LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Sustainable Development Goal "Goal 7: Affordable and Clean Energy" ile LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeA novel artificial intelligence based energy management system for microgrids(Graduate School, 2023-06-19) Aksoy, Necati ; Genç, V. M. İstemihan ; 504182007 ; Electrical EngineeringIn many countries, including our own, large amounts of electrical power are generated where the energy source is located, while it is consumed in areas with large industries and populations. This distance between energy generation and consumption leads to the transmission of energy, which results in the waste of energy as heat and increases energy costs. Microgrids have emerged as a solution to energy use by applying the principle of energy generation and consumption at the same place. Microgrids are small-scale electrical grids that can use distributed energy resources in conjunction with conventional grids. They can combine solar panels or plants, wind turbines, energy storage systems, generators, and the utility grid. This reduces energy loss during transmission, improves energy efficiency, and allows energy to be used efficiently. In addition, microgrids that operate in small settlements such as university campuses, military facilities, towns, or neighborhoods can work in "island mode" without a connection to the utility grid when needed. Many microgrids are currently operated using classical control methods and operate in certain size that has only been determined using optimization methods. This limits the efficiency that can be achieved during the operation of the microgrid and makes it difficult to follow new trends in energy storage technologies. The crux and significance of this thesis revolves around the notion that contemporary energy storage technologies can be utilized efficiently within the system, and that the existing artificial intelligence technology can serve as the foundation of the microgrid energy management system. The energy management system designed in this structure reduces energy waste, lowers costs, improves efficiency, and improves grid stability, while also producing effective solutions for energy demand by controlling the use of various sources together. Moreover, this energy management system contributes to reducing carbon emissions while allowing for the easy adaptation of new technologies. In light of all these advantages, this thesis presents an artificial intelligence-based energy management system design for microgrids. To further explain the concept of artificial intelligence, it encompasses machine learning algorithms as a subset, while machine learning includes deep learning algorithms and concepts. In this thesis, microgrid applications of various sizes and properties are examined, and a microgrid simulation model was created at commonly used sizes. This simulation model assumed a microgrid applied to a university campus, with a solar power plant and wind turbines serving as renewable energy sources. The energy management system being designed predicts the power that these sources will generate, using the up-to-date prediction algorithms within artificial intelligence. When designing, the focus is initially on predicting the power that solar and wind turbines will generate, using five years of meteorological data collected at five-minute intervals. The meteorological dataset, consisting of nine different data types, has undergone a series of data pre-processing. Missing data is filled in accordance with the characteristics of the dataset, and outliers are removed. The characteristics of this dataset were analyzed with different graphs and their suitability for training was examined. The labeled data consisting of the generation values at the same region and at the same time/minute intervals were added to the meteorological data set that was deemed suitable for training. Seven prediction models were developed using four prevalent machine learning methods and three novel algorithms based on the gradient boosting machine to predict the power generated by the solar power plant. These prediction models were trained separately using the training dataset made suitable for training. The results obtained from these seven prediction models were presented in both graphical and tabular formats. In addition to comparing which algorithm gave how successful results for this study, the computation costs were also compared. The designed energy management system must also predict the power generated from wind turbines. In this regard, prediction models were created using three different machine learning algorithms, and the results were obtained. These prediction models were compared using various performance metrics. This study conducted within this thesis, which achieved successful results, offers new approaches and unique results to the literature on the prediction of the power generation of renewable energy sources. An artificial intelligence-based energy management system should provide not only energy efficiency but also low energy costs and profitability for the user. The widespread use of dynamic electricity pricing should also be considered, which is determined based on the relationship between countrywide generation and consumption level. In this thesis, it is assumed that the microgrid simulation model developed is located in a country where dynamic pricing is applied. A five-year dataset was created from actual dynamic pricing data obtained from open-source platforms and analyzed. The dataset was examined, preprocessed, and made ready for the training of prediction models. Four deep learning algorithms with memory cell structures were selected for this study. Using these algorithms and the training dataset, price prediction models were developed, and the results were obtained. The learning performances, error values, and accuracies of the models were presented comparatively. These innovative prediction models were integrated into the designed energy management system. Knowing the power demand from a microgrid makes operational decisions more appropriate and robust. The load demand at which time of the day is an important parameter. Knowing the load demand in advance affects decisions regarding resource utilization. Considering this fact, the energy management system designed should also be able to predict load demand. To this end, load demand prediction models were developed using four deep learning methods with memory cell structures similar to price prediction. Actual load values obtained from open sources were scaled according to the simulation model of the microgrid created. Deep learning models were trained using the five-year load dataset, and the results were obtained. The results were presented comparatively using many performance metrics. As a result of this study, successful prediction models were developed and integrated into the designed energy management system. An artificial intelligence-based energy management system uses many prediction models described above. The theoretical and mathematical foundations of all machine learning and deep learning methods used are provided in the second chapter of this thesis. The energy management system described requires an additional controller to manage the microgrid in addition to human management. In this context, this thesis proposes another artificial intelligence-based controller. Data-driven control methods that have replaced classical control methods are popular topics nowadays. This thesis focuses on machine learning-based control methods of this type. In this context, reinforcement learning, which is one of the three main branches of machine learning, is investigated and its foundations are given. Reinforcement learning is the general name for methods based on the principle of controlling the system without the need for a mathematical model of the system. It is possible to separate this concept into methods based on table creation and methods using deep neural networks. In this thesis, controller agents using both types of methods are created. The agent, which will learn to control the system in reinforcement learning, needs to optimize itself. This optimization process is done through trial and error. For the agent to be able to take the best version through these trials, the system it will control, which is a microgrid environment model in this thesis, must have specific characteristics. Five different control agents were designed specifically for the energy management system, three of which were temporal-difference-based and two were deep reinforcement learning-based. Three environment models designed specifically for the microgrid are proposed in this thesis to enable these agents to train themselves. These environment models with unique reward strategies present a new approach to the literature. These environment models that use renewable energy sources, load demand, and dynamic prices for the training of agents have shown quite successful results in terms of energy management. The trained reinforcement learning agents have learned to manage the microgrid and offer considerable profitability to the user. The energy management system whose design steps are explained in this thesis uses many different artificial intelligence algorithms. These artificial intelligence models created, trained, and successful results achieved have been consolidated under a single graphical interface in this thesis. A unique graphical interface has been designed, and all prediction models and control agents have been integrated into this design. This interface design, which consists of seven pages in total, offers many variables and control actions related to the microgrid to the user. The user can see the powers that will be generated for the future, load demand, and the price. In addition, the user can apply many control actions to the microgrid through this interface. The user, who can also see many real-time parameters, can analyze the performance of prediction models and control agents through relevant pages. In conclusion, this thesis proposes an artificial intelligence-based energy management system that contains many current and innovative algorithms for microgrids and uses them uniquely. Artificial intelligence-based prediction models determine the decisions that an artificial intelligence-based control agent will make. This agent, which learns to select the correct control actions for the microgrid, presents the determined control action to the user through the designed interface. Additionally, the originally designed energy management system interface allows the user to see many parameters related to the microgrid in advance. This thesis proposes an energy management system that contributes to the literature with its original approach and can be used in real-world applications.
-
ÖgeAn agent-based energy management approach for V2X-capable charger clusters(Graduate School, 2023-01-05) Akyün, Gülen ; Yılmaz, Murat ; 504191071 ; Electrical EngineeringTo deal with the intermittency problem of renewable-based distributed generation, flexible energy assets such as electrical batteries are widely considered. In line with the localization trend in the energy sector, electric mobility is becoming mainstream. The additional load demand that comes with the penetration of EVs will raise the need for additional electricity generation. In particular, aggregated charging load of electric vehicles cause overload in the distribution network. With the management of EV charging, overload can be avoided and grid reliability can be ensured. At this point, smart grid applications promise to help make the addition of electric vehicles to the grid more sustainable with concepts such as V2X (vehicle to everything). On the other hand, as the plug-in EV fleet grows, an effective energy management system is needed to avoid adverse effects such as voltage fluctuations and increased electricity losses. By combining several flexible energy assets, a bidirectional EV charger cluster can have a local balancing capacity and therefore be operated without demanding energy from the grid for a specified period of time. The aim of this thesis is to manage EV charging in clustered systems and to obtain energy neutral charger clusters by increasing the local balancing capabilities of clusters and to efficiently use V2X functions with the proposed energy management algorithm. With this thesis, it is also aimed to reduce the peak-to-average ratio and to provide a balanced and efficient load profile. To achieve the objectives, an agent-based energy management concept has been proposed. In the proposed concept, each bidirectional charging unit with a connected EV at the charging station is represented by an agent. This approach provides a decentralized structure and swarm control in line with the agents' local targets. In this algorithm all power producers and consumers are represented as agents. First, the agents calculate their operation range and current power demand or production, i.e. their flexibility. Energy consumers and producers then interact and negotiate with each other, thus providing self-consumption by meeting each power consumption with an equivalent power generation. This allows flexible power transfer between EVs with a collaborative perspective on the charging system. In this way, the peak-to-average ratio decreases and self-consumption increases. In the study, the negotiation and decision-making processes of the agencies are discussed in detail. Simulation studies performed on the proposed concept for local balancing show that this application has the potential to provide effective and sustainable solutions for energy management.
-
ÖgeBatarya şarj uygulamalarında kullanılan LLC rezonans çeviricilerde optimum verim eldesi için yeni bir yöntem(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-15) Çalışkan, Eser ; Üstün, Özgür ; 504112010 ; 504112010Dünya genelindeki nüfus artışı ve globalleşme, mobilite kavramını tetiklemiştir. Mobilite ile yeni teknolojilerin hayatımıza girmesi kaçınılmaz olmuştur. Yeni teknolojilerin hayatımıza girmesi her geçen gün artan enerji talebini beraberinde getirmektedir. Günümüzde ulaşımda enerji talebinin büyük bir kısmı petrol ve petrol türevleri olan yakıtlar tarafından karşılanmakta olup gelecekte alternatif enerjilerin kullanıma alınmasını zorunlu kılmaktadır. Hayatın birçok alanında mobil olma ihtiyacının yanı sıra bunun bir sonucu olarak ortaya çıkan enerji gereksiniminin de mobiliteye hizmet edecek şekilde taşınabilir ve paylaşımlı olması kaçınılmazdır. Mobiliteye en çok hizmet eden cihazların başında elektrikli araçlar gelmekte olup her geçen gün yeni bir model piyasaya sürülmektedir. Elektrikli araçlar ve neredeyse tüm mobil cihazlarda enerji ihtiyacı büyük çoğunlukla dahili bataryalar ile sağlanmakta olup şarj ve deşarj işlemleri ile enerji paylaşımı sağlanabilmektedir. Batarya şarj ve deşarj döngüsünde enerji kayıplarının en az seviyeye indirilebilmesi için kullanılan güç çeviricisi tüm çalışma bölgesinde en yüksek verim ile çalıştırılmalıdır. Güç elektroniği çeviricisinin mümkün olan en yüksek verim ile çalıştırılabilmesi amacıyla farklı kontrol yöntemleri ve devre topolojileri geliştirilmektedir. Bu doktora tez çalışmasında, yeni tip GaN anahtarlama elemanları kullanılan bir LLC rezonans çeviriciye yönelik yeni bir verim optimizasyonu yöntemi üzerinde durulmuştur. Hafif elektrikli araçlar için tüm batarya şarj sürecinde en yüksek verim ile güç akışı kontrolünün en iyileştirilmesi amacıyla yeni bir verim optimizasyonu algoritması geliştirilmiştir. Klasik kontrol yöntemi olan frekans modülasyonu (FM), ölü zaman kontrolüne dayanan S-PWM ve kesintili çalışma modları LLC rezonans çeviricinin verim değerinin tüm batarya şarj sürecinde mümkün olan en yüksek seviyede kalması amacıyla birlikte kullanılmıştır. İlk olarak potansiyel batarya şarj topolojileri incelenmiş olup ardından bir rezonans çevirici kullanılarak klasik bir batarya şarj sürecine ait grafik verilerek şarj bölgeleri ve temel verim problemi ele alınmıştır. Düşük ve yüksek yük durumları arasındaki farklar ve rezonans çeviricinin çalışma karakteristiği birlikte değerlendirilerek özellikle düşük yük durumlarında çevirici veriminin düşmesine ait detaylar aktarılmıştır. Problemin tanımının ardından GaN tipi anahtarlar kullanılan bir LLC rezonans çevirici ile alakalı teorik altyapıya değinilmiş olup yapılan detay tasarımlar, hesaplamalar, elektronik kartlara ait şema ve baskı devre çizimleri, VHDL blokları ve tasarımları, kart testleri ve doğrulaması verilmiştir. LLC rezonans çevirici tasarımlarını takiben üç farklı anahtarlama ve kontrol yöntemine ilişkin modelleme ve benzetim çalışmalarına yer verilmiştir. Benzetim çalışmalarında temel çalışma prensipleri ve modeller, batarya şarj işlemi ve temel dalga şekilleri verilmiştir. Benzetim çalışmalarının ardından yapılan tasarım detaylarına göre üretilen ve entegre edilen deney düzeneği üzerinde üç farklı anahtarlama yöntemine ait testler gerçekleştirilmiştir. Deneysel testlerin sonuçlarına göre iteratif olarak önerilen verim takibi algoritması iyileştirilmiştir. Sonuç olarak önerilen algoritmanın batarya şarj sürecine uygulanması ve oluşturduğu etki tartışılmıştır. Önerilen verim takibi algoritması ile batarya şarj sürecinde kullanılan LLC rezonans çeviricinin toplam verim değerinde özellikle düşük yük durumlarında %25'e varan artış gözlenmiştir. Tez çalışmasında, yeni bir verim takip algoritması ortaya koyularak GaN temelli bir LLC rezonans çevirici üzerinde hafif elektrikli araçlara ait bir batarya şarj uygulamasında testleri ve doğrulaması yapılmıştır. Sonuçlar değerlendirilmiş olup gelecek çalışmalar için bir yol haritası çıkarılmıştır.
-
ÖgeElektrik enerji sistemlerinde güvenli işletim koşullarının elde edilmesine yönelik akıllı yöntem geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-07) Akdeniz, Ersen ; Bağrıyanık, Mustafa ; 504062002 ; Elektrik MühendisliğiGeniş alanda etkili olan elektrik enerjisi kesintilerinin en temel sebeplerinden birisi kritik kısıtlılıklardan kaynaklanan zincirleme açmalardır. Ancak, kritik kısıtlılıkların analizi olağan sistemsel arızaları ile hatalı manevra, olumsuz hava koşulları ve kasıtlı saldırı nedeniyle oluşan öngörülemeyen arızalar gibi çeşitli unsurları içerdiği için oldukça karmaşık bir süreçtir. Literatürde yer alan çeşitli analiz yaklaşımlarında söz konusu problem genellikle tek bir boyutuyla ele alınmıştır. Bu tez çalışması kapsamında, işletmesel ve işletmesel-olmayan unsurlardan kaynaklanan indisler elektrik sisteminin zafiyet (güvenlik açığı) analizi için tanımlanarak oluşması muhtemel zincirleme açma sonrası oluşacak kısıtların öngörülmesine yönelik yeni bir yaklaşım getirilmiştir. Temel olarak, elektrik sistemine ait elektriksel parametrelerden oluşan işletmesel performans indisi, kasıtlı saldırı ve kötü hava koşulu indisleri örnek test sistemleri üzerinde ayrı ayrı tanımlanmış olup, sonrasında bulanık çıkarım sistemi kullanılarak bütünleşik bir toplam zafiyet indisi tanımlaması yapılmıştır. Geliştirilen yöntem MATPOWER veri tabanında yer alan IEEE test ağları üzerinde uygulanabilecek şekilde geliştirilmiş olup, örnek test ağları için analiz ve değerlendirme çalışmaları yapılmıştır. Problemin numerik analizine ilişkin olarak her bir kısıtın neden olacağı etkiyi belirlemek için test ağları veri seti üzerinde çevresel etmenlerin (olumsuz hava ve kasıtlı saldırı) değerlendirilmesine yönelik etki katsayısı tanımlamaları yapılmıştır. Buna göre sistemi oluşturan hat ve bara gibi elemanların işletmesel, olumsuz hava koşullarında ve kasıtlı saldırılardan etkilenme sıralamaları yapılmıştır. Ayrıca, yapılan analiz çalışmaların daha sistematik bir şekilde gerçeklenebilmesi ve analiz sonuçlarının görselliğinin artırılması için MATLAB tabanlı Zafiyet Analiz Programı (MATVAP) geliştirilmiş olup, programın kullanıcı arayüzü detayları tezin ekler bölümünde sunulmuştur. İletim sistemi işletmecileri artan tehdit unsurlarına karşı acil durum manevra planlarını güncelleyerek uygulamak noktasına gelebilmektedirler. Olumsuz etkileri asgari seviyeye indirgeyecek etkin bir karşı savunma planın oluşturulabilmesi için sistemin potansiyel zafiyet oluşturulabilecek noktalarının önceden tespit edilerek, bu bilgiler ışığında savunma planlarının hazırlanması gerekmektedir. Tez çalışmasının devamında, iletim sistemi işletmecilerinin acil durum manevra planlarına katkı sağlamak amacıyla sistemde yer alan kritik noktaların tespiti ve kısıt sonrası olumsuz etkilerin azaltılmasına yönelik karşı tedbir (manevra) işlemlerini belirleyerek oluşması muhtemel teknik ve ekonomik sorunları asgari seviyeye indirgeyecek bir bilgi tabanlı karar destek algoritması geliştirilmiştir. Söz konusu problemin çözümüne yönelik olarak genetik algoritma temelli zafiyet tabanlı kısıtlılık koşullu yük akışı algoritması ile sistemin kısıt sonrası durmunu değerlendiren karar ağacı bazlı karar destek metodolojisi geliştirilmiştir. Bu sayede sistemde oluşan ilk kısıt sonrası, kısıt tipine göre müdahale planları gözden geçirilmekte ve sistemin savunma planı en az olumsuz etkiye neden olacak şekilde muhtemel ikincil kısıtlar uyarınca revize edilmektedir. Kısıt sonrası sistemde oluşacak yan etkiler; üretim artışı/azaltması ve/veya yük atma gibi kısa dönem kontrol müdahaleleri ile mevcut sistem kısıtları içerisinde kalacak şekilde çözümlenmeye çalışılmaktadır. Ancak, üretim tüketim dengesi sistem geneli için hiçbir şekilde sağlanamadığı durumlar için kısmi ada çalışma durumuna geçilebilmektedir. Yapılan çalışmanın en önemli katkılarından birisi de durağan durum için geliştirilen bir yük akışı analiz yönteminin karar ağaçları ile birlikte kullanılarak sistemin kararlılığı gibi dinamik bir olayı kestirmek için kullanılmasıdır. Geliştirilen yöntemin doğrulaması örnek bir ardışıl açma senaryosu ile EMTP programı üzerinde IEEE-39 test ağı benzetim modeli kurularak yapılmıştır. İlave olarak, sistemin güvenli moda geçmesi öncesinde maliyet analiz yapılarak söz konusu işletmesel değişikliğin yapılıp yapılmayacağı konusu ekonomik kıstaslar uyarınca değerlendirilmiştir. Geliştirilen yöntemin pratik uygulama olanağı bulması sonrasında özellikle iletim sistemi operatörlerinin acil durum manevra planlarını test etmeleri için faydalı bir araç olabileceği değerlendirilmektedir.
-
ÖgeGeneration and measurement of mixed voltages, investigation on electrical discharge phenomena, and electric field analysis(Graduate School, 2022-04-27) İspirli, Mehmet Murat ; Kalenderli, Özcan ; 504182005 ; Electrical EngineeringThe insulation systems in power systems are frequently faced combinations of the operational voltage with over voltages. These types of voltage are called as "composite voltages" and "combined voltages" depending on the type of test object. They are superimposed two voltage signals with different properties (amplitude, frequency, time parameter, waveform). In order to generate them, it is necessary to connect different types of voltage generators together or types of two different voltage must be applied simultaneously to the device under test (DUT). In literature, tests of electrical insulation material are only applied for a single type of voltage wave. But, insulation of the system is forced with the electric field formed by the sum of the system voltage and overvoltage, when the internal and external overvoltage occurs in power systems. For example, insulation of the system is stressed with sum of the operation alternative voltage and lightning impulse voltage, when lightning strikes to power system line. During this event, the stress to which the insulation system is subjected differs according to the polarity of the lightning impulse and the polarity of the operating voltage at the time the lightning occurs. So, composite voltage conditions in the system must also be considered, when the insulation security and reliability of the system is defined. In this context, this thesis is based on three SCI articles on composite and combined voltage. In the first section of the thesis, 66 kV and 110 kV SiR insulators currently used in power transmission systems have been analyzed under combined AC–DC voltage using the finite element method (FEM). Insulators are the most crucial part of power systems. The insulation performance of insulators is vital for the sustainability of power systems. Recently, silicone rubber (SiR) insulators are used frequently in all sections of the power systems. In the analyzes made, positive and negative DC voltages in different amplitude ratios were superimposed over the phase-earth operating voltage of the insulator. In the study, the models were created based on time and analysis were applied in time-dependent. Alone DC voltage was applied to the insulator for the first 60 s, AC + DC voltage was applied between 60 to 120 s. Thus, the electric field behavior of the SiR insulator under combined AC–DC voltage has been obtained. The change of electric field based on positive and negative DC components was investigated. As a result of the study, the effect of the polarity of the DC component in the combined voltage was observed. The effect of the polarity of the DC component in the combined voltage on the maximum electric field intensity was observed. In the second section of the thesis, the effects of different electric fields, distance between electrodes and DC component of composite voltage on the breakdown voltage of air were investigated. The valve side of the converter valve in the HVDC transmission systems is subjected to mixed voltages such as composite AC & DC voltage. Normally, their structures have the geometry to create a uniform or less uniform electric field, but sharp points such as burrs on smooth surfaces can create non-uniform electric fields. In this study, four different electrode arrangements were used in the experiments to create different electric fields. The effects of the homogeneity of electric field on breakdown voltage were investigated for different ±DC component amplitudes of the composite voltage. The field efficiency factor was calculated using mean and maximum field strengths for all of them. Variation of breakdown voltage of air was examined under the composite AC & DC voltage for different ratios ±DC. As one result of the study, the breakdown occurs at the positive half-wave of the AC voltage despite −DC voltage being applied due to positive corona discharge pulses. This breakdown point is named as the polarity change point. The breakdown voltage increases with the decrease of DC voltage component up to polarity change point in non-uniform electric field. As a result of the experiments, it was seen that the polarity change point is closely related to the homogeneity of the electric field. As the homogeneity of the electric field increases, the polarity change point starts to be lower −DC voltage. In less uniform electric field, the AC breakdown voltage was measured slightly higher than the DC breakdown voltage. In less uniform electric field, as the ratio of the applied AC voltage to DC voltage increases, the breakdown voltage gradually approaches the AC breakdown voltage. This result is similar to the result obtained for the +DC component in non-uniform electric field experiments. In the last section of the thesis, firstly, experimental circuits were designed to generate and measure composite DC and LI high voltage using a simulation program. The voltage sources used in composite voltage generation must be isolated from each other with coupling elements so that they do not affect each other. In this context, it is critical to decide on the types and values of coupling elements. The coupling elements used were chosen according to simulation results. Afterward, experimental circuits were established in the laboratory according to the simulation results of the designed experimental circuit. Then, breakdown voltages under composite DC and LI voltage for less uniform and non-uniform electric fields were measured with four different electrode systems for positive and negative DC voltage pre-stresses with different amplitudes. The 50% breakdown voltage was calculated using the least-squares method. Finally, 3D models were created for the electrode systems used in the experiments using the finite element method. The efficiency factors of electrode systems calculated with the FEM results were correlated with the experimental breakdown voltage results. Thus, the breakdown behavior of air under bipolar and unipolar composite voltages (CV) was investigated. In conclusion, the experimental results showed that very fast polarity change in bipolar CV causes higher electrical stress compared to unipolar CV.
-
ÖgeGüneş enerjili uçaklarda farklı uçuş durumları için elektrik sisteminin performans analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-07) Ak, Ümit ; Usta, Ömer ; 504191097 ; Elektrik MühendisliğiTeknolojinin ilerlemesi ile birlikte elektrik enerjisi günümüzün en temel gereksinimlerinden biri haline gelmiştir. Bu enerjinin kullanımı ile birlikte tasarımlar daha kompakt bir hale gelmiştir. Elektrik enerjisi temelde üretim, iletim, dağıtım ve tüketim olmak üzere dört temel başlıkta incelenebilir. Bu temel başlıklar elektriksel tüm yapılara uygulanabilir. Bu yapılar, pili ile çalışan ampul devresi kadar küçük, ülkelerin birbirleri ile enterkonnekte yapıda bulunan şebeke sistemleri kadar büyük olabilir. Bu durum kara araçları, deniz araçları ve hava araçları için de geçerlidir. Günümüzde araçlarda itki kuvvetini (mekanik enerji dönüşümü) oluşturmak için fosil yakıtların kullanımı yaygındır. Bu durum da karbon salınımını arttırarak küresel ısınmaya sebebiyet vermektedir. Küresel ısınmanın önüne geçmek için tüm dünyada fosil yakıt kullanımı yerine yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim sağlanmaktadır. Yürütülen çalışmalar, kara, hava ve deniz gibi farklı alanlarda yenilikçi tasarımların ortaya konulmasını sağlamıştır. Bu tasarımlarda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ile beraber, karbon salınımını azaltmanın yanı sıra hava kirliliğini azaltmak ve gürültü kirliliğini azaltmak gibi sebepler de amaçlanmaktadır. Geçmişte, araç tasarımlarında elektrik enerjisi kullanılırken zamanla araç fiyatlarının yüksek olması, kısa sürüş mesafesi, beygir gücü, elektriğe erişimin zor olması gibi nedenlerle yerlerini uzun bir süre fosil yakıtlı araçlara bırakmışlardır. Günümüzde enerjinin verimli kullanımına yönelik olarak hibrit sistemler ön plana çıkmaktadır. Temelde fosil yakıt kullanımını destekleyen bu yapıların yerini yakın gelecekte tam elektrikli araçlara bırakacağı düşünülmektedir. Küresel ısınmaya bağlı olarak dünyada iklim değişiklikleri yaşanmaktadır. Bu iklim değişiklikleri sonucunda yeryüzü sıcaklığı yıllar geçtikçe artmaktadır. Yaz aylarındaki sıcaklık artışı orman yangınlarını tetiklemektedir. Bu çalışmada, hem yaz aylarında orman yangınlarına karşı gözlem yapabilen hem de farklı amaçlarla (hava olayları hakkında veri toplamak, vahşi hayvanların doğal ortamdaki hareketlerini izlemek gibi amaçlar) kullanılması düşünülebilen bir güneş enerjili hava aracının elektriksel ön tasarımı ortaya konulmuştur. Ön tasarımı yapılan hava aracının yaz aylarında (Haziran, Temmuz ve Ağustos) sürekli olarak uçuş gerçekleştirebileceği düşünülmüştür. Bu durum göz önüne alınarak farklı uçuş durumları için incelemeler yapılmıştır. Teknolojik gelişmeler ve malzeme biliminin ilerlemesi sayesinde daha önceden kısa uçuş süresine ve alçak irtifa yeteneğine sahip hava araçları günümüzde uzun uçuş süreleri ve yüksek irtifa yetenekleri ile dikkat çekmektedirler. Ön tasarımı ortaya konulan güneş enerjili hava aracında kullanılan malzemeler ve yöntemler güncel teknolojik gelişmeler göz önüne alınarak seçilmiştir. Hava aracının tasarım kriterleri olarak; Antalya ilinde 90 gün boyunca havada kalabilmesi (yaz aylarında yangın çıkma ihtimali ekvotar bölgesine yakın olmasından dolayı yüksek), operasyonel irtifasının 60000 feet (irtifaya bağlı olarak yüksek hızlı rüzgar gelme olasılığının düşük olması), yatay eksende 55 m/s hızla sürekli olarak uçuş yapabileceği (60000 feet irtifadaki rüzgar hızına bağlı olarak yakın değer seçilmesi) ve kalkış ağırlığının 525 kg (batarya ağırlığının göz önünde bulundurulması sonucu) olduğu belirlenmiştir. Bu isterlerden hareketle uçaktaki aerodinamik hesaplamalar ve elektriksel hesaplamalar yapılarak elektriksel güç sistemi modellenmiştir. Farklı uçuş durumları için aerodinamik güç isterleri belirlenmiş olup, elektriksel olarak güç sisteminin yeterliliği ispatlanmıştır. Uzun uçuş durumunda gece ve gündüz durumu için simulasyon çalışmaları yapılmış olup, ön tasarımı yapılan hava aracının elektrik güç sisteminin hangi durumlarda yeterli olup olmadığı belirtilmiştir.
-
ÖgeParallel evolutionary computation for distribution system planning and operation(Graduate School, 2022-06-14) Younesi, Soheil ; Özdemir, Aydoğan ; Ceylan, Oğuzhan ; 504181068 ; Electrical EngineeringThe purpose of this study is to offer a technique for combining single- and multi-objective optimization algorithms with a parallel computing technique. Different scenarios are created for different numbers of Worker Processors (WPs), each of which is investigated separately and the results are compared. In these cases, a Master-Slave (MSM) calculation approach is used. The workload is distributed evenly across all WPs, and the Master Processor (MP) acts as the observer and executor of this computational approach. By using intelligent interruptions, the main processor receives the results of each WP's calculations and compares them to the results of other WPs, selecting the best solutions and returning them to the WPs. Wind Turbines and solar panels are examples of distributed renewable energy sources in this study
-
ÖgeTrakya bölgesi iletim sisteminde kısa devre arıza akımlarının bara ayırma yöntemiyle sınırlandırılması ve kısıtlılık durumları için sistem gelişiminin incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-01) Yaman, Mehmet Sıdık ; İlhan, Suat ; 504171090 ; Elektrik MühendisliğiÇalışmada, güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılan Gauss-Seidel, Newton-Raphson ve Fast Decoupled yük akışı analiz yöntemlerinin fonksiyonel denklemleri incelenerek, yöntemler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Trakya bölgesi iletim şebekesi Edirne, Kırklareli, Tekirdağ illeri, İstanbul Avrupa yakası, Çanakkale ilinin Gelibolu ve Eceabat ilçelerini kapsayan, gerilim seviyesi 400 kV ve 154 kV olan iletim sisteminden oluşmaktadır. Bölgede, nüfus ve sanayi yoğunluğunun fazla olması, enerjiye olan talebi de arttırmaktadır. Elektrik tüketiminin günden güne arttığı bölgede, iletim sistemine yeni yatırımların yapılması ve bu yeni projelerle analizler gerçekleştirilerek şebekenin güvenli işletilmesi gerekmektedir. Çalışmada, analizlerin yapılacağı gerçek bir sistem olan Trakya bölgesi iletim sistemi hakkında bilgi verilmiştir. Şebekede bulunan iletim hatlarının gerilim seviyesi, uzunluğu, bölgedeki transformatör ve şönt ekipman sayısı, bölgenin kurulu gücü ve puant yükü gibi Trakya bölgesini tanıtan veriler ele alınmıştır.
-
ÖgeYenilikçi bir aşırı modülasyon tekniği ve kompleks akım kontrolörü tasarımı ile algılayıcısız cer motoru kontrolü(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-03-15) Altıntaş, Gökhan ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 504172013 ; Elektrik MühendisliğiGünümüzde tercih edilen kara yolu ulaşım araçları oldukça gelişmiş yapıdadır. Özellikle elektrikli araçlara olan ilginin artması ve toplumlar tarafından benimsenen çevreci hedefler araştırmaları bu yöne kaydırmıştır. Raylı ulaşımda kullanılan araçların çekiş kuvvetleri elektrik motorları tarafından sağlanmaktadır. Bu motorlar cer motoru olarak adlandırılırken kontrollerinde yüksek kalkış torku, maksimum güç ve geniş bir hız aralığında çalışma hedeflenir. Endüstriyel motor kontrol uygulamalarında klasik akım kontrolörleri, hız-tork hesaplama işlemleri ve modülasyon teknikleri yüksek anahtarlama frekansı sayesinde yeterliyken cer motorlarının kontrolünde yüksek güçten dolayı anahtarlama frekansı kısıtlıdır. Kısıtlanan anahtarlama frekansı dolayısıyla motor kontrol uygulamasında örnekleme frekansı da düşüktür bu durum da kontrol, ölçüm ve çıkış işaretlerinin çözünürlüğünün ve kararlılığının düşük olmasına neden olur. Tüm bunlardan dolayı klasik yaklaşımların dışına çıkmak gerekmektedir. Bu tez raylı sistemlerde kullanılan araçlarda hareketi sağlayan cer motorlarının kontrolünde yaşanan problemlerin, zorlukların çözümüne yönelik olarak üç ayrı yaklaşım ortaya koymaktadır. Tez kapsamında yapılan ilk çalışma DA bara geriliminden en yüksek oranda faydalanabilmek için bir modülasyon algoritması tasarımıdır. Modülasyon algoritması uzay vektör darbe genişlik modülasyonunu kare dalgaya kadar genişleterek DA bara geriliminden en yüksek faydalanma oranını sağlar. Yüksek hassasiyet ile çözülmesi gereken uzay vektör denklemlerini doğrusal bölgedeki halleriyle aşırı modülasyon bölgesinde aynı şekilde kullanmak mümkün değildir. Geliştirilen modülasyon algoritmasında doğrusal olmayan bölge iki alt bölgeye ayrılarak ilk bölgede referans gerilim vektörünün genliği düzenlenirken ikinci bölgede hem genlik, hem de açı düzenlenmektedir. Özellikle 2. aşırı modülasyon bölgesinde kararlılığı sağlamak, istenen hassasiyete erişmek, evirici çıkışında düzgün bir gerilim dalga formu elde etmek ve istenmeyen etkileri bastırmak için geliştirilen modülasyon algoritmasında sanal bir "değiştirilmiş açı" terimi ifade edilmiştir. Yeni hesaplanan değiştirilmiş açı, referans gerilim vektörünü, uzay vektörü altıgeni içinde tutarak cer motoru kontrolünün kararlı çalışmasını sağlar. Ayrıca, önerilen yöntem doğrusal modülasyondan aşırı modülasyona ve sonrasında da aşırı modülasyondan kare dalga modülasyonuna kadar düzgün bir çalışma ve çalışma bölgeleri arasında yumuşak bir geçiş sağlar. Önerilen yöntemde örnekleme frekansı, anahtarlama frekansının iki katı olarak seçilmiştir ve böylece modülasyon sinyali hesaplamalarında örnekleme periyodunun yer almaması sağlanmıştır. Hesaplama süresinin düşürülmesiyle kesme tabanlı yazılım akışında kesme süresiyle iç içe geçme durumu yaşanmasının önüne geçilmiş olur. Geliştirilen yöntem dijital kontrol ünitesinde TI C2000 TMS320F28335 işlemcisi üzerinde koşturularak raylı araç cer motoru test düzeneği ile test edilmiştir. Düşük anahtarlama frekansı temelli geliştirilen teorik yaklaşımların deney düzeneğinde elde edilen sonuçlar ile uyumlu olduğu gösterilerek geliştirilen yöntemin performansı değerlendirilmiştir. Geliştirilen yöntem sadece raylı araçlarda kullanılan cer motorlarının kontrolünde değil, otomotiv gibi benzer çekiş kontrol isterlerinin yer aldığı uygulamalar için de uygundur. Tez kapsamında gerçekleştirilen ikinci çalışma, cer motorlarında kullanılan hız sensörlerinden kaynaklı sorunları bertaraf edebilmek için sensörsüz cer motoru kontrolü üzerine olmuştur. Asenkron motorlu çekiş sistemlerinde motorlarda kullanılan kodlayıcılardan kaynaklı bozulmalar ve işaret değişimleri meydana gelebilmektedir. Ayrıca bu işaretler filtrelenerek meydana gelen gecikmeler ve bozulmalar yüksek güçlü sistemlerde anahtarlama-örnekleme frekansının düşük olması dolayısıyla cer motoru kontrol algoritmasını özellikle de cer motoru dinamik davranışını oldukça yüksek şekilde etkilemektedir. Ek olarak, tork büyüklüğünün de kestiriminin yapılması ve tren kontrol yönetim sisteminden gelen tork isteğini başarılı şekilde takip edip edemediğini değerlendirilmesi gerekmektedir. Tüm bunlar göz önüne alınarak endüklenen gerilim tabanlı hız ve tork gözleyicisi geliştirilmiştir. Gözleyicide, yalnızca ölçülen faz akımlarını kullanarak endüklenen gerilimi tahmin etmek için asenkron motorun RST-αβ-dq matematiksel modeli kullanılmıştır. Kestirim sürecinin herhangi bir noktasında gecikme etkisi yaratmamak için yazılımsal filtre kullanılmamıştır. Örnekleme frekansı anahtarlama frekansının iki katı seçilerek örneklemenin anahtarlama gürültülerini içermemesi için DGM çıkışlarının etkinleştirilmediği durumlarda gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, gözleyicinin dört bölgede çalışmasını sağlamak için gözleyiciye otomatik açı düzeltme metodolojisi uygulanmıştır. Bu tarz uygulamaların en büyük problemi olan sıfır hızdan motor kalkışını başarılı bir şekilde sağlayabilmek için bir motor kalkış stratejisi uygulanmıştır. Geliştirilen yaklaşım cer motoru deney düzeneğinde test edilerek sonuçların beklentilerle örtüştüğü görülmüştür. Tez kapsamında geliştirilen son çalışma ise cer motoru kontrolünde uygulanan alan yönlendirmeli kontrol stratejisinin en önemli birimi olan akım kontrolörü tasarımıdır. Düşük anahtarlama frekansı/stator besleme gerilimi frekansı oranı, kuvvetli çapraz bağlantı ve yetersiz bozucu performansı nedeniyle klasik PI kontrolörleriyle gerçekleştirilemeyen cer motoru akım kontrolünü gerçekleştirebilmek için değiştirilmiş yapıda bir kontrolör yapısı geliştirilmiştir. Klasik kontrol yaklaşımı dışında kontrol ve sistem modeli kompleks vektör gösterimiyle ifade edilmiştir. Böylece sistem derecesi düşürülerek analizler ve tasarımlar daha uygun şekilde yapılmıştır. Alan yönlendirmeli kontrol stratejisiyle asenkron motor stator akımı birbirinden 90o faz farklı d-q olmak üzere iki akım bileşenine dönüştürüldüğünde senkron hızda dönen eksen takımına geçilmesinden dolayı d ve q gerilim referansı ifadelerinde birbirine etki eden çapraz bağlantı bileşenleri ortaya çıkar. Ayrıca dijital motor kontrol uygulamalarında hesaplamadan, örneklemeden kaynaklı ve DGM doğası gereği gecikmeler mevcuttur. Ek olarak düşük frekanslı ve DA işaretleri bastırmak cer motoru kontrol uygulamasından beklenen çıktılardır. Tüm bunlar göz önüne alınarak düşük anahtarlama-örnekleme frekansı uygulamalarında kullanılabilecek çapraz bağlantı giderme performansı yüksek ve gecikmeleri kompanze edecek bir dijital kompleks akım kontrolörü önerilmiştir. Önerilen kontrolörde çapraz bağlantıyı gidermek için klasik uygulamaların aksine kontrolör iç yapısını düzenleyerek kontrolör sıfırının sistem kutbuna götürülmüştür. Geliştirilen kontrolöre düşük frekanslı ve DA işaretleri sönümleyebilmesi için sistemin toplam direncini artırmak amacıyla aktif sönümleme direnci de eklenmiştir. Akım kontrolörünün başarım testleri farklı çalışma koşullarında cer motoru dinamometresinde gerçekleştirilmiştir. Bir raylı aracın hızlanma, yavaşlama, yüklenme koşulları dinamometrede gerçekleştirilerek akım kontrolörünün iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Geliştirilen kontrolörün yüksek takip performansı, gecikme kompanzasyonu, çapraz bağlantı giderme ve dinamik sertlik özellikleri sayesinde diğer çekiş uygulamalarında ve diğer çekiş motoru türlerinde de başarıyla uygulanabilecek boyutta olduğu gösterilmiştir. Sonuç olarak cer motorlarının kontrolünde yaşanan problemler irdelenmiş ve bu problemlerden en önemlilerine yenilikçi yaklaşımlarla çözüm önerilmiştir. DA bara geriliminden maksimum fayda sağlayabilmek için uzay vektör darbe genişlik modülasyonu düşük örnekleme frekansında yenilikçi bir yaklaşımla aşırı modülasyon bölgesine genişletilerek kare dalga modülasyonuna başarılı şekilde geçilmiştir. Cer motorlarının en önemli iki büyüklüğü olan hız ve tork için endüklenen gerilim tabanlı kestirim algoritması tasarlanarak uygulanmıştır. Tasarlanan yapı ile çekiş sistemi maliyeti azaltılabilir ve sensör kaynaklı hatalardan dolayı işletmenin kesilmesi önlenebilir. Düşük anahtarlama frekansı dolayısıyla anahtarlama frekansı/stator besleme gerilimi frekansı oranının düşük olması nedeniyle ortaya çıkan problemleri ortadan kaldırmak için cer motorları kontrolünde kompleks vektörlerle ifade edilen akım kontrolörü önerilmiştir. Önerilen kontrolör çapraz bağlantı giderme ve referans takibi konusunda yüksek performansa sahiptir.