LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19259

Gözat

Üretim sistemlerinde valf-nokta etkili konveks olmayan dinamik ekonomik yük dağıtımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2017) Pürlü, Mikail ; Türkay, Belgin Emre ; Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı

Teknolojinin elektrik mühendisliğine sağladığı en büyük getirilerinden biri de dünya üzerinde enerji tüketimi artışıdır. Elektrikli aletlerin sayısında ve kullanım süresinde artışlar yaşandığı gibi daha ileri teknoloji sağlayabilmesi amacıyla tükettiği güçte de artışa gidilmiştir. Bu artışlar ve yazılım sistemlerinin daha çok tercih edilir hale gelmesi fazladan enerji ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Enerji ihtiyacındaki artış elektrik enerjisi üretim sistemlerinin yeterliliğini gün geçtikçe zorlamakta ve bizim daha fazla sayıda ve daha nitelikli elektrik enerjisi üretim santralleri kurmamızı gerektirmektedir. Üretilen elektrik enerjisi miktarındaki artışla birlikte üretimde optimizasyon işlemlerinden biri olan ekonomik yük dağıtımı da daha önemli bir hale gelmişir. Ekonomik yük dağıtımı, üretim sisteminde kullanılan tüm generatörlerin yakıt-güç eğrilerinin toplamından oluşturulan maliyet kullanarak talep edilen enerjiyi minimum yakıt maliyetiyle karşılayabilmek için hangi generatörün ne kadar yükleneceğinin hesaplanmasıdır. Generatörler arasında ekonomik yük dağıtımı yapılmasıyla aynı miktardaki enerji, ekonomik yük dağıtımı yapılmayan tesislere göre daha düşük yakıt maliyetiyle elde edilir. Güç sistemlerinden tüketiciler tarafından talep edilen elektrik enerjisi miktarının gün içersindeki belirli zaman periyotlarında farklılık göstermesi ekonomik yük dağıtım problemlerininin yetersiz kalmasına sebep olmuştur. Değişen talep güç değerlerine göre hangi zaman periyodunda, hangi generatörlerin ne kadar çıkış gücünde üretim yapacağının belirlenmesi amacıyla dinamik ekonomik yük dağtım problemleri oluşturulmuştur.
Dağıtım şebekelerinde aşırı akım rölesi ile adaptif koruma

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-07) Var, Hakan ; Türkay, Belgin ; 637246 ; Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı

Çevreyi koruma bilincinin artması, yenilenebilir enerji kaynaklarına ulaşımın kolaylaşması, elektrik fiyatlarının artması bireyleri ve şirketleri kendi enerjisini üretmek istemesidir. Tüm bu etkenler mikro şebekelerin kurulumunu ortaya çıkarmıştır. Mikro şebekeler bölgesel olarak içerdikleri enerji kaynakları ile bölgedeki yükleri beslerler. Bu enerji kaynakları biyogaz, mikro hidroelektrik, güneş santrali, rüzgâr türbinleri, gaz türbinleri, batarya teknolojisi, jeotermal enerji gibi birimlerden oluşmaktadır. Mikro şebeke teknolojisi, mikro şebeke otomasyonu sayesinde ana şebekeye bağlı veya temel şebekeden bağımsız olarak çalışabilmektedirler. Mikro şebekeler arz/talep dengesi gözetiminde temel şebekeye enerji verebilir ya da ana şebekeden enerji alabilmektedir. Ayrıca bir arıza durumunda temel şebeke bağlantısı kesilerek frekans ve gerilim değişimlerinin önüne geçilebilmektedir. Mikro şebekeler hava koşullarından etkilenen rüzgâr türbinleri, güneş santralleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına sahip olduğundan ve hem temel şebekeye bağlı hem de güç adası biçiminde çalıştırdıklarından dolayı değişken güç akışına sahiptir. Bu durum mikro şebekelerin kontrolü ve korumasını zorlaştırmaktadır. Geleneksel aşırı akım röleleri birçok sistemi başarıyla koruyabilmektedir. Akım genliği arızanın tespiti için akım yön bilgisi ise arızanın koruma bölgesinde olup olmadığını tespit etmek için kullanılır. Sistemdeki ardışık rölelerin koordinasyonu için röleler arasında zaman aralıkları olmalıdır. Bu zaman aralıkları röle ayar parametrelerinden röle ayarında izin verilen maksimum akım (Is) ve zaman ayar çarpanı (TMS) değerlerine bağlıdır. Bu röleler merkezle ve birbirleri ile haberleşmedikleri için Is ve TMS değerlerini tekrar değiştirmek için manuel bir işlem yapmak gerekir. Özellikle mikro şebekelerin bulunduğu sistemlerde görülen şebeke yük akışının değerinin ve yönünün değiştiği durumda geleneksel rölelerin kullanımı güçleşmektedir. Geleneksel aşırı akım rölelerinin aksine, adaptif aşırı akım röleleri şebekedeki akım bilgileri ve kesici durumlarını kontrol eder. Herhangi bir değişiklik saptanmış ise röle parametreleri olan Is ve TMS değerlerini tekrar hesaplayarak yeni değerlere göre devreye girer. Bu durum yük akışının sıklıkla değiştiği sistemlerde adaptif aşırı akım rölelerinin kullanımının avantajını ortaya çıkarmaktadır. Adaptif aşırı akım rölesinin parametrelerinin değişime bağlı olarak ayarlanabilmesi için rölelerin bir ana merkezle haberleşmesi gerekmektedir. Yeni güç akış değerlerine entegre olması için bu haberleşmenin hızlı ve güvenilir olması gerekmektedir. Haberleşme hattının da olduğu bir otomasyon sistemi kurulduktan sonra adaptif aşırı akım rölesiyle sistemi koruma daha güvenilir, hızlı ve kolay olmaktadır. Geleneksel yöntem ile koruma ve adaptif koruma arasında karşılaştırma yapabilmek için örnek bir mikro şebeke sistemi modellenmiş ve her iki koruma modeli bu şebeke sistemine uygulanmıştır. Modellenen mikro şebeke hem ana şebekeye bağlı hem de ada durumunda çalışabilmektedir.
Ferroresonance fault detection in electric power networks by artificial neural networks

(Institute of Science and Technology, 2020-07) Kulaklı, Gizem ; Akıncı, Tahir Çetin ; 650079 ; Department of Electrical Engineering

Ferroresonance is a complicated nonlinear waving which can appear in electrical circuits with a series or parallel connection of nonlinear inductance and capacitance. Cause of the current of ferroresonance on the transmission line elements such as cables or transformers can be partially or completely damaged. This destruction not only creates huge material losses on the system but also creates unjust suffering. It is important for the sustainability of the system that a devastating error such as ferroresonance can be detected. If ferroresonance can detecting in advance prevent the loss of time and money for the user by destroying the elements such as power transformer and cables used in the system Ferroresonance is nonlinear situation and learning in artificial neural networks has advantages such as working with missing or uncertain data, processing real conditions, handling nonlinear situations, being more successful than traditional methods, fault tolerance. Artificial neural networks are referred to by this name because they are based on learning of the human neural cell in principle. One nerve cell receives information from other cells from the dendrites department, which corresponds to input in artificial neural networks, while axon in human nerve cells corresponds to output in artificial neural networks. Artificial neural networks mainly consist of three layers. There are hidden tabs determined by the number of layers between the input and the output. The learning process is multiplied by the randomly assigned weight value of the input value, and the NET value is created, and if it is determined, the bias others are summed and output from the cell where this total value is found according to the activation function. This output value is the input of the next hidden layer and continues until the same process reaches the output value. The output value gives the result of the learning operation according to the specified value ranges. The activation function is important in solving the problem used. Various activation functions are mentioned in the thesis. A successful algorithm was investigated by using an artificial neural network method to detect ferroresonance error. In this study, four different ferroresonance data emerging with different scenarios in the transmission line which used energy transmission line modeling from western Anatolia Turkey Seydisehir-Oymapınar transmission line has 380 kV were used as input values. Work steps; literature search on the subject, detection of the moment when ferroresonance starts in voltage outputs, creating input, training and example data from ferroresonance data, to create the appropriate algorithm for nonlinear ferroresonance.
Adaptive signal processing based intelligent method for fault detection and classification in microgrids

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Azizi, Resul ; Şeker, Şahin Serhat ; 724566 ; Elektrik Mühendisliği

The ever-increasing energy demand, the environmental issue of fossil fuels and the high investment cost for the establishment of bulk power plants lead energy plans to more flexible and scattered small-scale energy sources. The main feature of these new topologies is that they consume renewable energy sources for electricity generation. It also requires less time to plan, build and operate. Moreover, they are close to energy sources and local loads. So, there are more efficient, with minimal environmental issues. However, besides their benefits and advantages, they pose a new challenge for traditional power systems. These challenges include protection issues, stability concerns, and complex control systems and so on. Traditional power systems include mass generation followed by transmission and distribution. In this topology, it is possible to plan generation because consumption at the transmission level of the power system is more predictable and fuel resources are always available for generation units. On the other hand, the transmission system and its conditions can be controlled by state estimators and SCADA system. Therefore, production and consumption uncertainties are minimal and conventional protection is sufficient to protect these systems. Also, distribution systems have no generating units, systems are mostly radial and overcurrent protection systems are sufficient to protect them. In these passive networks, it is not necessary to have fast and reliable protection systems as in transmission systems. The initial role of these new energy sources was to act as a backup for mass production and to eliminate the small generation and consumption mismatch during peak consumption. On the other side, huge demand growth and investment time of mass production units and environmental concerns make these distributed energy resources (DERs) (wind, solar, biomass, etc.) popular in the distribution system. However, the contribution of the early DER groups to the total production is low and the control systems are very sensitive to voltage disturbances such as faults. Thus, according to the grid codes, after any minor fault or disturbance in the system, the DERs are disconnected, synchronized manually and reconnected after the fault is cleared. With the increasing penetration of DERs in distribution systems, they play an important and rapidly increasing role in the total production of the system. Therefore, de-energizing all these DERs in an area in the distribution system after a fault has occurred can lead to stability problems due to generation and consumption imbalance. Accordingly, a new concept called microgrid emerged and mainly established in distribution systems. This topology is the microscale of the power system. It can operate autonomously and cover the total demand of this local distribution system. Like the SCADA power system, it has an equivalent centralized monitoring and control system. The total generation is almost sufficient for the total demand of the loads in distribution networks converted to microgrid. It can operate as a standalone ecosystem separated from the main grid and is self-sufficient. The basic requirement of this topology for connecting to the main grid through PCC (point of common coupling) is to increase the total inertia of the system and increase the post-fault stability region. In addition, this topology can transfer energy to the main system if it produces more power than the loads consume. This can reduce the stress of mass production units. Last but not least, if the main upper grid disturbed, the microgrid can continue to supply its loads by disconnecting from the grid. In this new concept, grid codes expect the micro grid to be able to ride through faults and disturbances thanks to low voltage ride through (LVRT) systems. In fact, as a micro-scale model of the power system, the voltage of the DERs at the time of fault occurance is controlled by the LVRT, and the DERs continue to operate without disconnection after the fault is cleared by circuit breakers or other elements). Therefore, more complex control systems are required for DERs. However, microgrids are distribution systems and unlike traditional power systems, there is a high amount of uncertainty in generation and consumption (loads). The distribution system has changed from a passive network to an active dynamic network. In this system, topology, generation and consumption are changed faster and faster than in conventional power systems. This situation constantly changes the fault current level and direction, and the conventional overcurrent protection is completely insufficient to protect them. Also, due to the high penetration of sensitive DERs, prolonged fault current is not allowed (stability concerns). Moreover, inverter-based DERs have a very small contribution to the fault current level. The current protection method of microgrids is adaptive protection. In this model, all operating conditions of the system are extracted and all components of the systems are continuously monitored by central or decentralized control system or even dynamic load estimation. This model cannot be applied to a central control system because it has to process large amounts of data at a high sampling rate and it is impossible to make real-time decisions. Based on these facts, a new intelligence-based method for fault detection and classification of microgrid is proposed in this thesis. In the proposed method, three different adaptive signal processing methods are used to extract the short-time transient component of the signal instead of the fault current level. It transfers data (feature extraction) into three different data spaces. The main feature of these signal processing methods is that they do not use a predefined basis to decompose a signal. The basis is adaptive to signal and extract components depend on the noise penetration level and frequency components of the signal. An intelligence-based method called Brwonboost is used to make decisions in these data spaces, and the total decision is taken by the majority of votes of these three intelligence-based methods in these three data spaces. The main unique feature of the proposed method compared to traditional machine learning methods is its adaptability and uses a non-convex optimization method for detection and classification. The proposed method is a set of weak classifiers and tries to learn the data space step by step and iteratively. It tries to adapt the data by classifying the data that was misclassified in previous iterations. On the other hand, the unique non-convex optimization feature of the proposed method gives it an intelligence to select or discard misclassified data. It can decide step-by-step removal of the algorithm's iteration data in the training process if there is an outlier or a violation in another class area. This feature provides evidence against overfitting and becomes as practical a method as it is for real-world measured data. Finally, a Brownboost decision is also made by a majority vote of the weak classifiers. An intelligence-based method called Brwonboost is used to make decisions in these data spaces, and the total decision is taken by the majority of votes of these three intelligence-based methods in these three data spaces. In this method the classifier works base on the margin. This means, instead of only finding a classifier that minimize the classification error, it selects a classifier that has maximum discrimination between data of every class. The unique feature of the proposed method compared to traditional machine learning methods is its adaptability and uses a non- convex optimization method for detection and classification. The proposed method is an ensemble of weak classifiers and tries to learn the data space step by step and iteratively. It tries to adapt to the data by classifying the data that was misclassified in previous iterations. On the other hand, the unique non-convex optimization feature of the proposed method gives it an intelligence to select or discard misclassified data. During this step-by-step process, the algorithm can detect outliers or misclassified data that intensely violated other class area and remove it. This feature makes it robust against overfitting and becomes as practical method for real-world measured data. In total, the proposed method tries to classify the data in three different data spaces. The data area that makes maximum distinction between the data of each class is less sensitive to noise. Thus, a classifier has are fewer generalization errors to unseen new data (higher margin). Therefore, its Brownboost has more voting power in decision making. The results are test in test benchmark microgrid. DERs are modeled with the detailed model to extract the true detail form of the signal. Various types of control model and fault ride thruogh feature of DERs are implemented.
Deep learning for wind energy systems using the hurst exponent and statistical parameters

(Graduate School, 2021-08-14) Alafi, Behnaz ; Şeker, Şahin Serhat ; 504181008 ; Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği

As we all know, energy demand is continuously increasing because of population growth and developing technology. As a result of this increasing demand, energy shortages and environmental pollution will occur. Besides, because of the growing crisis and other critical issues around energy, renewable energy is taking countries' attention and becoming important in various parts of the entire world. Wind energy, solar power, tidal energy, geothermal energy, etc. as renewable energy sources have been used to solve these issues. Among these alternative sources of energy, wind and solar energy have got the most attention recently. Since wind power has less pollution, shorter construction time, less occupation, and flexible investment, it has become one of the most effective sources of energy. And in this study, the information is about wind data. But the wind is unstable and mainly affected by meteorological and navigational conditions and the principle for its implementation changes from one place to another. These changes in the meteorological measurement cause uncertainty in wind farms' generated power that affects power supply and quality. Also, because it is impossible to generate every power amount by wind energy or store electrical energy, there is a limitation on the amount of output power. Therefore, An accurate prediction can cause the cost of power generation reduction, less winding reserve capacity of the grid, and more reliable operation of the grid. Because of aforesaid reasons, prediction in wind energy systems is a very important issue. Nowadays, deep neural networks have been considering for prediction problems. In this study, the convolutional neural network(CNN) as a deep neural network is used to do predictions in wind energy systems based on meteorological data of one station. Since the Hurst exponent H is used to determine the predictability degree of a set of data, it gives some information about data that is useful in developing predictive models both theoretical and computational in nature. We first aim to apply the Hurst exponent method on wind energy data and then execute a deep neural network on data to tarin data through that deep neural network. Work steps: this literature study on the yearly meteorological features of one station applies deep learning methods to it. First of all, we gathered reported data for wind speed, air pressure, and relative humidity as the inputs of one deep neural network to train that network for predicting wind speed data. Since the power of one turbine is related to wind speed value, studying the wind speed behavior of one location leads to the study of the power capacity of that location. Before training a neural network, it is better to study the behavior of wind speed and find its statistical model and predictability degree, so before entering meteorological data into a deep neural network we studied statistical parameters of wind speed and find the probability density of it and then we found Hurst exponent, as the factor for predictability degree, and, then, all data is entered to one CNN to tarin that network and predict wind speed data.
Şebeke ile senkron çalışmada çok seviyeli güç elektroniği devreleri üzerinden okyanus dalga enerjisinin dönüştürülmesinin matematiksel modellemesine katkılar

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021-12-19) Çolak, İlknur ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 504062004 ; Elektrik Mühendisliği

Son yıllarda dünyadaki enerji ihtiyacının karşılanması amacıyla yapılan çeşitli araştırmalar içinde yer alan dalga enerjisinden yararlanma fikri, günümüz koşullarında her geçen gün daha da önem kazanmaktadır. Son yarım asırdır artan petrol krizi ile birlikte doğal enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretimi popüler hale gelmiş ve dünya genelindeki pek çok ülkenin 2030 yılı itibariyle karbondioksit ve benzeri diğer zehirli gazların emisyonunu %50'ye düşürme hedefleri sayesinde yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması zorunlu hale gelmiştir. Güneş ve rüzgar enerjisine kıyasla kendine küçük de olsa bir yer edinen dalga enerjisi, konunun karmaşıklığı, üretiminin zor olması ve uygun uygulama alanı bulma konusundaki zorluklar nedeniyle halen prototip safhasını aşıp, ticari boyut kazanamamıştır. Dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretimi konusunda yapılan çalışmalarda gelişmiş güç elektroniği topolojilerinin ve kontrol yöntemlerinin uygulanması konusunda geniş çaplı araştırmalar yapılmamıştır. Bu nedenle bu tez çalışmasında ilk olarak dalga enerjisinden Wells türbini yardımıyla elektrik enerjisi üretiminin matematiksel analizi yapılmıştır. Sistemin ve sistem bileşenlerin ayrık ve bütünleşik matematiksel modelleri elde edilmiştir. Dalgadan elde edilen enerjinin şebekeye aktarılması için üç seviyeli aktif doğrultucu ve üç seviyeli evirici kullanılmış ve sistem kapalı modellenmesi benzetim ortamında gerçeklenmiştir. Denizdeki rüzgar dalgalarının enerjisi dağıtım ağındaki elektriğe dönüşene kadar, genel olarak dört aşamadan geçer. İlk aşamada, dalgadaki enerjiyi bir mekanik harekete dönüştürmek gerekir. Ortaya çıkan bu mekanik enerji, denizdeki dalgaların karakteristiği gereği, büyük genlikli, düşük hızlı hareketlerdir. İkinci aşamada mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi gerekir. Şebekede kullanıma uygun olmayan bu enerjinin, sabit frekans ve sabit genlikli gerilime dönüştürülmesi gerekir. Elektrik üretimine uygun hızlara getirilmiş hareketten elektriğin üretilmesi ve üretilen elektriğin dağıtım şebekesine aktarılabilecek kaliteye getirilmesi de üçüncü aşamada çözümlenir. Son aşamada ise üretilen elektriğin, özellikle çok sayıda birimden oluşan sistemlerde, genel dağıtım ağı ile entegre edilmesi söz konusudur. Dalga enerjisinden enerji üretimi konusundaki en büyük zorluklardan biri olan dalga dönüşüm tipinin belirlenmesi ve belirlenen sistemin hidrolik ve pnömatik çevrim analizlerinin yapılarak sistem matematiksel modellemesinin gerçekleşmesidir. Bu çalışmada dalga enerjisi çevrim sistemi için salınımlı su kolonu (OWC) sistemi kullanılmış ve pnömatik enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi için de en basit ve güvenilir kendinden doğrultmalı hava türbini olan Wells türbini kullanılmıştır. Türbin/generatör grubunun çıkışındaki gerilimin doğrultulmasında kullanılan aktif doğrultucu, üç fazlı, üç seviyeli ortadan kenetlemeli çevirici (3L-AFE) topolojisi olup, çevirici sinüs biçimli darbe genlik modülasyonu (SPWM) metodu ile kontrol edilmiştir. Doğrultucunun çift yönlü akım akıtma yeteneğine sahip olması sayesinde, generatörden çekilen reaktif gücün kontrolü, toplam harmonik akım kompanzasyonu, generatörün ilk kalkış anındaki tahrik geriliminin sağlanması mümkün olmaktadır. Doğru gerilimin alternatif gerilime çevrilmesinde kullanılan ve gerilim kaynağı olarak çalıştırılan üç seviyeli evirici (3L-NPC), güç elektroniği uygulamalarında henüz çok yeni bir kontrol yöntemi olan üç seviyeli NTV-SV-PWM (nearest three vector - space vector - pulse width modulation) metodu ile kontrol edilmiştir. Uzay vektör modülasyon yöntemi gerilimin daha geniş bir aralıkta kontrol edilmesini sağlarken aynı zamanda cıkıştaki harmoniklerin düşürülmesinde onemli rol oynamaktadır. Bu çalışmada amaç farklı disiplinlerdeki yenilikleri bir araya getirerek yenilenebilir enerji kaynakları uygulamalarına yenilikçi bir açısı ile özgün bir katkıda bulunmaktır. Uzay vektör modülasyon yöntemi, ölçülen anlık referans vektöre en yakın üç vektörün belirlenmesi ve yarı iletken anahtarların bu vektör değerlerini oluştururken anahtarlama kayıplarını en düşük seviyede tutacak sıra ve sürede (dwell time) uygulanmasına dayanır. Bu yöntem ile evirici anahtarlama kayıpları minimunda turulurken evirici çıkışının şebeke gerilimine senkronize edilmesi de sağlanmış olur. Doğru gerilim barasının kontrolünde vektörlerin büyüklüklerindeki ve açılarındaki sapma ve doğru gerilim barası orta noktasının akım yönü bilgisi kullanılır. Bu bilgilere göre anahtarların anahtarlama sırasının önceden kestirimi yapılır ve bir veri arama tablosu (look-up table) oluşturulur. Bu sayede kontrol döngülerinin azaltılması ve sistem cevabının hızlandırılması sağlanmış olur. Aynı doğru gerilim barası ile birbirine bağlı üç seviyeli aktif doğrultucu ve üç seviyeli eviricinin görev dağılımları aşağıdaki gibidir. Aktif doğrultucu: -Alternatif gerilimin doğru gerilime çevrilmesi -Doğru gerilim barasının gerilim değerinin sabit tutulması -Çift yönlü akım geçişinin sağlaması (S-PWM kontrolü) -Akım harmoniğinin düşürülmesi -Doğrultucunun alternatif gerilim uçlarında üç seviyeli faz arası gerilimlerinin oluşturulması -Alternatif gerilim girişinden sinüzoidal akım çekerek güç faktörünün bire yakın tutulması Üç seviyeli evirici: -Doğru gerilimin alternatif gerilime çevrilmesi -Çift yönlü akım geçişinin sağlaması (NTV-SV-PWM kontrolü) -Akım harmoniğinin düşürülmesi -Gerilim harmoniğinin düşürülmesi -Doğru gerilim barası nötr noktasının kontrolü -Çıkış geriliminin şebekeye senkron çalıştırılması Bu çalışmada salınımlı su kolonu (OWC), Wells türbini, senkron generatör, doğrultucu ve eviriciden oluşan dalga enerjisinden elektrik enerjisine dönüşüm sisteminin tekil matematiksel modellemesi detaylandırılmış ve karmaşık girişli, karmaşık sistemin bütünleşik matematiksel modellerine katkıda bulunacak sonuçlar elde edilmiştir. Dalgalardan elektrik enerjisi üretimi konusuna duyulan ilgi dünya genelinde artmakta olup, çalışmalar henüz yeni yaklaşımlar üretmek düzeyindedir. Bu nedenle bu tez çalışmasının sonuçları ciddi bir dalga enerjisi potansiyeline sahip olan Türkiye'nin enerji politikalarının başarısı ve bu konuda uluslararası platformlarda yer edinmesi açısından büyük önem taşınmaktadır. Ayrıca bu proje Türkiye'nin yenilenebilir enerji konusundaki antlaşmalarda üstlendiği yükümlülüklerin yerine getirilmesi açısından da katkı sağlamaktadır.
Dağıtık üretim sistemlerinin akıllı şebekeler üzerine etkilerinin incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Pürlü, Mikail ; Türkay, Belgin ; 726855 ; Elektrik Mühendisliği

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, elektrik enerjisine olan ihtiyaç ve talep her geçen gün artmaktadır. Artan tüketici talebi karşısında, üretim, iletim ve dağıtım sistemlerinin yetersiz kaldığı durumlar ortaya çıkabilmektedir. Yetersiz kalan bu şebekelerde artan hat yüklenmeleri nedeniyle, kayıp güç artışları, gerilim düşümü problemleri, elektrik kesintisi ve güvenirlik gibi çeşitli önemli problemler ortaya çıkmaktadır ve tüketiciler hem sosyal hem de ekonomik yönden rahatsız olmaktadır. Ayrıca, artan fosil yakıt fiyatları ve azalan fosil yakıt rezervleri nedeniyle yeni üretim teknolojilerine ihtiyaç giderek artmaktadır. Artan hava kirliliği ve iklim bozulmaları gibi çevresel kaygılar, yenilenebilir enerji üretim teknolojilerinde büyük gelişmelere öncü olmuştur. Bu gelişmeler, yenilenebilir enerji sistemlerinden enerji üretim maliyetlerini giderek düşürmektedir. Artan enerji talebini karşılamakta zorlanan şebekelerde, kayıpları azaltmak ve gerilim profilini iyileştirmek amacıyla, ağın yeniden yapılandırılması, kapasitör tahsisi veya dağıtık üretim sistemlerinin tahsisi önerilmektedir. Yeni hatların oluşturacağı ek maliyetler ve fiziksel olarak her zaman uygulanabilir olmaması gibi nedenler ağ yeniden yapılandırmasını zorlaştırmaktadır ve dağıtık üretim ön plana çıkmaktadır. Kayıpları azaltmak, gerilim profilini iyileştirmek, şebekeye bağlı kesintilere çözüm üretmek ve çeşitli güç kalitesi katkıları nedeniyle merkezi üretim yerine, ucuz ve sınırsız olan yenilenebilir enerji kaynaklarını da üretime kazandırabilen, dağıtık üretim teknolojilerinin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Merkezi üretimle beslenen şebekelerde tek yönlü olan yük akışı, dağıtık üretim sistemlerinin entegre edilmesiyle birlikte çift yönlü olarak gerçekleşmektedir. Bu durum güç kayıplarında artışa ve koruma sistemlerinde arıza algılama sorunları gibi çeşitli olumsuz sonuçlara yol açabilir. Ancak, dağıtık üretim sistemleri tahsis edilmeden önce çeşitli analizler yapılarak planlanırsa, kayıpları ve gerilim devinimini azatlma, gerilim profilini ve gerilim kararlılık indeksini geliştirme, güvenirliği artırma ve şebekeye bağımlılığı azaltma gibi pek çok katkıyı beraberinde getirmektedir. Literatürde, dağıtık üretim sistemlerinin optimum tahsisini gerçekleştirmek için analitik yöntemler, sezgisel yöntemler ve hibrit yöntemler önerilerek, çeşitli IEEE test sistemleri veya ülkelerin gerçek dağıtım şebekeleri üzerinde test edilmiştir. Bu çalışmada, güç kayıplarını azaltmak ve gerilim profilini iyileştirmek amacıyla dağıtık üretim sistemlerinin optimum tahsisi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, sezgisel algoritmalardan olan, Genetik Algoritma ve Parçacık Sürü Optimizayonu algoritmaları önerilmiş ve IEEE 33 baralı radyal dağıtım sistemi üzerinde uygulanmıştır. Öncelikle, literatür kıyaslaması yapabilmek ve algoritmaların doğruluğunu kanıtlamak amacıyla, puant yük talebi için dağıtık üretim tahsisi gerçekleştirilmiştir. Tüm dağıtık üretim tipleri ve özellikle literatürde kullanılmayan Tip IV için optimum tahsis, üç farklı senaryo özelinde gerçekleştirilmiştir. Analizlere göre en düşük fayda, reaktif güç tüketimi nedeniyle Tip IV ile ve en yüksek fayda hem aktif hem de reaktif güç üreten Tip III ile sağlanmıştır. Parçacık Sürü Optimizasyonu, Genetik Algoritma'ya nazaran daha iyi sonuçlar verirken, her ikisi de minimum kayıp, maksimum gerilim iyileşmesi ve yakınsama gibi açılardan literatürden çok daha iyi sonuçlar vererek, üstünlüklerini kanıtlamışlardır. Algoritmaların güvenirliği ve doğruluğu kanıtlandıktan sonra, asıl hedef olan yıllık toplam enerji kayıplarını ve gerilim devinimi azatlamak amacıyla yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye optimum tahsisi geçekleştirilmiştir. Mevsimsel üretim ve tüketim belirsizliklerini içeren bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynakları olarak güneş panelleri ve rüzgar türbinleri kullanılmıştır. Yenilenebilir kaynakların sağladığı katkıyı ölçmek ve uygulanabilirliğini kıyaslamak amacıyla, fosil yakıt tüketimine dayalı konvansiyonel kaynaklar da kullanılmıştır. Yapılan çalışmalarda teknik olarak en iyi sonuçlar konvansiyonel kaynaklarla elde edilirken, en düşük katkı ise mevsimsel ve günlük olarak güneş ışınım dağılımının düzgün olmaması sebebiyle, güneş panelleri tarafından sağlanmıştır. Hem güneş ışınım dağılımına nispeten daha düzgün rüzgar dağılımı olmasından dolayı konvansiyonel kaynaklara yakın miktarda teknik katkı sağlayan hem de zararlı sera gazı salınımı olmaması nedeniyle çevreci olan rüzgar türbinlerinin optimum güç faktöründe işletilmesi en uygun dağıtık üretim çözümü olarak önerilmiştir. Literatürde ve yapılan bu çalışmada, dağıtık üretim kaynaklarının tahisinin yük akışı analizlerine dayanması nedeniyle çok fazla zaman aldığı görülmüştür ve bu problemin üstesinden gelmek amacıyla da makine öğrenmesine dayalı bir tahmin metodolojisi önerilmiştir. Makine Öğrenmesi algoritmalarından olan Lineer Regresyon, Yapay Sinir Ağları, Destek Vektör Regresyonu, K En Yakın Komşu ve Karar Ağacı algoritmaları kullanılarak, optimum dağıtık üretim gücünün ve şebekeye etkilerinin tahmini sağlanmıştır. Algoritmaları ve önerilen metodolojinin uygulanabilirliğini göstermek için IEEE 12, 33 ve 69 baralı standart test sistemlerinin gerekli verileri toplanmıştır. Toplanan verilerin %75'i, WEKA programında bulunan makine öğrenmesi algoritmaları ile tahmin modellerinin eğitimi için kullanılmıştır ve %25'lik test verisiyle de algoritmaların performansı ve doğruluğu değerlendirilmiştir. Değerlendirme metrikleri olarak, R-kare (R2) analizi ve ortalama mutlak yüzde hata (Mean Absolute Percentage Error, MAPE) hesaplaması kullanılmıştır. Tüm algoritmalar, kabul edilebilir hata aralığının dışına çıkmayan ve uygulanabilir doğrulukta tahminler gerçekleştirmiştir. Tek giriş değişkeni olan tahmin modellerinde Destek Vektör Regresyonu algoritması ve çok giriş değişkeni olan tahmin modellerinde K En Yakın Komşu algoritması daha başarılı olmuştur. Giriş ve çıkış değişkenleri arasında doğrusal bağlantı bulunmayan verilerin tahmininde ise Lineer Regresyon kabul edilebilir bir sonuç vermemiştir ve kullanımı uygun bulunmamıştır. Dağıtık üretim sistemlerinin optimum boyutunun, yerinin ve güç faktörlerinin belirlenmesinde önerilen sezgisel algoritmalar üstün performans göstermiştir ve yeni bir metodoloji olarak sunulan, dağıtık üretim sistemi optimum boyutu ve şebekeye etkilerinin tahmininde Makine Öğrenmesi kullanımı uygun ve etkin bulunmuştur. Daha büyük sistemler üzerinde çalışılması, enerji depolama sistemlerinin eklenmesi, yeni sezgisel veya hibrit algoritmalarla çözümler, makine öğrenmesi ile birlikte güçlendirilmiş tahmine dayalı çözümler ve farklı yenilenebilir teknolojilerin kullanımı gelecek çalışması olarak önerilmektedir.
Online impedance measurement of batteries using cross-correlation technique

(İTÜ Graduate School, 2022) Gücin, Taha Nurettin ; Ovacık, Levent ; 723130 ; Elektrik Mühendisliği

Although the foundation of battery technologies had been laid out quite a long time ago, the recent increase of the interest for technologies such as renewable energies, portable devices, electric vehicles urged the battery technology to emerge as a major research topic. Moreover, for such applications, the batteries generally considered to be one of, if not the most crucial component of the system, as the energy provided within them ensures the continuity of system operations. Additionally, the lifetime of such systems is generally directly correlated with the lifetime of batteries utilized thereof. Consequently, the assessment of battery condition is a crucial aspect for the durability and stability of a very wide range of applications. However, as most of the parameters regarding the status of the batteries are not directly measurable, the battery status generally has to be estimated. This task is generally undertaken by a battery management system (BMS), which often runs some tests on the battery to predict certain parameters such as state of health (SOH) and state of charge (SOC). Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) principally presents the complex impedance values of a battery over a frequency range of interest and it is widely accepted as the most advanced testing technique for batteries as it allows a foundation for the estimation of various battery parameters such as battery temperature, SOC and SOH. However, very often, these measurements have to be accompanied with advanced estimation algorithms for ensuring reliable and accurate estimation of parameters. This thesis aims to provide a practical implementation of EIS measurements. For this purpose, the study presented in this thesis implements the suggested method into the DC-DC converters, which are almost always present in the systems deploying batteries. The implemented method is based on cross-correlation calculations. In the first part of the thesis the motivation and the objectives of the study is elaborated and a literature overview of the state of the art is provided for representing the current approaches and for emphasizing the need for improvements. The first part is followed by a theoretical background section, where the principles of the cross-correlation calculations and it's adaptation to battery EIS measurements are explained in detail. Several improvements for the method, especially aimed for battery applications, are also provided. In the subsequent part, the theoretical findings are supported by simulations, which are created in MATLAB by using the Simulink graphical programming environment. In this part, the theory is preliminarily tested by simulations regarding impedance measurements of a passive RLC circuit. In the latter part, a test bench is designed for performing experiments to serve as proof of concept for the suggested approach. The test bench comprises a digitally controlled boost converter that is configured for charging a 12-V, 7-Ah sealed lead-acid (SLA) battery. The boost converter is controlled by an FPGA based platform, namely the Nexsys 4 DDR of Xilinx. The digital controller also comprises subprogram for injecting the necessary signals to the battery. The waveforms that occur during the tests are then recorded by a data acquisition system based on NI cDAQ platform so that the saved data can be processed in MATLAB environment for calculating the EIS diagrams. During the experiments, firstly, the battery is tested via the proposed method at 50% SOC. It is shown that the results of the present approach coincide with those obtained by a commercially-available, laboratory-type, high-precision instrument. Finally, the tests were also repeated for 25% and 75% SOC values. Additionally, further results are also presented to prove the validity of the approach even when the DC-DC converter is configured to provide a constant current under closed feedback loop. In conclusion, it is shown that the proposed approach can be reliably used to analyse the impedance of batteries over a wide frequency range during battery charging process.
Modeling, simulation and implementation of a permanent magnet synchronous motor drive system using anfis technique

(Graduate School, 2022) Kuvvetli, İpek ; Ergene Tükenmez , Lale ; 718065 ; Electrical Engineering Programme

The Permanent Magnet Synchronous Motors are widely used in robotics, electricity, gas, oil and transportation, etc. The PMSM drive allows adjustable speed drives and enhanced speed and torque control. Since the motor has various advantages such as higher efficiency, improved torque to inertia ratio and high power density, the PMSM drive has become very popular in aerial and electrical vehicles, as well as military applications [1-3]. Compared to the DC motors, the Permanent Magnet Synchronous Motors have distributed windings and do not have a brush-commutator system. They provide reliable operation. However, these motors require advanced control techniques to drive. Field Oriented Control (FOC) of PMSM is the most common method for the speed control of this motor. Employing Park and Clarke transformations, the control of the torque and flux of the motor is achieved by using appropriate field orientations which are dependent on phase currents in the stator. PMSM drive based on FOC combines the d-q-axis current control in the inner loop and the speed control in the outer loop[4]. The most significant requirements for the speed control of the PMSM are improved dynamic features and high-precision tracking performance [5]. The entire PMSM drive system is modelled using mathematical expressions of a PMSM and an inverter, the system is controlled with two different controllers and implemented through code generation in MATLAB/Simulink. The speed control with FOC method generally is integrated with a PI controller because of a simple design. As a drawback of a PI controller design for the PMSM, fine tuning of PI parameters is a challenging task since the linearization is utilized to converge the value of a function at a particular point. The parameter variations and disturbances cause undesired uncertainties in the non-linear model of the PMSM and the complexity is increased. The most of linear control methods cannot fulfill the requirements in high-performance applications of PMSM drives. To enhance the dynamic response of the PMSM control system, several advanced non-linear control methods have been studied and applied in academic and commercial fields recently, such as: linearization control [6], adaptive control [7,8], sliding mode control [9, 10], fuzzy control [11] and neural network control [12, 13].
İşitme engelliler için homojen alan dağılımlı gişe tipi ses frekansı indüksiyon döngü sistemi tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Lordoğlu, Meltem ; Yıldırım, Deniz ; İkizoğlu, Serhat ; 708819 ; Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı

Sağırlık ve işitme kaybı, dünya çapında yaygın bir hastalıktır. Hafif, orta, orta şiddetli, şiddetli veya derin olabilir ve bir veya iki kulağı etkileyebilir. İşitme kaybı, doğuştan veya çocukluk çağında, kronik orta kulak enfeksiyonları nedeniyle, gürültüye bağlı, yaşa bağlı veya iç kulağa zarar veren toksik ilaçlar nedeniyle oluşabilir. Tedavisi gerçekleştirilmemiş işitme kaybı, iletişimi ve genel yaşam kalitesini olumsuz etkileyebilir. İşitme kaybı olan yaşlı insanlar arasında sosyal izolasyona, yalnızlığa ve hayal kırıklığına yol açabilir. Çocuklarda dil gelişimini geciktiren başkalarıyla iletişim kurma yetisinin kaybına neden olabilir. Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) 2021 yılı verilerine göre dünya çapında tahminen 466 milyon insan (nüfusun %5,5'i) işitme kaybıyla yaşıyor. İşitme kaybına sahip insanların 432 milyonu (%93) yetişkin ve 242 milyonu erkek, 190 milyonu kadındır. 34 milyon (%7) çocukta sağırlık veya işitme kaybı var ve bunların %60'ı önlenebilir nedenlere bağlıdır. 65 yaş üstü insanların yaklaşık üçte biri işitme kaybına sahip ve bu vakaların çoğu Güney Asya, Asya Pasifik ve Afrika'dadır. İşitme kaybı olan kişilerin sayısının 2030'a kadar 630 milyona ve 2050'de 900 milyonun üzerine çıkması öngörülmektedir. Türkiye İstatistik Kurumu 2016 yılı verilerine göre Türkiye nüfusunun %4,5'i işitme kaybına sahiptir ve sadece %4'ü işitme cihazı kullanmaktadır. İşitme kaybının dezavantajlarının çoğu, erken teşhis ve müdahalelerle hafifletilebilir. Küçük çocuklar ve aileleri için özel eğitim programları ve işaret dili oldukça faydalı bir müdahaledir. Ayrıca işitme cihazları, koklear implantlar, altyazı ve diğer yardımcı teknolojiler her yaşta işitme kaybı olan kişilere yardımcı olabilir. İnsanlar konuşma terapisi, işitsel rehabilitasyon ve diğer ilgili hizmetlerden de yararlanabilirler. DSÖ, sağlık sektörü maliyetleri (işitme cihazlarının maliyeti hariç), eğitim desteği maliyetleri, üretkenlik kaybı ve toplumsal maliyetler nedeniyle işitme kaybının küresel ekonomiye yıllık maliyetinin 980 milyar $ olduğunu tahmin etmektedir.
Adaptive backstepping control based emegency scheme for improving transient stability of power systems with renewable energy sources

(Graduate School, 2022) Motallebzadeh, Mohammad ; Genç, Veysel Murat İstemihan ; 738021 ; Electrical Engineering Programme

Due to the high demand for electrical energy, operation of modern power systems under stressed loading conditions have become more common. Renewable energy sources are incorporated into modern power systems (RES) that include solar photovoltaics (PV), wind turbines, etc., and complex loads that can considerably alter the electrical system's dynamics. The power system comprises synchronous generators and other energy sources linked together to generate electrical power. When a severe disturbance on the electrical grid occurs, the supply of electrical power may be endangered, and this must be ensured by selecting the corrective action. Transient instabilities occur after extreme contingencies, which are a significant threat to the dynamic security of systems. In this condition, the generator's rotor speeds and rotor angles change suddenly, which causes quick altering of electrical power, and therefore, maintaining system security in tricky conditions is one of the crucial tasks in electrical engineering. The corrective control is applied after disturbance. Emergency control schemes, such as transient stability excitation control (TSEC), can improve the system's stability. TSEC enhances transient stability by controlling excitation system of generators. This control is one of the conventional excitation control techniques that is compared with other methods in this thesis. Besides the emergency control schemes, Power System Stabilizer (PSS) can be a proper solution to decrease the oscillations in a power system in the transient period. A multi-machine power system consists of generators, turbines, transformers, transmission lines, and loads. To design the dynamics of a power system, the set of differential-algebraic equations (DAEs) should be solved with numerical methods. Differential equations include synchronous generator and turbine inter-area equations, and algebraic equations include stator algebraic equations and network equations. In this study, a tandem-compound single-reheat steam turbine controlled by a speed governor is considered, and it produces the related mechanical power for inputting to synchronous generators. Synchronous generators can be designed with different degrees of accuracy to make the related electrical power. In this study, the 3th order (flux-decay) model synchronous generator with the first-order excitation system (static exciter) is regarded. The network side consists of transmission lines, loads, and other components. This study replaces RES with the related synchronous generator with equal injected real and reactive power. In this thesis, Adaptive backstepping control (ABC) is proposed to improve the transient stability of power systems during emergency conditions. The thesis problem and the modeling studies are aligned with the studies of collaboration in the TUBITAK project no. 118E184 and in our published paper, whereas the development of ABC-based controller is the main contribution of this thesis.
Simulation and circuit design of an inverter driver with sensorless field oriented control for a PMSM used in compressor

(Graduate School, 2022) Odabaşı, Tolga ; 718066 ; Electrical Engineering Programme

The main purpose of this thesis is to design an inverter board with a sensorless field oriented control algorithm and to drive a PMSM with a compressor system using this inverter board. Simulation of the board is also evaluated. The measurements are taken and some comparisons are made. Finally, the measurements are interpreted and studies are carried out to improve some points. Simulation and verification of the inverter board are studied in detail before starting to the design. Summary of the study is given step by step as follows. The first attempts of design of a permanent magnet synchronous motor with low quality hard magnetic materials were attributed in 19th century. Magnets with high energy density began to be used in motors around the 1950s and usage of these types of motors has started to accelerate due to developments in material science. The removal of the brush system in a motor structure has reduced maintenance and caused a motor to be designed more compact with high energy density. Nowadays, permanent magnet synchronous motors have become indispensable for many usage areas such as industry, white goods, transportation, military and so on due to their high reliability and high-power density. With the appearance of switching power transistors and silicon-controlled rectifiers, the mechanical commutator driving system was replaced by an inverter-based driving system in late 1950s. Various inverter topologies have been designed such as flying capacitor multilevel inverter and diode clamped multilevel inverter. As semiconductor technology improves dramatically, wide bandgap switches such as SiC and GaN have become popular especially in driving systems because of their high efficiency. As a result of PMSM and hardware technology developments, motor control theory has also developed. Six-step control which is also called as trapezoidal control is preferred in inverter systems at the early works. In this control theory, ratio of voltage and frequency is kept as a constant at each rotor speed. In addition to that, this is also called a scalar control technique due to the absence of vector information of voltages. Hall sensors are used to determine rotor position for a commutation time. Six-step control can cause torque ripple and also the dynamic response of six-step control can be insufficient for critical loads. In order to enhance the dynamic performance of systems, field oriented control was developed. This is a vector control and the main purpose of the theory is to keep magnetic fluxes of rotor and stator perpendicular to each other at every position of the rotor. So, the torque value is maximum in this condition. In order to do that, torque and flux components of the stator currents are derived and torque component is aimed to be maximized. Some matrix transformations such as Clarke and Park are needed for these calculations. In sensorless field oriented control, the rotor position is determined by observing the BEMF signal in the stator winding rather than using hall sensors.
Çok yüzeyli süperiletken ve halbach dizilimli sürekli mıknatıslardan oluşan süperiletken manyetik kaldırma sisteminin donmuş görüntü modeli ile analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Reisoğlu, Ahmet Furkan ; Cansız, Ahmet ; 706975 ; Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı

Yüksek sıcaklık süperiletkenleri tarafından sağlanan kaldırma kuvveti, araç uygulamaları için sınırlıdır. Süperiletken malzemelerin özellikleri sürekli olarak geliştirilmiş olsa bile, süperiletkenler ile manyetik kaldırma ve kılavuz sistemleri için verimli tasarım mekanizmaları bulmak oldukça zordur. Son on yılda yapılan çalışmalar çok yüzeyli süperiletken ve sürekli mıknatıs bileşenlerini optimum konfigürasyonlarda birleştirmenin kaldırma kuvvetlerini önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Bu bağlamda, çok yüzeyli süperiletkenlerle etkileşime giren Halbach dizilimli sürekli mıknatıslar en çok kullanılan yöntemlerden biri haline gelmiştir. Bu tezde, çoklu süperiletken ve Halbach dizilimli sürekli mıknatıslar kullanılarak farklı konfigürasyonlar için araç gövdesi kaldırma sistemi oluşturulmuştur. Konfigürasyonlar üç şekilde ele alınmıştır. Konfigürasyon 1'deki kaldırma sistemi bir mıknatıs ve bir süperiletkenden oluşmaktadır. Konfigürasyon 2'deki kaldırma sistemi Halbach dizilimli üç mıknatıs ve bir süperiletkenden oluşmaktadır. Konfigürasyon 3'deki kaldırma sistemi Halbach dizilimli üç mıknatıs ve üç süperiletkenden oluşmaktadır. Bu tezde söz konusu konfigürasyonlar inşa edildikten sonra havaya kaldırma ve kılavuz (yatay) kuvvetleri değişik süperiletken soğutma işlemlerine göre deneysel olarak ölçülmüş ve elde edilen sonuçların analizi donmuş görüntü modeli ile gerçekleştirilmiştir. Kaldırma kuvvetinin artırılması, kılavuz ve araç gövdesi arasındaki kuvvet etkileşimlerine göre yukarıda anlatılan üç konfigürasyon için incelenmiştir. Mevcut konfigürasyonlar için düşey ve kılavuz kuvvetleri, manyetik dipol yaklaşımı ve donmuş görüntü modeli kullanılarak alanlı soğutma ve sıfır alan soğutma koşullarına göre hesaplanmıştır. Öngörülen kuvvet hesaplamaları, belirli ölçüm mesafeleri için analiz edilmiştir. Bu çalışma vasıtasıyla manyetik kuvvet ile hareket eden araç sistemlerinde sürekli mıknatıs ve yüksek sıcaklık süperiletkenlerin sayısı ve dizilimlerinin kılavuz ve kaldırma kuvvetleri üzerinde belirli bir miktarda kazanç elde edilebileceği görülmüştür.
Elektrikli araçlarda batarya ve şarj istasyonu konfigürasyonlarının istanbul metrobüs hattı üzerinden incelenmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Satar, Anıl ; Cansız, Ahmet ; 720515 ; Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı

Günümüzde kara taşıtları birçok alanda insanoğlu tarafından kullanılmaktadır. Öncelikle kişisel alanda kullanımı olan otomobiller dünyadaki en yüksek sayıdaki kara taşıtlarından bir tanesidir. Otomobillerin yanı sıra toplu taşımacılıkta otobüsler ve lojistik, taşımacılık gibi konularda ise tırlar kullanılmaktadır. Dünyada çok sayıda aracın olması benzin, dizel ve mazot gibi fosil yakıtların kullanımını arttırmaktadır. Fosil yakıtların giderek artan kullanımıyla birlikte küresel ısınma, çevresel değişiklikler, hava kirlilikleri ve afetlerde paralel olarak artış olduğu görülmektedir. Bu noktada devletler yaşanan bu olaylar karşısında önlemler almaya çalışmaktadır. Alınan önlemlerden bazıları otomotiv sektörünü de etkilemekte ve bu etkinin çok büyük olduğu görülmektedir. Otomotiv sektörünün sebep olduğu karbon ve zehirli gaz emisyonlarını sınırlamak adına yasa ve yönetmelikler çıkarılmaktadır. Otomotiv şirketleri de bu durum karşısında yeni aksiyonlar almakta ve elektrikli araç üretimlerini planlayarak gelecekte devlet yaptırımlarına maruz kalmamak için çalışmalar gerçekleştirmektedirler. Elektrikli araç üretimi ve kullanımının yaygınlaşmasıyla birlikte araçların sebep olduğu hava kirliliğinin büyük ölçüde azalması beklenmektedir. Ancak yalnızca elektrikli araç kullanılarak hava kirliliğinin bitirilebileceği kanısına varılmamalıdır. Ayrıca elektrikli araçlarda kullanılan cihaz ve bileşenlerinde üretim aşamalarında çevresel ve geri dönüştürülebilir olması noktasında da adımlar atılmalıdır. Elektrikli araçların artan kullanımı birçok yeni olanak ve teknolojik gelişmelere ortam hazırlayacaktır. Elektrikli araçların şarj edilmesi için şarj alt yapı sistemlerinin şehirlerde, otoyollarda giderek yaygınlaşması gerekmektedir. Bu noktada birçok otomotiv üreticisinin olduğu ülkelerde şarj sistemleri üzerine büyük yatırımlar devam etmekte ve yenileri planlanmaktadır. Artan şarj istasyonları da elektrik şebekelerinin geliştirilmesine ve daha fazla enerji santrali ihtiyacının doğmasına sebep olacaktır. Özellikle elektrikli araçları şarj etmekte kullanılan enerjinin ne tür bir enerji santralinden sağlandığı elektrikli araçların sıfır emisyon olup olmayacağı noktasında önemli bir kriterdir. Eğer şarj istasyonları yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerjiyle beslenmezse bu noktada araçlarda kullanılan enerji yine fosil yakıtların kullanılmasıyla elde edilmiş olacaktır. İşte bu nedenle gelecekte üretilen enerjinin de yenilenebilir enerjiden sağlanması noktasında devletler planlar ve çalışmalar gerçekleştirmektedirler. Yenilenebilir enerji santrallerinin inşası için birçok teşvikte yine verilmektedir. Farklı tiplerde elektrikli araçlar mevcut olup her birinin birbirinden ayrıldığı noktalar mevcuttur. Bu çalışmada özellikle batarya elektrikli araçlar üzerine araştırmalar yapılmıştır. Batarya elektrikli araçların diğer elektrikli araç tiplerinden ayıran en önemli özelliği yüksek gerilim bataryaları dışında başka bir enerji kaynağının olmamasıdır. Bu da batarya elektrikli araçların enerji tüketen sistem ve bileşenlerinin var olan enerjiye bağlı olarak dengeli bir şekilde çalışma ihtiyacını zorunlu kılmaktadır. Otomotiv sektöründe uzun yıllarca alçak gerilim bileşenleri üzerine çalışmalar gerçekleştirilirken elektrikli araçlarla birlikte artık yüksek gerilim bileşenleride otomotiv sektörü için önemli bir hal almıştır. Özellikle elektrikli araçlarda kullanılan yüksek gerilim bataryaları, elektrik motorları, konvertörler, inverterler ve koruma elemanları üzerine çok sayıda ArGe çalışmasının yanı sıra akademik makale ve tezler yazılmaktadır. Yüksek geriliminde otomotiv sektöründe kullanımıyla birlikte elektrik mühendislerinin de farklı alanlarda bu konularda destek verme gerekliliği doğmuştur. Örneğin yalıtım, koruma, güvenlik ve yapı konularında elektrik mühendisleri tarafından önemli araştırmalar yapılmaktadır. Araçların sistem özellikleri de değişmiş olup yeni alt sistemler ortaya çıkmıştır. Önceden aracın hareket ve enerji mekanizması görevini içten yanmalı motor ve alçak gerilim bataryaları sağlarken. Elektrikli araçlarla birlikte bileşenler yerini elektrik motoru ve yüksek gerilim bataryalarına bırakmıştır. Bu bileşenlerinde kontrol edilmesini sağlayan sistemler geliştirilmiştir. Elektrikli araçlarla birlikte enerji yönetim sistemleri daha da önem kazanmıştır. Çünkü bataryanın sağlayacağı sınırlı enerji karşısında araçta ki enerji tüketen sistemlerin belirli bir denge içerisinde yönetilmesi gerekmektedir. İşte bu noktada enerji yönetim sistemi adı verilen bir sistem sayesinde bu alt sistemlerin enerji ihtiyaçları belirlenerek sistem dengede tutulmaya çalışılmaktadır. Elektrikli araçlar tüketiciler tarafından bazı noktalarda eleştirilmektedir. Araç üreticileri de tüketicilerden aldıkları geri bildirimler noktasında yeni yatırım ve araştırmalar yapmaktadırlar. Elektrikli araçlar için şarj süreleri, alabilecekleri mesafe ve maliyet konuları önemli soru işareti barındıran konulardır. Ancak bu konularda zaman içerisinde hızla iyileştirmeler beklenmektedir. Literatürde elektrikli araçlar üzerine farklı konularda yazılmış birçok makale bulunmaktadır. Bu çalışmadaysa literatürde yazılmış birçok konunun ana fikirleri bir araya getirilerek elektrikli araç teknolojisinin şuanda nerede olduğu, hangi konularda çalışmalar olduğu ve elektrikli araç kullanımının getireceği ekonomik ve çevresel etkiler üzerine detaylı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte bir örnek üzerinden elektrikli araçlarla ilgili bazı hesaplamalar ve analizler gerçekleştirilmiştir. Bu örnekte elektrikli otobüsler tercih edilmiş olup bu noktada şarj sistemleri üzerine detaylı bir araştırma yapılmıştır. Otomotiv sektöründe elektrikli araçlarla birlikte kullanımına başlanan bileşenler hakkında detaylı bilgi ve norm paylaşımları yapılmıştır. Yüksek gerilim bileşenlerinin kullanımıyla birlikte ne tür konularda geliştirmeye açık noktalar olabileceği üzerine tahminler yapılmıştır. Bileşenlerin kendi aralarında ki ilişkiler yine bazı şematik gösterimlerle aktarılmıştır. Ayrıca yüksek gerilim bileşenlerinin fonksiyon ve çalışma prensipleri hakkında detaylı bir bilgi paylaşımı yapılmıştır. Yüksek gerilim bileşenlerinin kullanımıyla birlikte bazı alt sistemler geliştirilmiştir. Bu alt sistemler sayesinde ilgili bileşenlerin kontrolleri ve çalışmaları güvence altına alınmıştır. Özellikle batarya elektrikli araçların tek enerji kaynağı olan yüksek gerilim bataryalarının izlenmesi ve kontrolüne ilişkin alt sistemler özelinde detaylı incelemeler yapılmıştır. Alt sistemlerin birbiriyle olan iletişimlerini nasıl sağladıklarını ve hangi bilgilerin sistemler arasında paylaşıldığı anlatılmıştır. Elektrikli otobüslerde batarya yerleşimleri, montaj alanları, şarj gereklilikleri ve şarj istasyonu boyutları derinlemesine araştırılmıştır. SOC ve SOE kavramlarının birbirinden farklı anlamlara sahip olduğu açıklanmış ve buna ilişkin örnek hesaplamalar yapılmıştır. Elektrikli otobüslerde ön plana çıkan pantograf şarj sistemlerinin fayda ve zararlarından bahsedilmiştir. Şarj istasyonu seçimi yapılırken ne tür parametrelerin dikkate alınması gerektiğiyle ilgili yine farklı bilgiler paylaşılmıştır. Ağır vasıta araçların şarj edilmesi noktasında farklı şarj sistemlerinden hangisinin daha avantajlı olabileceği ve bunun sebepleri anlatılmıştır. Şarj istasyonlarından depoda şarj veya durakta şarj opsiyonlarının hangi durumlar için uygun olup olmadığı anlatılmıştır. Elektrikli otobüslerle ilgili olarak vaka çalışmasında İstanbul Metrobüs Hattı üzerinden SOE, SOC, yakıt maliyetleri, şarj istasyonları ve CO2 salınımları ile ilgili bazı analizler yapılmış ve hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda şarj ihtiyaçları ve şarj istasyonlarıyla ilgili analizler yapılmıştır. Avcılar-Söğütlüçeşme metrobüs hattı ile ilgili bilgiler ışığında elektrikli otobüse ait verilerle birlikte bu hesaplamalar yapılmıştır. Ayrıca bir diesel otobüsün sürüş çevrimi verileri kullanılarak SOC değerlerini ve alınan mesafeleri otobüslerin spesifik parametrelerine bağlı olarak simülasyonu basitleştirilmiş bir şekilde Simulink'de gerçekleştirilmiştir. Araç modellemesi ve sürüş çevrimi modellenerek SOC, alınan mesafe, araç hızı, araç hızı ve sürüş çevrimi hız karşılaştırması grafikleri elde edilmiştir. Tezin ilk bölümünde literatür çalışmaları detaylı olarak incelenmiş, karşılaştırılmış ve tezin yazılma amacı ortaya konmuştur. Tezin ikinci kısmında günümüzde üretilen elektrikli araç tipleri ve özellikleri anlatılmıştır. Tezin üçüncü kısmında elektrikli araçlarla birlikte otomotiv sektöründe önem kazanan bileşenlerin detaylı bir incelemesi yapılmış ve gelecekte hangi bileşenlerde değişikliklerin olacağıyla ilgili önemli bilgiler sunulmuştur. Tezin dördüncü kısmındaysa elektrikli araçlarla birlikte hangi sistemlerin oluşturulduğu ve hangilerinde yeni revizyonlar yapıldığı anlatılmıştır. Tezin beşinci kısmındaysa elektrikli otobüslerin şarj sistemlerine ilişkin bir vaka çalışması gerçekleştirilmiştir. Tezin altıncı kısmında vaka analizi yapılarak önceki bölümde bir örnek üzerinden aktarılan bilgiler daha geniş çizelge ve grafiklerle paylaşılmıştır. Tezin yedinci kısımında ise sonuç ve tartışma konuları ele alınmıştır.
A peak current controlled dimmable sepic led driver with low flicker

(Graduate School, 2022-01-18) Örüklü, Kerim ; Yıldırım, Deniz ; 504181056 ; Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği

Nowadays, a considerable part of the energy consumption in the world has been formed by lighting sources used in buildings, industry, transportation, and commercial. Yet, there has been a rapid decrease in traditional energy resources. Therefore, an energy efficient lighting system could be a solution to global energy problem. Light-emitting diodes (LEDs) have been taken much attention lately and expected to replace with classical lamps due to their special characteristics like high efficiency, long lifetime, environment friendly, robustness, and small size. However, a driver circuit is required to operate LEDs and constant current drivers can improve the LEDs performance. Hence, studies on LED driver circuits and its control method have recently been increased both in industry and in academia. In some applications, it is desirable to have control on LED brightness. This can be done by a current-control method that adjust the current flowing through LEDs. But, there are recommended practices while modulating current in High-Brightness LEDs for mitigating health risk to viewers in IEEE Std. 1789-2015. Most of the driver circuit have put on the market without any flicker measurements and checking these recommended practices about percent flicker and flicker index. All light sources may have flicker with various levels. However, the flicker generally exists in LED lighting when AC to DC conversion is present. Because of the full-wave bridge rectification in AC-DC LED drivers, LED lamps will have a peak-to-peak current ripple at twice the line frequency (100 Hz or 120 Hz). Hence, the flicker is mainly dependent on the driver circuit for LED lighting. Health risks and biological effects of flicker to the viewers such as headache, eyestrain, and seizures cannot be ignored and should be taken into consideration when designing a LED driver. A flicker-free LED driver can improve the visual performance and offer a human health friendly lighting. In this thesis, a peak-current control method is proposed for 30-Watt Single Ended Primary Inductor Converter (SEPIC) LED driver with adjustable output current. The proposed control strategy is based on measuring MOSFET peak current value using a shunt resistor. When this voltage reaches peak threshold value, controller turns off switch. The output current is adjusted to desired levels by changing this peak threshold value. Both simulation and implementation of the driver have been carried out. 220V rms, 50 Hz AC main is used as input of the driver. Pulse Width Modulation (PWM) signals are generated by using UC3842 and TL3845 Integrated-Chips (IC). Flicker measurements are taken from the output current curve. To validate proposed peak current control method, a 33.6 Watt, 112 V / 0.3 A SEPIC LED driver prototype is constructed and tested. Analysis and measurements have been carried out for different output current levels. Peak efficiency is obtained as 88.4% at nominal output current. Furthermore, 5.806% and 6.540% of percent flicker have been obtained at 300mA and 100mA, respectively. It has been found that the proposed Peak-Current-Mode-Controlled SEPIC LED driver offers LED brightness control for the consumer comfort, a high efficient system for energy efficiency, and a low-risk level of flicker for human health.
Compensation of dead time caused output voltage distortion in SPWM full bridge inverter

(Graduate School, 2022-01-18) Polat, Umutcan ; Yıldırım, Deniz ; 504181073 ; Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği

Nowadays, inverters have become an indispensable element for many application areas when industrial applications are examined. Inverters are widely used in battery systems, renewable energy systems, control of various electrical machines and power systems. Due to the fact that inverter is often used in industry, studies on inverters have increased recently and inverter technologies are developing gradually. Generally, single-phase or three-phase full bridge voltage source inverters are used in such applications and there are various modulation techniques such as sinusoidal pulse width modulation technique, space vector pulse width modulation technique and etc. to provide voltage and frequency control of these inverters. These various techniques have been developed to minimize switching losses and reduce harmonics in output current and voltage. In real applications, power switches used in power electronics circuits are not ideal. These power switches have turn-on and turn-off time in switching characteristic. Because of this reason, the simultaneous conduction of switches on the same leg causes short circuit in inverter circuit. This situation is undesirable. In order to prevent synchronous conduction of both switches of the same leg at the same time, time delay is inserted to the driving signal of these switches.This time is called as dead time. Although dead time/blanking time has to be used in this circuits as mentioned above, the dead time has a very negative effects in terms of distortion of output waveforms. These problems are distorion of the output voltage and current waveform to contain a significant number of harmonic components at low voltage and high switching frequency. During the dead time, distortion of the voltage and current waveforms can be seen clearly at zero crossings of the current. In literature, this situation is called as zero-current-clamping phenomenon. This effect becomes greater as the switching frequency increases. In order to eliminate or reduce these effects, several approaches have been proposed. These methods can be listed as dead time compensation methods, dead time elimination methods, dead time minimization methods. It is seen that it is necessary to use dead time compensation methods since it is desired that the output voltage of the inverters is close to the sinus form and thus the total harmonic distortion is be reduced to a minimum. In order to provide this, these compensation methods are gradually developed. In this thesis context, time compensation method, which is one of the dead time compensation methods, is used. The turn-on or turn-off time of the power devices are adjusted by changing pulse-width in this method. Pulse-width is increased or decreased at zero crossings of the current. Thus, THD value of output waveforms is decreased by using this method. In this thesis, both simulation and implementation of a voltage source single-phase inverter have been carried out and the sinusoidal pulse width modulation method (SPWM) is used as modulation technique. Digital sinusoidal pulse width modulation is programmed with the help of STM32F407VG microcontroller of STM series. In addition, STM32CubeIDE is used as development tool. SPWM is produced by comparing the sine tables, which is produced by the microcontroller, with the microcontroller counter. This circuit is designed as open-loop system and the modulation index is initially set to a certain value both R and RL loads. While the input voltage of the designed circuit is 400 V, the output voltage is 220Vrms and the switching frequency is 20 kHz. The output power of the designed circuit is between 450 and 480 W at both R and RL loads. In addition, the dead time is 1 µs in all cases. In fixed dead time, output voltage and current for compensated and uncompensated states are obtained by simulation and implementation at R and RL loads. Due to the effect of dead time, harmonic distortions are observed on the output voltage and output current in uncompensated state. In order to minimize this effect, the time compensation method, which is one of the dead time compensation methods, is used within the scope of this thesis as mentioned above. Thus, the harmonic distortion is aimed to be reduced. According to simulation results, while the total harmonic distortion of output voltage is 5.34 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 3.15 at compensated state at R load. On the other hand, while the total harmonic distortion of output voltage is 5.42 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 3.71 at compensated state at RL load. According to experimental results, while the total harmonic distortion of output voltage is 5.89 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 3.86 at compensated state at R load. On the other hand, while the total harmonic distortion of output voltage is 6.02 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 4.50 at compensated state at RL load. According to the results, It has been clearly seen that the applied time compensation method reduces the harmonic distortions on the output voltage caused by the dead time.
Asenkron motorlarda rotor oluk şekli ve kaykının elektromanyetik titreşim ve gürültü spektrumu üzerine etkisinin analizi ve değerlendirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-28) Çatal, Duygu ; Kırış Kömürgöz, Güven ; 504171015 ; Elektrik Mühendisliği

Günümüzde; azalan kaynaklar, çevre kirliği ve gürültü kirliliği gibi sebeplerden dolayı enerjinin verimli kullanımı dikkat edilmesi gereken konulardan biri haline gelmiştir.Endüstriyel bir ortamda gürültünün bir kısmını elektrik motorları oluşturmaktadır. Elektrik motorlarının amacı düşük ses gücü seviyesi ile yüksek mekanik güç sağlamaktır. Optimum mekanik enerjininim elde edilmesi için motor tasarım sürecinde alınması gereken farklı önlemler mevcuttur ve gelişime açıktır. Bir motorda giriş gücünün bir kısmı ısı olarak dağıtılırken bir kısmı havalandırma sistemi tarafından harcanır ve daha küçük olan bir kısmı ise gürültü olarak kaybolur. Optimum motor tasarımı, beklenen tasarım isterine göre değişkenlik göstermektedir. Elektrik makinalarında gürültü kaybına neden olan; aerodinamik, mekanik ve elektromanyetik kaynaklar mevcuttur. Manyetik kuvvet, statorda salınım hareketine neden olur. Titreşim enerjisi, mekanik bileşenlere veya çevreleyen ortamlara akustik gürültü şeklinde istenmeyen aktarıma neden olur.Bu yüzden elektrik makinelerin, tasarım aşamasında iyileştirme yapılarak manyetik kuvvetin neden olduğu sonuçlar azaltılmaya çalışılır. Bu aşamada statorun manyetik kuvvetten kaynaklanan titreşim analizi önemlidir. Manyetik akı yoğunluğunun radyal ve teğetsel harmonik bileşenleri manyetik kuvvetin oluşmasında ana etkendir.
Şebekeye bağlı üç fazlı sic tabanlı hibrit anpc evirici yapısının kontrolü ve tasarımı

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-02) Delibaş, İslam ; Yılmaz, Murat ; 504181023 ; Elektrik Mühendisliği

Enerji sistemlerinde kalitenin önemi son yıllarda gittikçe artan bir kavram haline gelmiştir. Güç sistemlerinde oluşan kirlilik sorunlarının çoğu, güç elektroniği ekipmanlarının doğrusal olmayan karakteristiklerinden ve yüksek anahtarlama frekanslarından kaynaklanmaktadır. Güç kalitesi sorunları, hassas yarı iletken elemanların daha da hassaslaşması, var olan filtreleme ve kompanzasyon yöntemlerinin neden olduğu maliyet artışı nedeniyle zamanla daha da artmaya devam edecektir. Güç kalitesinin iyileştirilmesi, yarı iletken ve diğer doğrusal olmayan cihazların son zamanlarda artması nedeniyle başlıca araştırma konularından biri haline dönüşmüştür. Herhangi bir enerji kaynağının güç kalitesi, harmonik seviyesi vs. gibi etkenler uluslararası kuruluşlar tarafından tanımlanan belirli limitler çerçevesinde sınırlandırılmaktadır. Bu limitlerin sağlanabilmesi için farklı harmonik kompanzasyon yöntemlerine başvurulmaktadır. Bu limitlere uyulması, performans ve işletme ekonomisi için büyük önem taşımaktadır. Harmonik kompanzasyon ürünleri modern enerji dağıtım sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ürünlerin geliştirilmesi için evirici tabanlı sistemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Üç seviyeli evirici tabanlı geliştirilen aktif harmonik filtreler (AHF), diğer harmonik kompanzasyon filtrelerinden daha iyi performansa sahip güç filtrelerinden biridir. Üç seviyeli şebeke bağlantılı tasarlanan eviriciler kaynak ve yük dengesizlikleri altında güçlü performans sağlayan doğru tasarlanmış bir kontrol algoritmasına ihtiyaç duymaktadırlar. Kontrol yöntemleri, Gerilim Kaynaklı Eviricileri (VSI) tetiklemek için gerekli referans akımlarının üretilmesinde kullanılmaktadırlar. Bu nedenle, sistemin kararlılığı büyük ölçüde kullanılan kontrol algoritmasına bağlıdır. Bu tezde, kullanılan üç seviyeli SiC-ANPC tabanlı evirici sistemleri için geniş bir literatür araştırması yapılmıştır. Bu literatür araştırması içinde; güncel uygulamalarda kullanılan farklı evirici topolojileri ve kontrol teknikleri detaylandırılmıştır. AHF sistemlerinde kullanılmak üzere tasarlanan 3L SiC-ANPC sistemi için farklı kontrol yöntemleri analiz edilmiş ve tartışılmıştır. Ayrıca, farklı evirici topolojileriyle PLECS ve Matlab/Simulink ortamında simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu evirici topolojilerinin verimlilik ve maliyet karşılaştırmaları yapılmış ve bu tezde sunulmuştur. Prototip haline getirme sürecinde yapılan PCB tasarımları Altium Designer ile gerçekleştirilmiştir. Prototip çalışması gerçekleştirilen evirici sisteminin test sonuçları tezde sunulmuştur.Bu tezde tasarlanan üç seviyeli şebeke bağlantılı evirici yapısında kullanılan SiC tabanlı evirici yapısı ile piyasada üretilen evirici yapılarının 2 katı bant genişliğine sahip bir evirici yapısı tasarlanmıştır. Aynı zamanda %98 üzerinde verimlilik sağlanmıştır. Piyasada üretilen evirici yapılarının birçoğu Si- IGBT veya Si-MOSFET tabanlı tasarlanmıştır. SiC tabanlı tasarlanan ürünlerin bant genişliği ve verimlilikleri düşük kalmaktadır. Bu tezde tasarlanan evirici yapısı ve FPGA tabanlı kontrol ile literatürde benzeri çalışması olmayan bir evirici tasarımı kazandırılmıştır. 5kHz kontrol bant genişliğine, 40kHz anahtarlama frekansına ve bu anahtarlama frekansında çalışabilmesi için 80kHz örnekleme frekansına sahip bir evirici yapısı tasarlanmıştır.
DNS big data processing for detecting customersbehaviour of isp using an optimized apache spark cluster

(Graduate School, 2022-02-03) Alkhanafseh, Yousef ; Akıncı, T. Çetin ; 504191100 ; Electrical Engineering

During the past few decades, technology fields, especially Internet of Things (IoTs),have surpassingly evolved which in turn have contributed to great proliferation of datasources. Unfortunately, at that time, the available data processing tools in terms of va-riety and advancement were insufficient to analyze that huge data in a reasonable time.They suffered from several problems such as slowness, lack of comprehensiveness,limit size of clusters, high expense. These problems have constituted major obstaclesfor the progress and achievement in Big data field. Therefore, data has been unemployedfor a while. However, when its enormous benefits such as making smart decisions,saving time and cost, monitoring servers, improving performance, minimizing hiddencorrelations, and providing high quality reports have been closely realized, process-ing big data started to be prevalent. When dealing with big data, the most famousquestion that can be asked is "how can big data analysis make the enterprise jobs andbusiness better?". Currently, huge amounts of structured and unstructured data-sets,called as big data, have started to be processed by different types of companies suchas telecommunications, software and hardware, marketplaces, social media and so on.The current advanced services, hardware, and software have played an important rolein promoting big data processing by making its analysis faster, easier and inexpensive.It is important to know the difference between big data and traditional data sources.The main difference between them can be clearly noticed in data size, types, frequency,capturing speed, and used processing tools. Despite the current advanced technolo-gies, processing ExaByte (EB) or even YottaByte (YB) of data in an efficient way thatincludes the optimal usage of used system by completely utilizing its precise features isstill a challenge and need an expert who has a good mathematical background, knowl-edge of statistics, and superior experience in this field. Based on that, this thesis aims toprovide a comprehensive approach of setting up a system that consists of three differentstages which are collecting, processing, and visualizing huge amount of DNS data,daily of 1.3 TB, using an optimized YARN-based Apache Spark cluster. The process isachieved in two different clusters in terms of their place of establishment. The first onewas established on cloud by using Amazon Web Services Elastic MapReduce (AWSEMR) and the other one was established on local machines using Apache Ambari.Nevertheless, in this project, just the cloud cluster was discussed and reported in detail.The main goal of the one who was on cloud is to determine the features of neededmachines for local cluster. Moreover, it adequately made the understanding of ApacheSpark various configurations easier by trying each one of them with different values.Additionally, different structures of Python codes, especially related to Pyspark, weretried in different ways in order to specify the most efficient one. Initially, the thesisstarts by stating an extensive introduction that takes into consideration different sub-jects such as big data concepts, properties, sources, importance, future, limitations,challenges, and processing tools. Moreover, the architecture of the used DNS servers was thoroughly explained by stating their general purpose and their working principle.Similarly, under the title of data collecting, the project's main big data, DNS, andthe other used data-sets, which are Call Detail Record (CDR), Customer RelationshipManagement (CRM), Carrier-grade Network Address Translation (CGNAT), and IP-Blocks, were distinctly clarified by representing a sample of each one in separate tables.All these data-sets are encrypted and only the concerned authorities can understandits content. Then, an additional data-set that was captured from internet websites wasintroduced by representing a sample of it. A web scraping method has been talkedabout as well. There were more than one thousand URLs which can be classified inalmost 31 categories including education, games, VPNs, Services, banks, economy,etc. After that, several services that are utilized to process the data such as ApacheSpark, Yet Another Resource Negotiator (YARN), Hadoop Distributed File System(HDFS), ZooKeeper, and Hive were briefly investigated by interpreting their impor-tance, working principle, architecture, and main configurations. Meticulously, ApacheSpark is the data processing engine in this project. On the other hand, HDFS and Hivewere used as general storages to save processed data-sets and metadata, respectively.Zookeeper is a service that is utilized in order to maintain centralized configuration in-formation and provide distributed synchronization. Other services such as AWS EMRand AWS s3 were also used in this project. AWS EMR is a platform that Apache Sparkclusters can be built on. AWS s3 is a cloud storage that was temporarily used for savingprocessed data-sets. Next, based on different factors, the differences between ApacheSpark APIs, which are Resilient Distributed Data-set (RDD), Dataframe, and Dataset,were concisely illustrated. Subsequently, a procedure of optimizing a YARN-basedApache Spark cluster was proposed by interpreting the used mathematical equationsand giving a detailed example of how to start the object of Apache spark in an optimalway. Both Apache Spark and YARN configurations that are related to applicationproperties, run-time environment and networking, shuffle behavior, compression andserialization, memory management, and execution behavior were extremely elaborated.Next, various experiments of processing data were done by using different cluster sizesthat started from small number of machines with a small amount of resources of RAMand vCores to huge ones with high number of machines and large amounts of RAM andvCores. These clusters were optimized based on the previously stated configurationsand the values that can be found on both Resourcemanager and Spark admin interfacewere exactly the same as the calculated ones that are related to the amount of RAM,number of vCores, number of containers, and parallel tasks which in turn confirms theefficient use of the available resources. As a result, about %95 of RAM and CPUs ofthe clusters were successfully utilized. On the other side, the results of the experimentswhich contain input data size, number of operations, execution time, and output datasize were efficiently reported. Based on these results, a local cluster that has the samefeatures of the most appropriate cluster that was obtained in the experiments, is locallyestablished. After that, the output DNS data was grouped based on specific schemaand saved in a compressed format which is Parquet that reduces the size of the dataapproximately four times. Then, it was transferred to an optimized Elasticsearch clusterwhich is established in order to make fast queries to the output data and visualize it byusing an interactive Kibana dashboard. The Elasticsearch cluster includes one masternode and two slave nodes. The indices of Elasticsearch were properly configured andsplit into small indices. Also, they were defined in a way that only uses needed featureswhich in turn leads to enhance and tune the work of disks. Captured visualizations have played a major role in determining useful information such as the situation of DNSservers, customers segmentations, distribution of DNS traffic across Turkey neighbor-hoods, types of customers, most visited categories, most used URLs, and suitable placesfor advertising. Eventually an application that is based on time siers forcasting wasmade. A sample of the output data was prepared to be used in a time series forecastingusing Facebook Prophet model which were selected after trying several models such asautoregression (AR), Seasonal Autoregressive Integrated Moving-Average (SARIMA)and Vector Autoregression (VAR). However, only a comparison between VAR andFbprophet is discussed in this project. The main target of this prediction is defining thedensity of the used DNS servers, giving information about missed data, and providingapproximate information about the future of servers. The models were evaluated bycomparing the test data-set with prediction one and calculating its mean absolute error.It was almost %2.49 for Fbprophet. In short, some of this thesis achievements can beconcluded as providing solid knowledge about cloud computing systems and big datadifferent processing tools, performing various experiments on different clusters withdifferent sizes and resources, establishing local cluster based on these experiments,transforming daily of 1.3 TB of raw data into meaningful information, and making asystem for processing new data continuously. Furthermore, these processed informa-tive DNS data is used in a wide range of fields such as congestion prediction for DNSservers, classifying customers, enhancing content delivery network of some specificwebsites, running successful market advertising campaigns.
1,5kW IE4 verim sınıfı asenkron motor ve şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı senkron motor tasarımları ve performans karşılaştırması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-11) Gedik, Hakan ; Ergene, Lale ; 504071007 ; Elektrik Mühendisliği

Dünyada enerji kaynakları hızla tükenirken ve sera gazı salınımları hızla artarken karar vericiler ve politika uygulayıcılar enerji verimliliği ile ilgili ciddi çalışmalar yapmaya başlamıştır. İklim sözleşmeleri ve bunun uygulama adımları olan regülasyonlar sayesinde enerji tüketen ürün ve cihazların verim değerleri ile ilgili zorunluluklar yürürlüğü girmiştir. Elektrik motorları, enerji tüketimindeki ciddi payı sayesinde regülasyonların radarına giren ilk ürünlerden biri olmuştur. 1990'lı yılların sonunda CEMEP tarafından verimli elektrik motorları için bir gruplama yapılmış, motorlar devir sayısı ve güçlerine göre belli verim değerleri ile artan verim sınıfına göre sırasıyla EFF3, EFF2 ve EFF1 olarak gruplanmıştır. Verimlilik konusunda yapılan çalışmalar neticesinde öncelikle 2008 yılında IEC 60034-30 standardı yayımlanarak verimli motor kapsamı, tanımı ve değerleri uluslararası geçerliliği olan bir şekle dönmüştür. En düşük verim sınıfı IE1 olmak üzere IE2, IE3 ve IE4 şeklinde tariflenen motorlar, 2009 yılında Avrupa Birliği'nde yayınlanan 640/2009 regülasyonu ile zorunlu bir üretim ve kullanıma tabi olmuştur. Öncelikle IE2 ve IE3 motor kullanımını zorunlu hale getiren regülasyon Temmuz 2021 itibari ile çıtayı yükselterek 0,75kW altı motorlar haricinde IE2 motorları yasaklamış, ilave olarak 2023 yılında IE4 verim sınıfını büyük güçlü motorlarda zorunlu hale getirmiştir. Regülasyonlar ile verim çıtasının daimi yükseltildiği motor sektöründe pazara ciddi oranda hakim olan asenkron motorlarda verimi arttırıcı faaliyetler hız kazanmış, bununla beraber bu motorlara alternatif olabilecek diğer motor türlerinin endüstride yer bulabilmesi adına çalışmalar başlamıştır. Elektrik motorlarının kullanım alanları arasında ciddi orana sahip olan pompa, fan, kompresör gibi uygulamalar değişken devirli uygulamalar olmalarına rağmen inverter kullanımı çok düşük olduğu için asenkron motorlara alternatif olabilecek dikkat çekici motorlardan biri şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı motorlar olmuştur. Bu tez çalışmasında IE3 verim sınıfı 1,5kW 4p 90 gövde bir asenkron motor referans alınarak öncelikle klasik yöntemler ile IE4 verim sınıfı seviyesine çıkarılmıştır. Bu çalışmanın yanında IE3 asenkron motorun statoru sabit tutularak yeni bir rotor tasarımı sayesinde IE4 verim sınıflı şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı senkron motor tasarlanmış ve doğrulanmıştır. Motor gövdesi, kapaklar ve diğer mekanik parçalar IE3 verim sınıfı motora ait olup tez çalışması kapsamında tasarlanan parçalar değildir. Elektrik ve elektromanyetik tasarımlar Flux 2D ve SPEED manyetik analiz programları ile gerçekleştirilmiştir. Öncelikle var olan IE3 verim sınıfı asenkron motor modellenerek diğer çalışmalar için referans oluşturması sağlanmıştır. Klasik yöntemlerden paket boyunun arttırılması, verimli sac kullanımı, verimli rulman kullanımı gibi yöntemlerle IE4 asenkron motor tasarımı yapılmıştır. İlave olarak yeni bir rotor tasarımı ile hem mıknatıs hem de alüminyum çubuklardan oluşan hibrit bir yapı ile şebeke kalkışlı senkron motorun tasarımı tamamlanmıştır. Yapılan tasarımlar prototiplenerek IEC 60034-2-1 standardına göre sırasıyla ısınma testi, performans testi ve boşta test adımlarına tabi tutularak test edilmiştir. Yapılan testler neticesinde her iki motorun da IE4 verim değerini yakaladığı tespit edilmiştir. Başarılı tasarım ve doğrulama çalışmalarından sonra her iki motor tipinin performans değerleri karşılaştırılarak uygulama alanına göre kullanıcılar tarafından değerlendirilebilmeye sunulmuştur.

Gözat

Çıkarma tarihi ile LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri