348
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
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.
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.
Fotovoltaik sistemlerin fizibilitesi için yeni bir arayüzün geliştirilmesi
Gelişen teknoloji ve artan enerji ihtiyacı insanoğlunu alternatif enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Hammadde ihtiyacı duymamaları, çevre dostu olmaları, küçük güçlerde üretim yapabilme yetenekleri vb. avantajları ile yenilenebilir enerji kaynakları alternatif kaynaklar içerisinde popülerliklerini arttırmaktadır. Yerel yönetimler de sıralanan avantajlarını dikkate alarak söz konusu kaynakların kullanımını teşvik etmekte ve desteklemektedirler. Güneş enerjisi sahip olduğu yüksek potansiyel ile önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Şebekeye bağlı olarak kullanılabildikleri gibi şebekeden bağımsız çalışma imkanı da sağlayan güneş enerji sistemlerine yapılan yatırımlar her geçen gün artmaktadır. Buna karşın yapılacak olan yatırımların teknik ve ekonomik açıdan değerlendirilmesi de önemli bir sorun olarak ortaya çıkmaktadır. Gerçekleştirilen bu tez çalışmasında, fotovoltaik sistemlerin fizibilite analizinin gerçekleştirilebildiği yeni bir arayüz ortaya konulmuştur. MATLAB/GUI ortamında geliştirilen arayüz ile şebekeden bağımsız çalışan sistemlerin ve şebekeye bağlı sistemlerin teknik ve ekonomik analizi gerçekleştirilebilmektedir. Bunun yanında çevresel etkilerin ortaya konulabilmesi amacıyla arayüz üzerinden karbon salınım miktarı izlenebilmekte ve farklı yakıtlara ait salınım değerleri ile karşılaştırılabilmektedir. Tez kapsamında geliştirilen arayüz farklı senaryolar dahilinde test edilmiş ve ticari ürünler ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda geliştirilen arayüzün doğruluğu gösterilmiştir.
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.
Mikroşebekelerde talep tarafının esnekliğini dikkate alan optimum işletim yaklaşımının geliştirilmesi
Mikro şebeke konsepti; daha güvenilir, ekonomik ve sürdürülebilir bir güç sistemi işletimine yardımcı olması açısından son zamanlarda popülerlik kazanmış ve sistem operatörlerinin ilgisini çeken bir konu başlığı haline gelmiştir. Mikro şebekeler, yenilenebilir enerji sistemlerinden ve konvansiyonel üretim birimlerinden (mikro türbin, kombine güç-ısı birimleri, yakıt hücresi, vb.) enerji üretimi yapabilmekte, kendine ait tüketim ve depolama birimleriyle güç dengesini öncelikle kendi içinde ve sonrasında diğer mikro şebekelerle etkileşimli bir şekilde sağlayabilen bir yapıyı oluşturmaktadır. Şebekeyle bağlantılı çalışıp çift yönlü enerji alışverişi gerçekleştirebildiği gibi, herhangi bir arıza durumunda şebekeden bağımsız ada modunda da çalışabilmekte ve sistemi olumsuz etkilerden korumaktadır. Özellikle yenilenebilir enerji sistemlerinin yaygın olarak kullanıldığı mikro şebekelerde, zamanla değişkenlik gösteren üretim ve tüketimin dinamik yapısı dikkate alındığında enerji dengesinin sağlanması zorlaşmakta ve şebeke işletimi açısından büyük problemlere neden olmaktadır. Bu durumdan olabildiğince kaçınmak için enerji depolama sistemlerinin yanında akıllı şebeke konseptinin getirdiği en önemli yardımcı servislerden biri olan talep tarafının yönetimi de dikkat çekici bir uygulama alanına dönüşmüştür. Enerji depolama sistemi olarak statik bataryalar kullanıldığı gibi teknolojinin getirdiği en önemli yeniliklerden biri olan ve şebekeden araca (grid-to-vehicle, G2V) ve araçtan şebekeye (vehicle-to-grid, V2G) enerji akışı gerçekleştirebilen elektrikli araçlar da tercih edilmektedir. Tüketim birimlerindeki kontrol edilebilir yüklerin sistem operatörü müdahalesiyle yük profilinin değiştirilmesini sağlayan doğrudan yük kontrolü de talep cevabı çeşidi olarak sisteme entegre edilebilmektedir. Mikro şebeke işletimiyle ilgili gerçekleştirilmiş hali hazırda birçok çalışma literatüre katkıda bulunmuştur. Ana başlıklar değişkenlik göstermekle birlikte konular gerilim ve frekans kararlılığının sağlanması, şebeke bağlantı koşullarının iyileştirilmesi, enerji kalitesi etrafında yoğunlaşmaktadır. Son zamanlarda ise mikro şebekenin ekonomik koşullarda işletimi daha fazla ön plana çıkmakta ve enerji yönetimi, talep cevabı programlarının uygulanması tercih edilmektedir. Bunu dikkate alarak gerçekleştirilen bu çalışmada, rüzgâr ve fotovoltaik sistem gibi alternatif kaynakların değişken enerji üretimleri senaryoya bağlı olarak ifade edilmiş ve stokastik programlama ile modellenmiştir. Sistemde enerji depolama ünitesi olarak statik bataryalar ve yeni nesil elektriksel yükler olarak elektrikli araçlar bulunmaktadır. Yine bu yapıların neden oldukları belirsizlikler göz önünde bulundurulup daha gerçekçi yaklaşımın geliştirilmesi sağlanmıştır. Çalışmayı daha ileri aşamalara götürecek termostatı kontrol edilebilir ekipmanların talep cevabı kaynağı olarak kullanılması ve mikro şebeke işletimine etkisi araştırılmıştır. Matematiksel formülasyon karmaşık tamsayılı lineer programlama kullanılarak elde edilmiş olup, GAMS programında ticari CPLEX çözücüsü kullanılarak benzetim çalışması gerçekleştirilmiştir.
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.
Daimi mıknatıslı senkron makinalarının kontrolü ve bir uygulama devresinin gerçekleştirilmesi
Fırçasız Doğru Akım (BLDC) motorları daha iyi tork-hız karakteristiği, yüksek dinamik tepki, yüksek verim, uzun çalışma ömrü, sessiz çalışma, daha yüksek hız aralıkları gibi özelliklerinden dolay hızla popülerlik kazanan motor tiplerinden biridir. BLDC motorları, Otomotiv, Havacılık, Tıp, Endüstriyel Otomasyon Ekipmanları ve Enstrümantasyon gibi sektörlerde kullanılmaktadır. Fırçasız DC motorların çalıştırılabilmesi için, bir kontrol sistemine ve rotor pozisyonunu belirleyen sensörlere ihtiyaç duyulmaktadır. BLDC'ler için, rotor pozisyonunu tespit etmek için yaygın olarak statorda Hall Effect cihazı bulunur. Ancak, sensörlerin maliyet, yer ve kararsızlık gibi dezavantajlarından dolayı, son yıllarda sensörsüz hız kontrolü önem kazanmıştır. Ayrıca sınırlı montaj alanı ve şiddetli titreşim ve / veya yüksek sıcaklığa sahip katı çalışma ortamı nedeniyle bir konum sensörü takmak ve muhafaza etmek zor olabilir. BLDC'ler üç fazlı bir güç yarı iletken köprüsüne anahtarlama için sinyal üreten ve geribesleme sinyallerini işleyen bir mikrokontroller tarafından kontrol edilir. Bu yarı iletken üç fazlı köprü, kontrol algoritmasına dayalı olarak stator bobinlerine güç sağlar. Sensörlü sürücüler hall effect cihazlarından gelen rotor pozisyon bilgisinin kontrolcü tarafından çözümlenmesiyle komutasyon sinyalleri üretilerek motorun kontrolü gerçekleştirilir. Sensörsüz sürücüler; Zıt Elektromotor Kuvveti (BackEMF), Dolaylı Zıt EMK Entegrasyonu ve Alan Odaklı Kontrol (FOC) gibi kontrol tekniklerini kullanılarak motorun kontrolü gerçekleştirilebilir. Zıt EMK'nin sıfır geçişi tespiti en popüler yöntemdir. Bu çalışmada fırçasız daimî mıknatıslı motorlarla ilgili temel kavramlar incelenmiş, motorların yapısı ve çalışma prensibi hakkında bilgiler verilmiştir. Özel olarak fırçasız daimî mıknatıslı motor sınıfına giren fırçasız DC motorunun incelenmesi yapılımıştır. Fırçasız DC motorun sürücüsü sensörlü ve sensörsüz olmak üzere incelenmiştir. Sensörsüz sürücü tasarlanarak sürücünün gerçeklenmesi yapılmış ve deneysel sonuçları incelenmiştir. Fırçasız doğru akım motorunun sensörsüz sürücü tasarımı kapsamında trapezoidal zıt emk sıfır geçiş yöntemi incelenmiş ve kontrol yöntemi olarak uygulanmıştır.
Yeni bir aktif bastırma hücreli ileri yönlü dönüştürücünün tasarımı ve simülasyonu
Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) DC-DC dönüştürücülerde kullanılan yaygın bir kontrol tekniğidir. Bu kontrol tekniği ile yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı sağlanmaktadır. Güç yoğunluğu kavramı elde edilen güç ile dönüştürücünün kapladığı hacim (m3) veya dönüştürücünün ağırlığı (kg) gibi parametrelerin oranı olarak ifade edilir. Bir DC-DC dönüştürücünün güç yoğunluğunun arttırılması anahtarlama frekansının arttırılması ile de gerçekleştirilmektedir fakat anahtarlama frekansı arttığında, anahtarlama kayıpları da artmaktadır. Anahtarlama kayıplarını arttırmayarak veya makul değerlerde tutarak frekansın artırılması için ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılması gerekmektedir. Yumuşak anahtarlama tekniklerini basit bir sınıflandırma altında toplamak gerekirse, (ZVS) Sıfır Gerilimde Anahtarlama, (ZCS) Sıfır Akımda Anahtarlama, (ZVT) Sıfır Gerilimde Geçiş, (ZCT) Sıfır Akımda Geçiş olarak 4 başlık altında ifade edile bilinir. Literatürde birçok DC-DC PWM dönüştürücü bulunmaktadır ve İki anahtarlı ileri yönlü DC-DC dönüştürücü de bunlardan biridir. Bu dönüştürücü düşük ve orta güçlerde kullanımı efektif olarak görülmüştür. Bu dönüştürücünün en önemli dezavantajlarından biri %50 ile sınırlanan doluluk oranıdır (Duty Cycle). Doluluk oranı iletim aralığının, sabit frekans için periyoda oranıdır. Bu oran yükseltilerek de güç yoğunluğu arttırılmaktadır. DC-DC dönüştürücüler AC kaynak ile doğrultucu devreler vasıtasıyla beslenebilirler. Bu tarz devrelerde doğrultucunun çıkışına bir depolama kondansatörü konularak DC gerilim biçimlendirilir. İki anahtarlı İleri yönlü DC-DC dönüştürücü gibi maksimum doluluk oranı sınırlı olan dönüştürücülerde, girişteki bu kondansatörlerin kapasite değerleri maksimum doluluk oranını belirler. Daha yüksek doluluk oranında bu kapasite değeri daha düşük olacaktır ve bu da maliyetin düşmesine neden olacaktır. Bu tezde, İleri Yönlü DC-DC dönüştürücünün verimini, maksimum doluluk oranı arttıracak yeni bir aktif bastırma hücresi tasarlanması hedeflenmiştir. Doluluk oranının arttırılması aynı zamanda DC hattı biçimlendirmek için kullanılan depolama kondansatörünün kapasite değerini düşürecektir. Bu da bu tez içerisinde tasarlanan dönüştürücünün hedefleri içerisindedir. Yumuşak anahtarlama tekniklerinin uygulandığı dönüştürücülerde EMI gürültülerinin azalması da beklenmektedir fakat bu tezin ana amaçları içerisinde bulunmamaktadır. 100khz anahtarlama frekansı, 25V çıkış gerilimi, 1000W çıkış gücü olan bir ileri yönlü dönüştürücü ile 100khz anahtarlama frekansı, 25V çıkış gerilimi, 1800W çıkış gücü olan yeni aktif bastıma hücreli ileri yönlü dönüştürücü aralarında kıyaslama yapılabilmesi için tasarlanmıştır. Tasarlanan yeni aktif bastıma hücreli ileri yönlü dönüştürücü ile doluluk oranının artırıldığı, doğrultucu çıkışında bulunan depolama kondansatörlerinin kapasite değerinin düşürüldüğü ve bütün yarı iletken elemanların yumuşak bir şekilde iletime girdiği Psim benzetim programı vasıtasıyla kanıtlanmıştır. Bu program içerisinde kullanılan elemanları gerçeğe daha fazla yaklaştırmak için elemanların katalog bilgilerinden alınan değerler ile yarı iletken elemanlar ve kondansatörler modellenmiştir. Aynı zamanda manyetik elemanlar ANSYS programı aracılığıyla benzetimi gerçekleştirilip oradan elde edilen değerlerle manyetik elemanlar Psim programında modellenmiştir.
Farklı fotovoltaik hücre sıcaklığı modellerinin fotovoltaık güç çıkışına göre karşılaştırılması ve değerlendirilmesi
Avantajları nedeniyle fotovoltaik teknolojiler hızla gelişmekte ve kullanımı her geçen gün artmaktadır. Bu nedenle PV yapıların gelecekte temel elektrik teknolojileri arasında yer alması beklenmektedir. PV teknolojisinin en büyük dezavantajı düşük çıkış gücüdür. PV modüller bir nevi yarı iletken malzemeler olup sıcaklık değişimlerine karşı oldukça duyarlıdırlar. Hücre sıcaklığının arttırılması çıkış gücünde önemli azalmalara yol açmaktadır. PV modüllerin hücre sıcaklıklarını tahmin etmek için literatürde farklı teknikler veya modeller bulunmaktadır. Bu modellerin bazıları, rüzgâr, nem ve diğer çevresel etkileri dikkate almazlar ve bu bakımdan gerçek koşulları tam anlamıyla temsil etmekten uzaktırlar. Bu nedenle bahsedilen modelleri doğrulamak için farklı deneysel çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmanın amacı PV'lerin çıkış güçleri bakımından 15 farklı hücre sıcaklık modelini karşılaştırmak ve bu modelleri doğrulamaktır. Bu amaçla Yıldız Teknik Üniversitesi, davutpaşa kampüsünde deneysel bir düzenek kurulmuştur. Daha sonra elde edilen deneysel verilere dayanarak MATLAB 2018a'da hücre sıcaklık modellerinin doğrulamasını yapmak üzere bir benzetim modeli oluşturulmuştur. Yapılan deneysel çalışmalarda ise ince film PV güneş paneli tercih edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre kullanılan 15 farklı modelin tamamı yüksek ışınımların olduğu maksimum güç noktalarında doğru sonuç vermektedir. Buradaki hata payı %1'in altındadır. Ancak diğer noktalarda oluşan farklar % 8 ila % 81 arasında değişmektedir. Ayrıca sonuçlar, bu 15 model arasında en doğru modelin Model2 olan NOCT (Nominal Çalışma Hücre Sıcaklığı) olduğunu ve ikinci en iyi modelin ise Model14 olan Mondol modelinin olduğunu ortaya koymaktadır. Buradaki her iki model de rüzgâr hızını dikkate almamaktadır. Elde edilen sonuçlara göre en kötü modeller ise lineer bir model olan Model6, Model10'dür. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik, hücre sıcaklığı, pv çıkış gücü, ince Film, rüzgar
Raylı ulaşım sistemlerinde elektriksel enerji verimliliğinin artırılması
Enerji verimliliği kavramı, işletmedeki verimi, kaliteyi ve sürekliliği düşürmeden kullanılan enerji miktarının en aza indirilmesi olarak tanımlanabilir. İlk yatırım maliyetleri son derece yüksek olan raylı ulaşım sistemlerinin en önemli giderlerinden birisi de enerji tüketim maliyetleridir. Bundan dolayı, enerjinin etkin şekilde kullanılması büyük önem arz etmektedir. Raylı sistemlerde elektrik güç talebi ve enerji tüketimi sabit olmayıp; zamana, ağ içinde çalışan trenlere, yolcu sayısına ve işletim sistemlerine bağlı olarak sürekli değişmektedir. Raylı sistemi oluşturan tüm alt sistemlerin etkileşimleri karmaşık olduğundan enerji tüketimlerini öngörmek ve değerlendirmek zordur. Bu nedenle enerji verimliliğini iyileştirmek, detaylı çalışmaların yapılması, uygun yöntemlerin kullanılması ve elde edilen sonuçların hassas analizlerinin gerçekleştirilmesi ile mümkün olabilmektedir. Dünya üzerindeki büyük kentlerde önemli problem oluşturan ve yaşam kalitesini düşüren trafik kriterleri, fosil yakıtlardan kaynaklanan çevre kirliliği ve ekonomik sorunlar raylı ulaşım sistemlerinin toplu taşımacılıktaki payının giderek artmasına yol açmaktadır. Ancak, raylı sistem ağlarının enerji tüketimlerinin büyüklüğü ve bunun olabildiğince verimli kullanılması ihtiyacı ayrı bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Ülkemiz açısından değerlendirildiğinde İstanbul, nüfus, kentiçi raylı ulaşım sistemi ve enerji tüketimi açısından önemli bir merkez olarak karşımıza çıkmaktadır. Şuan 149 kilometre uzunluğa sahip İstanbul raylı toplu taşıma sistemi, yılda yaklaşık 300 milyon kWh enerji tüketmektedir. Tüketilen enerji dağılımları tramvay ve metro hatlarında farklılık göstermektedir. Örneğin, metro hatlarında tüketilen enerjinin %45'i trenlerin hareket etmesi için kullanılırken %55'i iç ihtiyaç için kullanılmaktadır. Tramvay gibi yer üstünde giden raylı ulaşım sistemleri için ise bu oran %95'i trenler, %5 iç ihtiyaç olarak kullanılır. Hızla inşaatı devam eden raylı sistemlerle birlikte İstanbul, 2023 sonrası nihai hedefte pek çok yeni hattı bitirmeyi planlamaktadır. Bunlarla birlikte, hat uzunluğunun 1000 kilometreye yaklaşması beklenmektedir. Bu nedenle, raylı sistemlerde enerji tasarrufu çalışmaları çok büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında kent içi raylı sistemlerde cer ve sabit tesisler enerji tüketimine etki eden genel hususlar verilecektir. Ardından model olarak seçilen M1 hattı, RAILSIM programı üzerinde modellenerek DC yük akış analizleri gerçekleştirilecektir. Bu hat için enerji verimliliğinin artırılması üzerine simülasyon çalışmaları yapılacaktır. Devamında ise M5 hattı, ETAP (Electrical Power System Analysis & Operation Software) üzerinde modellenerek OG (Orta Gerilim) ve AG (Alçak Gerilim) tarafı yük akışları, trafo ve kablo yüklenmeleri ile kayıpları incelenecektir. Çeşitli işletme senaryoları simülasyon üzerinde tekrarlanarak hattın optimum çalışma senaryosu belirlenecektir.
Power management strategy of stand-alone microgrid with hydrogen fuel cell and renewable sources
With the distributed generation units increasing, the stability and reliablity of microgrid become an important issue. And the system efficiency, which is related to the power management strategy (PMS), is becoming one of the big challenges. Different generation units have different charateristics. Thus coordination or combination can help each other to reach the highest efficiency of system, such as coordination of the renewable energy resources and energy storage system. Besides, as the development of Hydrogen production and storage technics, the hydrogen fuel cell will also be part of microgrid in the near future. In this thesis, an online Adaptive Model Predictive Control (AMPC) based Power Management Strategy for microgrid with Renewable Energy and Hydrogen Fuel Cell is proposed to increase the energy sources lifetime of microgrid while minimizing hydrogen consumption. Firstly, the simulink model of the studied microgrid is presented, including the solar panel, wind turbine, Proton-exchange Membrane Fuel Cell, battery and electrolyzer. Secondly, The PMS problem is simplified according to the control structure of microgrid system and the MPC cost function of system is built and transferred to standard format of the Quadratic Programming problem to solve. Moreover, adaptive algorithm is used to automatically adjust the weights of different targets according to the states of system. In order to evaluate the performance of proposed PMS, the online classic PMS, Equivalent Consumption Minimum Strategy(ECMS), which is normally applied in Hybrid Electric Vehicles(HEV), is also implemented in the case study. From simulation results for different cases from MATLAB-SimulinkTM, it is shown that proposed PMS has significant effects on controlling State-of-Charge (SoC) of battery and a noticeable improvement on extension of Hydrogen Fuel Cell lifetime and battery charge- sustainability.
Raylı sistemlerde enerji kalitesi problemleri
Demiryolu taşımacılığının talep artışı nedeniyle yayılımı, hem yolcu hem de yük nâkilindeki sayısız avantajından dolayı zamanla ivmelenmiştir. Trafik sıkışıklığını gidermesi, yüksek kapasitede yolcu ve yük taşınabilmesi, konfor, yüksek hız ve güven sağlanması gibi birçok avantajı bulunan raylı ulaşım sistemleri, Türkiye'de de önemli bir yer edinmiştir. Ülkemizde, demiryolu inşasının ilk adımı 1869 yılında atılmış ve bir süre durgunluğun ardından birçok raylı ulaşım şebekesi, özellikle son 20 yıl boyunca büyük yatırımlarla uygulamaya geçirilmiştir. Cer yükündeki bu artış enerji sistemine olan etkilerin de yoğunlaşmasına sebep olmuş ve raylı ulaşım sistemlerinin şebekeye olan etkilerinin incelenmesini zorunluluk haline getirmiştir. Bu tez çalışmasında, raylı sistemlerde karşılaşılan kalite problemleri sıralanmış ve en önemli kalite problemlerinden olan harmonikler üzerine yoğunlaşılmıştır. Gerçek raylı sistem verileri doğrultusunda, bilgisayar ortamında model oluşturulmuş ve harmonik analizi gerçekleştirilmiştir. Sistem üzerindeki harmonik probleminin çözümüne yönelik öneriler getirilmiş, simülasyon ortamında denenmiş ve sonuçlar sunulmuştur.
Yeni nesil dağıtım şebekelerinde kullanılan yönlü aşırı akım rölelerinde hat kopukluğu ve arıza noktası tespiti
Gelişen teknoloji ve artan sanayileşme enerjiye olan bağımlılığı hiç olmadığı kadar arttırmıştır. Kesintisiz enerji, gündelik yaşamın temel unsuru haline gelmiş ve meydana gelen arızaların elektriksel enstrümantasyonlara, iletim ve dağıtım şebekelerine, enerji üretim tesislerine hatta enterkonnekte sisteme zarar vermeden izole edilip çözülmesi hayati önceliklerden biri halini almıştır. Elektrik tesislerinde koruma rölelerinin temel fonksiyonu sistemde meydana gelen kısa devrelerde ya da tesise ve tesis elemanlarına zarar verebilecek herhangi bir anormal durumda, elektrik şebekesinin geri kalan kısmının etkin bir şekilde çalışmasını etkilemeyecek şekilde, arızalı olan bölgenin mümkün olan en kısa sürede servis dışı edilmesini sağlamaktır. Gelişen teknoloji ve artan ihtiyaçlar rölenin bu temel işlevinin ilgi aralığını arttırmış ve doğru koordinasyonun sağlanması adına yeni koruma metodolojileri geliştirilmiştir. Bu nedenle, bu çalışmada günümüzde sıkça karşılaşılan ve karşılaşıldığında uzun süreli enerji kesintilerine neden olabilen, mesafe rölesi prensibiyle düşünülüp kısa devre arızasıyla karıştırılan hat kopukluğu (açık devre) arızasıyla ilgili yeni bir yaklaşım ortaya konulmuştur. Havai şebekeler için farklı değerlendirilmeler yapılarak hat modellemeleri gerçellenmiştir. Gerçellenen primer devre şeması üzerine yüksek frekans bölgesi oluşturulmuştur. Elde edilen bu şema üzerine yerleştirilen hat parametreleri, benzetim (simülasyon) ortamında test edilmiştir. Sistemin farklı parametrelere göre cevabı sayısal değerler üzerinden değişimler yapılarak gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, açık devresi arızasının tespiti için, bu algoritmanın koruma röleleriyle birlikte kullanılması planlanmıştır.
Gömülü mıknatıslı senkron makinaların analitik modellenmesi için yeni bir yaklaşım
Gömülü mıknatıslı senkron makinalar (GMSM) yüksek moment ve güç yoğunluğu, geniş sabit güç hız aralığı, yüksek verime sahip olması gibi avantajları nedeniyle kullanımı yaygınlaşmaktadır. Özellikle geniş hız aralığında çalışabilmesinden dolayı hibrit ve elektrikli araç uygulamalarında kullanımı yaygındır. Ayrıca mıknatısların rotor içerisine gömülü olmasından dolayı relüktans momenti de üretirler ve aynı moment değeri için yüzey montajlı makinalar ile karşılaştırıldığında daha az kalıcı mıknatıslara ihtiyaç duyarlar. Elektrik makinalarının tasarımı sırasında modellemeye ihtiyaç vardır. Karmaşık geometrik yapısı ve doğrusal olmayan manyetik davranışı nedeniyle analitik modelleme oldukça zordur. Sonlu eleman analizi modelleme için en iyi yöntem olmasına karşın hesaplama süresi uzundur. Bu yüzden tasarım süreci kabaca boyutların belirlendiği ön tasarım ve nihai geometrinin elde edildiği detaylı tasarım olmak üzere ikiye ayrılır. Ön tasarım sürecinde hızlı sonuç alabilmek için analitik yöntemler kullanılır. GMSM'nın Lq değeri manyetik doyma nedeni ile akıma bağlı değişim göstermektedir. Bu yüzden doğrusal olmayan bir analitik manyetik modele ihtiyaç vardır. Literatürde doğrusal olmayan modelleme için iteratif yöntemler kullanılmaktadır. Tez kapsamında önerilen modelin temelini manyetik malzemenin doğrusal olmayan davranışının matematiksel ifadesi oluşturmaktadır. Bu ifade, akı tüpleri ve toplu parametre yönteminden yararlanıp geometrik bilgiler kullanılarak manyetik eşdeğer devreye dönüştürülür. İlk olarak basit bir endüktansın modellemesi yapılmış ve LambertW fonksiyonu kullanılarak doğrusal olmayan analitik bir model elde edilmiştir. DA-DA dönüştürücülerde endüktansın akıma bağlı değişimi gözlenerek önerilen yöntemin doğruluğu deneysel olarak gösterilmiştir. Daha sonra bu model GMSM'ye uygulanmak istenmiş ama modeldeki kısıtlamadan dolayı sonuç elde edilememiştir. Bu nedenle yaklaşık analitik yöntemler incelenmiş ve perturbasyon teorisi ile çözümün mümkün olduğu görülmüştür. Perturbasyon teorisi ile çözümü elde edebilmek için malzemenin doğrusal olmayan manyetik davranışı perturbasyon teorisine uygun bir denklem ile modellenmiştir. Manyetik eşdeğer devrenin çözümü perturbasyon serileri ile denenmiş sonucun doğrusal bölgede çalışır iken doğrusal olmayan bölgede ıraksadığı görülmüştür. Perturbasyon serileri, Pade Yaklaşımlarına dönüştürülerek Lq endüktansının doğrusal olmayan modellemesi gerçekleştirilmiştir. Önerilen yöntemin doğruluğunu göstermek için motor tasarımı ve üretimi yapılmıştır. GMSM'lar sargıları bakımından dağıtılmış ve konsantre olmak üzere iki tiptir. Literatürde konsantre sargılı GMSM'lar üzerine çalışma sayısı azdır. Konsantre sargı makinalarda MMK dağılımı sinüzoidal değildir ve alt-harmonikler oluşur. Oluk kutup kombinasyonu makinanın hem güç yoğunluğuna hem de manyetik davranışına etki eder. Bu yüzden farklı oluk/kutup kombinasyonlarının analizi yapılmıştır. Ayrıca geniş hız aralığında çalışabilmesi için karakteristik akımına göre makina tasarımı ve prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra deney seti oluşturularak endüktans ölçümleri ve makinanın çalışma hız-moment eğrisi elde edilmiştir.
Güç sistemlerinde sistem çökmesi ve yeniden toparlanma
Güç sistemleri enerji üretim, iletim ve tüketim birimlerini üzerinde barındıran kompleks yapılardır. Bu yapılar üzerinde çeşitli nedenlerle enerji kesintileri meydana gelebilmektedir. Güç sistemi üzerinde meydana gelen kesintiler şebekenin kısmen ya da tamamen kaybına yol açabilmektedir. Büyük bölgelerde meydana gelen enerji kesintileri önemli ekonomik kayıplara neden olmakta ve bu konuda önlem alınmasını zorunlu kılmaktadır. Gerçekleştirilen bu çalışmada, güç sistemlerinde meydana gelen blackout (sistem çökmesi) durumları analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında Türkiye ve Dünya üzerinde karşılaşılmış olan önemli blackout (sistem çökmesi) durumları incelenmiştir. Yaşanmış olaylar ışığında güç sistemlerinde blackout (sistem çökmesi) nedenleri sıralanmış ve yorumlanmıştır. Blackout (sistem çökmesi) durumları ile karşılaşılmaması için alınabilecek önlemler ortaya konulmuştur. Ayrıca sistem üzerinde bulunan blackstart (yeniden toparlanma) özellikli santrallerin şebekenin yeniden toparlanması üzerine etkileri incelenmiştir.
Ev türü endüksiyonlu ocaklar için yeni bir AC-AC dönüştürücünün tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Endüksiyonlu ısıtma sistemlerinde, maliyet ve verim arasındaki dengeye bağlı olarak yarım köprülü rezonanslı ve tek anahtarlı kısmi rezonanslı dönüştürücüler yaygın şekilde kullanılır. Endüksiyon teknolojisi ile ilgili son çalışmalar incelendiğinde çok bobinli ve doğrudan AC-AC tasarımlar ön plana çıkmaktadır. AC-AC rezonanslı dönüştürücüleri kullanmanın başlıca nedeni iletimdeki yarı iletken sayısını azaltmaktır. Tek bobinli topolojilerin yanı sıra, çok bobinli topolojiler ile modern bir tasarım yapılarak ısı dağılımlarını iyileştirmek mümkündür. Endüksiyon ile ısıtma teknolojisinin ulaştığı en güncel teknoloji tek kaynaktan çok bobin besleyebilen AC-AC dönüştürücü tasarımlarıdır. Ancak bu tasarımların bazı dezavantajları vardır. Çok bobinli yapıların bir kısmı elektromekanik anahtarlar yardımıyla tasarlanmıştır. Isıtılmak istenen bobin grubuna bağlı elektromanyetik röle devreye alınarak ısıtma sağlanır. Röle hem devre boyutlarını hem de maliyeti artırmakta, kullanıcı tarafından duyulabilir mekanik sese neden olmaktadır. Röle kullanılmayan tasarımlarda ise ısıtılacak bobin sayısı seçimi, yarı iletkenler kontrollü diyot gibi kullanılarak sağlanmaktadır. Sonuç olarak devrede kullanılan toplam aktif yarı iletken sayısı artar, maliyet artar, verim düşer. Çok bobinli yapılar tasarlanırken yarım köprülü seri rezonanslı ya da tek anahtarlı kısmi rezonanslı devre topolojilerinden biri seçilmek zorundadır. Literatürde her iki devre çalışmasını aynı topolojide toplayan bir devre yoktur. Bu çalışmada, ev türü endüksiyonlu ocaklarda kullanılan devre topolojileri için yukarıda sıralanan dönüştürücü problemlerinin çözüldüğü, tek bir dönüştürücü kullanılarak yarım köprülü seri rezonanslı ve tek anahtarlı kısmi rezonanslı olmak üzere iki farklı güç topolojisinin uygulanabildiği, yeni bir çok çıkışlı AC-AC dönüştürücünün geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışma topolojisinin seçim kriterleri olarak tencerenin fiziksel yerleşimi, tencereye aktarılmak istenen güç seviyesi ve ısıtılması istenen toplam tencere sayısı belirtilebilir. Ayrıca önerilen dönüştürücü yarı iletken miktarı, verimlilik ve toplam harmonik bozulma açısından literatürdeki klasik dönüştürücü ile karşılaştırılmıştır. Önerilen dönüştürücünün her iki çalışma modu ve klasik çok bobinli AC-AC dönüştürücü verim açısından karşılaştırılmıştır. Bu amaçla önce simülasyon çalışmaları ile çıkış gücüne bağlı verim analizi yapılmıştır. Sonrasında prototipi gerçekleştirilen devreden elde edilen uygulama sonuçlarıyla simülasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Tasarım bir kaynaktan eş zamanlı olarak üç bobin beslenebilecek şekilde yapılmıştır. Tek bobinin enerjilendiği durum hariç; önerilen dönüştürücü yarım köprülü seri rezonanslı çalışmada tüm çıkış güçleri için klasik dönüştürücüden daha verimlidir. Ayrıca önerilen dönüştürücünün harmonik akımları standartlarca belirlenmiş limitlerin altında kalmaktadır.
Güç sistemlerinde harmonik kestirim yöntemleri ve performans analizleri
Günümüz modern güç sistemlerinde doğrusal olmayan yüklerin, güç elektroniği elemanlarının ve devrelerinin artmasıyla birlikte güç kalitesi problemleri de ortaya çıkmaktadır. Güç kalitesini etkileyen unsurların başında da harmonikler yer almaktadır. Bu nedenle harmoniklerin tespit edilmesi, ölçülmesi, kestirimi ve bastırılması son derece önemlidir. Harmoniklerin ölçümü ve kestirimi için birçok farklı yöntemler geliştirilmiş ve geliştirilmektedir. Bu tez çalışmasında Fourier dönüşümü, Chirp z-dönüşümü, ayrık Hartley dönüşümü, Hilbert-Huang dönüşümü, Prony yöntemi, çoklu işaret sınıflandırması, Kalman filtresi, eğim düşüm tabanlı adaptif filtreler gibi çeşitli yöntemler kapsamlı bir şekilde araştırılmış, matematiksel altyapıları irdelenmiş, prensiplerine göre sınıflandırılmıştır. Sunulan yöntemler birleştirilerek, MATLAB programında harmonik kestirimi uygulaması oluşturulmuştur. Ayrıca incelenen yöntemler, güç kalitesi parametrelerine göre test edilmiş ve performans değerlendirmesi yapmak amacıyla karşılaştırılmıştır. Sunulan yöntemlerden ayrık Hartley dönüşümü, Hilbert-Huang dönüşümü ve çoklu işaret sınıflandırması yöntemleri giriş işaretindeki faz açılarından etkilendiği belirlenmiştir. Ayrıca hızlı Fourier dönüşümü, Chirp z-dönüşümü, eğim düşüm tabanlı adaptif filtreler ve Kalman filtresi ile genlik ve faz kestirimi yapılabilirken Hilbert-Huang dönüşümü, Prony ve çoklu işaret sınıflandırması yöntemleri ile genlik kestirimi ile birlikte frekans kestirimi de yapılmıştır. Frekans kestiriminde Hilbert-Huang dönüşümü ve Prony yönteminde hata oranının sıfıra yakın olduğu görülmüştür. İlave olarak gerilim çökmesi, gerilim sıçraması, harmonik bozulma, gerilim kesintisi, DA bileşeni, gürültü bileşeni ekleme gibi durumlarda da performans değerlendirmeleri yapılmıştır.
Research of inverter switching devices in series arrangement
Today, power electronic converters have an extensive area of usage. As the one of these power electronic converters, DC ? AC converters (also known as inverters) are also used for a wide variety of applications.Using serially connected switching devices for inverter circuits is an important issue and provides several advantages such as low - cost and better switching characteristics.In this paper, availability of using switching devices in series for inverter circuits is examined. Consequently, half - bridge inverter circuits (2 MOSFETs in series and 3 MOSFETs in series) are simulated. Then half ? bridge inverter circuit with 2 MOSFETs in series is built and tested in laboratory. For all simulations and laboratory works; IRFS4410 (100V) model numbered MOSFETs are used as main switching devices. In brief; compatibleness, adaptability and power sharing capability of MOSFETs are tested and test results bring to a successful conclusion.
Vuruntu momenti azaltılmış eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron motor tasarımı
Sürekli mıknatıslı motorların, uyartım akımının mıknatıslar tarafından sağlanması nedeniyle verimlerinin yüksek oluşu, bu motorlara olan ilgiyi arttırmaktadır. Bu sebeple özellikle son yıllarda sürekli mıknatıslı senkron motorların çeşitli tipleri üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Sürekli mıknatıslı motorlarda Radyal Akılı ve Eksenel Akılı olmak üzere iki temel yapı mevcuttur.Eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlar, yapılarından kaynaklanan avantajlarından dolayı, elektrik motorları arasında oldukça dikkat çekicidir ve üzerine son zamanlarda artan oranda çalışmalar yapılan önemli bir konu haline gelmiştir. Ancak bu tip motorlarda, moment dalgalanmasının önemli nedenlerinden biri olan ve motorun doğal yapısından kaynaklanan vuruntu momenti, birçok özel uygulama için kritik sorun oluşturmaktadır.Literatür incelendiğinde, radyal akılı sürekli mıknatıslı motorlarda vuruntu momentini azaltmak için, stator oluklarına ya da mıknatıslara kaykı verilmesi, mıknatıslara özel şekiller verilmesi, yardımcı olukların ya da dişlerin kullanılması, mıknatıs kutbunun optimizasyonu gibi birçok tekniğin uygulandığı görülmektedir. Bu tekniklerin bazıları doğrudan eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlara uygulanabilir. Ancak özellikle bu motorlarda stator tarafında uygulanan tekniklerin, maliyet açısından olumsuz yönleri bulunmaktadır. Eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlarda maliyeti arttırmayacak ve vuruntu momentini istenilen seviyelere indirecek tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında vuruntu momentini azaltmak üzere rotor tarafında düşük maliyetli teknikler önerilmiş, bu tekniklerin vuruntu momenti ve moment dalgalanmasına etkileri, 3D sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak ayrı ayrı analiz edilmiştir. Tez çalışmasında, vuruntu momentini en aza indiren iki farklı rotor yapısı kullanılarak prototip motor üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca vuruntu momentini ölçmek için özel olarak kurulan deney düzeneği ile üretilen motorun testleri yapılmış ve elde edilen sonuçların 3D SEA değerleri ile karşılaştırmaları yapılarak önerilen tekniklerin etkinlikleri deneysel yol ile doğrulanmıştır. Üretilen prototip ile tasarlanan rotor yapılarının vuruntu momenti değerlerinin uyum içinde olduğu görülmüştür.
Statik VAR kompanzasyon sistemlerinin harmonikler bakımından incelenmesi
Son yıllarda dünyamızın karşı karşıya kaldığı en önemli sorunlardan biri olan enerji krizi nedeniyle yeni enerji kaynakları arayışı artarken, mevcut olan enerjinin optimum şekilde kullanılması ve kurulmuş olan sistemlerin en verimli şekilde kullanılması yönünde çalışmalar yoğunlaşmıştır.Güç sistemlerinde enerjinin verimli şekilde kullanılmasının en etkin önlemlerinden birisi reaktif güç kompanzasyonudur. Reaktif güç ihtiyacı sabit olmayan tüketiciler için belirli teknikler kullanılarak anahtarlanan otomatik reaktif kompanzasyon sistemleri kurulmuştur. Bu tekniklerden en önemlilerinden biri statik var kompanzasyon sistemidir. Yarı iletken güç elemanları kullanılarak reaktif gücün kontrol edilmesine Statik VAR Kompanzasyonu ve bunu gerçekleştiren sisteme de Statik VAR Kompanzasyon sistemi denir.Statik VAR kompanzasyon sistemlerinin bazı önemli özellikleri, geçici olayların en aza inmesi, kayıpların az olması, yedekleme olanağı, kontrol esnekliği ve güvenirliğin yüksek olması şeklinde sıralanabilir.Bu çalışmada son yıllarda büyük önem kazanan statik VAR kompanzasyon sistemleri ve bu sistemlerin enerji kalitesine etkiyen en önemli bileşen olan akım ve gerilim harmoniklerinin etkisi incelenmiş, son olarak da SVC'nin farklı yüklenme durumda harmoniklerinin etkisini göstermek için laboratuar ortamında kurulan prototip bir set yardımıyla deneysel çalışma yapılmış ve aynı zamanda simulasyon ortamında da deneysel değerleri çalışılmış ve gözlenmiştir.Yapılan çalışmada SVC sistemlerinin tek başına kullanıldıklarında oldukça harmonik ürettiği bu yüzden de filtreler ile kullanılması gerektiği görülmüştür. Ayrıca bu çalışma ile SVC sistemlerinin yüklenme durumlarına göre harmonik etkileri incelenmiştir. Tez çalışmasının çıktılarından biri de simülasyon modeli gerçekleştirilerek simülasyon sonuçlarının deneysel sonuçlar ile doğrulanmasıdır. Bu sayede gelecekte daha karmaşık ve ölçüm alınması zor olan sistemler için bilgisayar ortamında çalışmalar yapılabilecektir.
IGBT doğrultuculu kesintisiz güç kaynaklarının 6 pulse ve 12 pulse doğrultuculu kesintisiz güç kaynaklarıyla mukayesesi ve üstünlüklerinin analizi
Yapılan bu çalışmada sistemlere kesintisiz olarak enerji aktarılması işlemini gerçekleştiren Kesintisiz Güç Kaynakları incelenmiş, bu cihazların temel olarak çeşitli tipleri ele alınmış, özellikle doğrultucu kısımları biraz daha irdelenerek IGBT doğrultuculu kesintisiz güç kaynaklarının üstünlükleri incelenmiştir.Kitabın giriş kısmında tez içerisinde anlatılan konuların kısa bir anlatımının yapılmasından sonra 2. bölümde güç kalitesi kısmına yer verilmiş, güç sorunları ve çözümleri ele alınmıştır. 3. bölümde sistemlere kaliteli ve kesintisiz enerji aktaran Kesintisiz Güç Kaynakları incelenmiş, bu cihazların topolojileri, iç yapıları, kullanım şekilleri anlatılmıştır.4. bölümde kesintisiz güç kaynaklarının doğrultucu kısmı irdelenmiş, çeşitli doğrultucu tipleri incelenerek IGBT doğrultuculu kesintisiz güç kaynaklarının 6 darbeli ve 12 darbeli kesintisiz güç kaynaklarına göre üstünlükleri ifade edilmiştir.5. bölümde ise sonuçlar belirtilmiştir.
Hata ağacı ve blok diyagramı yöntemi ile koruma sistemlerinde güvenilirlik analizi ve çözüm önerileriyle Türkiye elektrik iletim sistemine uygulanması
Koruma sistemleri yüksek güvenilirliğe sahip işletme gerektiren günümüz güç sistemlerinde hayati önem taşımaktadır. Bu yüzden güç sisteminin güvenilirlik seviyesi güç sistem işletmesinde önemli etkisi olan koruma rölelerinin güvenilirliği ile yakından ilgilidir. Literatürdeki araştırma raporları, güç dağıtım ve iletim sistemlerinde meydana gelen arızalarda koruma sistemlerinin sıkça rol aldığını işaret etmektedir.Bu çalışmada koruma sistemleri, temel güvenilirlik kavramları ve hesaplama yöntemleri hakkında genel bilgiler verilmiş, literatürde son yıllarda yapılan koruma sistemlerinde güvenilirlik ile ilgili çalışmalara göz atılmış, harmoniklerin koruma röleleri güvenilirliği üzerine etkisi incelenmiş, şebekelerde olasılıksal güvenilirlik analizi yapılış metodu hakkında genel bilgiler verilmiş, Türkiye'deki Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi (TEİAŞ) şalt merkezleri ve koruma sistemleri hakkında bilgiler verilmiş, TEİAŞ'tan temin edilen 2009 yılı arıza istatistik bilgilerine 154-380 kV havai hat ve transformatör fiderleri için ayrıntılı olarak yer verilmiştir.Bir koruma sistemi kesici, ölçü transformatörleri, yardımcı sistemler ve koruma rölelerinden oluşmaktadır. Genel olarak bakıldığında bir koruma rölesinin güvenilirliği denildiğinde, koruma rölesinin yanlış çalışması veya gerektiğinde çalışmaması olarak nitelendirilebilir. Bu iki arıza durumunu etkileyen birçok faktör bulunmasına rağmen, daha önce literatürde bu sorunların tespiti için yapılan bu kadar kapsamlı bir çalışma yoktur. İşte bu çalışmada tüm bu faktörlerin tespiti için bir havai hat ve transformatör fideri için hata ağacı oluşturulmuş, gerek TEİAŞ'tan alınan bilgiler gerekse de bugüne kadar üzerinde çalıştığım yüzün üzerinde Türkiye, Irak, Birleşik Krallık (İngiltere, Kuzey İrlanda), Hollanda, Almanya koruma-kumanda projelerinde edindiğim tecrübeler doğrultusunda güvenilirliği arttırıcı çözüm önerilerim, koruma sistemlerinin hepsini kapsayacak şekilde akım transformatörsundan kesiciye; yardımcı DC beslemelere kadar ayrıntılı olarak sunulmuştur.Mevcut durum ve çözüm önerileri için TEİAŞ'ta kullanılan projeler üzerinden geliştirilen güvenilirlik blok diyagramları ile güvenilirlik hesaplanmış, yapılan sayısal uygulamada önerilen sistemin güvenilirliği daha iyi olduğu görülmüştür.Ayrıca Türkiye'nin üç farklı bölgesi için DigSilent şebeke analiz bilgisayar programı kullanılarak gerçek verilerle 154-380 kV nominal gerilim seviyesinde beş farklı çalışma için güvenilirlik hesaplaması yapılmış, hesaplama sonuçlarına yer verilmiştir.
Alternatif enerji sistemlerinde kullanılan çok seviyeli eviricilerin incelenmesi
Son yıllarda güç elektroniği elemanlarının gelişmesiyle güç elektroniği sistemlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar artmıştır. Bu çalışmalardan en önemlilerinden biri ise çok seviyeli evirici topolojisi olmuştur. Yüksek güçlü uygulamalarda ve özellikle alternatif enerji sistemlerinde çok seviyeli evirici devreleri performansları açısından tercih edilmektedirler. Diğer klasik eviricilere göre en önemli ayırt edici özelliklerin başında çıkış geriliminin daha az bozuk olması, düşük anahtarlama frekansında ve yüksek verimde çalışması yer almaktadır.Çok seviyeli eviricilerin devre yapılarının gelişmesiyle darbe genişlik modülasyon teknikleri de gelişmektedir. Son yıllarda en çok üzerinde durulan DGM tekniği Uzay Vektör DGM'dir. Çünkü uzay vektör darbe genişlik modülasyon tekniğinin mikroişlemciler ile kullanılması avantajlı olmuştur.Bu tez çalışmasında, izoleli DA kaynaklı kaskat bağlı çok seviyeli evirici üzerinde çalışma yapılmıştır. Öncelikle eviriciler ve çok seviyeli eviriciler hakkında genel bir bilgi verilmiştir. Sonrasında çok seviyeli eviricilerin geleneksel olarak nitelendirilen temel topolojileri anlatılmış ve darbe genişlik modülasyon teknikleri açıklanmıştır. SVPWM tekniği ise ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Son olarak üç seviyeli kaskat bağlı izoleli DA kaynaklı çok seviyeli eviricinin SVPWM tekniği kullanılarak MATLAB/Simulink modeli incelenerek sonuçlar verilmiştir.Bu tezin seçilmesindeki amaç alternatif enerji sistemlerinde kullanılan çok seviyeli eviricilerin klasik iki seviyeli eviricilere göre avantajlarını görmektir. Çok seviyeli eviricilerde minimum seviye üç olduğundan, üç seviyeli bir evirici üzerinde çalışılmıştır.
Farklı PV teknolojilerinin gerçek ortam verileri kullanılarak modellenmesi ve İstanbul şartlarında optimum eğim açılarının belirlenmesi
Ülkemiz, Avrupa'da en yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip ikinci ülke konumundadır. Buna rağmen, ülkemiz bu potansiyelini kullanma konusunda diğer birçok Avrupa ülkesinden geride kalmıştır. Ancak son yıllarda yapılan düzenlemelerle ülkemizde de güneş enerjisinden elektrik üretimi yönüyle yararlanma yoluna gidilmektedir. Bunun için günümüzde Enerji Bakanlığı tarafından güneş santrallerinin kurulması teşvik edilmekte ve lisanssız olarak 500 kW'a kadar elektrik üretimine izin verilmektedir.Fotovoltaik(PV) güneş enerji santrallerinde kullanılan PV yapıların verimleri, her bir PV teknolojisi için farklılık arz etmektedir. Ancak kurulum ve işletme maliyetleri ve sistem uyumluluklarına göre güneş santralleri farklı teknolojilere sahip PV modüllerden oluşturulabilmektedir.PV `lerin enerji çıktısını etkileyen en önemli faktörler ışınım ve sıcaklıktır. Mevcut PV teknolojilerinin modellenmesinde laboratuar şartlarında (1000 W/m2 ışınım, 25oC sıcalık) alınan veriler kullanılmaktadır. Ancak kurulacak olan bir güneş santralinde dış ortam şartları oldukça değişkendir. Dolayısıyla bir santralin enerji çıktısının hesaplanabilmesi için her iki faktör ele alınmalıdır.Kurulacak güneş santrallerinde yıllık üretilebilecek elektrik enerjinin tahmin edilmesi gerekmektedir. Yıllık maksimum enerjinin tahmin edilebilmesi için PV, dış ortam şartları ve PV yapıların yatayla yaptığı eğim açısının bilinmesi gerekir. PV yapıların enerji çıktısı sadece ışınıma bağlı değildir. Ayrıca her bir PV teknolojisinin sıcaklık faktöründen etkilenme oranı farklıdır. Bu durumda bir güneş santrali çalışmasında uygun konumlandırma için her bir faktörün (PV teknolojisi, ışınım, sıcaklık ve rüzgar) dikkate alınarak panellerin optimum eğim açısının belirlenmesi gerekmektedir.Bu tez çalışmasıyla, farklı PV teknolojileriyle üretilmiş fotovoltaik panellerin (mono-kristal silikon, poli-kristal silikon ve ince film) gerçek ortam şartlarına göre Matlab/Simulink ortamında PV modeli oluşturulmuş ve oluşturulan modelde her bir panel teknolojisi için ışınım, sıcaklık vb. dikkate alınarak panellerin İstanbul için optimum eğim açısı belirlenmiştir.
Aktif güç faktörü düzeltme devrelerinin incelenemesi ve bir uygulama devresinin gerçekleştirilmesi
Günümüzde yarı iletken elemanların ve buna bağlı olarak güç elektroniği cihazlarının kullanımının artmasıyla birlikte harmonik akımların şebekeye etkileri yadsınamaz hale gelmiştir. Şebekeden çekilen enerjinin kalitesizleşmesine neden olan bu akımların azaltılması ve akımın şekillendirilmesi üzerine çalışmalar yaparak güç faktörü değerinin uygun seviyelere çekilmesi bir gereksinim olmuştur.Bu tez çalışmasında güç faktörü kavramı açıklanmış, güç faktörünün bozulmasına sebep olan harmonikler ve bu harmonikleri sınırlayan uluslararası standartlar incelenmiştir. Güç faktörü düzeltme yöntemleri sıralanmış ve bu yöntemlerden en basit ve yaygın olan pasif filtreler ve günümüzde kullanımı ve önemi giderek artan yüksek frekanslı AC-DC dönüştürücüler açıklanmıştır.Güç çeviricisi olarak iki faz dönüşümlü yapılı yükseltici topolojisi kullanılmıştır ve kritik akım modlu akım denetleme yöntemi uygulanmıştır. Tasarım hedefleri yüksek güç yoğunluğunda yüksek giriş güç çarpanı, düşük giriş akımı bozunumu ve yüksek çıkış gerilimi kararlılığı sağlamaktır. Oluşturulan uygulama devresinde düşük giriş akım salınımı ve elektromanyetik girişim elde etmek, güç devresi bileşenleri üzerindeki zorlamaları azaltmak ve daha yüksek güç yoğunluğu elde etmek için dönüşümlü çalışma (interleaved) kullanılmıştır. Dönüştürücünün kontrolü, iki faz iletim modlu doğal dönüşümlü çalışma (natural interleaving) ile yükseltici doğrultucu denetimi yapabilen ticari bir kontrol entegresi ile sağlanmıştır.xiiiAktif güç faktörü düzeltme devresi tasarlanarak, devreden uygulama sonuçları alınmış ve yoruımlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Güç faktörü, güç faktörünün düzeltilmesi, harmonik standartları, tek aşamalı yüksek frekanslı AC-DC dönüştürücüler, iki faz dönüşümlü (interleaved) yükseltici güç faktörü düzeltme devreleri.
Ulaşım araçlarında fotovoltaik yapılar için uygun bir maksimum güç takip algoritması ile verimliliğin artırılması
Günümüzde fosil yakıtların hızla tükenmesi ve çevreci yakıt arayışları nedeniyle elektrikle çalışan çevreci otomobil, yat ve benzeri araçlar üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Fotovoltaik yapıların da elektrikle çalışması düşünülen bu araçlarda hem çevrecilik yönüyle hem de elektriksel olarak destek ünitesi olarak yer alması öngörülmektedir. Bu araçların dış kaplamasının fotovoltaik hücrelerle yapılması durumunda azımsanmayacak bir elektrik enerjisinin aracın bataryasında depolanması mümkündür.Fotovoltaik yapılarda yük, ışınım ve sıcaklık vb. gibi çevresel etmenlerin değişmesinden dolayı maksimum gücün alınabileceği gerilim noktası değişmektedir. Bu değişimler altında fotovoltaik yapılardan bataryaya veya yüke aktarılan güç miktarını maksimum yapmak üzere geliştirilmiş Maksimum Güç Takip Sistemleri (MGTS) bulunmaktadır. Bu sistemler temelde birbirlerine benzemekle birlikte geri besleme kontrolleri ve güç takip algoritmaları yönüyle farklılıklar göstermektedir.Bu tez çalışmasıyla farklı güç takip algoritmalarına sahip MGTS'ler belirli bir hareket döngüsü ile hareket ettirilen fotovoltaik yapı üzerinde denenmiş ve her bir algoritmanın gerçek bir deneysel ortamda hareketli sistemlere uyumluluğu ortaya konmuştur. Bu deneyler sonucu her bir algoritmanın hareketli sistemlere uyumlu bileşenleri veya olumlu faktörleri ele alınarak hareketli araçlara uygun bir maksimum güç takip algoritması oluşturulmuş ve bu maksimum güç takip algoritmasının performansı değerlendirilmiştir.
Şebekeden bağımsız uygulamalar için hibrit bir rüzgâr türbini/fotovoltaik/yakıt hücresi/batarya sisteminin optimizasyonu, tasarımı ve uygulaması
Tüm dünyada enerji talebinin giderek artması, bunun yanında fosil kökenli yakıtların ise giderek azalması, alternatif ve yenilenebilir enerji kaynakları ile ilgili çalışmalara hız kazandırmıştır. Bunun yanı sıra, fosil yakıtların son derece olumsuz çevresel etkileri de yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yapılan çalışmaların önemini daha da arttırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının birçok avantajının yanında çözüm bekleyen problemleri de bulunmaktadır. Bu problemler arasında en önemlilerinden biri de rüzgâr, güneş gibi enerji kaynakları ile elektrik enerjisi üretiminin meteorolojik koşullara doğrudan bağımlı olmasıdır. Bu dezavantajın üstesinden gelebilmek için bahsi geçen yenilenebilir enerji kaynaklarının, yedek bir güç ünitesi ve enerji depolama elemanları ile birlikte kullanıldığı hibrit sistemler önerilmektedir. Konvansiyonel uygulamalarda bahsi geçen yenilenebilir enerji kaynaklarına paralel olarak batarya sistemleri sıkça kullanılmaktadır. Ancak kısa ömürlü, büyük boyutlu ve maliyetli batarya ünitelerinin yerine son zamanlardaki çalışmalarda bir elektrolizör ünitesi vasıtası ile yakıt hücresi sistemlerinin kullanılması üzerine yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Bu şekilde oluşturulan hibrit bir sistem ile bir enerji tüketim merkezinin (evsel yükler, sanayi yükleri, telekomünikasyon merkezlerinin yük talepleri, vb.) güç ihtiyacı şebekeden bağımsız şekilde karşılanabilir. Bu sayede, bahsi geçen sistemlerde fosil yakıtların kullanımı ile oluşan olumsuz çevresel etkilerin önüne geçilebildiği gibi, verim arttırımı ve maliyet azaltımı da elde edilebilir. Bu şekilde oluşturulan hibrit sistemlerde xiv ekonomik olma kriterinin de sağlanması açısından sistem bileşenlerinin optimum şekilde boyutlandırılması da büyük bir önem arz etmektedir. Bu bağlamda gerçekleştirilen tez çalışmasında, uygun bir güç biçimlendirme ünitesi üzerinden şebekeden bağımsız bir yük için gerekli güç talebini karşılayan hibrit bir yenilenebilir enerji sisteminin tasarımı, optimizasyonu ve deneysel olarak gerçeklenmesi amaçlanmıştır. Rüzgâr Türbini/Fotovoltaik/Yakıt Hücresi/Batarya ünitelerinden oluşan hibrit sistem ile ilgili denemeler öncelikle benzetim ortamında, daha sonra da test platformunda deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Optimum boyutlandırma aşamasında hibrit sistem bileşenlerinin performans azalımlarını dikkate alan yeni bir perspektif ortaya konulmuştur. Bu bağlamda, elde edilen çıktılar ile özellikle hibrit alternatif enerji sistemlerini konu alan mevcut literatüre katkı yapılması hedeflenmektedir. Anahtar Kelimeler: Batarya, elektrolizör, enerji yönetim sistemi, dinamik modelleme, fotovoltaik panel, hibrit sistem, optimum boyutlandırma, rüzgâr türbini, yakıt hücresi.
Simulation and experimental analysis of doubly-fed induction generator under grid faults
The percentage of wind power in electrical power systems worldwide is increasing rapidly every year because of the some important advantages of wind power. Wind power is not a new energy source in the world. Wind power has been existed since the world was created. Firstly, people started to use wind power with windmills by the 9th century but not for getting electrical power until July 1887. After this date, the popularity of getting electrical power from wind power has been continuously increased in academia and in industry. Especially in a few decades, by means of power electronics, wind turbines and wind farms became widespread. The reports in 2010 show that recently 21% of electricity production in Denmark, 18% in Portugal, 16% in Spain and 8% in Germany are provided by the wind power [1].These countries have the highest rate in wind power. For Turkey, this rate is around at 2% which is very low compare to wind power capacity of the country that is 58 GW. This power is more than the country?s installed electric power capacity (55.4 GW)[2]. The last few years, there are so many appeal for installing wind power turbine or farm in Turkey [3]. But because of the limited capacity of interconnected system, the taking appeal is stopped for some time to organize interconnected system again. The wind power technology in world tends to variable speed wind power technology because it has so many advantages compare to fixed speed systems such as less mechanical stress, higher efficiency, higher power quality, less reactive power consumption and so on. In variable speed technology, two generator types are generally used; doubly-fed induction generator (DFIG) and permanent magnet synchronous generator (PMSG). These two generator types have some advantages and disadvantages between each other. In this thesis, DFIG was selected to analyze the wind power turbine system. The analysis of wind turbine systems consists of two situations; under healthy condition and under fault condition. The wind turbine system model is created in simulation softwares. Simulation results are obtained from coupled simulation that is modeling of turbine components in different simulation softwares and combining all these components together. Analyzing wind turbine systems in coupled simulation is a unique study in the literature. The advantage of this study that provides more realistic results compare to use only one software. Some important parameters are obtained for improving control technique of DFIG during fault condition. The simulation results are also verified with experimental study. Finally, results are discussed and future study is explained.
Düşük harmonikli ve yüksek güç faktörlü yüksek güçlü doğrultucunun gerçekleştirilmesi
Güç elektroniği dönüştürücüleri arasında en çok kullanılan dönüştürücü türü olan doğrultucular, DC gerilim regülatörü, akümülatör şarjı, motor kontrolü, elektrolizle kaplama, kimyasal prosesler, dc ark fırınları vb gibi endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Doğal komütasyonlu dönüştürücüler grubuna giren doğrultucularda genellikle güç elemanı olarak tristörler kullanılmaktadır. Güç elemanları arasında gerilim ve akım dayanımı açısından en yüksek değerlere sahip olan tristörler, doğal komütasyonlu dönüştürücülerde ve özellikle yüksek güçlerde ekonomik ve dayanıklı olması nedeniyle diğer güç elemanları yerine tercih edilmektedir. Tristörlü doğrultucularda THDi değerinin azaltılması IEEE-519 ve IEC-61000-3-2 gibi uluslararası standartlara uygunluk ve enerji kalitesi açısından son derece önemlidir. Ancak doğrultucularda şebekeden çekilen akımların THDi değerleri oldukça yüksek olup, faz kontrol açısının artmasıyla da şebekeden çekilen reaktif güç artar. Bu çalışmada, uluslararası standartlara uygunluk sağlayan doğrultucu sistemi üzerine araştırmalar yapılmıştır. Literatürdeki çalışmalar, teorik olarak incelenmiş, simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Doğrultucuların farklı çalışma koşullarındaki karakteristikleri incelenmiştir. Bu tezin uygulama kısmında, düşük harmonikli ve yüksek güç faktörlü, 110V / 400A değerlerinde, THDi ve güç faktörü açısından şebekeye olumsuz etkileri çok düşük olan tristörlü bir doğrultucu sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen doğrultucu özellikle akü şarj redresörü amacıyla kullanılarak, yazılım değişikliği ile kaplama redresörü, dc gerilim kaynağı vb. gibi uygulamalara da adapte edilebilecektir. Geliştirilen doğrultucunun THDi değeri %5?ten küçük ve güç faktörünün 0.95?ten büyüktür. Böylece uluslararası standartlara uygun ve enerji kalitesi yüksek bir tristörlü doğrultucu geliştirilmiştir.
Katodik koruma sistemleri
Korozyon, kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu malzeme yüzeyinden başlayarak, malzeme derinliklerine doğru tesir ederek devam eden ve malzeme özelliğinin değişmesine yol açan bir bozunma sürecidir. Bu süreç büyük zararlara yol açarak önemli israf kalemlerinden birini oluşturmaktadır. Çoğu temel metaller ne yazık ki kararlı değildir. Olumsuz ortamlarda korozyonun değişik oranlarıyla bozulabilirler. Korozyon reaksiyonu ve hangi metallere nasıl etki yaptığı büyük ekonomik anlam taşımaktadır. Katodik korumanın aşamaları bilimsel olarak diğer koruma sistemlerine göre daha kısa açıklanabilir. Prensip olarak sıvı veya sulu ortamlardaki metallerin korozyonunun çözümü elektriksel gerilimle kontrol edilen elektrokimyasal bir prosestir. Elektrokimya yasalarına göre reaksiyonun yönü ve oranı potansiyelin düşüşü ile birlikte azalacaktır. Tüm bu ilişkiler yüzyıldır bilinmesine rağmen katodik koruma sınırlı bir alanda kullanılmaktadır, uygulamalar genişletilmelidir. Katodik koruma elektrik mühendisliği alanında halen garip ve yabancı olarak görülüp geri planda kalmaktadır. Sıvılarla ve suyla temas eden malzemelerde katodik koruma genel olarak kullanılan tek yöntemdir. Fakat gelecekte endüstriyel alanlarda daha çok kullanılacaktır.
Güç akış analizinde coğrafi bilgi sistemlerinin kullanılması
Bu çalışmada, 380 ve 154 kV'luk 66 baralı örnek bir şebeke üzerinde açık kaynak kod kullanılarak ve gerçek sistem değerleriyle yapılan güç akış analizi sonuçlarının coğrafi bilgi sistemlerinde kullanılması gösterilmiştir. Yapılan çalışmalar, görselleştirmede ArcGIS, güç akışı için MATLAB'ın PSAT (Power System Analysis Toolbox) yazılımı ve PowerWorld simülasyon programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bara gerilim ve açı değerleri, hat ve bara yüklenme durumları düzey haritasıyla gösterilmiş, yeni hat veya bara eklenmesi gibi durumlarda sistemde ne gibi değişikliklerin olacağı görselleştirilmiş, mevcut sistemin 10 yıl sonrası için öngörülerde bulunulmuş, CBS'nin özellikleri de kullanılarak aynı anda iki farklı elektriksel büyüklüğün görüntülenmesi sağlanmış ve sonuçların hem analiz hem görselleştirme yapabilen gelişmiş lisanslı yazılımlarla yakın olduğu görülmüştür.
Akıllı şebekelerde arıza analizi ve koruma
Konvansiyonel şebekeler birbirine bağlı şekilde dizayn edilmiştir. Herhangi bir noktadaki değişim çok kısa sürede geniş bir alanı etkileyebilmektedir ve bu etki şebekeye çok daha fazla hasar verebilmektedir. Bu sorunu çözmek için yetersiz hale gelen altyapının oluşturduğu dezavantajlar ortadan kaldırılmalı ve geliştirilmiş şebeke çözümleri sunulmalıdır. Şebekede meydana gelmesi muhtemel arızaları algılama ve anında müdahale için güvenilir bir haberleşme sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Sistemin güvenilirlik, etkinlik ve verimliliğini arttırmak için haberleşme sistemi de aynı şekilde güvenilir ve etkin bir şekilde çalışmalıdır. Akıllı şebekelerin en önemli alt başlıklarından birisi olan haberleşmenin güç sistemlerine dahil edilmesi sonucunda arzu edilen güvenilir şebekeler elde edilecektir. Akıllı şebekelerin en önemli getirilerinden birisi ise sistemde meydana gelebilecek hatalar esnasında ortaya çıkmaktadır. Tepki süresi çok hızlı olan sistemlerin kullanımı ile birlikte bir noktadaki hatanın şebekenin kalan kısmını etkilemesinin önüne geçilecektir. Yüksek hızlı koruma ve uzaktan kontrol ile istenilen güvenilir sonuçlar elde edilecektir. Akıllı şebekelerde hata yeri tespiti yapıldıktan sonra enerjinin sürekliliğini sağlama ve tüketiciyi enerjisiz bırakmama amacı ile çeşitli çözümler sunulmaktadır. Bu tez çalışmasında bir ring şebeke için herhangi bir noktada oluşan kısa devre ve aşırı akım olayları sonrasında şebekedeki tüketiciler için enerjinin sürekliliğini sağlayan bir sistem kurulup, simülasyon ve test sistemi oluşturulması amaçlanmıştır. Aynı kontrol sistemi ile IEEE 13 baralı test sistemi üzerinde benzer analizler yapılarak sistemin güvenilirliğ test edilmiştir. Generatör ve rüzgar türbini modelleri içeren sistemde ilgili arıza durumlarının simülasyonlar üzerinde gerçekleştirilmesi sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında sistemdeki röle koordinasyonu ile ilgili optimizasyonlar yapılmıştır. Tez çalışması aşağıda verilen yaklaşım ve yöntemler ile gerçekleştirilmiştir:• Simülasyon ortamında rüzgar türbini modeli ve generator modeli kullanılarak üç fazlı bir şebeke modeli oluşturulmuştur. Sistemde çeşitli omik-endüktif yükler ve kapasitörler tüketicileri modellemek için kullanılmıştır. • Oluşturulan sistemde korumayı sağlamak için kesici ve röle modelleri dizayn edilmiştir. Kullanılacak kesici ve röle modelleri fonksiyon blokları ile kontrol edilip, kontrol blokları sistem ile anlık iletişim halindedir. • Sistemin içerisinde bulunan rüzgar türbini, generatör, tüketici modelleri ile aşırı akım ve kısa devre koruması sağlayan kontrol sistemi birleştirilerek çalışma şartları optimize edilmiştir.
Aydınlatma sistemlerinde bakım katsayısı tespitine yönelik yeni bir algoritma yapısının geliştirilerek, aktif bakım ve işletme yaklaşımlarının oluşturulması
Aydınlatma sistemleri tasarlanırken; zaman içerisinde çevresel etkiler ve malzemenin doğası sebebiyle oluşacak azalımlardan ötürü, belirli bir eskime öngörüsünde bulunulur. Bu noktadaki amaç, zaman içerisinde görülebilecek olası kayıplar kompanze edilerek, kurulan altyapının işletme sürecinde performans sürekliliğinin sağlanmasıdır. Uluslararası otoriteler tarafından belirlenen bakım katsayısı tespit metotları, ağırlıklı olarak geri kazanılabilir etkiler üzerine yoğunlaşmaktadır. Günümüzde belirli genellemeler doğrultusunda oluşturulan ''Lamba Çalışma Faktörü'' (LSF-Lamp Survival Factor) ve ''Lamba Lümen Bakım Faktörü'' (LLMF-Lamp Lumen Maintenance Factor) gibi etkiler günümüz üretim ve ürün çeşitliliği içerisinde dramatik farklılıklar gösterebilmektedir. Genellemenin ötesinde hesaplamalarda kullanılan; LSF, LLMF ve ''Armatür Bakım Faktörü'' (LMF-Luminary Maintenance Factor) gibi gerikazanılabilir etkilerin ürün ve teknoloji çeşitliliğinin ötesinde, birçok parametreye bağlı olarak farklılık gösterebilmektedir. Bilinen bu eksikliğe standartlar içerisinde değinilse bile nasıl bir yaklaşımla ele alınması konusunda halen bir çözüm önerisi bulunmamaktadır. Kaldı ki bu çalışma süresince; LMF gibi geri kazanılabilir etkilerin dahi yer yer küçümsenmeyecek ölçüde geri kazanılmayan değer düşümleri içerdiği görülmüş olup, bu konudaki değerlendirmelerin daha detaylı olarak yeniden ele alınması gerektiği ortaya çıkmıştır. Tez süresince gerçekleştirilen endüstriyel araştırmalar ve deneysel çalışmalar doğrultusunda, LSF ve LLMF karakteristiklerine etkileyen parametreler incelenmiş ve bu etkilere bağlı karakteristik eğilimleri içeren kaynak kimlik dosyası oluşturulmuştur. Aydınlatma sistemleri için mevcut bakım katsayısı tespit metotlarının ağırlıklı olarak ele aldığı geri kazanılabilir etkilerin yanısıra, geri kazanılamayan etkiler olarak gruplayabileceğimiz değer düşümleri de söz konusu olabilmektedir. Kaynağın ışıksal çıkışında yardımcı bileşen, sıcaklık ve üretim toleransları gibi faktörlere bağlı olarak görülen değişimler göz ardı edilemeyecek mertebelerdedir. Bu nedenle bu etkilerin de hesaplama süreçlerine dahil edilmesi gerekmektedir. Tez süresince yapılan deneysel çalışmalar ve endüstriyel araştırmalar doğrultusunda, geri kazanılamayan faktörlerin görüldüğü noktalar değerlendirilmiştir. Bu noktada elde edilen bulgular, hesaplama algoritmasına dahil edilmek için oluşturulan kaynak kimlik dosyası içerisinde karakterize edilmiştir. Bu etkilerin önemli bir kısmı, armatür yapıları içerisinde kullanılan yardımcı bileşenlere ve armatürün termal özelliğine bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Bu bağlamda armatürlerin fotometrik karakteristiklerinin tanımlandığı ''eulumdat'' (LDT) dosya formatının işlerliğini bozmayacak bazı eklentiler ve bu süreçte elde edilen karakteristik eğilimlerin, armatür fotometrik dosyası ile ilişkilendirilmesi sağlanmıştır. Bu sayede; hesaplama sürecinde en etkin iki bileşen olan ışık kaynağı ve armatürün karakteristik özelliklerini barındıran, kimlik dosyalarını referans alan yeni bir hesaplama algoritması/yaklaşımı oluşturulmuştur. Bunlar; LIF olarak tanımlayacağımız ışık kaynağı kimlik dosyası ile LDT dosya formatının genişletilmiş bir hali olan, LDT+ geliştirilmiş armatür kimlik dosyalarıdır. Tez süresince geliştirilen yaklaşım sayesinde; bir aydınlatma tesisatının malzeme ve kullanıma bağlı olarak zaman içerisinde ne yönde bir performans eğilimi göstereceği çok daha net modellenebildiğinden, modern adaptif aydınlatma tekniklerinin uygulanması için imkân sağlanmıştır. Tezin ilgili bölümlerinde ise, örnek işletmeler için bu yaklaşımların sunduğu kazanımlar değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda, bakım katsayısının bir sabit olarak hesaplandığı klasik metodların yerine, etkileri tez içerisinde değerlendirilen tüm parametreleri esas alarak zamana bağlı eskime eğilmini modelleyen ve bunun üzerinden adaptif dimmerleme senaryoları oluşturabilen bir yaklaşım geliştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Bakım Katsayısı, Değer Düşümü, Eskime, Adaptif Bakım/Aydınlatma, Işık Kaynağı
Solar sistemlerde kullanılan empedans kaynaklı inverterler için kaçak akımı azaltan ve dinamik performansı artıran yeni bir modülasyon yönteminin geliştirilmesi
Günümüzde, gelişen teknoloji ve refah düzeyi sayesinde, elektrikli cihazların kullanımı giderek artmakta ve daha fazla enerji tüketilmektedir. Bu talebi karşılayabilmek için de muhtelif enerji kaynakları kullanılmaktadır. Bunlardan biri de güneş enerjisidir. Güneş enerjisini elektriğe çevirmek amacıyla geliştirilen ve uzun yıllardır üzerine çalışılan fotovoltaik paneller son yıllarda toplam enerji arzı içerisindeki payını arttırmaktadır. Bu durum Türkiye için de geçerlidir. Son yıllarda mevzuatta yenilenebilir enerjiye destek verilmesi yönünde yapılan değişiklikler ile fotovoltaik panellerin kullanım oranının daha da artacağı tahmin edilmektedir. Fotovoltaik sistemlerin en önemli bileşenlerinden biri de güç koşullandırma devresi, yani panel ile yük arasındaki güç elektroniği devresidir. Bu devrenin tasarımı, sistemin toplam verimini, maliyetini ve hacmini birinci dereceden etkileyen bir parametredir. Verimi arttırmak, hacmi ve maliyeti düşürmek için güç koşullandırma devresi olarak transformatörsüz inverter kullanımı fikri son yıllarda popüler hale gelen ve halen üzerinde yoğun çalışılan bir araştırma konusudur. Transformatörsüz İnverter yapıları içerisinde en yenisi Empedans Kaynaklı İnverterdir (ZSI). Bu inverterin düşürücü-yükseltici yapısı, onu diğer transformatörsüz inverterlere karşı avantajlı kılmaktadır. Bu nedenle, konuyla ilgili yapılan akademik çalışmalar son zamanlarda hızla artmaktadır. Bir güç koşullandırma devresinin çıkışı, uluslar arası standartlar ile belirlenmiş toleranslar içerisinde olmak zorundadır. Hem güvenlik hem de performans kriterlerini karşılamalıdır. ZSI'nın iki temel problemi vardır. Giriş ve çıkış arasında galvanik izolasyon olmadığı için devre üzerinden kaçak akım akar. Bu da EMI, kayıp ve güvenlik sorunlarını açığa çıkarır. Ayrıca, ZSI' nın yükseltme oranındaki değişimler, çıkış geriliminde salınıma sebep olmaktadır, dolayısıyla ZSI' nın dinamik performansı kötüdür, stabil bir çıkış gerilimi veremez. Literatürde bu problemleri çözmeye yönelik çalışmalar bulunmakta ve yenileri de yayınlanmaya devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, kaçak akımı düşürmeye yönelik yeni bir modülasyon tekniği ve dinamik performansı iyileştiren yeni bir kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemler ile kaçak akım, farklı anahtarlama frekansı ve farklı güç faktörlerinde değişen etkinliğe sahip olmakla birlikte, % 50'ye varan oranlarda sınırlandırılmıştır. Ayrıca ZSI' nın dinamik performansı da iyileştirilmiş ve ZSI giriş gerilimindeki ya da yükteki ani değişimlerde ZSI çıkış gerilimi stabilitesinin korunması sağlanmıştır. Geliştirilen kontrol yönteminin teorik analizi yapılmış ve gerçek bir evsel yükü simule edebilecek parametreler ile simülasyonu yapılarak doğrulanmıştır. Ayrıca kaçak akım sınırlandırılmasına ilişkin önerilen yöntemin etkinliği, laboratuvar ortamında farklı gerilim seviyeleri ve farklı güç faktörleri ile denenerek ortaya konmuştur.
Designing a PLC modem for smart grids applications
Power Line Communication (PLC) is one of the most cost effective solutions to Smart Grids as it is both easy to install and requires no additional wiring. This makes it a promising technology that can be used to exploit the existing electrical infrastructure as a communication medium. Current research at Yildiz Technical University concerns PLC Modems for Bus Bar Systems and Smart Homes. Our research began with measuring the impedances from Bus Bar Systems to Transformers at Narrow Band PLC Frequencies. An Analog Front End (AFE03x) Chip manufactured by Texas Instruments was used in the design of a PLC Modem. A point-to-point communication was also implemented using a TMDSPLCV3 PLC Kit in order to better estimate the performance of the AFE chip and channel. Data rates, Bit Error rates and Signal-to-Noise ratios were plotted under different electric loads in the Smart Home laboratory. The results of the Impedance Bus Bar Systems and power line showed the suitability of PLC. Moreover, the AFE performance was satisfied under the various applications and a plc modem was designed based on a reference design.
Ulusal enerji şebekesine bağlanabilecek optimum rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi
Fosil enerji kaynaklarının hızla tükenmelerine ek olarak çevreye vermiş oldukları zararlı etkilerin gün geçtikçe artması insanları alternatif enerji kaynağı arayışına yönlendirmektedir. Alternatif enerji kaynakları içinde yenilenebilir ve hızlı kurulum özelliği ile rüzgar enerjisi ön plana çıkmaktadır. Yapılan alansal çalışmalar sonucunda Türkiye'nin rüzgar gücü potansiyelinin 88000 MW olduğu hesaplanmıştır [1]. Ülkemizdeki rüzgar potansiyelinin elektrik enerji şebekesi tarafından kullanılabilir en yüksek değeri ise 13260 MW olarak hesaplanmıştır [2]. Rüzgar gücü potansiyelinin Avrupa ülkelerine kıyasla çok daha büyük oranları yansıttığı yapılan analizler sonucunda tespit edilmiştir. Rüzgar enerjisine ait bu potansiyelin enerji sistemi içerisinde kullanıma geçirilmesi ise yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanımına ilişkin kanunların yürürlüğe girmesi ile ivme kazanmıştır. Rüzgar santrallerin ulusal güç sistemi içereside kullanım oranlarının artması sonucunda şebeke üzerinde rüzgar enerji santrallerine bağlı olumsuz etkilerin de artabileceği yapılan bilimsel çalışmalarla tespit edilmiştir. Oluşabilecek muhtemel olumsuzlukların önüne geçilebilmesi amacıyla rüzgar santrallerin enerji üretimine etkisi olan parametrelerin teknik ve ekonomik açıdan sistematik olarak incelenmesi bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu zorunluluk aynı zamanda ülkemizin enerji stratejisi içerisinde rüzgâr enerjisinin toplam üretim içerisindeki payının azami ölçüde yükseltilmesi hedefini de doğrudan etkilemektedir. Rüzgâr enerji santralleri ulusal şebeke üzerinde güvenilir üretim düzeylerinin hem bölgesel hem de ulusal bazda tespit edilmesi gerekmektedir. Teknik kullanılabilir rüzgar enerjisi kapasitenin doğru tespit edilebilmesi ancak tüm güç sistem kısıtlarının ve ilgili bölgelerin rüzgâr verilerinin birlikte değerlendirilmesiyle mümkün olabilmektedir. Böylece rüzgar enerji santralleri ile ilgili stratejileri ve yatırım planları şekillendirilebilecektir. Gerçekleştirilen tez kapsamında öncelikle rüzgar santrallerinin şebeke bağlantısına ait teknik ve ekonomik parametreler tespit edilmiştir. Teknik parametrelerin seçiminde bölgesel meteorolojik verileri, farklı rüzgar santrali teknolojileri, türbin teknolojilerinin kurulacağı kule yükseklik seviyeleri ve şebeke kısıtları dikkate alınmıştır. Ekonomik veriler ise farklı rüzgar santrali teknolojilerin imalat parametrelerine bağlı üretim modelleri, bir santral sahasının kurulumu için gerekli alt yapı maliyetleri, santralin kurulacağı araziye ait maliyetleri ve rüzgar santrallerinin şebeke entegrasyon maliyetleri dikkate alınmıştır. Tespit edilen teknik ve ekonomik parametrelerin birbirleri ile olan ilişkileri sistematik olarak tanıtılmış ve optimizasyon algoritması hazırlanmıştır. Optimizasyon algoritmasının koşturulması sonucunda öncellikle sisteme bağlanabilecek maksimum rüzgar santral sayısı tespit edilmiştir. Bölge içeresindeki baralara bağlanabilecek santral sayıları, birim üretim maliyetleri baz alınarak tanımlanmış ve bölgenin bara bağlantı konfigürasyonlarına bağlı haritalar oluşturulmuştur. Oluşturulan bağlantı konfigürasyonları her bir teknoloji için yeniden hesaplanmıştır. Bağlanabilir rüzgar santralleri, mevcut güç sistemine eklenerek tam sayılı doğrusal programlama ve doğrusal programlama yöntemleri kullanılarak Bender ayrıştırma yöntemine göre optimizasyona tabi tutulmuştur. Optimizasyon sonucunda seçilen çalışma bölgesi için yatırım ve üretim maliyetlerini birlikte değerlendirerek, en uygun bağlantı konfigürasyonu ortaya çıkartılmıştır. Sistemin mevcut durumu göz önünde bulundurularak toplamda bağlanabilecek en ekonomik santral sayısı ve her bir baraya bağlanacak santral sayısı tespit edilmiştir. Tez çalışması kapsamında bir bölgenin rüzgar verisi ve bölgenin enerji iletim sistemlerine ait veriler ışığında belirlenen teknoloji tipine göre her hangi bir bölge için en uygun bağlantı ve yatırım maliyetini belirleyen bir algoritma geliştirilmiş ve sunulmuştur.
Evsel uygulamalar için bir çift girişli izolesiz DC-DC dönüştürücü ile PV-batarya hibrit sisteminin tasarımı ve uygulanması
Günümüzde elektrik enejisinin üretimi büyük oranda fosil yakıtlara bağlıdır. Evsel yüklerin sistemde olan ağırlığı ve fosil yakıtların neden olduğu sera gazı salınımları düşünüldüğünde, evsel uygulamalarda rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması büyük bir önem arz etmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları, fosil yakıtların aksine çevreye herhangi bir zarar vermemektedir. Ancak bu tür kaynaklardan elde edilen enerji çevre şartlarına bağlı olduğundan, üretilen enerjinin talep edilenden az veya fazla olması durumlarıyla karşılaşılması kaçınılmazdır. Dolayısıyla, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla birlikte bir enerji depolama sistemine de ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tür uygulamalarda güç akışını tam anlamı ile kontrol etmek güç elektroniği tabanlı dönüştürücüler ile mümkün olmaktadır. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üreten fotovoltaik sistemlerin karakteristikleri doğrusal değildir. Bu tür sistemlerden maksimum gücü elde etmek için maksimum güç takip yöntemleri geliştirilmiştir. Geleneksel olarak, fotovoltaik-batarya hibrit sistemlerinde, maksimum güç takibini yapmak ve bara gerilimini kontrol etmek için iki ayrı dc-dc dönüştürücü kullanılmaktadır. Bu yöntem pahalı ve karmaşık bir çözüm olduğundan, bu tezde, fotovoltaik-batarya hibrit sistemlerinde kullanılmak üzere yeni bir çift girişli dc-dc dönüştürücü önerilmiştir. Önerilen dc-dc dönüştürücü fotovoltaik sistemin maksimum güç noktası takibini yapabilmekte, batarya şarjını kontrol edebilmekte ve aynı zamanda bara gerilimini regüle edebilmektedir. Bu tez çalışmasında, önerilen dönüştürücünün detaylı analizi yapılmış, daha sonra, bu analiz deneysel olarak üretilen prototip üzerinde doğrulanmıştır. Son olarak, oluşturulan fotovoltaik-batarya hibrit sisteminin kontrolü için bir kontrol stratejisi geliştirilmiş ve bu strateji benzetim çalışmaları ve deneysel çalışmalar ile test edilmiştir.
Elektrikli araçlar için motor sürücü devresinin yüksek çözünürlükte verim analizi
Günümüzde enerjiye olan talebin giderek artması ve enerji üretilen kaynakların sınırlı olmasından dolayı enerji verimliliği konusunda yapılan çalışmalar artmıştır. Ulaşım sektöründe de bu gelişmelere kayıtsız kalınmamıştır. Verimlilik esas alınarak yapılan çalışmalarda, elektrikli araçlarda kullanılan elektrik motorlarının veriminin içten yanmalı motorlardan çok daha yüksek olduğu görülmüştür. Buna paralel olarak elektrikli araçlar giderek yaygınlaşmaktadır. Bir elektrikli araç temel olarak batarya, inverter devresi ve elektrik motorundan oluşmaktadır. Elektrikli araçlarda motor, DC-AC (inverter) dönüştürücü tarafından kontrol edilmektedir. Tez çalışmasında Tübitak 1003 projesi kapsamında elektrikli araçlarda kullanılan 3-fazlı asenkron motoru kontrol etmek üzere bir inverter devresi kurulmuş ve bu inverter devresinin verim analizi yapılmıştır. İnverter devresi IGBT (Insulated gate bipolar transistor), MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) gibi yarı iletken anahtarların kullanıldığı, doğru akımı (DC) alternatif akıma(AC) çeviren elektriksel bir güç dönüştürücü devresidir. Kullanılan yarı iletken anahtarların genellikle yüksek frekanslı darbe genişlik modülasyonu kullanılarak kontrol edilmesi ile inverterin çıkışında istenilen genlik ve frekansta AC gerilim oluşturulabilmektedir. İnverter devresinde kullanılan yarı iletken anahtarlar ideal olmadıklarından, anahtarların iletim ve anahtarlama anlarında kayıplar ortaya çıkmaktadır. İletim ve anahtarlama kayıplarının yanı sıra PWM inverterlerde ek olarak, PWM çalışmaya bağlı olarak akım ve gerilim bileşenleri üzerinde geniş bir frekans bandında sinyaller ortaya çıkmaktadır. Bu da inverter devresinin verim ölçümünde zorluklar oluşturmaktadır. Güç elektroniği devrelerinde verim ölçümü elektriksel giriş-çıkış yöntemi, güç analizörleri ve kalorimetrik sistemler kullanarak yapılmaktadır. Hata oranı çok düşük bir ölçüm yapılması için gereken güç analizörleri çok pahalıdırlar. Kalorimetrik sistemler ise pahalı olmasının yanı sıra geniş yer kaplarlar. Aynı zamanda kalorimetrik sistemlerin ölçüm süreleri uzundur. Tez çalışmasında yüksek örnekleme hızına sahip veri toplama kartı kullanılarak dijital bir verim ölçüm sistemi kurulmuştur. Kurulan verim ölçüm sistemi ile yüksek hızda örneklenen (anahtarlama frekansının yaklaşık 125 katı) akım ve gerilim bileşenlerindeki oluşan bütün değişimler algılanabilmekte ve böylece verim ölçümü hassas bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Önerilen ölçüm sistemi ve güç analizörü ile yapılan ölçümler karşılaştırıldığında, önerilen sistemin daha iyi bir performans gösterdiği görülmüştür. Yapılan maliyet analizinde ise önerilen sistemin en uygun maliyeti sunduğu görülmüştür.
Rüzgar türbini/yakıt hücresi/ultra-kapasitör hibrid güç üretim sisteminin dinamik modellenmesi
Alternatif enerji kaynakları üzerine yakın geçmiste yapılan arastırma ve gelistirmeler, bu kaynakların geleneksel güç üretim sistemlerine katkı yapabilecek anlamda önemli bir potansiyele sahip olduklarını göstermistir. Degisken dogal sartlara ragmen yük taleplerinin kesintisiz ve sürekli olarak karsılanabilmesi için farklı enerji kaynaklarının ve dönüstürücülerinin birlikte kullanımları, alternatif enerjinin daha yaygın kullanımını saglayacaktır. Bu çalısmada; rüzgar türbini, yakıt hücresi ve ultra-kapasitör sistemlerinin sürekli güç üretimi için birlikte kullanımları ele alınmıstır. Rüzgar türbininin çıkıs gücü rüzgar hızı ile iliskili oldugundan, bir yakıt hücresi sistemi ile bir ultra-kapasitör sistemi hibridize edilerek genel sistem performansının bütün sartlar altında sürekliligi saglanmıstır. Burada, güç dönüstürücüleri ve kontrolcüleri ile birlikte bir rüzgar/yakıt hücresi/ultrakapasitör sisteminin dinamik modellemesi, tasarımı ve simülasyonu amaçlanmıstır. Amaçlanan sistemde, rüzgar hızı yeterli ise rüzgar türbini hem yük talebini karsılamakta, hem de elektrolizörü beslemektedir. Rüzgar türbininden alınabilecek mevcut gücün talebin altında kalması durumunda, aradaki güç farkının FC sistem tarafından karsılanması öngörülmekte, FC sistem isletmede iken FC sistemin de maksimum çıkıs gücünün üzerindeki kısa süreli yüklenmelerde, UC sisteminin aradaki toplam güç farkını karsılaması saglanmaktadır. lave olarak gelistirilen yeni bir topoloji sayesinde, rüzgar hızındaki ani degisimler de tolere edebilmekte ve rüzgar hızındaki degisimlerin türbin çıkıs büyüklükleri üzerindeki bozucu ve salınımlı etkileri yük tarafına yansıtılmamaktadır. Anahtar kelimeler: Dinamik modelleme, rüzgar gücü, yakıt hücreleri, ultra-kapasitör, yenilenebilir enerji, hibrid güç sistemleri
Karmaşık yükler altında çalışan DC motorun etkin kontrolü
PID kontrolörler kullanım kolaylığı, basit oluşları ve etkin bir çözüm sunmaları sebebiylemotor kontrolünde en çok başvurulan uygulamalardandırlar. Üç temel katsayı belirlenmesi ilekontrolörün ayarlanması tamamlanmaktadır: Oransal, Türevsel ve ntegral katsayıları.şte bu noktada bu katsayıların doğru belirlenmesi çok kritik bir önem arz etmektedir. Bukonu ile ilgili pek çok yöntem ve teoriye literatürde rastlamak mümkündür ancak hiçbirisi tümuygulamalar için geçerli olacak makul sonuçlar verememektedir.Bu tez çalışması ile çok derin teorik çıkarımlara girmeden, PID kontrolörün mantığından yolaçıkarak çok kolay üretilebilir ve sistem transfer fonksiyonunu bilmeyi gerektirmeyen değişkenyüklerde kullanılabilir, tak-kullan mantığına yönelik bir PID kontrolör tasarımı sunulmuştur.Sonuçta sabit PID katsayıları değil, sistem dinamiklerinden türetilmiş ve yük değişimine bağlıolarak kendini güncelleyen öz uyarlamalı (self-tuning) olarak nitelendirilebilecek bir çözümyöntemi elde edilmiştir.Ne var ki, bu sistemle iyi sonuçlar elde edilmekle beraber en iyi çözüm elde edilememektedir.Esas avantajı kolay kullanımı ve herhangi bir ayar gerektirmeden pek çok sisteme tatbikedilebilmesidir.Anahtar kelimeler: PID kontrolör, PID katsayıları, öz uyarlamalı kontrol, değişken yüktekontrol.JÜR :1. Yrd. Doç. Dr. Şeref Naci ENG N (Danışman) Kabul Tarihi: 02.06.20062. Yrd. Doç. Dr. Kayhan GÜLEZ Sayfa Sayısı: 713. Yrd. Doç. Dr. Vasfi Emre ÖMÜRLÜ
MATLAB ve sımulink kullanarak LQR ve kutup yerleşimi metotları ile tepe vinci kontrolü
Vinçler, günümüzde ağır cisimlerin bir yerden başka bir yere nakledilmesinde en çokkullanılan yapılar olup; genellikle operatör kontrolünde manuel hareket ettirilmektedirler. Buda sistemde istenmeyen salınımlara yol açmakta hem cismin kontrolsüz şekilde taşıyıcı halatetrafında osilasyona girmesine yol açmakta; hem de etraftaki diğer cisimler; çalışanlar içinhayati tehlike oluşturmaktadır.Bu tez çalışmasında, farklı iki kontrol metodu kullanarak sisteme kontrolcü tasarlanmış vebahsedilen vinç salınımlarını en aza indirerek pozisyon kontrolü yapılması amaçlanmıştır.Öncelikle en çok kullanılan vinç yapısı olan tepe vinci sistemi ele alınmış; 2 boyutta dijitalsistem modellemesi yapılarak sistem karakteristikleri elde edilmiştir. Bulunan karakteristiklerlineerleştirilerek üzerinde asıl çalışılacak olan lineerleştirilmiş sistem durum-uzay modelindegösterilmiştir. Sistem modelleri Simulink yazılımı ile görsel forma sokulmuş; denklemlerinelde edilmesinde ise Matlab yazılımından faydalanılmıştır. Kontroledilebilirlik vegözlenebilirlik kavramları işlenmiş ayrıca servo sistemler ele alınarak sistemin teorisine katkısağlanmıştır.Sistemin tahmin edici-gözlemci dizaynı yapılarak tüm durum değişkenleri elde edilerekyapılan modele eklenmiştir. Kontrolcü olarak kutup yerleşim metodu ve LQR linear quadraticregulator yöntemleri seçilerek; sistem bu iki kontrolcü için teker teker ele alınarak sistemcevapları elde edilmiştir. Elde edilen cevaplar daha sonra dış distürbanslara karşı test edilereksonuçları gözlenmiştir. Vinçlerde taşınacak cisimlerin ağırlıkları değişken olduğundan; sonolarak bulunan katsayılar ile yapılan geribeseleme kontrol sistemleri, değişken yüklerdedenenerek sonuçları analiz edilmiştir. Yapılan simülasyonlar sonrasında elde edilengrafiklerden sonuçlar çıkartılarak; aynı sisteme uygulanan LQR ve kutup yerleşimmetotlarının birbirlerine olan üstünlükleri ve zayıflıklarına dikkat çekilerek tezsonlandırılmıştır.Matematiksel işlemler gerçekleştirilirken klasik yöntemler ile sistem çözümlenmiş; ayrıcaMatlab komut satırları da açıklanarak teze eklenmiştir.Anahtar kelimeler: Tepe vinci, kontrol teorisi, Matlab, Simulink, kutup yerleşimi, LQR,gözlemci dizaynı, lineer kontrolix
Enerji iletim sistemlerinin çevresel faktörlere bağlı olarak toprak yolu analizi ve simülasyonu
Elektrik enerjisi, üretim, iletim ve dağıtım olarak üç bölümde ele alınmaktadır. Enerjininiletimi aşamasında gerilim seviyesinin yüksek olması (154 kV, 380 kV, â¦) gerekmektedir.Enerji iletim sistemlerinde, çelik galvanizli direkler kullanılmaktadır. İletim hattının devresayısına bağlı olarak direk modelleri farklı olmaktadır. Enerji iletim hatlarını atmosferikolaylardan korumak için koruma telleri kullanılmaktadır. İletim hatlarında olabilecek yıldırımdüşmesi veya kısa devre durumlarında oluşan aşırı akımların koruma telleri vasıtasıylatoprağa akıtılabilmesi için iletim hattının tüm direklerinin topraklanması gerekir.Bu tez çalışmasında 100 MVA, 154 kV'luk tek devre / çift koruma telli, 50 km'lik (163 adetdirek) bir enerji iletim hattının toprak yolu analizi ve simülasyonları gerçekleştirilmiştir.Enerji iletim hatlarında fazları direğe (toprağa) karşı yalıtmak amacıyla zincir izolatörlerkullanılmaktadır. Bu izolatörlerin yüzeyleri çevre koşulları sebebiyle kirlenerek iletken halegelmektedir. Bunun sonucu olarak izolatör yüzeyinden direğe doğru kaçak akımlarakmaktadır. Bunun yanı sıra faz iletkenleri ile koruma telleri arasında karşılıklı kuplajsebebiyle, koruma telleri üzerinde gerilimler (akımlar) endüklenmektedir.Bu çalışmada, enerji iletim hatları sürekli işletmenin tüm durumları (dengeli-sinüsoidal,dengeli-non sinüsoidal, dengesiz-non sinüsoidal) için farklı zemin yapıları kullanılarak toprakyolu analizi ve simülasyonları yapılmıştır. İletim hattı boyunca direk topraklama gerilimlerielde edilmiştir.Ayrıca iletim hattında sık meydana gelen arızalardan faz-toprak kısa devre arızası farklızemin yapıları ve farklı arıza noktaları (hat başı, hat ortası ve hat sonu) için direk topraklamagerilimleri elde edilmiştir.Bu çalışmalarda farklı direk açıklıklarının (300 m, 400 m) olması ve farklı sayıda topraklamaçubuğu kullanılması durumlarında direk topraklama gerilimlerinin nasıl değiştiğiincelenmiştir. Bunun yanında, koruma tellerinden geçen akımlar için, farklı iklim koşullarınabağlı olarak oluşan magnetik alanlar, elektrodinamik kuvvetler, asimetri oranları, güçkayıpları ile direklerden akan akımların oluşturduğu adım gerilimleri incelenmiştir. Ayrıca,literatürde toprak yolu için oluşturulan modeller ile Matlab/Simulink'te oluşturulan modelinkarşılaştırılmasına yönelik inceleme yapılmıştır. Elde edilen sonuçların her iki durumlaörtüştüğü ortaya konmuştur.Anahtar kelimeler: Toprak yolu, izolatör, enerji iletim hattı, toprak özgül direnci, Matlab/Simulink, direk topraklama gerilimi, faz-toprak kısa devresi, çevre koşulları.JÜRİProf. Dr. Selim AY (Danışman) Kabul tarihi : 02.01.2006Prof. Dr. Hüseyin ÇAKIRProf. Dr. Celal KOCATEPE Sayfa satısı : 187Prof. Dr. İrfan GÜNEYProf.Dr. Fahrettin ARSLANTHE ANALYSIS AND SIMULATION OF THE GROUND PATH OF POWERTRANSMISSION SYSTEMS DEPENDING ON THE ENVIRONMENTAL FACTORSErcan İZGİElectrical Engineering, Ph.D. ThesisElectric energy is considered in three sections as generation, transmission and distribution.High voltage such as 154 kV and 380 kV is required to transmit the electrical power. For thepower transmission systems, steel galvanized towers are used. Based on the number ofcircuits of the transmission line, tower models differ. To prevent the transmission lines fromthe atmospheric discharge, ground wires are used. The towers must be grounded againstpossible high current flows caused from a lightning stroke or short-circuits.In this study, the analysis and simulation of a 100 MVA / 154 kV ground path of a 50 kmsingle-circuit transmission line having 163 towers with double ground wire are carried out.String isolators are used to insulate phase conductors against the tower / ground in the powertransmission lines. Because of the ambient conditions, isolators are contaminated and becomeconductive. Thus, leakage currents flow from the surface of isolators to the tower. On theother hand, because of the mutual coupling between phase conductors and ground wires, thevoltage / current is induced on the ground wires.In this study, the analysis and simulations of the ground path for different soil structures andfor all conditions of steady-state operation of power transmission lines have been performed.Tower footing voltages are obtained along the transmission line. In addition, tower footingvoltages in case of single line to ground fault, which frequently occurs in power system areanalyzed for different soil structures and fault points, namely at sending-end, mid-point andreceiving-end of the transmission line.The change of tower footing voltages for different spans (300 m, 400 m) and for differentvalue of electrode has been studied. On the other hand, magnetic fields for different weatherconditions, electrodynamic forces, asymmetry ratio, power losses and step voltages becauseof current flowing through the towers have been studied.In addition to these, the comparison between the ground path models in the literature and theproposed Matlab/Simulink model has been evaluated. It is shown that both numerical resultsmatch each other.Keywords: Ground path, string insulator, power transmission line, soil resistivity, Matlab/Simulink, tower footing voltage, phase-ground fault, environmental conditions.JURY:1. Prof. Dr. Selim AY (Supervisor) Date : 02.01.20062. Prof. Dr. Hüseyin ÇAKIR3. Prof. Dr. Celal KOCATEPE Page : 1874. Prof. Dr. İrfan GÜNEY5. Prof. Dr. Fahrettin ARSLAN
Bina otomasyonu
Çok geniş uygulama alanına sahip olan ev otomasyonu sistemlerinin en iyi şekilde anlaşılabilmesi için ikinci bölümde kontrol edilebilen sistemlerin açıklamaları yapılmıştır. Aydınlatma, yangın güvenlik, hırsız güvenlik, kapalı devre televizyon sistemleri, erişim kontrol sistemleri ve ısıtma havalandırma iklimlendirme sistemleri açıklanmıştır. Üçüncü bölümde ev otomasyonu sistemlerinde kullanılan cihazlar ve cihazların uygulama biçimleri anlatılmıştır. Dördüncü bölümde ise X10 protokolü anlatılmış, X10 uyumlu cihazlar ve kullanım alanlarına değinilmiştir. Beşinci bölümde ise otomasyon sistemlerinin beyni olan yazılımlardan bahsedilmiştir. Homeseer yazılımı tanıtılmış ve uygulama alanlarından bahsedilmiştir. Altıncı bölümde bahsedilen yazılım ile bir evin otomasyonu yapılmış kurulum maliyeti ve sağladığı tasarruf hesaplanmıştır. Sonuç olarak ev otomasyonunun dizaynı ve getirileri tez kapsamında açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: Bina otomasyonu, ev otomasyonu, bina otomasyon donanımları, X10 protokolü, enerji tasarrufu