüktans motorunun ve sürücüsünün üretim aşamaları anlatılmıştır. Son olarak, kurulan test düzeneği ve test sonuçları sunulmuş ve tez çalışması süresince elde edilen çıktıların yorumları sonuç bölümünde özetlenmiştir.
Raylı sistemlerde orta gerilim elektrifikasyon sisteminin modellenmesi ve besleme senaryolarının belirlenmesi
Şehirler arası ve kent içi toplu taşımada cer gücü beslemeli raylı sistemlerin kullanımı yüksek verimli, hızlı ve etkin ulaşım olanağı sağlamasından dolayı hızlı bir şekilde artmaktadır. Mevcut ve yapılması planlanan raylı sistem hatlarının enterkonnekte altyapıya olan etkilerinin incelenmesi ve raylı sistem elektrifikasyon koruma sistemlerinin geliştirilmesi gibi elektriksel etüd çalışmalarının yapılabilmesi için simülasyon programlarının önemi her geçen gün artış göstermektedir. Raylı sistemlerde bulunan spesifik elektriksel ekipmanlar ve dinamik yük profilinden dolayı raylı sistem elektrifikasyon modelleme çalışmaları geleneksel elektrik dağıtım sistemi modelleme çalışmalarına göre farklılık arz etmektedir. Bu çalışmada raylı sistemler elektrifikasyon sistemleri hakkında bilgiler verilerek cer gücü beslemeli raylı sistemlerin ETAP programında modellenmesi sırasında izlenen metodoloji anlatılmış ve işletmede olan bir raylı sistem hattının orta gerilim elektrifikasyon sisteminin bilgisayar yazılımı ile modellenmesi yapılarak enerji besleme senaryolarının analizi yapılmıştır. Oluşturulan model ile TEİAŞ 154 /34,5 kV indirici merkezlerinin kaybedilmesi durumunda kalan indirici merkezden/ merkezlerden tüm hattın enerji temini edilmesi gibi riskli senaryolar simule edilerek elektrifikasyon sisteminin uygunluğunun analizi yapılmıştır. Tez çalışması sonucunda tüm raylı sistemlerin simülasyonuna uygulanabilen bir ETAP raylı sistem modeli elde edilmiştir.
Dişlisiz asansör sistemleri için ferrite tabanlı gömülü mıknatıslı senkron makine tasarımı
Elektriğin yaşamımızın vazgeçilmez bir parçası olduğu 21.yy.ın gündelik hayat seyri içinde sıklıkla kullandığımız elektrik enerjisi ile çalışan araçların her birinin arkasında ihtiyaç duydukları tahrik gücünü sağlayan elektrik makineleri vardır. Enerji kaynaklarının tasarruflu kullanımı çalışmaları bağlamında elektrik makinelerinin minimum enerji ile ihtiyaç duyulan gücü üretilebilecek şekilde tasarlanmaları oldukça önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında enerji verimliliği kapsamında günlük hayatta sıklıkla kullandığımız geleneksel asansör sitemlerine alternatif olarak verimleri oldukça yüksek olan Mıknatıslı Senkron Makineler tarafından sürülen dişlisiz asansör sistemleri anlatılmıştır. Mıknatıslı Senkron Makineler tarafından sürülen dişlisiz asansör sistemleri, geleneksel asenkron motor uygulamalarına kıyasla yüksek verim, yüksek moment yoğunluğu, dişli kutusunun ortadan kalkması ile meydana gelen kayıpların azalması ve sistemin hacmimin küçülmesi gibi birçok avantaja sahiptir. Dişlisiz asansör sistemleri mıknatıslı motorlar arasında hem Yüzey Montajlı Senkron Motorlar (YMSM) hem de Gömülü Mıknatıslı Senkron Motorlar (GMSM) ile sürülebilirler. Ancak her iki motor ile sürülen sistemlerin dezavantajları; çıkış momentinin yüksek oranda dalgalılık içermesi ve son yıllarda NdFeB ve SmCo gibi nadir toprak elementi sürekli mıknatısların (rare - earth permanent magnets) hızla artan maliyetleridir. Bu çalışmada dişlisiz asansör uygulamaları için; diğer mıknatıslara oranla maliyeti oldukça düşük olan Ferrite mıknatıs kullanılarak tasarlanan Gömülü Mıknatıslı Senkron Motorlar (GMSM) önerilmiştir. Ayrıca GMSM'in çıkış moment dalgalılığını minimize etmek amacıyla farklı oluk / kutup kombinasyonları ve akı-bariyeri sayıları araştırılmıştır. Belirtilenler ışığında: ilk olarak 630 kg / 8 kişilik taşıma kapasitesine sahip bir dişlisiz asansör sistemi için gerekli parametreler hesaplanmış ve bu parametreler doğrultusunda Ferrite tabanlı GMSM' lerin tasarımı gerçekleştirilmiştir. GMSM sürüşlü asansör sistemlerinin YMSM sürüşlü sistemlere kıyasla daha üstün özelliklere sahip olduklarını göstermek amacı ile GMSM' lerle aynı parametrelere sahip NdFeB tabanlı bir YMSM da tasarlanmıştır. Tasarlanan tüm motorlar analiz edilerek; moment dalgalılığı, akı yoğunluğu, verim ve maliyet açısından karşılaştırılmış ve en uygun motor seçilmiştir. Tasarımlar ve analizler MotorSolve BLDC Tasarım ve Analiz programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Yeni bir kapalı çevrim algoritmalı yüksek verimli kablosuz enerji transferi sistemi tasarımı ve uygulaması
Bu tezde; magnetik rezonanslı kuplaj yöntemi kullanılarak 10 cm hava aralığında çalışabilen kablosuz enerji aktarım sistemi geliştirilmiştir. Şebeke gerilimi doğrultulup filtrelendikten sonra yüksek frekanslı rezonans inverter ile enerji aktarımı sağlanmıştır. Rezonans sayesinde sıfır geçişlerde anahtarlama yapılarak yüksek frekansta oluşan anahtarlama kayıpları azaltılmış böylece inverter verimi arttırılmıştır. Society of Automative Engineers (SAE) tarafından 17 Mayıs 2016 tarihinde tanımlanmış olan J2954 standardına göre elektrikli araçların kablosuz olarak şarj edilmesi için frekans aralığı 81,39 kHz-90 kHz olarak belirlenmiştir. Çalışmada; bu bant aralığının içinde kalan 83 kHz rezonans frekansı için öncelikle boşta çalışmada güç aktarım devresinin kondansatör ve endüktans değerleri belirlenmiştir. Sistem yüklendiğinde rezonans frekansı değişeceğinden, maksimum gücün aktarılmasını sağlayan yeni rezonans frekansının tespit edilmesi gerektiğinden bu tezde; hava aralığı, yük değişimi ve devre parametrelerinin değişmesi gibi durumlarda maksimum gücün çekilmesini sağlayan frekans, geliştirilen algoritma ile otomatik olarak tespit edilmektedir. Maksimum gücün aktarıldığı çalışma noktası aynı zamanda sistemin en yüksek veriminin olduğu noktaya karşılık gelmektedir. Geliştirilen kablosuz enerji aktarım sisteminde, yaklaşık 10 cm hava aralığında, girişten çekilen 1,02 kW güç %89,12 verim ile çıkışa 0,909 kW güç olarak aktarılmaktadır.
Led ve konvansiyonel ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürlerinin ışıksal, elektriksel ve ekonomik açıdan incelenmesi
Günümüzde, artan enerji tüketimine bağlı olarak fosil yakıtlar azalmakta, küresel ısınma ve karbon emisyonları giderek artmaktadır. Bu nedenle enerji verimliliği ve enerji tasarrufu alanında yapılan çalışmalar önem kazanmaktadır. Aydınlatmanın dünyada elektrik enerjisinin önemli bir tüketim alanı olmasından dolayı, bu alandaki enerji verimliliği iyileştirmeleri toplam enerji tüketiminde belirgin azalmalara neden olabilecek potansiyeldedir. Aydınlatma alanında da gelişen teknolojiye paralel olarak yeni nesil ürünler ortaya çıkmakta ve mevcut sistemlerde iyileştirmeler yapılmaktadır. Gelişmekte olan bir toplum, ilerleyen teknoloji ve artan enerji tüketimiyle birlikte trafik yükü de giderek artmaktadır. Trafik, gündüz saatlerinin yanı sıra gün ışığından yararlanamadığımız gece saatlerinde de oldukça yoğun bir şekilde devam etmektedir. Gündüzleri gün ışığından yararlandığımız ortamlarda, gece yeterli ve uygun bir aydınlatmanın yapılması oldukça önemlidir. Gece meydana gelen kazaların büyük bir kısmı yetersiz aydınlatmadan kaynaklı görme problemlerinden meydana gelmektedir. Bu nedenle trafik kazalarının azaltılması, sürücü konforunun ve sürüş güvenliğinin sağlanması için optimum yol aydınlatmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Optimum yol aydınlatmasının ekonomik açıdan değerlendirilmesi yanında, görüş performansını etkileyen yol yüzeyi yansıtma özelliklerinin de farklı koşullar altında incelenmesi önemlidir. Her aydınlatmada olduğu gibi yol aydınlatmasında da kullanılacak ortama en uygun ışık kaynağının ve armatürün seçilmesi oldukça önemlidir. Işık kaynağının nihai ışık çıktısı, ışık dağılım eğrisi, tasarım hesapları, renksel geriverimi, renk sıcaklığı vb. etkenler dikkate alınmadan yapılan aydınlatmalarda sürücünün görüş alanı içerisinde sürüş konforunu ve güvenliğini olumsuz yönde etkileyecek durumların ortaya çıkması kaçınılmaz olmaktadır. Yağmur ve sis gibi hava koşullarında ve ayrıca yüksek ve düşük aydınlık düzeyinde ışık kaynaklarının yol yüzeylerinde oluşturdukları parıltı dağılımı, ortalama parıltı düzgünlüğü ve görülebilirlik gibi değerler değişiklik göstermektedir. Bu nedenle bu koşullar için her bir armatür ve ışık kaynağı ışık kalitesi açısından incelenerek her bir ortam için uygun yol aydınlatma armatürlerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, Işık Yayan Diyot (LED) ve konvansiyonel ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürleri (Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı (YBSB) ve Metal Halide (MH)) farklı koşullar altında ışıksal, elektriksel ve ekonomik açıdan incelenmiştir. Işıksal olarak, konvansiyonel ışık kaynakları ve farklı spektrumlara sahip LED ışık kaynaklarının yol kaplamalarının yansıma özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu etkiler yüksek ve düşük aydınlık düzeyinde ve yağmurlu ve sisli hava koşullarında incelenmiş olup her bir kaplama türü için ışıksal açıdan en uygun spektrumlar ortaya konulmuştur. Ayrıca yol aydınlatmasında kullanılan spektrumların değişen sis yoğunluğunda geçirgenlikleri incelenmiş ve bu hava koşullarında farklı spektrumlar altında sisin hedef görülebilirliği üzerine etkisi, kullanıcı tercihli testler neticesinde ortaya konulmuştur. Sonuçlar, agregaların renginin, açıklık ve koyuluğunun kaplamaların yansıtma özellikleri üzerine önemli bir etkisinin olduğunu göstermiştir. Ölçülen kaplamaların çoğunda spektral bağıl yansıma, kısa dalga boylarına göre uzun dalga boylarında daha yüksek çıkmıştır. Farklı renk sıcaklığı (CCT) ve renksel geriverime (CRI) sahip LED spektrumlarında yansıma özellikleri üzerine etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca, değişen hava koşullarında ve aydınlık düzeyi seviyelerinde kaplamalar üzerindeki parıltı değişim oranlarının spektrumlara göre değiştiği görülmüştür. Sisli hava koşullarında da spektrumların geçirgenliklerinin birbirinden farklı olduğu ve kullanıcıların bu koşullarda cisimlere verdiği tepki sürelerinin renk ve spektruma göre değiştiği görülmüştür. Elektriksel olarak, LED ve konvansiyonel ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürlerinin farklı durumlar için güç, güç faktörü ve harmonik ölçümleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar yol aydınlatma teknik şartnameleri ve standartlar açısından karşılaştırılarak ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, çeşitli firmalardan temin edilen farklı yol aydınlatma sınıflarına ait konvansiyonel armatürlerde aynı ışık kaynağı kullanılması durumunda, harmonik bileşenleri ve Toplam Harmonik Distorsiyon değerleri (THD) birbirinden farklı değerlere sahip olup standartlarda belirtilen limit değerleri aştığı görülmüştür. Benzer şekilde aynı armatürde aynı teknolojiye sahip farklı ışık kaynaklarının kullanılması harmonik değerlerini değiştirmektedir. LED armatürlerde ise her ne kadar harmonik bileşen değerleri limit değerleri sağlamış olsa da, hiçbir LED armatür THD değeri TEDAŞ şartnamesinde belirtilen limit değeri sağlamadığı görülmüştür. Ekonomik olarak, ilk önce mevcut bir yol aydınlatmasında YBSB ve MH ışık kaynaklı armatürlerin LED armatürler ile değiştirilmesi durumunda enerji maliyetleri karşılaştırılarak analiz edilmiştir. İkinci olarak, tüm maliyetler (kurulum, enerji ve bakım maliyetleri) ve hurda değerleri dikkate alınarak LED ve konvansiyonel armatürlerin ömür maliyet etkinlikleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, M2 yol aydınlatma sınıfında LED armatürlerin YBSB ve MH armatürlerle değiştirilmesi durumunda sırasıyla %36,6 ve %51,1 oranında enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür. Ayrıca geri dönüşüm sürelerinin de sırasıyla 13,4 ve 9,3 yıl olduğu belirlenmiştir. LED ve konvansiyonel armatürler için yapılan ömür maliyet analizleri göstermiştir ki, M2 yol sınıfı için LED ve YBSB armatürlerin toplam maliyetleri hemen hemen aynı iken MH armatürün toplam maliyeti diğerlerinden daha yüksek olmaktadır. M1 yol sınıfı için ise LED armatürün toplam maliyetinin konvansiyonel armatürlerin her ikisinden de daha yüksek olduğu görülmüştür.
Güç faktörü düzeltme devrelerinin karşılaştırmalı analizi ve uygulama devrelerinin gerçekleştirilmesi
Bu tezin amacı TV uygulamaları için üretilen güç kaynağı devrelerinde ihtiyaç duyulan PFC devre topolojosi ve kontrol yöntemlerini çeşitli yönlerden araştırmak ve ihtiyaç duyulan güç seviyesine göre hangi PFC topoloji ve kontrol yönteminin en uygun olacağının bir araştırmasını sunmaktır. Bu amaçla TV uygulamalarında çokça kullanılan PFC devreleri incelenmiş ve güç seviyesine göre devrelerin güç faktörü performansı ve verimi karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Bu tez kapsamında üç farklı tür PFC devresi, sınır akım modlu (SİM, BCM) yükseltici dönüştürücü PFC, faz farklı çalışan paralel BCM yükseltici dönüştürücü PFC ve yarım köprü ortalama akım modlu (ACM) yükseltici dönüştürücü PFC devreleri tasarlanıp detaylı simülasyonları yapılarak analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bu üç devrenin prototipleri üretilip deneysel sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.
Rezonanslı doğru akım kaynaklarının incelenmesi ve iki trafolu bir uygulamanın gerçekleştirilmesi
Güç elektroniğindeki teknolojik gelişmeler ile birlikte güç dönüşümlerindeki yüksek verim ve yüksek güç yoğunluğu talebi de her geçen gün artmaktadır. DC-DC güç dönüşümü bir çok güç kaynağı ve enerji ile ilgili olan uygulamalar için kaçınılmaz durumdadır. Özellikle solar panel inverter ve ön-uç güç kaynaklarının performasında, yüksek verim ve yüksek güç yoğunluğu önemli olduğu kadar geniş giriş gerilimi ve yük koşullarında da regülasyonu sağlaması önemlidir. Ayrıca dönüştürücülerin yüksek frekanslarda çalışması devredeki pasif elemanların ebatlarını önemli ölçüde düşürür ve güç yoğunluğu açısından önemlidir. Ancak yüksek frekans sebebi ile oluşan anahtarlama kayıpları bir engel olarak karşımıza çıkar. Rezonanslı DC-DC dönüştürücüleri bu zorlukların üstesinden gelmek için iyi bir seçimdir çünkü yumuşak anahtarlamayı mümkün kılarlar ve ayrıca elektromanyetik girişimleri düşüktür. Farklı rezonanslı dönüştürücü topolojileri arasında olan LLC rezonanslı dönüştürücü, tam yük ve yüksüz koşulları altında yumuşak anahtarlamayı sağlama ve geniş kazanç aralığından dolayı tercih edilirler. Özellikle TV endüstrisinde televizyonların ince ve küçük ebatlarda olması önemli bir trend olmuştur. OLED TV gibi LCD TV'lere göre yüksek güç ihtiyacı olan televizyonların güç kaynaklarının da küçük ebatlarda olması önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, yüksek akım çıkışlı yüksek güçlü LLC rezonanslı dönüştürücüde kullanılan trafoların primerleri seri sekonderleri paralel bağlı olacak şekilde sunulmuştur. Seri rezonans karakteristiğine dayanarak, güç MOSFET'leri yumuşak anahtarlama ile sıfır gerilimde iletime girerler. Dolayısıyla güç elemanı olan MOSFET'lerin üzerindeki anahtarlama güç kaybı da azaltılmış olur. Önerilen dönüştürücüde, trafoların primer bağlantıları seri olduğundan ikisinden de aynı primer akımı geçer ve böylece dengeli yük akımı sağlanmış olur. Sekonder çıkş tarafında ise trafoların bağlantısı paralel olduğundan yük akımını eşit biçimde paylaşırlar böylece sekonder sargıların ve doğrultucu diyotların üzerindeki akım stresi azaltılmış olur. Bu çalışmada, önerilen dönüştürücünün çalışma prensibi, farklı çalışma modları ve dizayn değerlendirmeleri tartışılmış ve 24V/20A deneysel prototibi sunulmuştur. Anahtar kelimeler: LLC rezonanslı dönüştürücü, yumuşak anahtarlama(ZVS), güç yoğunluğu, elektromanyetik girişim(EMI)
Elektrikli araç şarj istasyonlarının şebekeye entegrasyonu, modellemesi ve güç akış analizi
Bu tez çalışmasında, "Elektrikli Araçlar" kavramı genel olarak incelenmiş, dünyadaki elektrikli araç ve şarj tiplerinin incelemesi yapılmış, sonrasında da elektrikli araç şarj istasyonlarının elektrik şebekesine entegrasyonu ve güç akış analizleri hakkında çalışma yapılmıştır. Güç akış analizleri yapılırken şebeke modellemeleri için de "CYME Dist" güç sistem analiz programından yararlanılmıştır. Bu analizi yaparken bir trafo ile beslenen bir kendi içinde bir şebekeye sonradan eklenmesi muhtemel farklı tipteki elektrikli şarj istasyonlarını ekleyerek şebekeye etkisi ve trafoya yük olarak ne kadar etki ettiği incelenmiştir. Ayrıca aynı şebeke yapısını trafodan bağımsız sadece güneş panelleri ile besleyerek kendi içinde ada modu şeklinde çalışması da incelenmiştir. Çalışmamda ek olarak elektrikli şarj istasyonlarının iç yapısıda genel olarak incelenmiştir. Tüm bu çalışma sürecinde elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, elektrikli araç sayısının hızla artışı neticesinde şarj istasyonlarının sayısının artması mevcut şebeke ile karşılanması pek mümkün olmayan bir yük talebi sorunu ile bizleri karşı karşıya bırakmatadır. Bu sorunun aşılmasında özellikle şebekelerin bir an önce akıllı şebeke konseptine uygun modernizasyonları sağlanmalıdır. Akıllı şebekeye geçiş için yapılacak olan yatırımlar şebekeye gelecek olan bu ekstra yükü karşılamak adına yenilenebilir enerji kaynaklarının da mevcut şebekeye entegrasyonu konusunda büyük bir pay sahibi olacaktır. Özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarının da akıllı şebeke ile daha verimli bir şekilde kullanılması ile beraber elektrikli araçlarının getireceği bu ekstra yükleri şebekenin karşılaması mümkün hale gelecektir.
İnverterler için yeni ve modüler bir aktif bastırma hücresinin geliştirilmesi ve uygulanması
Teknolojinin gelişmesi ve tüketici isteklerinin artması sonucunda, motor kontrolü, kesintisiz ve anahtarlamalı güç kaynakları v.b uygulamalarda yarı iletken güç dönüştürücülerinin kullanımı sürekli olarak artmaktadır. Uygulamaların AC tarafında düşük Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD) ve yüksek Güç Faktörü (PF), DC tarafında düşük Dalgalanma Faktörü (RF), sistem bütününde ise düşük hacim ve maliyet, yüksek verim ve güç yoğumluğu ile düşük Elektro Manyetik Girişim (EMI) istenmektedir. Bu isteklerin sağlanmasında, Sert Anahtarlarma (HS) yerine Yumuşak Anahtarlama (SS) teknikleri kullanarak, akım ve gerilim hızlarının düşürülmesi, anahtarlama kayıplarının bastırılması ve frekansın yükseltilmesi ciddi katkılar sağlamaktadır. DC-DC dönüştücüler gibi az sayıda anahtara sahip uygulamalarda, akademik ve endüstriyel olarak SS üzerinde çok çalışılmaktadır. Ancak, inverterler gibi çok sayıda anahtara sahip uygulamalarda, genellikle uygulama zorluğu nedeniyle, SS uygulama ve çalışmaları çok sınırlı kalmaktadır. Bir dönüştücünün çalıştırılmasında, güç anahtarlarında iletim ve anahtarlama kayıpları oluşur. İletim kayıpları doluluk oranına bağlı olup anahtarlama frekansına bağlı değildir. Anahtarlama kayıpları, iletime ve kesime girme işlemlerinde gerilim ve akımın çakışması ile oluşur ve frekansla doğru orantılı olarak değişir. Anahtarlama kayıpları frekansın artırılmasını sınırlayan en önemli faktördür ve anahtarlama hızları da EMI'nın kaynağıdır. THD, PF ve RF gibi performans parametreleri ise frekansın yükseltilmesi ile iyileştirilmektedir. Prensip olarak SS, anahtarlama işlemlerinde gerilim ve akım hızlarının düşürülmesi, gerilim ve akım çakışmaları ile anahtarlama kayıplarının minimize veya yok edilmesidir. Böylece SS, EMI ve anahtarlama kayıplarının düşürülmesi, frekansın yükseltilmesi, PF ve THD değerlerinin yükseltilmesi, güç yoğunluğu ve verimin yükseltilmesi ile hacim ve maliyetin düşürülmesinde, çok önemli katkılar sağlamaktadır. Yumuşak anahtarlama teknikleri, Sıfır Akımda Anahtarlama (ZCS), Sıfır Gerilimde Anahtarlama (ZVS), Sıfır Akımda Geçiş (ZCT) ve Sıfır Gerilimde Geçiş (ZVT) şeklinde sıralanmaktadır. Bu tezde, özellikle çok sayıda elemana sahip olan her türlü dönüştürücüye kolayca uygulanabilen, cazip ve modüler bir SS hücresi geliştirilmiştir. Geliştirilen yeni modüler SS hücresi, son yıllarda özellikle solar sistemlerde popüler hale gelen T türü üç seviyeli invertere (T-3LI) tek fazlı olarak uygulanmıştır. Bu yumuşak anahtarlamalı yeni dönüştürücüde, ana anahtarlar ZVT ile iletime ve ZVS ile kesime girer. Yardımcı anahtarlar ZCS ile iletime ve ZVS ile kesime girer. Geliştirilen bastırma hücresi, yarı iletken elemanlar üzerinde ilave akım ve gerilim streslerine neden olmamaktadır. Sunulan dönüştürücün sürekli hal analizleri yapılmış ve bu teorik analizler simülasyon ve 100 kHz ve 1 kW'lık bir prototip ile doğrulanmıştır.
Rüzgar santrallerinde saha modelleme ve enerji analizi
Rüzgar Enerjisi Santrallerinin enerji üretim hesaplamaları, projenin gerçekleştirilmesine karar verirken önemli bir parametredir. Rüzgar gücü, hızın küpüyle orantılı olduğu için tahminlenmiş rüzgar hızlarında oluşabilecek ufak sapmalar enerji analizlerinde ciddi farklılıklara sebebiyet verebilmektedir. Bu çalışmada kompleks yapıya sahip bir arazide, aralarında 8 km mesafe olan, iki adet 80 m yüksekliğinde ve 3 yıllık rüzgar verisine sahip ölçüm direkleriyle saha modellemesi gerçekleştirilmiştir. Ölçüm verileri, rüzgar saha modellemesinde Lineer ve 3D Akış modellemesi yapan yazılımlar (WAsP (Wind Atlas Analysis and Program), WindSim ve Ansys CFX) kullanılarak herbiri için ayrı model sonuçları oluşturulmuş ve ölçüm direği noktasında simüle edilen rüzgar hızları ve enerji üretim değerleri, gerçekte ölçülen verilerle kıyaslanmıştır. Ayrıca, her ölçüm direğine ait veriler kullanılarak, belirtilen yazılımlar aracılığıyla her bir model için rüzgar kaynak haritaları oluşturulmuş ve diğer ölçüm direği noktasında tahmin edilen rüzgar hızı ve yıllık enerji üretimi, o noktada gerçekte bulunan ölçüm direği verileriyle kıyaslanmıştır. Son olarak, ölçüm direği verileri ve örnek veri setleri kullanılarak yıllık enerji üretimi kıyas çalışması yapılmış ve oluşan farklar sergilenmiştir. Ek olarak, farklı yerleşim senaryoları ile her bir model için yıllık enerji üretimi hesaplamaları yapılmış ve optimum saha yerleşimi amaçlanmıştır. Çalışma sonucunda, belirsizlikleri azaltmak amacıyla kompleks ve büyük rüzgar sahalarında ölçüm direğinin ve türbin konumlandırılmasının önemi, lineer ve lineer olmayan farklı yöntemler kullanılarak sergilenmiştir.
Telekomünikasyon veri merkezleri fiziksel altyapı tasarımı ve uygulaması
Bu tez çalışması; Telekomünikasyon veri merkezlerinin temel gerekliliklerini dikkate alarak; fiziksel altyapı tasarımı konusunda rehber niteliği taşımaktadır. Veri Merkezi bilgisayar sistemleri ile iletişim ve veri ambarı sistemleri gibi ek sistemleri barındıran bir tesistir. Sunucu odası veya sistem odası olarak da adlandırılan bu tesisler işletmelere ait sunucu ve veri ambarlarının bulunduğu alanlardır [1-2]. Veri merkezlerinde işlenen ve saklanan verinin önem derecesine göre elektrik, mekanik, güvenlik sistemleri değişmektedir. Veri merkezleri yedek güç kaynakları, yedek veri iletişim bağlantıları, merkez içerisinde bulunan sistemlerin soğutulması için kullanılan iklimlendirme sistemleri, yangın söndürme sistemleri ve dış ortamdan gelebilecek tehlikelere karşı verinin güvenlik derecesine göre güvenlik sistemlerini bulundururlar [1-2]. Veri merkezi yapımında hem tesis hem de tesis içerisinde kurulan ekipman konusunda dengeli bir yatırım yapılması gerekmektedir. Ekipmanların (sunucuların, enerji sistemlerinin vs.) yerleştirilmesi için uygun bir tesis ortamının kurulması son derece önemlidir. Veri merkezlerinin fiziksel kurulumu (inşası) ve projelendirilmesi aşamasında standartlaştırma; kurulum ve işletme kolaylığı sağlar. Bir veri merkezi ihtiyaca göre binanın kendisi ya da binanın sadece bir katında veya binanın sadece bir odasında olabilir. Veri merkezleri içerisinde ekipmanların (sunucular, enerji ve soğutma cihazlarının vs.) çoğu genellikle teknik özellikleri dikkate alınarak tek sıralar halinde, aralarında koridorlar teşkil eden, sunucuların monte edildiği raf kabinler olarak tasarlanırlar.
Ortak enerji depolama sistemlerinin elektrik güç sistemlerinde talep cevabı konsepti için kullanılması
Gelecekte başta elektrikli taşıma olmak üzere elektriksel yüklerin daha da artacağı tahmin edildiğinden, güç sistemlerinde ciddi problemler meydana gelme ihtimali söz konusudur. Bu durum yenilenebilir enerji kaynaklarını barındıran bir güç sistemine gereksinimi arttırmaktadır. Fakat bu kaynaklar doğası gereği değişken güç üretimlerine sahiptirler ve güç sistemlerine entegre edildiklerinde birçok problem ile karşı karşıya kalınmaktadır. Bu zorluklar enerji depolama sistemleri ile etkili bir şekilde çözülebilir. Enerji depolama sistemlerinin türünün seçimine gelindiğinde ise; birçok ülkede yer alan mevcut büyük ölçekli enerji depolama sistemlerinden ve küçük boyutlu enerji depolama sistemlerinin bireysel kullanımından farklı olarak, bir grup tüketiciye hizmet eden bir ortak enerji depolama sisteminin kullanılmasının ekonomik açıdan daha uygun olacağı görülmektedir. Ortak enerji depolama sistemi bir şebekede bölgesel ve yerel uygulamalar olmak üzere birçok amaç için kullanılabilir. Aynı zamanda PV ve rüzgâr güç üretim santralleri ile kolaylıkla entegre olabilmektedirler. Bu çalışmada baralara ortak enerji depolama sistemlerinin yerleştirildiği bir AC güç şebekesinin Karışık Tamsayılı Doğrusal Programlama (Mixed Integer Linear Programming – MILP) modeli sunulmuştur. Oluşturulan model General Algebraic Modeling System (GAMS)'de modellenmiştir. Çalışmada amaç fonksiyonu, aktif güç kayıplarının minimize edilmesi şeklindedir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, ortak enerji depolama sistemlerinin kullanımı ile pik saatlerde şebekeden enerji talebinin düştüğü ve toplam şebeke kayıplarının azaldığı görülmüştür. Ortak enerji depolama sistemleri pik enerji talebinin olduğu periyotlardan önce şarj olmuştur. Pik periyotlarda ortak enerji depolama sistemlerinin enerji durumlarının azaldığı ve sisteme enerji tedarik edildiği görülmüştür.
Elektrik güç sistemlerindeki döner rezerv gereksiniminin ekonomik yönden incelenmesi
Döner Rezerv, üretim kesintileri ve ani yük değişimleri gibi öngörülemeyen olaylara yanıt olarak sistem operatörleri tarafından kullanılan en önemli kaynaklardan biridir. Bu kaynak Yan Hizmetler kapsamında sunulmaktadır. Sunulan bu hizmet temelde primer, sekonder ve tersiyer frekans kontrolü ile sağlanır. Sistem operatörleri tarafından verilen yük alma ve yük atma talimatları vasıtasıyla gerçekleşen kontrol ile frekans dengede tutularak, arz güvenirliği ve güç kalitesi sağlanır. Sağlanan bu hizmetlerin devamlılığı için şebekeye bağlı santrallerin üretim kapasitelerinin dışında, her an devreye girebilecek belirli bir miktarda rezerv tutmaları gerekmektedir. Kullanılacak bu rezervlerin miktarını yüksek tutarak doğabilecek beklenmedik durumların sebep olduğu üretim kesintilerine karşı güç sistemini korumak mümkün olur, bu işlem karşısında yük atma işleminin uygulanma olasılığı azalır, fakat bu durumda rezerv sağlama oldukça yüksek bir maliyet ile sonuçlanır. Maliyeti düşürmek amacıyla rezerv miktarını düşük tutma durumunda ise olası kesinti ve arıza durumlarında sağlanamayan bir enerji söz konusu olur ve tüketiciler enerjisiz kalabilir. Bu iki durumu dengeleyici şekilde bir ekonomik incelemeye gerek duyulmaktadır. Yapılan incelemenin temelinde frekans dengesinin sağlanması ve güç kalitesinin arttrılması amacıyla kullanılan yöntemlerden rezerv gereksinimi üzerinde durulmuştur. Bu çalışmada, tahsis edilmesi gereken rezerv gereksinimi belirlenirken, sağlanamayan enerji miktarı ve kayıp yük değeri gibi sosyo ekonomik parametreler dikkate alınarak bir hesaplama yapılmaktadır. Ekonomik parametrelerin dikkate alındığı hesaplamalarda, yük alma ve yük atma talimatlarının sonucunda güç sistemi için fayda maliyet temeline dayalı bir ekonomik analiz yapılmaktadır. Ayrıca, güç kalitesiyle ilgili kapsamlı bir araştırma yürütülmektedir. Bu araştırmada, güç kalitesi sorunları açıklandıktan sonra temel standartlar hakkında tanımlamalar yapılmaktadır. Doğru akım sistemlerin yanı sıra yenilenebilir kaynakların da dahil olduğu güç sistemlerinde güç kalitesi hakkında kapsamlı bir analiz yapılmaktadır. Güç kalitesi izleme teknikleri ve güç sistemleri için, sorunların olası çözümleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Mikro şebeke sistemleri için Dağıtım Sistemlerde Statik Senkron Dengeleyici gibi özel güç aygıtlarını kullanarak bu sorunların azaltılması yöntemlerini analiz edilmektedir. Yenilenebilir enerji sistemleri için Statik Senkron Dengeleyici, çeşitli avantajları nedeniyle potansiyel bir seçenek olabilirken, döner rezerv gereksinimi ile geleneksel sistemlerde güç kalitesinin arttırıldığı sonucuna varılmıştır. Son olarak, güç sistemlerinde güç kalitesinin iyileştirilmesi ve arz güvenirliğinin sağlanması amacıyla, dengeleme güç piyasası işlevi olan sekonder rezerv kontolü için ilgili parametreler kullanılarak ekonomik değerlendirme ile planlama sırasında gerçekleşen rezerv gücün fırsat maliyeti hesaplanmıştır. Buna ek olarak, 2016 yılı için, saatlik bazda sistem marjinal fiyatı ile piyasa takas fiyartı baz alınarak, paranın zaman değeri, reel değişimler ve arındırılmış döner rezerv gereksinimlerine dayalı bir ekonomik değerlendirme yapılarak DR gereksinim tutarına etki parametre olarak Piyasa Takas Fiyatından arındırılmış değerin daha etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Aynı zaman da elektrik tüketimine göre yapılan reel değşim oranı hesaplamasında da Piyasa Takas Fiyatının diğer parametrelere göre daha etkin olduğu sonucuna varılmıştır.
Short-term load forecasting for microgrids based on fuzzy logic
The ubiquitous penetration and integration of distributed and renewable generation has necessitated load forecasting in microgrids. Generation, supply and storage of energy must be suitably planned with respect to load demand on the microgrid. In this study, a short-term load forecasting (STLF) technique, which is based on fuzzy logic, is developed and analyzed. The developed fuzzy logic (FL) based STLF method is used to forecast load demand supported by an 11 kilo-volt (kV) substation in Providence, Rhode Island. Power consumption or load demand is predicted over an interval of one hour. Fuzzy rules which are based on previous year load demand, temperature and time of the day parameters are prepared. Four fuzzy inference systems (FIS) or four models for the sake of simplicity, one for each of the four seasons in Providence are modeled in Matlab using the Fuzzy Logic Toolbox (FLT). Subsequently, using Simulink Editor of the Simulink software four Simulink models are built. Real-life data of the 11 kV substation in Providence and temperature values (i.e weather data) for Providence are used at the simulation stage which is done using the Simulink software in Matlab. The mean absolute percentage error (MAPE) is then calculated to evaluate the performance of each of the four models.
Güç elektroniği dönüştürücüleri için iterasyonla öğrenen bir akım kontrol yönteminin geliştirilmesi
Akım kontrolü güç elektroniği uygulamalarında önemli bir yer tutmaktadır. Akım kontrol performansı güç elektroniği dönüştürücülerinde dinamik cevap ve sistem kararlılığını doğrudan etkilemektedir. Bu tez çalışmasında hızlı dinamik cevap ve kararlılığa sahip olan histerezis akım kontrolü (HCC) gerçekleştirilmiştir. Eski bir akım kontrol yöntemi olan analog HCC, dinamik cevap ve kararlılık açısından etkili bir yöntem olmasına rağmen anahtarlama frekansının değişken olması, tercih edilmemesine sebep olmaktadır. Çünkü değişken anahtarlama frekansı elektromanyetik girişim (EMI) ve filtre tasarımı zorluğu gibi problemlere sebep olmaktadır. Bu yüzden tasarımcılar sabit frekanslı kontrol yöntemlerini tercih etmektedir. Ancak bu kontrol yöntemleri detaylı analizler gerektirmektedir ve tasarım zorlaşmaktadır. HCC dinamik cevap ve kararlılık açısından diğer akım kontrol yöntemlerine göre avantajlıdır. Bu tez çalışmasında HCC'nin dezavantajları ortadan kaldırılarak güç elektroniği dönüştürücüleri için etkili bir akım kontrol yöntemi gerçekleştirilmiştir. Analog HCC'deki değişken anahtarlama frekansı ve ölü zaman yüzünden banttaki taşmalar, bu kontrol yöntemi için önemli bir problem teşkil etmektedir. Bu sorunları çözmek için sayısal HCC gerçekleştirilmiştir. Sayısal HCC ile histerezis bant uyarmalı olarak değiştirilmektedir. DC bara geriliminin değişken olması, filtre endüktansının değeri, örnekleme süresi ve akım referansının eğimi sayısal HCC'de sınırlamalara sebep olmaktadır ve istenen kontrol gerçekleştirilememektedir. Bu parametrelerin etkisini ortadan kaldırmak amacıyla iterasyonla öğrenen kontrol (ILC) yöntemi ile histerezis bant uyarmalı olarak kontrol edilmiş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bu tez çalışmasında sonuçlar iki seviyeli tek fazlı şebekeye bağlı gerilim kaynaklı inverter (VSI) için elde edilmiştir.
Sabit mıknatıslı senkron makinelerin model tabanlı akım referansı kontrolü ile moment dalgalanmalarının azaltılması
Birçok uygulamada avantajları nedeniyle sabit mıknatıslı senkron makineler (PMSM) tercih edilmektedir. Ancak, özellikle hassas servo uygulamalarında PMSM'in moment dalgalanması kritik bir konu olmuştur. Başarılı bir moment, hız veya konum kontrolü elde etmek için moment dalgalanmalarını tahmin etmek çok önemlidir. Endüstride, moment tahmini genellikle yaklaşık bir şekilde uygulanır ve momentin ortalama değerinin kontrol edilmesi amaçlanır. Ortalama moment tahmini yöntemi hassas moment kontrolü için uygun değildir. PMSM'ler için başarılı moment dalgalanma modellemesi ve en aza indirgenmesi, lineer olmayan endüktans, akı ve vuruntu momenti değişimi hakkında doğru bilgi gerektirir. Bu çalışmada, PMSM moment dalgalanmalarının en aza indirilmesi için analitik bir tahmin modeli önerilmektedir. Önerilen moment tahmini, makine parametrelerinin değişimini hesaba katar. Bu metotta kullanılan PMSM'nin makine parametresi varyasyonları, sonlu elemanlar yöntemi tabanlı bir analiz programı ile 2 boyutlu (2D) olarak analiz edilir. Mıknatıs akısı, d-q ekseni endüktansı ve vuruntu momentinin rotor açısına bağlı değişimlerini kullanarak moment dalgalanmalarını tahmin etmek için analitik denklemler kullanılır. Önerilen tahmin metodu başarılı sonuçlar vermiştir. Ayrıca bu çalışmada başarılı tahmin modeli sayesinde, moment dalgalanmasını giderebilecek referans stator akımlarını hesaplayan analitik bir hesaplama yöntemi önerilir. Önerilen yaklaşım hesaplama yükünü azaltır ve etkileyici sonuçlar verir. Gelişmiş motor modeli kullanılarak, moment dalgalanmalarını azaltan referans akımlar, PMSM'in moment kontrolü için hesaplanır. Önerilen hassas moment kontrolü için gelişmiş bir analiz yöntemi sunulmaktadır. Önerilen gelişmiş eş-zamanlı simülasyon modeli, birlikte çalışan çok sayıda profesyonel analiz programı ile gerçekleştirilmektedir. Uygun analiz metodu kullanılmazsa, analiz programları arasındaki veri gecikmesi nedeniyle kontrol yönteminde hatalar meydana gelir. Bu nedenle, bu çalışma aynı zamanda, çeşitli örnekleme zamanlarındaki analizler ile önerilen eş-zamanlı simülasyon modelinin performansını karşılaştırmakta, oluşan simülasyon hatalarının çözümlerini sunmakta ve en doğru analiz modelini önererek literatüre katkıda bulunmaktadır. Moment kontrol sisteminin doğruluğu, sonlu eleman yöntemi modellemesi, analitik hesaplamalar ve gelişmiş eş-zamanlı simülasyon analizi ile doğrulanmıştır.