LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

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

Gözat

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.
36 stator oluklu, 2 kutuplu uzay harmonik etkisi azaltılmış asenkron makina başarımında rotor oluk sayısı etkisinin tespiti

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-02) Ercan, Muhammetnur ; Kocabaş, Derya Ahmet ; Gülbahçe, Mehmet Onur ; 504191038 ; Elektrik Mühendisliği

Son yıllarda elektrik enerjisinin tüketimi daha çok artmış ve gelecekte de hızla artmaya devam edecektir. Elektrik enerjisi tüketiminin büyük kısmını oluşturan elektrik makinalarının önemi, bireysel ve toplu ulaşımda elektrikli araçların tamamen benimsendiğinde kat ve kat artacaktır. Bu yüzden bir asırdan daha fazla üzerinde çalışılan elektrik makinalarının başarımlarının iyileşmesine katkılar son yıllarda hızlanmıştır. Sanayide, ev uygulamalarında ve hatta elektrikli araçlarda geniş yer tutan asenkron makinalardan daha yüksek başarım elde edilmesinin önemi üreticiler için oldukça büyüktür. Asenkron makinelerinin tasarımına ilişkin küçük detayların makine başarımının artırılmasında çok kilit bir rol oynamaktadır. . Asenkron makinalardaki hava aralığı amper-sarım ifadesinin rotor açısına göre değişiminin statorun oluklu yapısı ve iletkenlerin oluklara dağılımı nedeniyle bir adım fonksiyonu şeklinde sinüse yaklaşmaya çalışan bir fonksiyondur. Elektrik makinalarında bu yapısal durum makine saf sinüs gerilimle beslense bile hava aralığındaki amper-sarım fonksiyonunun sinüs biçimli olmamasına neden olur ve hava aralığında uzay harmonikleri oluşur. Bu harmonikler makinalarda stator ve rotor oluk açıklığı, sayıları ve yapısından kaynaklı olarak çıkış momentinde titreşimler görülmesine neden olur. Bu titreşimler makinada akustik gürültüler ortaya çıkarırken kayıp artışlarından dolayı verimi de düşürür. Bu nedenle asenkron makinalarda uzay harmonikleri kaynaklı titreşim ve gürültü problemlerinin üstesinden gelmenin bir yolu da oluk sayılarının optimizasyonudur. Bu çalışmada 36 oluklu 2 kutuplu asenkron makineler için rotor oluk sayılarının seçimi uzay harmonik etkiler göz önüne alınarak incelenmiştir. Geleneksel ve uzay harmonik etkileri azaltılmış asimetrik oluk ve sargı yapısına sahip olan stator yapısı ile farklı rotor oluk sayılarındaki rotorların çalışma durumları incelenerek en iyi başarımı veren stator-rotor oluk kombinasyonu tespit edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi sayesinde incelenen kombinasyonların manyetik açıdan başarımı, moment karakteristikleri, akım değişimleri ve hava aralığı akı yoğunlukları sayısal olarak incelenmiştir. Öncelikle 4 kW, 380 V/50 Hz, 2 kutuplu ve 36 stator oluklu geleneksel bir asenkron makina ele alınmış ve rotor oluk sayısının değişiminin hava aralığındaki uzay harmoniklerine olan etkisi incelenmiştir. Dahası detaylı bir mukayese yapabilmek için moment titreşimleri ve işletme başarımı da verilmiştir. Tüm analizlerde rotor oluk sayısı dışındaki tüm geometrik ve elektriksel büyüklükler sabit tutulmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde ise yine aynı plaka değerlerine sahip uzay harmonik etkileri azaltılmış asimetrik oluk ve sargı yapısına sahip olan makinada rotor oluk sayısının hava aralığındaki uzay harmoniklerine olan etkisi incelenmiştir. Geleneksel makina ile benzer olarak yine moment titreşimleri ve işletme başarımları da detaylı olarak sunulmuştur. Çalışma kapsamında rotor oluk sayısındaki değişiminin makinadaki uzay harmoniklerine ve moment titreşimlerine etkisini incelemenin yanı sıra asenkron makine tasarımına ilişkin detaylar ve incelikler de verilmiştir. Seçilebilecek manyetik malzemelerin motordan başarımına bağlı olarak nasıl değişebileceği, toplam kayıpları en aza indirebilmek adına çeşitli yöntemler önerilmiş, tasarımsal inceliklere yer verilmiştir.
72 oluklu, 2 kutuplu asenkron motorlarda farklı sayıda rotor oluklarının uzay harmonikleri üzerine olan etkilerinin tespti

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Onur, Güven ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 810625 ; Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı

Günümüz dünyasında artan nüfusun en önemli getirisi enerjiye olan ihtiyacın giderek artmasıdır. Fosil yakıtların gerek doğaya zararlı etkileri gerekse dünya üzerinde sınırlı miktarda bulunması, yenilenebilir enerji sistemlerinin giderek daha popüler olmasına sebep olurken, enerji dönüşümü yapılmasını sağlayan araçların da verim ve performans artışını zorunlu hale getirmiştir. Elektrik enerjisi ve mekanik enerji arasındaki dönüşümde şüphesiz en önemli rolü üstlenen elektrik makineleri arasında; üretim kolaylığı, bakım gerektirmemesi, düşük maliyeti sebebiyle asenkron makineleri yaygın olarak kullanılan bir elektrik makinesi haline getirmiştir. Asenkron makineler durağan kısmı stator ve hareketli kısmı rotor olmak üzere iki temel bileşenden oluşur. Statorda oluşturulan manyetik alan, stator ve rotor arasındaki hava aralığından rotora geçerek, rotor manyetik devresi üzerinden tekrar statora geri dönerek devreyi tamamlar. İdealde, hava aralığında bulunan manyetik akı yoğunluğunun saf sinüs biçimli olması istenir ancak motor sargıları saf sinüs biçimli bir kaynak ile beslense dahi oluşan manyetik alan saf sinüs biçimli olamaz. Bunun sebebi makine içerisindeki oluk yapısı ve yerleştirilen sargıların sinüs biçimli olmamasıdır. Hava aralığında oluşan manyeto motor kuvvet sinüs biçimini andıran basamaklı periyodik bir dalga olarak şekillenir. Oluşan bu basamaklı dalga şekli Fourier Dönüşümü ile açıldığında harmonik bileşenleri elde edilecektir. Elde edilen bu harmonik bileşenler kaynak geriliminden bağımsız olarak motor geometrisi sebebiyle ortaya çıktığından uzay harmonikleri olarak isimlendirilirler. Uzay harmoniklerinin varlığı makinede birçok istenmeyen etkilere sahiptir. Bu etkiler istenmeyen titreşim ve akustik gürültüler olarak özetlenebilir. Titreşim ve akustik gürültülerin varlığı ile hem makinenin çıkış performansını hem de verimini azaltacaktır. Sadece kararlı çalışma durumunda değil aynı zamanda kalkış ve frenleme durumlarında da meydana gelebilecek bu zararlı etkileri azaltmak adına birçok yöntem mevcuttur. Bu yöntemlerden en yaygın olarak kullanılanlar, sadece çift tabakalı sargılara uygulanabilecek olan kirişleme yöntemi, rotor iletkenlerine uygulanan kaykı örnek verilebilir. Bu yöntemlerden bir tanesi de motorun tasarım başlangıcında belirlenen uygun stator/rotor oluk kombinasyonu seçimidir. Bu çalışmada 72 stator oluklu, 2 kutuplu, 3 fazlı asenkron motor farklı oluk sayılarına sahip rotorlar ile analitik ve sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak elde edilen hava aralığı manyetik akı yoğunluğu dalga şekilleri Fourier Dönüşümü ile harmoniklerine açılmış rotor oluk sayılarının harmonik bileşenlere olan etkileri karşılaştırma yapılarak tespit edilmiştir. Buna ek olarak, tasarlanan her motorun verimi, moment dalgalılığı gibi performans kriterleri karşılaştırılarak bahsedilen stator yapısına ve seçilen motor kriterlerine göre en uygun rotor oluk sayıları tespit edilerek, literatürde stator/rotor oluk sayısı kombinasyonu seçiminde belirlenen kurallar ile ne kadar uygun olduğu karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonucunda 3 fazlı, 2 kutuplu ve 72 stator oluğuna sahip bir asenkron motor için 58, 60, 78, 86, 94, 96, 98 rotor oluklu tasarımların diğer tasarımlara göre moment dalgalılıkları ve geçici hal çalışma durumlarında üretilen elektromanyetik momentin tepe değerleri daha düşüktür. Seçilen bu 5 farklı rotor oluk tasarımları arasında 94 rotor oluğu en düşük moment dalgılılığına sahiptir ve en uygun rotor oluk sayısı olarak belirlenmiştir.
A data fusion application with linear kalman filter

(Graduate School, 2023-07-20) Geniş, Emre ; Kara Bayram, Duygu ; 504201022 ; Electrical Engineering

Bu tez, süreç ve ölçüm gürültüsü kovaryans matrisleri üzerinden lineer Kalman filtresinin kalibrasyonuna odaklanmaktadır. Dolayısıyla, sabit gözlem matrisi değeri 𝑯 = [𝟏; 𝟏] için yalnızca 𝑲, 𝑷, 𝑸, 𝑹 matrisleri ve kalibrasyon hedefi izlenmiştir. Bu tezin bir iyileştirmesi olarak, doğrusal Kalman filtresinin değişkenleri arasındaki etkileşimi daha ayrıntılı olarak ortaya çıkarmak için farklı 𝑯 değerlerinin etkisi incelenebilir. ✓ Ölçüm füzyonu ve durum vektörü füzyon yöntemleri arasındaki hesaplama maliyetini karşılaştırmak için, aynı tür yapay sinyaller her iki yöntemle birleştirilebilir. Örnekleme sıklığını artırmak, uygun 𝑸 ve 𝑹 değerlerini bulmak için otomatik kalibrasyon adımlarının sayısını azaltabilir. Bu sayede daha anlamlı hesaplamalı maliyet analizi yapılabilir. Ek olarak, MATLAB gibi programlar çok çekirdekli işlemcileri destekler. Artan çekirdek sayıları ile hesaplama gereksinimi ölçeklendirme tahminleri, veri birleştirme uygulamaları için kullanılan iş istasyonları ve süper bilgisayarlar için faydalı olabilir.
A novel artificial intelligence based energy management system for microgrids

(Graduate School, 2023-06-19) Aksoy, Necati ; Genç, V. M. İstemihan ; 504182007 ; Electrical Engineering

In 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.
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.
Accident data analysis for formal scenario generation and traffic simulation

(Graduate School, 2023) Kutlu, İlke ; Akıncı, Tahir Çetin ; Akbaş, Mustafa İlhan ; 835232 ; Electrical Engineering Programme

Autonomous vehicles have become one of the most important topics in the automotive industry today. Vehicles, which have started to be equipped with many electronic control units and sensors in order to increase the comfort and safety of drivers, are preparing for the transition to fully autonomous driving after breakthroughs in processor power and artificial intelligence in recent years. Advanced driver assistance systems, such as cruise control system, collision avoidance system, autonomous emergency braking system or lane tracking system, that support the driver or support systems which are activated only when it is necessary, are also present in vehicles on the road today. Although such systems are used to increase safety and driver comfort, either the driver is still in control of the vehicle or driver supervision is required during these systems and the driver can override these systems at any time. The ultimate goal of recent research and development studies on autonomous driving and autonomous vehicles is to bring self-driving vehicles to a level that they can be in traffic without any need for human attention or intervention, without causing any safety problems. Autonomous driving and advanced driver assistance systems attract the attention of the end consumers because they both are innovative technologies and because of the advantages they will provide for driving comfort. Due to this interest of the consumer, autonomous driving and advanced driver assistance systems have become an area for manufacturers and companies working in the field of research and development in the automotive sector, where they can show their technology. For this reason, the development of autonomous driving and advanced driver assistance systems and making them safer is one of the most important research and development topics for both large vehicle manufacturing companies and supplier companies that supply systems and components to vehicle manufacturers. The result of many different scenarios experienced in traffic in real life can end with major or minor accidents. One of the most important issues in autonomous driving development is to be able to test how the driverless car will behave before and during a possible accident. It is close to impossible to define these traffic accidents with only logical and mathematical equations to create test cases. Moreover, there are variables like speed, departure time, braking time etc. in real-life scenarios even for the similar cases. Accident situations are one of the most critical issues in the use of machine learning for autonomous driving, as they are the scenarios that can endanger human safety the most. A lot of different situations should be tested to validate the artificial intelligence in this regard. However, the traffic accident data for every kind of incident are very difficult to find and collect, as they are rare and real-life data. For example, one of the important data sources on traffic accidents is traffic accident reports.
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.
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.
Aktif dağıtım şebekelerini asimetrik arızalara karşı korumak için yeni bir tümleşik koruma sistemi tasarımı ve geliştirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-15) Özveren, Fatih ; Usta, Ömer ; 504152002 ; Elektrik Mühendisliği

Bu çalışmanın amacı, aktif dağıtım şebekelerinde gerçekleşebilecek asimetrik arızalara karşı koruma sağlayan, ünite ve entegre koruma özelliklerine sahip, haberleşmeyi etkin bir şekilde kullanan yeni bir koruma yöntemi geliştirmektir. Bu koruma yönteminde entegre koruma sistemlerinin yapısına uygun olarak her baradan sorumlu bir röle bulunmaktadır, bara ve hat arızalarının tespiti bu entegre rölelerin haberleşmesi ile sağlanır. Yeni koruma sisteminde arıza ve arıza bölgesi tespiti, korunan ekipmanın (hat veya bara) bütün çıkşlarından alınan verilerin karşılaştırılması sonucu gerçekleşir. Böylece, hem ünite hem de entegre korumanın özelliklerini taşır. Yeni koruma yöntemi, asimetrik arızaların tespiti için simetrili bileşenler yöntemi sonucunda elde edilen gerilim ve akım bileşenlerini kullanır. Bu bileşenler yardımıyla hesaplanan dengesiz güç faktörünün korunan bölgedeki temel güce olan yüzdesel oranı oransal dengesiz güç faktörünü verir. Şebekeden ölçülen verilerle hesaplanan oransal dengesiz güç faktörü belli bir eşik değerin üstüne çıktığında arızanın varlığı belirlenmiş olur. Asimetrik arızalar, dengesiz bir reaktif güç kaynağı karakteristiğine sahiptir. Bu sayede, reaktif gücün negatif bileşeninin yönü takip edilerek arızanın bölgesi belirlenebilir. Yeni koruma yöntemine göre bir baraya bağlı bütün hatlardan alınan akım verileri ve baranın gerilim verisi ile her hat için oransal dengesiz güç faktörü hesaplanır. Herhangi bir hat için bu değer, ayar değerinin üstüne çıkarsa arıza tespit edilmiş olur. Arıza bölgesinin tespiti için reaktif gücün negatif bileşeninin yönü incelenir. Eğer, bu yön bütün hatlar için baradan hatlara doğru ise arıza barada gerçekleşmiş demektir. Eğer herhangi bir hat için bu yönün hattan baraya doğru olduğu tespit edilmişse arıza o doğrultuda gerçekleşmiştir. Arızanın korunan hatta gerçekleşip gerşekleşmediğinin belirlenmesi için hattın diğer ucundaki entegre koruma rölesi ile iletişime geçilir. Eğer her iki röle de arızanın aynı hatta meydana geldiğini tespit etmişse ilgili hatta asimetrik arıza tespit edilir. Farklı bir durum söz konusuysa arızanın koruma bölgeleri dışında daha uzak bir bölgede meydana geldiği anlaşılır ve yedek koruma devreye girer. Önerilen koruma yönteminde yedek koruma, arızanın birincil koruma bölgesinin dışında gerçekleştiği durumlarda ve/veya arızanın birincil koruma ile giderilemediği durumlarda devreye girer. Yedek koruma yönteminde, arızanın tespit edilmesinden sonra belirli bir zaman gecikmesi ile koruma devreye girer. Bu zaman gecikmesinin hesaplanması için standart ters zaman koruma fonksiyonları kullanılır. Koordinasyon için bu fonksiyonun zaman çarpanı kullanılarak zaman gecikmesi değiştirilebilir. Yeni koruma yönteminin performansının gözlemlenebilmesi için örnek bir aktif dağıtım şebekesi oluşturulmuş ve bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Bilgisayarlı simülasyon çalışmaları için MATLAB ve Simulink uygulamaları kullanılmıştır. Örnek aktif dağıtım şebekesinin bilgisayar ortamına aktarılmasının ardından yeni koruma yönteminin uygulanması için gerekli elemanlar da bu ortam üzerinde tasarlanmıştır. Yeni koruma sistemi için gerçekleştirilen performans analizi çalışmalarında örnek aktif dağıtım şebekesindeki bara ve hatlarda tek faz toprak ve faz faz arızaları ile hat iletkeninin kopması durumları incelenmiştir. İncelenen farklı arızalara ilişkin elde edilen verilen grafikler ile paylaşılmıştır. Bu analizin sonucunda, birincil koruma algoritması bara ve hatlarda meydana gelen asimetrik arızaları ve arıza bölgelerini doğru bir şekilde tespit etmeyi başarmıştır. Birincil koruma algoritması hız ve seçicilik açısından başarılı bir performans seriglemiştir. Yedek koruma algoritması da benzer şekilde arızaları ve arızaların doğrultusunu tespit etmeyi başarmıştır. Ancak, ünite koruma özelliği göstermemesi sebebiyle her durumda tam bir seçicilik sağlanması mümkün olmayacaktır. Bu çalışma kapsamında önerilen koruma yöntemi performans testlerinde beklenen başarıyı elde etmesine rağmen halen gelişmeye açık bir koruma yöntemidir. Örneğin, yeni koruma yönteminin arıza tespitinde kullanılan oransal dengesiz güç faktörünün hesaplanması için kullanılan temel güç ifadesi daha detaylı olarak belirlenebilir. Şehir şebekesinin ve dağıtık üretim tesislerinin arıza katkısı koruma bölgesine göre dinamik olarak hesaplanarak göz önünde bulundurulabilir. Yeni koruma yönteminde yedek korumayı geliştirmek amacıyla da farklı yaklaşımlardan faydalanmak mümkündür. Adaptif koruma yaklaşımının sağladığı avantajlar yeni koruma rölesinin yedek koruma algoritması üzerinde de uygulanabilir haldedir. Sonuç olarak, bu çalışmada önerilen koruma yöntemi asimetrik arızaların ve arıza bölgesinin tespitinde geleneksel yöntemlere kıyasla daha etkin bir yöntem olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, arıza tespitinde kullanılan dengesiz güç faktörü ile arıza bölgesinin belirlenmesinde kullanılan reaktif gücün negatif bileşeni kavramları şebekedeki dengesiz güç akışının analiz edilmesinde önemli rol oynayan kavramlardır ve farklı çalışmalara uygun bir başlangıç noktası sağlayabilecek niteliktedirler.
Akıllı şebekelerde şebekeye bağlı ve şebekeden bağımsız hibrit yenilenebilir enerji sistemlerinin tekno-ekonomik karşılaştırmalı analizi ile akıllı ev uygulamaları

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-10-17) Ayan, Onur ; Türkay Emre, Belgin ; 504172008 ; Elektrik Mühendisliği

Bu tez çalışmasında akıllı şebekeler kapsamında meskenlere yönelik "Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemlerinin (Hybrid Renewable Energy System, HRES)" bölgelere göre karşılaştırmalı analizine ve akıllı bina uygulamalarına yer verilmiştir. Bu kapsamda ilk olarak Türkiye'nin 7 bölgesindeki en düşük, ortanca ve en yüksek güneş radyasyonu değerleri göz önüne alınarak toplam 21 il; teknik, ekonomik ve çevresel açıdan HOMER Pro yazılımı kullanılarak birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Her bir ildeki sistem bileşenlerinin büyüklüğü dikkate alınarak en optimum çözümün bulunması amaçlanmıştır. Analizler hem şebekeye bağlı ve şebekeden bağımsız olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, birçok ile yönelik şebekeye bağlı HRES için en optimum sistem konfigürasyonunun Grid/PV/WT olduğunu gösterirken şebekeden bağımsız HRES göz önüne alındığında test kapsamındaki bütün iller için en uygun sistem konfigürasyonunun PV/WT/DG/BESS olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte şebekeden bağımsız ve şebekeye bağlı HRES için en düşük ve en yüksek "Net Bugünkü Maliyetin (Net Present Cost, NPC)" sırasıyla Marmara Bölgesi'ndeki Çanakkale ili ve Karadeniz Bölgesi'ndeki Artvin ili olduğu görülmüştür. Rüzgâr hızının düşük olduğu illerde rüzgâr türbinleri kurulumunun gerçekleştirilememesine bağlı olarak NPC değerinin oldukça yükseldiği görülmüştür. Coğrafi özellikler dikkate alındığında, rüzgâr hızı 3,8 m/s'nin altında olan iller için rüzgâr türbinlerinin, şebekeye bağlı HRES konfigürasyonunda HOMER Pro yazılımı tarafından dahil edilmediği görülmüştür. Değişken parametreleri içeren analizlere ek olarak belirsizliklerin yenilenebilir enerji sistemlerini nasıl etkilediğini incelemek amacıyla ekonomik ve çevresel açıdan duyarlılık analizleri de gerçekleştirilmiştir. PV panellerinin ve rüzgâr türbinlerinin değişen sermaye maliyetlerinin etkileri göz önüne alındığında şebekeden bağımsız HRES için Artvin ve Çanakkale ilinde optimum sistem konfigürasyonun değişmediği gözlemlenmesine rağmen, şebekeye bağlı HRES için Artvin ve Çanakkale ilinde sistem konfigürasyonun değiştiği gözlemlenmiştir. Çevresel açıdan duyarlılık analizleri göz önüne alındığında ise güneş radyasyonu ve rüzgâr hızı parametrelerinin hem Artvin hem de Çanakkale ilinde artmasına bağlı olarak NPC değerinde önemli düşüşler olduğu ve Çanakkale ilinde gerçekleşen düşüşün Artvin iline kıyasla daha fazla olduğu görülmüştür. Tez kapsamında, akıllı şebekelere yönelik Teknoloji Kabul Modeli (TAM) temel alınarak, akıllı ev sistemlerinin benimsenmesini etkileyen faktörler incelenmiştir. Bu araştırma Türkiye'de internet tabanlı bir anket çalışması yoluyla gerçekleştirilmiştir ve toplamda 386 katılımcının verileri kullanılmıştır. Toplanan veriler, keşfedici faktör analizi ve çok değişkenli regresyon analizi yöntemleriyle irdelenmiştir. Araştırma sonucunda, keşfedici faktör analizi ve güvenilirlik analizi kullanılarak toplanan 40 ifadenin 13 ayrı faktör altında gruplandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, çok değişkenli faktör analizi ile oluşturulan 14 hipotezden 11'i araştırma verileri ile uyumlu olarak kabul edilirken, 3 hipotez reddedilmiştir. Sonuçlar algılanan faydanın, tutum ve niyet üzerinde en etkili yordayıcı/gösterge olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte kullanma niyeti üzerinde tutum, algılanan fayda, algılanan yenilikçilik ve algılanan maliyetin önemli bir etkisi olduğu ortaya çıksa da en fazla etkiyi algılanan fayda ve tutum sergilemiştir. Diğer bulgulardan biri de her ne kadar akıllı ev sistemlerinin pahalı olduğu bilinse de algılanan maliyetin kullanma niyeti üzerinde bir etkisi olduğu ama diğer faktörlerden daha düşük seviyede olduğu görülmüştür. Katılımcılar açısından akıllı evlerin benimsenmesinde bu sistemlerin yenilikçi olması maliyetin getirmiş olduğu dezavantajdan daha önemlidir. Akıllı ev sistemlerinde IoT tabanlı cihazlar kullanılmaktadır. Akıllı aydınlatma sistemleri de IoT tabanlı sistemlere örnektir. Bu sebeple meskenlerde aydınlatma kaynağı olarak kullanılan halojen, CFL, LED ve akıllı LED lambaların güç kalitesi ve termal etkileri de tez kapsamında araştırılmıştır. Halojen lambaların mevcut dalga formlarının büyük ölçüde sinüzoidal olduğu, CFL ve LED lambaların ise mevcut dalga formlarının sinüzoidal bir dalga formundan büyük ölçüde uzaklaştığı görülmüştür. Farklı balast teknolojilerine sahip bazı LED lambaların diğer test edilen LED ve akıllı LED lambalara göre daha düşük harmonik akımlar oluşturduğu gözlemlenmiştir. Çeşitlilik faktörlerinin harmonik bozunumlar üzerindeki etkilerini analiz etmek için farklı lamba gruplarıyla ölçümler yapılmıştır. Ölçümler, lamba sayısının artmasına bağlı olarak çeşitlilik faktörünün azaldığını göstermiştir. Buna ek olarak CFL lambalarla LED lambalar birlikte kullanıldığında çeşitlilik faktörünün daha da azaldığı gözlemlenmiştir. Lambaların harmonik özelliklerine ek olarak ısı dağılımları da test edilmiştir. Termal kameradan elde edilen sonuçlar, maksimum sıcaklığın halojen ve CFL lambaların cam yüzeyinde üretildiğini göstermiştir. LED lambalar da ise maksimum sıcaklığın soğutucu ünitesinde üretildiği görülmüştür. Halojen ve CFL lambaların aksine, LED ve akıllı LED lambaların cam yüzeyinin en düşük ısı seviyesine sahip olduğu görülmüştür. Son olarak akıllı evlerde kullanılan IoT tabanlı cihazlardan biri olan akıllı LED lambaların performanslarına yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Akıllı LED lambaların kullanılmaması durumunda bile Wi-Fi modüllerine sahip oldukları için yaklaşık olarak 1 W güç harcadıkları gözlemlenmiştir. Bu sebeple akıllı LED lambaların etkinlik faktörlerinin standart LED lambalardan daha düşük olduğu ve kullanım sürelerine bağlı olarak enerji tüketimlerinin daha yüksek olduğu sonucuna varılmıştır. Akıllı bir LED lambanın renk sıcaklığına göre güç tüketiminin değiştiği gözlemlenmiştir. Kırmızı, yeşil veya mavi rengin seçilmesine bağlı olarak enerji tüketiminin azaldığı görülürken; turuncu veya mor rengin seçilmesiyle enerji tüketiminin arttığı gözlemlenmiştir. Beyaz ışık, görünür spektrumun tüm dalga boylarını içerdiğinden en fazla enerji tüketimi beyaz renkte meydana gelmiştir. Enerji tasarrufu açısından halojen, CFL, LED ve akıllı LED karşılaştırıldığında en düşük güç tüketiminin LED lamba tarafından sağlandığı görülmüştür. Akıllı LED lambaların loşlaştırılma ve uzaktan kontrol edilme özelliklerinin kullanımı birlikte sağlandığında ve diğer lambalarla kıyaslandığında en düşük güç tüketimi sağladığı sonucuna varılmıştır. Akıllı LED lambaların enerji tasarrufundan ziyade kullanıcılara daha fazla konfor sunabilen ve ek faydalar sağlayabilen cihazlar olduğu söylenebilir.
Alçak gerilim sistemlerinde ark flaş analizi ve koruma

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-07-27) Damla, Gülşah ; Usta, Ömer ; 504181019 ; Elektrik Mühendisliği

Elektrik, günümüzde en çok ihtiyaç duyulan enerji kaynaklarından biridir. Elektrik üretimi ve tüketimi her geçen gün arttıkça arızaların etkileri daha da yıkıcı hale gelmektedir. Bu nedenle elektrik enerjisinin üretimi kadar verimli, güvenli ve kesintisiz olarak kullanıcılara ulaştırılması da önemlidir. Elektrik güç sistemlerinde elektrik kesintilerine neden olan önemli arızalardan biri ark arızalarıdır. Ark, hava ve gaz gibi yalıtım malzemelerinde iki elektrot arasında meydana gelen elektrik boşalması olarak tanımlanabilir. Elektrik güç sistemlerinde, ark arızalarında çeşitli sebeplerle meydana gelen kısa devreler ile kontrolsüz enerji, ısı, basınç ve ışık ortaya çıkmaktadır. Ark arızalarında ortaya çıkan enerji, basınç ve ısı etkileri, anahtarlama donanımlarında hasara sebep olmakla birlikte can kayıplarına ve ekonomik zararlara sebep olabilmektedir. Bu tezde yer verilen hesaplama yöntemleri, denklemler IEEE 1584:2018 standardından alınmıştır. Standartta sabit laboratuvar koşullarında ölçülen test sonuçlarına göre ampirik denklemler elde edilmiştir. Bu nedenle hesaplama sonuçları, gerçek bir ark patlamasına maruz kalmanın verdiği tehlikeden daha şiddetli veya daha az şiddetli olabilir. Kişisel koruyucu donanım (KKD) kategorisi ve seçimi için NFPA 70E:2021 standardı kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında Trimble ProDesign ve Caneco BT yazılımları kullanılarak kısa devre analizi ve koruma konsepti çalışması için tesis ve ekipmanla ilgili elektriksel verileri içeren örnek bir veri merkezi alçak gerilim dağıtım sisteminin modeli oluşturulmuştur. IEEE 1584:2018 standardına göre ark flaş hesaplaması, Caneco BT yazılımının 'Arc flash risk' modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesap çıktısı olarak VCB, VCBB ve HCB konfigürasyonları için ayrı ayrı ark olay enerjisi, KKD giyilmesi için gereken mesafeyi belirleyen ark flaş sınır mesafesi ve KKD kategori değeri elde edilmiştir. Her pano için en kötü senaryoya göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması hedeflenmiştir. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar doğrultusunda ark flaş hesaplamaları tekrarlanarak normal işletme durumu ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar içerisinden akım sınırlayıcı reaktör ETAP programında modellenmiştir. Son olarak hesap çıktısı olarak elde edilen uyarı ve bilgilendirme etiketi, örnek bir pano için gösterilmiştir. Ark olay enerjisi hesaplamalarında örnek alçak gerilim sisteminin koruma ve seçicilik çalışmasından elde edilen birincil (primary) koruma ayarlarına göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması amaçlanmıştır. Birincil koruma arızası durumunda, yedek (back-up) koruma arızayı giderir, ancak bu daha fazla zaman ve daha yüksek olay enerjisi açığa çıkarmıştır. NPFA 70E, sistemin birincil koruma sistemindeki arızaya karşı değerlendirilmesini gerektirmez. IEEE 1584 standardına göre ark flaş analizi çalışmasında sadece üç faz arızaları ve bara tarafı dikkate alınmıştır.
An agent-based energy management approach for V2X-capable charger clusters

(Graduate School, 2023-01-05) Akyün, Gülen ; Yılmaz, Murat ; 504191071 ; Electrical Engineering

To 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.
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.
Batarya şarj uygulamalarında kullanılan LLC rezonans çeviricilerde optimum verim eldesi için yeni bir yöntem

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-15) Çalışkan, Eser ; Üstün, Özgür ; 504112010 ; Elektrik Mühendisliği

Dünya 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.
Compensation of current harmonics in single phase grid connected inverters with deadtime under distorted grid voltage

(Graduate School, 2022-06-28) Tekin, Barış ; Yıldırım, Deniz ; 504181007 ; Electrical Engineering

As the human population in the world increases, the demand for energy, which is the most basic need of human beings, also increases. In order to meet the increasing demand, the energy supply is enlarged with the investments made. While energy investments continue to grow in all areas, investments in renewable energy production have reached serious levels in the last 20 years and its share among other investments is increasing every year. Among these investments, wind and solar energy investments have the highest ratio. The increase in these investments has also increased the development and production of photovoltaic panels and grid-connected inverters and other power electronic devices. In this thesis, the power electronics circuit consists of a two-stage structure. In the first stage, the solar panel voltage is increased to the inverter DC bus voltage by a DC/DC converter. In the second stage, an inverter works in connection with the grid and transfers energy from the solar panel to the grid. Single-phase full-bridge inverter is selected as the inverter topology. The inverter is designed as 1500 VA. The switching frequency is 16 kHz. The full-bridge inverter is connected to the grid with an LCL filter. LCL filter has a 3rd order transfer function and when the resonance frequency is set correctly, the harmonics generated by the switching frequency can be filtered out easily. However, when the frequency response of the transfer function of the LCL filter is examined, it is seen that it peaks at the resonance frequency. Active and passive damping methods have been developed to reduce the gain at the resonant frequency. In passive damping methods, the peak is damped by adding a passive element to the LCL filter structure. Passive damping, which is made by adding resistance to the filter capacity is an easily applied method. The disadvantage of this method is that the capacitor current flowing through the resistor creates a loss. However, since the inverter is designed as low power in this thesis, the loss is less compared to the large power inverters. For this reason, damping with resistance is preferred. In most of the studies on the selection of the resonance frequency, it is suggested that it should be greater than 10 times the grid frequency and less than half of the switching frequency. LCL filter capacitor is selected so that the reactive power loss in the capacitor is not more than 5% of the inverter rated power. The inductance of the filter on the inverter side is selected according to the current ripple ratio. In the studies, it has been suggested to choose the ripple ratio between 20% and 40%. In this study, the ripple ratio was chosen as 20%. It has been suggested that the grid side inductance be the same as the inverter side inductance. In this study, it was chosen to be the same as the inverter side inductance. Grid-connected inverters, as power electronic devices, need to be designed in accordance with international standards. These standards have criteria for both the safety of the device and its operating performance. In this study, the operating performance of grid-connected inverters and the standards related to the grid are examined. The most common of these are IEEE Std 519™-2014 and IEC 61727:2004. The design has been made taking into account these standards. A synchronous reference signal must be given to the controller to work synchronously with the grid. Various methods have been developed for generating the synchronous reference signal such as Phase Locked Loop (PLL). When grid voltage is applied to the input of this control structure, a synchronous reference signal to the grid can be obtained at its output. This structure is usually shown in three parts. These are Phase Detector (PD), Loop Filter (LF), and Voltage Controlled Oscillator (VCO). PD structures with adaptive filters, which have better performance than others have been examined. Secondary Generalized Integrator (SOGI), which was obtained by making some changes in these structures, was examined and the SOGI-PLL structure was implemented. The Bode diagram and step response of the transfer function with variable coefficients are examined. Research and simulation studies have been carried out for the development of the inverter current controller. PI controller and PR controller are used as current controllers of grid-connected inverters. PR controllers are implemented in this thesis. It has been understood that this controller alone is not sufficient. Because grid harmonics and inverter-induced harmonics cause odd harmonics such as 3rd, 5th, 7th, and 9th harmonics. Resonant controllers parallel to the PR controller are used to compensate these harmonics. It has become compliant with standards at full load. In order to compensate the grid voltage harmonics, the grid voltage is added to the controller as a feed-forward path. Harmonic components originating from the grid are greatly attenuated. However, harmonics are still present at low loads. Repetitive controllers (RC) are added in parallel to the current error signal in the control structure, reducing the harmonics both at rated load and light loads. Although the dynamic performance of RC is slow compared to multi-resonance controllers, their steady-state performance is quite beneficial. Controllers with theoretical studies have been tested in a grid-connected inverter study with a simulation model. In the tests, the total harmonic distortion in the grid voltage is 3%, and the dead time of the PWM signals is set to 1.5 µs. When only PR controllers are used, the total harmonic distortion of the grid current at full load is 6.92%. This ratio decreased to 3.71% with multiple resonance controllers. As a result of grid voltage feed-forward, the harmonic distortion was 2.87%. The rate decreased to 1.53% when the repetitive controller was added. The results confirmed the theoretical work. The results were also confirmed by the experimental implementation. In the experiment, the total harmonic distortion was slightly higher with the effect of the disturbances that were not taken into account in the simulation. When only PR controllers are used, the total harmonic distortion of the grid current at full load is 9.84%. This ratio decreased to 6.11% with multiple resonance controllers. As a result of grid voltage feed-forward, the harmonic distortion was 3.93%. Results were similar to the simulation when the disturbances were taken into account. Theoretical studies for harmonic compensation of single-phase grid-connected inverter were verified on simulation and circuit, and the results were compared with each other. With the applied control methods, the total harmonic distortion of the grid current has been successfully reduced.
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.
Condition monitoring and fault detection for electrical power systems using signal processing and machine learning techniques

(Graduate School, 2024-08-22) Mohamed Nasser, Yasmin ; Şeker, Şahin Serhat ; 504202033 ; Electrical Engineering

Electrical power systems are essential for sustaining daily activities, economic growth, and societal advancement. However, as the demand for electricity increases, these systems become more complex and prone to faults and disturbances. Faults are unexpected deviations from standard operating conditions that can disrupt operations, incur significant maintenance costs, and lead to system failures if not addressed promptly. Transmission lines, responsible for over 85% of faults in power systems, are particularly vulnerable. Common faults in transmission lines include open circuit and short circuit faults. Open circuit faults disrupt power flow and cause voltage fluctuations due to mechanical stress, environmental factors, ageing infrastructure, or operational errors. Short circuit faults create low-impedance pathways that result in current surges, causing severe consequences such as equipment damage, system instability, power outages, and safety hazards like fires and explosions. The evolution of maintenance strategies in electrical power systems has shifted from reactive to more proactive methodologies, with condition monitoring systems playing a crucial role. These systems continuously monitor the performance and status of electrical equipment to detect early signs of deterioration, faults, or failures. Effective condition monitoring involves collecting real-time data through various sensors and devices, which is then processed using advanced fault detection and classification algorithms. Ensuring effective fault detection and classification is essential for minimising downtime and ensuring the reliability and safety of power systems. Advanced technologies and continuous monitoring play a vital role in mitigating the impact of faults and maintaining the overall health of electrical power infrastructure. These are particularly important for developing countries like Djibouti, which relies heavily on Ethiopia for electricity due to its lack of self-energy production despite having high energy potential. With a population of one million and an electrification rate of 55%, Djibouti aims to achieve 100% electrification by 2035. However, due to an outdated maintenance framework, Djibouti's power system, managed by the Electricity of Djibouti (EDD), faces significant reliability and efficiency challenges. The system suffers from frequent operational disruptions and unscheduled downtimes, with approximately 85% of the total Energy not Distributed (END) due to unplanned outages. Current reactive maintenance practices result in high costs, extended outages, and substantial economic losses. Implementing advanced condition monitoring strategies using modern technologies like wavelet transforms and machine learning can significantly enhance the reliability and efficiency of Djibouti's electrical power systems. These strategies enable proactive identification and resolution of potential faults, reducing downtimes and improving system resilience. This thesis explores and validates the application of these advanced technologies in Djibouti's context, establishing robust fault detection and classification models. This study developed three models to address these challenges: two for fault detection and one for fault classification. The models use the data collected by the simulation conducted on the Djibouti power grid to evaluate various fault scenarios using MATLAB/SIMULINK. The simulation involved modelling short-circuit conditions, specifically three-phase faults, under different settings to observe their effects on the power system. Fault types, including single line-to-ground, double-line-to-ground, and line-to-line, were classified and simulated to assess their impact on the system's voltage and current stability. The first fault detection model employed in the Djibouti power grid utilises the Short-Time Fourier Transform (STFT) for non-stationary signal analysis. This method is instrumental in providing a sensitive and real-time assessment of fault characteristics. By focusing on various types of faults, such as single-line-to-ground (SLG), double-line-to-ground (DLG), and three-phase faults, STFT helps distinguish the specific impacts of each fault type on the power system's reliability and efficiency. The simulation results from the STFT analysis reveal that three-phase and DLG faults display specific high-frequency components upon fault clearance, highlighting their significant transient nature. Conversely, SLG faults exhibit a broad frequency band with lower amplitude, indicating a less distinct transient behaviour. However, the fixed-size window of the STFT poses limitations in capturing the full spectrum of SLG fault characteristics, suggesting that more refined techniques, such as wavelet transforms, may be necessary to improve fault detection accuracy and enhance the system's diagnostic capabilities. The second fault detection model addresses the challenge of detecting minor, unseen defects in transmission lines. It employs a novel fault detection methodology utilising a hybrid wavelet transform approach. This methodology, intended for the Djibouti power grid, combines Stationary Wavelet Transform (SWT) and Continuous Wavelet Transform (CWT) to enhance the detection of abnormal voltage signals caused by short-circuit faults and transient phenomena. The process begins with the decomposition of signals into detail and approximation coefficients using SWT. Shannon's Information Criterion (SIC) determines the optimal decomposition level to represent signal features and prevent overfitting effectively. The signals are then reconstructed using an Algebraic Summation Operation (ASO), which amplifies minor defects, making them more visible for the subsequent application of CWT. The Continuous Wavelet Transform (CWT) revealed previously undetectable frequency components, specifically the 12th, 13th, 14th, and 16th components. The effectiveness of this approach is validated through simulations that use artificial signals designed to mimic specific harmonic disturbances known to occur in power systems. The simulation evaluates various fault scenarios, revealing that the hybrid method can detect and analyse fault types successfully. This comprehensive approach allows for precise fault detection and characterisation, which is crucial for maintaining the stability and reliability of the power system. The fault classification in electrical power systems highlights the advantages of machine learning techniques over traditional methods, particularly for the Djibouti power system. It introduces three machine learning classifiers: Decision Trees (DT), Long Short-Term Memory (LSTM) networks, and Support Vector Machines (SVM). The methodology involves data pre-processing using oversampling, feature extraction via Discrete Wavelet Transform (DWT), and evaluation through k-fold cross-validation. The findings show that SVM, particularly with a polynomial kernel, achieves the highest accuracy and precision among the classifiers. Though less accurate, DT provides high interpretability and can improve with parameter tuning. LSTM performs well with sequential data, showing excellent specificity, though its overall effectiveness is slightly less than that of SVM. Each classifier's performance is analysed using confusion matrices, revealing their strengths and weaknesses in handling different fault types. The chapter concludes that integrating advanced machine learning techniques significantly enhances fault diagnosis and system reliability, advocating for a tailored choice of classifier based on the specific needs of the fault classification task. The importance of condition monitoring, fault detection, and classification in maintaining the stability and efficiency of power systems is underscored. Continuous monitoring allows for early fault detection and timely maintenance, preventing unplanned outages and extending equipment lifespan. Integrating advanced technologies such as unmanned aerial vehicles (UAVs), IoT devices, and machine learning algorithms enhances the effectiveness of fault management strategies. In conclusion, implementing advanced condition monitoring, fault detection techniques, and sophisticated fault classification models can significantly improve the reliability and efficiency of power systems in Djibouti. Future work should explore integrating these classifiers into a hybrid model to enhance fault classification accuracy and reliability further. Practical applications, such as intelligent data collection and decision-making robots, can be developed to ensure a more stable, efficient, and robust power infrastructure.
Çift darbe testi ile güç MOSFETlerinde, parazitik etki ve anahtarlama kayıplarının uygulamalı tespiti ve Monte Carlo yöntemi ile güvenilirlik analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-02-10) Öztürk, Abdulkerim ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 504211048 ; Elektrik Mühendisligi

Günümüz dünyasında artan bilimsel gelişmelerle birlikte elektronik cihazlar daha küçük, daha hızlı ve daha verimli hale gelmiştir. Transistörler, modern elektronik ve teknoloji devriminin temel bileşenlerinden biridir ve sayısız uygulamanın merkezinde yer alır. Güç yönetimi ve kontrol sistemlerinde kullanılan transistörler, enerji verimliliğini artırarak endüstriyel cihazlardan yenilenebilir enerji sistemlerine kadar geniş bir yelpazede yaygın olarak kullanılır. Motor sürücülerin tasarımı sırasında göz önüne alınan ana kriterler verim, boyut ve maliyettir. Bunlar birçok parametreye bağlı olsa da çalışma sırasında açığa çıkan ısının ana kaynağı olan güç kayıplarının büyük bir kısmı yarı iletken anahtarlama elemanları tarafından oluşturulmaktadır. Bu elemanların doğru seçimi ve etkin kullanımı, sistemin genel performansını doğrudan etkiler. Ayrıca, soğutma sistemlerinin tasarımı ve yerleşimi de bu kayıpların yönetilmesinde kritik bir rol oynar. Yarı iletken malzemelerin termal özellikleri ve anahtarlama hızları, sürücülerin verimliliğini belirleyen önemli faktörlerdir. Yüksek verimli güç dönüştürücüleri ve eviricilerde, MOSFET ve IGBT gibi transistör türleri, yüksek anahtarlama hızları ve düşük kayıpları ile öne çıkar. İletim ve anahtarlama sırasında güç kayıpları nedeniyle ısı açığa çıkar. Bu kayıpların büyük bir kısmı, transistörlerin anahtarlama sırasında sergilediği davranışlardan kaynaklanır. Güç kayıplarını en aza indirmek ve ideal tasarımı oluşturmak için kayıpların tasarım aşamasında öngörülmesi ve hesaplanması büyük önem taşır. Bu çalışmada, ilk olarak MOSFET'lerin yapısı ve çalışma prensipleri incelenmiştir. Ardından dinamik karakteristikleri ve seçim kriterleri ele alınmıştır. Güç MOSFET'lerinde iletim direnci, yükselme zamanı, düşme zamanı ve kapasitelerin etkisini görmek için birbirine yakın değerlerde iki MOSFET, çift darbe testi ile incelenmiş ve deneysel sonuçlar, benzetim ile hesaplama sonuçlarıyla desteklenmiştir. Bütün sonuçların birbirine paralel olarak gösterdiği IAUS260N10S5N019T seri numaralı MOSFET'in belirtilen koşullarda daha verimli olduğudur. Ardından MOSFET'lerin güvenilirliğini değerlendirmek için Monte Carlo analizi ve en kötü durum analizi yöntemleri kullanılmıştır. Monte Carlo analizi ile sıcaklık, besleme gerilimi ve üretim toleransları gibi parametreler, belirlenen aralıklar içinde rastgele değişim göstererek olası sonuçların istatistiksel dağılımı elde edilir. Bu sayede, MOSFET'in gerçek dünya koşullarında performansındaki olası sapmalar ve arıza olasılığı öngörülür. Bu sayede, cihazın güvenli çalışma sınırları belirlenmiştir. Bu iki yöntemin bir arada kullanılmasıyla, MOSFET tasarımlarının güvenilirliği artırılarak elektronik sistemlerin kararlılığı ve performansı en üst düzeye çıkarılmıştır. Paralel MOSFET'lerin akım dağılımını incelemek için, ilk olarak birbirine dört paralel kol bulunan ve her kolda iki seri bağlı MOSFET'in ve sürücü kartının şema ve devre baskı kartı tasarımı yapılmıştır. Tasarım sırasında dikkat edilmesi gereken noktalara değinilmiştir. Yol kalınlıkları belirtilen 22 kW güç seviyesi için hesaplanmış ve sıcaklık artışı dikkate alınmıştır. Anahtarın iç yapısından kaynaklanan doğal parazitik etkiler olduğu gibi devre yapısından eklenen parazitik etkiler de mevcuttur. Bu tez çalışmasında, devre ile ilgili olan, yani MOSFET kaynak bağlantılarına ait parazitik etkiler, MOSFET'ler arası kaçak endüktanslar ve anahtarlama döngüsü kaçak endüktansı incelenmiş ve akım bağlanma etkisi olup olmama durumuna göre matrisler çıkartılmıştır. Benzetim ve test sonuçları, akım dağılımının nasıl gerçekleştiğini ve parazitik etkilerin bu dağılıma olan etkisini göstermiştir. Farklı kapı dirençleri ve sönümleyici kapasitelerle yapılan karşılaştırmalar sonucunda hangi değerlerin kullanılacağına karar verilmiştir. 14,7 Ω kapı direnci, kayıpların en uygun düzeyde olduğu ve tepe değerlerini de aynı şekilde dengeli bir hale getirdiği için, 50 nF sönümleyici kapasite kayıpların artmasını kapı direncine göre daha az etkilediği için yüksek seçilmiş, bu sayede gerilim dalgalanmaları ve ani gerilim değişimi (dv/dt) azaltıldığı için seçilmiştir. Sonuçların yorumlanması bölümünde, elde edilen veriler ışığında akım dağılımının iyileştirilmesi için öneriler sunulmuştur. Bu çalışmalar, paralel MOSFET'lerin daha verimli ve güvenilir bir şekilde kullanılmasına katkı sağlamaktadır.
Çok kaynaklı mikroşebekelerde aşırı akım koruma rölesi performans analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-06) Yıldırım, Habip ; Usta, Ömer ; 504201029 ; Elektrik Mühendisliği

Mikroşebekeler, elektrik üretiminin, dağıtımının ve tüketiminin bir arada yapıldığı ve gelecekteki enerji sistemlerinin önemli bir parçasını oluşturacak akıllı şebekelerdir. Çevreyi koruma bilincinin gelişmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarına ulaşmanın kolaylaşması ve ucuzlaması, enerji verimliliğini yükseltme hedefi ve güç elektroniği/ otomasyon sistemlerinin gelişmesi mikroşebeke konseptinin yaygınlaşmasında etkili olmaktadır. Mikroşebekeler klasik dağıtım şebekelerine kıyasla bazı önemli avantajlara sahiptir. Klasik dağıtım şebekelerinde enerjinin farklı gerilim seviyelerine dönüştürülmesi ve iletimi sırasında meydana gelen kayıpların olmaması, çevreye verilen zararın çok düşük seviyelerde olması, erişimin çok zor olduğu bölgelerde klasik dağıtım şebekesine göre daha düşük yatırım maliyetiyle kurulabilmeleri ve enerji güvenilirligini yüksek oranda sağlayabilmeleri bu avantajlardan bazılarıdır. Büyük avantajlarına rağmen mikroşebekeler üstesinden gelinmesi gereken bazı dezavantajlara da sahiptir. Klasik dağıtım şebekelerinde yüklere doğru tek yönde gerçekleşen enerji akışı, mikroşebekelerde yer alan dağıtık üretim kaynaklarının entegrasyonuyla artık şebekeye doğru da gerçekleşerek iki yönlü olacaktır. Bu durum koruma sistemlerinin ve koordinasyonunun yeniden yapılandırılmasını gerektirmektedir. Dağıtık üretim kaynaklarının arıza akımlarına farklı seviyede verdikleri tepki de mikroşebekelerin korunması noktasında göz önünde bulundurulması gereken diğer bir husustur. Bunlara ek olarak mikroşebekenin ana şebekeden plansız şekilde ayrılarak ada modunda çalışma durumu koruma sistemleri tasarlanırken değerlendirilmesi gereken bir senaryodur. Bu şekildeki bir plansız adalanmada mikroşebekedeki dağıtık üretim kaynakları, gerilim ve frekans kararlılığını kaybederek hem yüklerin hem de personel ve ekipmanların zarar görmesine neden olabilir. Mikroşebekelerde koruma sistemleri tasarlanırken yukarıda bahsedilen unsurlar da göz önünde bulundurularak kapsamlı bir koruma sistemi uygulanmalıdır. Uygulanabilecek koruma yontemleri ile ilgili literatürde farklı yaklaşımlar mevcuttur. Bu yaklaşımlardan biri ve en yaygın olanı aşırı akım korumasıdır. Aşırı akım koruması klasik dağıtım şebekelerinde etkili ve yeterli olabilirken mikroşebekelerdeki performansını çok yönlü ortaya koyabilmek için bu çalışma yapılmıştır. Aşırı akım koruması, anlık akım değerinin önceden belirlenen bir sınır değeri ile karşılaştırılması prensibine dayanır. Aşırı akım koruması, aşırı akım röleleri ile sağlanır. Aşırı akım röleleri açma karakteristiklerine göre 3'e ayrılmaktadır. Bunlar ani zamanlı, sabit zamanlı ve ters zamanlı aşırı akım röleleridir. Ani zamanlı aşırı akım röleleri, anlık akım değerinin önceden belirlenen sınır değeri aşması halinde herhangi bir zaman gecikmesi olmadan ani olarak açma yaparlar. Sabit zamanlı aşırı akım röleleri ise anlık akım değerinin önceden belirlenen değeri aşması halinde yine önceden belirlenen süre sonunda açma yaparlar. Bu röleler genellikle yedek koruma kapsamında uygulanırlar. Ters zamanlı aşırı akım rölelerinde ise rölenin açma zamanı aşırı akımın büyüklüğü ile ters orantılıdır. Aşırı akımın büyüklüğü arttıkça rölenin açma süresi azalmaktadır. Bu röleler genellikle belli bir koruma koordinasyonunun uygulandığı sistemlerde kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında kullanılan aşırı akım röleleri ters zamanlı karakteristiğe sahiptir. Bu röleler için belirlenmesi gereken iki önemli parametre vardır. Bunlardan biri aşırı akım set değeri ve zaman ayar çarpanı (TMS)'dir. Aşırı akım korumasının performans analizini gerçekleştirmek amacıyla; ana şebekenin yanında güneş enerjisi santrali, akü depolama sistemi ve dizel jeneratörün bulunduğu bir mikroşebeke tasarlanmıştır. Tasarım Matlab/Simulink ortamında yapılmıştır. Ana şebeke mikroşebekeye 34.5/0.4 kV dönüştürme oranına sahip 1.6 MVA gücündeki transformatör ile bağlanmıştır. Güneş enerjisi santrali 100 kW gücünde olup Gerilim Kaynaklı Dönüştürücü (GKD) ve 0.26/ 0.4 kV dönüştürme oranına sahip transformatör ile mikroşebekeye bağlanmıştır. Akü depolama sistemi 100 kW gücünde olup Nötr Nokta Kenetlemeli Dönüştürücü (NNKD) ve 0.26/ 0.4 kV dönüştürme oranına sahip transformatör ile mikroşebekeye bağlanmıştır. Dizel jeneratör ise 1 MVA gücünde olup direkt 400V çıkışlıdır. Tasarlanan mikroşebekede koruma performansını analiz edebilmek için belirli senaryolar altında bütün baralarda ve bütün hatlarda faz- toprak ve üç faz arızaları gerçekleştirilerek rölelerin tepkileri kaydedilmiştir. Ana şebekeye paralel çalışma için oluşan koruma performansına göre faz- toprak arızalarında çoğunlukla başarılı bir koruma sağlandığı söylenebilir. Faz- toprak arızaları için bu senaryoda toplam 27 başarılı açma yapılması beklenirken 24 başarılı açma gerçekleşmiştir.

Gözat

Başlık ile LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri