Güç sistemlerindeki bozulmanın tespiti için genlik ve frekans değerlendirmesine dayalı olarak yeni yöntemlerin geliştirilmesi
Development of new methods for detecting disturbance in power systems based on amplitude and frequency evaluation
- Tez No: 961105
- Danışmanlar: PROF. DR. ULAŞ EMİNOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ SITKI AKKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Enerji sektöründe rekabetin artması ve kullanıcıların daha kaliteli enerji talep etmesi, elektrik şebekelerinde güç kalitesini öncelikli bir konu haline getirmiştir. Elektrik şebekelerinde kullanılan enerjinin kaliteli olabilmesi için sürekli, belirli bir gerilim seviyesinde sabit frekanslı ve genlikli olması gerekir. Ancak bunlar normalde tam olarak sağlanmaz. Elektrik güç sistemlerinde gerilim-akım karakteristiği doğrusal olmayan elemanlar nedeniyle gerilim ve akım dalga şekli lineerlikten uzaklaşmaktadır. Günümüz modern güç sistemlerinde doğrusal olmayan yüklerin, güç elektroniği devre elemanlarının ve devrelerinin artmasıyla güç kalitesi problemleri de artmıştır. Güç kalitesini etkileyen unsurların başında harmonikler gelmektedir. Enerji nakil hatlarında lineer olmayan yükler, doğrultucular, ark fırınları, eviriciler gibi elemanlar harmonik üretirler. Harmoniklerin elektrik güç sistemleri üzerindeki etkileri ise; aşırı ısınmalar, gerilim düşümleri, ek kayıplar, rezonans olayları, dielektrik zorlanmaları, koruma ve kontrol yapan ölçme sistemlerinin hatalı çalışması gibi birçok istenmeyen durum oluşturmaktadır. Elektrik sisteminde, doğrusal olmayan yüklerin özellikle Elektrik Ark Ocaklarının çalışması nedeniyle, ortak bağlantı noktalarında akım ve gerilim kaynağının tespit edilmesi ve elektrik hatlarına ne kadar bileşen katkısı yapıldığının belirlenmesi büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle harmoniklerin tespit edilmesi, ölçülmesi, kestirimi ve harmoniklerin bastırılması son derece önemlidir. Harmoniklerin genlik, frekans ve faz açısından doğru tahmini ve engellenmesi, güç kalitesini ve verimi artırır. Yapay zekâ ve akıllı sistemlerin gelişmesiyle harmoniklerin tahmini için Fourier dönüşümü temelli algoritmaların yanı sıra akıllı yöntemler de kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında harmoniklerin genlik ve faz kestirimi için küçük kareler yöntemi ile birçok meta sezgisel algoritmalardan oluşan hibrit yöntemler denenmiş ve geliştirilmiştir. Harmoniklerin genliği en küçük kareler yöntemiyle hesaplanırken faz açıları birçok optimizasyon algoritması ile tahmin edilmiştir. Önerilen algoritmalar literatürde önerilen test sinyallerinde ve gerçek veri setinde kullanılarak başarısı test edilmiştir. Güç sistemlerindeki harmonikler son yıllarda üzerinde sıkça çalışılan bir araştırma alanı olmuştur. Bu tez çalışmasında, literatürdeki harmonikli sinyaller üzerinde PSO (Particle Swarm Optimization) ve Genetik Algoritma ile ilk çalışmalara başlanmış olup, daha sonra birçok optimizasyon yöntemi denenmiştir. EOA (Election Based Optimization), GWO (Grey Wolf Optimizer) ve GOA (Grasshopper Optimization) kullanılarak farklı frekanslarda yöntemler denenmiştir. Sonrasında son yıllarda geliştirilen AVOA (African Vulture Optimization Algorithm), ARO (Artificial Rabbit Optimization), SWO (Spider Wasp Optimization), MGO (Mountain Gazelle Optimization) ve AO (Aquila Optimization) algoritmaları ile harmonik kestirimleri yapılmıştır. Analizlerde, literatürde sıkça kullanılan birkaç test sinyali üzerinde çalışılmıştır. Bu sinyalin harmonik genlikleri, En Küçük Kareler (Least Squares) yöntemiyle belirlenmiş, faz açıları ise ilgili meta sezgisel algoritmalar kullanılarak tahmin edilmiştir. IEEE 1159.2 Working Group kısmındaki File wave14a.xls gerçek veri seti üzerinde en iyi sonuç veren AO algoritması ile harmonik kestirimi başarı ile sağlanmıştır. Geliştirilen algoritmalar MATLAB yazılımı ortamında denenmiş ve sonuçlar benzer yapılmış çalışmalarla ve geçerlilik analizini yaptığımız tüm algoritmalarla karşılaştırılarak tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlar, incelenen tüm yöntem tahminleri gürültüsüz ve gürültülü koşullarda bile doğru ve güvenilir harmonik tespiti yapıldığını göstermiştir. Harmoniklerin tespitinde, Aquila Optimizasyon algoritması ile En Küçük yönteminin entegre kullanımı, en doğru ve tutarlı sonuçları sağlamıştır. Önerilen AO-LS yöntemi, farklı test veri setleri üzerinde uygulanarak geçerliliği kanıtlanmıştır. Ayrıca, AO-LS yönteminin Benzetimli Tavlama (Simulated Annealing- SA) algoritması ile hibrit bir şekilde birleştirilmesiyle, harmonik tespit performansının daha da iyileştirildiği gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasında önerilen hibrit yöntem (SALSAO), sadece harmonik bozunumlarının tespitinde değil, aynı zamanda güç sistemlerindeki diğer bozunum türlerinin analizinde de test edilmiş başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Yöntemin performansı hem sentetik test verileri hem de gerçek veriler üzerinde değerlendirilmiş ve gürültülü ve gürültüsüz koşullarda dahi yüksek doğruluk ve güvenilirlik sağladığı tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular, SALSAO algoritmasının güç kalitesi problemlerinin çözümünde etkili bir yaklaşım olduğunu ortaya koymaktadır. ________________________________________
Özet (Çeviri)
Increasing competition in the energy sector and users' demand for better quality energy have made power quality a priority issue in electrical networks. In order for the energy used in electrical networks to be of high quality, it must be continuous, at a certain voltage level, with a fixed frequency and amplitude. However, these are not normally provided in full. In electrical power systems, voltage and current waveforms deviate from linearity due to non-linear elements in the voltage-current characteristic. Power quality problems have also increased with the increase in nonlinear loads, power electronic circuit elements and circuits in today's modern power systems. Harmonics are one of the main factors affecting power quality. Elements such as nonlinear loads, rectifiers, arc furnaces and inverters in power transmission lines produce harmonics. The effects of harmonics on electrical power systems are; It creates many undesirable situations such as overheating, voltage drops, additional losses, resonance events, dielectric stress, malfunction of protection and control measurement systems. In electrical systems, due to the operation of non-linear loads, especially Electric Arc Furnaces, it is of great importance to detect the current and voltage source at common connection points and to determine how many components are contributed to the electrical lines. Therefore, detecting, measuring, estimating and suppressing harmonics is extremely important. Accurate prediction and prevention of harmonics in terms of amplitude, frequency and phase improves power quality and efficiency. With the development of artificial intelligence and smart systems, smart methods as well as Fourier transform-based algorithms are used for the estimation of harmonics. In this thesis study, hybrid methods consisting of the least squares method and many meta-heuristic algorithms have been tried and developed for the amplitude and phase estimation of harmonics. While the amplitude of harmonics was calculated by the least squares method, phase angles were estimated by many optimization algorithms. The success of the proposed algorithms has been tested using the test signals suggested in the literature and the real data set. Harmonics in powers have been a frequently studied research area in recent years. This thesis study started with the first screening using PSO (Particle Swarm Optimization) and Genetic Algorithm on harmonic signals in the literature, and then many versatile methods were tried. Methods have been tried at different frequencies using EOA (Election Based Optimization), GWO (Grey Wolf Optimizer) and GOA (Grasshopper Optimization). Afterwards, harmonic estimations were made with AVOA (African Vulture Optimization Algorithm), ARO (Artificial Rabbit Optimization), SWO (Spider Wasp Optimization), MGO (Mountain Gazelle Optimization) and AO (Aquila Optimization) algorithms developed in recent years. In the analyses, several synthetic data samples frequently used in the literature were studied. The harmonic amplitudes of this signal were determined by the Least Squares (LS) method, and the phase angles were estimated using the relevant metaheuristic algorithms. Harmonic estimation has been successfully achieved with the AO algorithm and other metaheuristic algorithms, which give the best results in the synthetic data sample on the real data set File wave14a.xls in the IEEE 1159.2 Working Group.The developed algorithms were tested in the MATLAB software environment and the results were discussed by comparing them in many error metrics with similar studies and all the algorithms that we made validity analysis for. The results obtained showed that all method estimates examined provided accurate and reliable harmonic detection even in noiseless and noisy conditions. In the detection of harmonics, the hybrid use of the AO algorithm and the LS method provided the most accurate and consistent results. The proposed AO-LS method has been validated by applying it on different test data sets. In addition, it has been observed that the harmonic detection performance is further improved with the SALSAO (SA-LS-AO) method, which is obtained by combining the AO-LS method with the Simulated Annealing (SA) algorithm in a hybrid way. The hybrid method SALSAO proposed in this thesis was first tested in the detection of harmonic distortions, and after obtaining good results, it was also tested in the analysis of other types of distortions in power systems and successful results were obtained. The performance of the method was evaluated on both synthetic test data and real data and it was found that it provides high accuracy and reliability even in noisy and noiseless conditions. The findings revealed that the SALSAO algorithm is an effective approach in solving power quality problems.
Benzer Tezler
- Effect of tip flow on vortex induced vibration of circular cylinders
Dairesel silindirlerin girdap kaynaklı titreşimlerine uç akımının etkileri
AYTEKİN DURANAY
Doktora
İngilizce
2022
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMER KEMAL KINACI
- Genlik modülasyonu kullanarak güç sinyallerinde harmonik çözümleme
Harmonic analysis of power signals via amplitude modulation
AYBÜKE ESRA KİBAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL SALOR DURNA
- IMPROVING LOCATION ESTIMATION ACCURACY BY USING MULTIPLE TDOA/AOA MEASUREMENTS
ÇOKLU TDOA/AOA ÖLÇÜMLERİ KULLANILARAK KONUM KESTİRİMİ DOĞRULUĞU İYİLEŞTİRME
FURKAN ARAL TUNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- On the trail of west – east signalling interoperability:A novel proposal for an STM and an interface for ETCS onboard operating on class b trackside signalling systems
Batı – doğu arası karşılıklı işletilebilirliğin izinde: ETCS araç üstü sistemlerin sınıf b hat yanı sinyal sistemleri üzerinde çalışması için yeni bir STM ve arayüz önerisi
ÇAĞLA KIVILCIM ÇİFTCİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ
- Güç sistemlerinde harmonik kaynak tespiti için kullanılan yöntemlerin incelenmesi
Investigation of methods used for harmonic source detection in power systems
FERHAT ÖZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAN YÖRÜKEREN
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM GÜRSU TEKDEMİR