FBE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 84
-
ÖgeElektrik dağıtım sistemlerinde birey odaklı konfor öncelikli talep yönetimi için akıllı yöntem geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Günümüz akıllı şebekesinde, tüketicilerin artan ekonomik beklentileri ve uygulanabilirliği yüksek ileri kontrol mekanizmaları sayesinde elektrik şebekesinde arz ve talep arasında dinamik bir denge geçişken enerji sistemleri ile aranmaktadır. Eskiden talep ve onu karşılayacak güç tahmini üzerine bir çalışmada izin verilen gün öncesi üretim planlarının yetersiz kalması halinde beklenmedik yükler için plansız kesintiler ile denge sağlanmaktaydı. Arz ve talep dengesini korumak için günümüzde talep yönetimi önem kazanmıştır. Talep yönetimi; son kullanıcıların elektrik tüketim veya üretim davranışlarının otomatik veya elle, bir fiyat sinyaline yanıt olarak (örneğin zamanla değişen elektrik fiyatına) veya elektrik piyasasında oluşan teklife göre doğrudan veya bir talep yönetim toplayıcı aracılığıyla (enerji sağlayıcı veya üçüncü taraf), ödül veya gönüllülük esaslı olarak çeşitli yöntem, strateji ve uygulamalarla şebeke olaylarına yardım edecek şekilde değiştirilmesi eylemleridir. Talep yönetiminin elektrik şebekesinde arz ve talebi, üretimin sınırlı olduğu yerlerde, zamanlarda dengelemek için kullanılması yeni bir kavram olmamakla birlikte değişen güç sistemi yapısında kullanımı üzerine yoğun pek çok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmaların yoğun olarak yapıldığı tüketicilerin başında, toplam elektrik tüketiminde sahip olduğu yüksek pay nedeniyle ev elektrik kullanıcıları gelmektedir. Elektrik dağıtım sistemi işleticileri özellikle ev enerji yönetim sistemleri ile evsel ısıtma, soğutma sistemlerini kapatarak, sıcaklık ayar değerleri ile oynayarak talep yönetiminin etkinliğini bu tüketici grubunda tecrübe etmektedir. Tüketicinin konforu (memnuniyeti) için ev enerji yönetim sistemleri aracılığıyla gerçekleşecek talep yönetiminde; tüketici tercihlerine göre gerekli evsel elektrik yük çalışma koşullarını oluşturabilen, katılımcı geri beslemeleri ve tepkilerine uygun yanıt veren bir yapı gerekmektedir. Kişilerin yaşam şekilleri, davranış biçimleri talep yönetiminde çok önemlidir çünkü aslında talep yönetimi; tüketim davranışlarını değiştirmek, geliştirmek için tasarlanmıştır. Talep yönetimi; talep toplayıcının yükü azalt, çoğalt, beklet gibi emrine müşterilerin davranış değişimleri ile cevap verebilme yeteneğinden söz etmektir. Dolayısıyla elektrik sağlayıcılar, iletim ve dağıtım sistemi yük tevzi birimleri, bağımsız sistem işletmecileri, talep yönetimi sağlayıcılar, talep yönetiminin başarısından etkilenirler. Bu tez çalışmasında elektrik dağıtım sistemlerinde birey odaklı konfor öncelikli talep yönetimi için akıllı bir yönetim yönteminin geliştirilmesi konu edilmiştir. Elektrik dağıtım sistemlerinde, birey odaklı talep yönetiminde ortaya çıkabilen konforsuzluk problemine farklı yaklaşımlarla yanıt aranmıştır. Literatürde talep yönetiminde yeteri kadar yer verilmeyen birey davranışının elektrik tüketimi ile ilişkisi araştırılmış, analizlerde elde edilen sonuçlara uygun birey davranışı odaklı elektrikli cihaz modelleri gerçekleştirilmiştir. Tüketici davranışlarını içeren kısa ve uzun dönem tüketim profilleri oluşturularak bunların her bir yük, sınıflandırılmış faaliyet, kategorilenmiş yük türleri, farklı zaman dilimi ve tüketim payları için ayrıntılı analizleri yapılmıştır. Talep yönetiminde bireylerin talep yönetim programına katılımında önemli bir teşvik unsuru olan ancak literatürde yeteri kadar yer verilmeyen karbondioksit salınımlarının yönetilebilir potansiyelinin belirlenmesi yine ele alınan bir başka konudur. Birey davranışları ile şekillenen elektrik tüketimi kaynaklı oluşan karbondioksit salınımının her bir faaliyet, yük, kategorilendirilmiş yük türleri ve zaman dilimleri için toplam karbondioksit salınımdaki payları elde edilmiştir. Ev enerji yönetim sistemleri aracılığıyla gerçekleştirilecek konfor tabanlı talep yönetimi için uygulanabilir, yeni konfor ölçme ve değerlendirme yöntemi geliştirilmiştir. Literatürde yaygın kullanılan yük yönetim yöntemlerinin talep yönetimindeki yetersizlikleri yapılan analizlerle gösterilmiştir. Yeni konfor temelli yönetim yöntemi ve literatürde yaygın tercih edilen mevcut yönetim yöntemi için konfor ve maliyet değerlendirmeleri yapılmıştır. Tüketici konforunu, tüketim maliyetini en iyilemek için bulanık mantık temelli yönetim, kural tabanlı yönetim ve dinamik programlama esaslı en iyilemeler yapılmıştır. Parçacık sürü algoritması ve genetik algoritmalar güneş santrali varlığını da içerecek şekilde farklı amaç en iyilemeleri için kullanılmıştır. Çoklu amaç en iyileme için yine genetik algoritmalarla farklı durumlara ait çözümler aranmıştır. Konfor temelli yönetim için talep yönetimi ve mevcut ev enerji sistemleri yönetim altyapıların bu uygulamalara ne derece yatkın olduğu incelenmiş, yetersizliklerinin nasıl giderilebileceği gösterilmiş, konforu ölçen, arttıran önerilerde de bulunulmuştur. Birey davranışının incelenmesi ve modellenmesi kapsamında yapılan çalışmada, birey davranışına dayalı az girişli oldukça gerçekçi çıkış üreten yük modellerinde, enerji analizörü ile alınmış birer dakikalık ve saniyelik ölçüm verileri kullanılmıştır. Evde elektrik tüketiminde etkin on altı farklı yük için yönetilebilirlik durumu, ilgili yükün çalışmasında yürütülen her bir işlem aşamaları ve süreleri oldukça detaylı sunulmuştur. Bulaşık makinesi, çamaşır makinesi için hem blok hem de kısmi ertelenebilirlik durumları incelenmiş ve buna özgü erteleme yapılabilir yük modelleri oluşturulmuştur. Her bir cihazın kullanıcı ile ilişkisi; kullanım alışkanlığı, davranış uyarlaması, davranış, evin fiziksel ve çevreye özgü iklimsel etkilerine göre kurulmuştur. Buzdolabı ve derin dondurucunun soğuk yük talep artışını önleyen bir biçimde çalışması sağlanmıştır. Elektrikli süpürge kullanım davranışı gerçekte olduğu gibi ev işi faaliyetinde çok sayıda kısa süreli kullanımlara imkan verebilmektedir. Elektrikli fırın için kullanıcının çalışmasını sonlandırabildiği bir yük modeli elde edilmiştir. Pişirme süreleri kullanım durumuna uygun rastgele atanmıştır. Televizyon ve uydu alıcı için bekleme modunu da içeren yük modelleri sağlanmıştır. Televizyon izleme süresine uygun kullanım alışkanlığı modele yansıtılmıştır. Bilgisayar kullanımı internet faaliyeti ile ilişkilendirilmiştir. Aspiratörün yemek faaliyetinde kullanımı gerçekleştirilmiştir. Ütü ev işi faaliyetinde, kullanım süresi rastgele atanarak çalıştırılabilir. Termosifon elektrik tüketiminde belirleyici bir yüktür. Buna ait modellemede sıcak su kullanım profillerinin üretilmesi sağlanmıştır. Banyo, temizlik ve bulaşık yıkama gereksinimleri bu yükün kullanımı ile ilişkilendirilmiştir. Kombinin hem sıcak su hem de ortam ısıtması için kullanımı mümkündür. Oda termostatı bulunması hali de modellerde yer almıştır. Hem ev hem de dış çevrenin iklimsel yansımaları klimanın kullanımını gerektirecek biçimde modellenmiştir. Çalışmada soğutma amaçlı kullanımı sağlanmıştır. Çamaşır kurutucusu için çamaşır yıkama ile bağlılık kurulmuştur. Evler için elektrikli araba yüksek tüketime sahip bir yüktür. Kullanım durumuna uygun başlangıç şarj düzeyi ve hedeflenen şarj seviyesine göre bir modellemeye yer verilmiştir.Aydınlanma şiddeti yetersizliği kullanıcıları lamba kullanımına yönlendirecek biçimde modeli oluşturulmuştur. Yönetilebilir cihazlara müdahaleler ile konforda meydana gelen değişimler ele alındığında bulaşık makinesi ve çamaşır makinesinin kısmi erteleme sürelerinin 30 dakika, blok erteleme sürelerinin ise sekiz saate kadar mümkün olabildiği elde edilmiştir. Belirlenmiş bir güç seviyesi altında kalacak biçimde bazı cihazların çalışmasının durdurulması veya ertelenmesinin hem ısıl konfor hem de görev zamanı bitişine ait konforu etkilediği görülmüştür. Birey odaklı konfor öncelikli talep yönetimi için oluşturulan yapıda faaliyetlerin bir saat önceye veya sonraya alınması toplam tüketimde büyük bir değişime yol açmamasına rağmen gece, sabah, kuşluk, öğleden sonra ve akşam zaman dilimlerinde değişimler oluşturmuştur. Faaliyetlerin normal faaliyet süresinden bir saat öncesi başlamasının kuşluk ve gece 2 olarak belirtilen (22.00-24.00) zaman aralığında tüketimleri azalttığı elde edilmiştir. Faaliyetlerin bir saat sonra başlatılmasının sabah ve akşam elektrik tüketimlerinde normal faaliyet başlangıç zamanına göre azalma sağladığı görülmüştür. Normal faaliyet kalıbında gece 1 (24.00-6.00) ve öğleden sonra zamanları bir saat ertelenmiş senaryolara göre en az tüketime sahiptir. Yönetilebilir talep büyüklüğünün toplam tüketimde önemli bir paya (%56,7) sahip olduğu elde edilmiştir. Yönetilebilir yük potansiyelinin bilinmesi evsel talep yönetiminin başarısını arttıracak tarife ve teşvikler için önemli kazanımlar sunmaktadır. Evsel talep yönetiminde yönetilebilir karbondioksit salınım potansiyelinin elde edilmesi yönetilebilir elektrikli cihazların kontrolü ile hedeflenmiştir. Gün öncesi planlanan üretim kaynaklarının hedeflenen karbondioksit salınım değerinin altına indirilmesinin talebin yönetilmesi ile gerçekleştirilebilir olduğu görülmüştür. Yönetilebilir doğrudan karbondioksit salınım değerlerinin farklı zamanlardaki durumuna uygun politikalarla çevreye duyarlılığı yüksek katılımcıların talep yönetimine katılımı mümkün olabilir. Konfor en iyileyen öncelik temelli yeni bir yönetim yöntemi çalışmasıyla ev enerji sistemlerinde kolayca uygulanabilir kural tabanlı yeni bir yöntem gerçekleştirilmiştir. Statik öncelik temelli yönetimlerin neden olduğu konforsuzluklar dinamik öncelikleme yöntemiyle azaltılmıştır. Geliştirilen yöntemin başarısı tüm olası farklı önceliklemeler için analiz edilmiş en iyi fiyat ve en iyi konfor sağlayan çözümlerin ısıl esneklik ekli dinamik öncelikleme temelli yönetimle sağlandığı görülmüştür. Ev enerji sistemlerinde uygulanabilirliği mümkün konfor ölçme, izleme ve değerlendirme yöntemi tanıtılmıştır. Önceliklemeler için bulanık mantık temelli yaklaşımlar da sergilenmiştir. Evsel talep yönetiminde en iyilemeler popülasyon temelli algoritmalarla güneş santrali mevcut olma durumu da göze alınarak gerçekleştirilmiştir. Önceliklemesiz yönetimde, güç sınırı olup olmama durumuna göre çeşitli en iyilemeler yapılmıştır. Parçacık sürü algoritması ve genetik algoritma tek amaç en iyilemeleri için tercih edilmiştir. MATLAB ortamında yazılan algoritmalarla farklı tarife tiplerinde konfor en iyilemelerini sağlayacak yük çalışma planları elde edilmiştir. Öncelik temelli yönetimlerle belirli güç sınırı altında en iyilemeler genetik algoritmalarla yine farklı tarife seçenekleri için analiz edilmiştir. Konforu en iyileyen çözümler için yük çalışma planlarının ev enerji sistemleri tarafından elde edilmesine yönelik çözümler sunulmuştur. En iyileme çalışmaları aynı zamanda 100 ev için yine toplu maliyet ve karbon salınımı azaltan çözümler için yapılmıştır. Bu tez çalışmasında hem şebeke hem de tüketici beklentilerine özgü çözümlerin mümkün olduğu görülmüştür.
-
ÖgeSensor validation and fusion for system monitoring(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)With the thesis, it will be feasible to bring state surveillance up to date with modern technologies and build a platform for scientific research. Through academic works, studies on this issue will give direction and solution partnerships to Turkey's industry. When a defect occurs in industry, it can harm the system, causing it to stop operating for a period of time or to perform inefficiently. Maintenance of the system results in increased expenses for business in certain scenarios. State monitoring methods are model-based tools that are commonly used in industries. During the rise of the fault, no error signal is created in these systems. To avoid this problem, detection and diagnosis are focused on the time between the onset of the fault and its discovery. As a result, an intelligent signal-based monitoring application for usage in an industrial system is required. The goal is to monitor the system and assess the status by merging and evaluating data from several sensors (data fusion). As a result, focusing on these topics will help us detect early faults before they cause system damage and lower maintenance costs. In this thesis a data fusion technique is used for condition monitoring (CM) and fault detection (FD) of electrical motors (EM) utilizing Kalman filtering method. One of the most well-known data fusion approaches is Kalman filtering. It has difficult mathematics. The core mathematics of the kalman filter, on the other hand, is discussed here. In this thesis, it is decided to employ the Kalman filtering method, which is one of the most well-known methods, for data fusion. As a result, in the next parts of this study, the Kalman filter is chosen as the major approach for data fusion application. Note that, there is no example of distinguishing the fault source in the literature utilizing a data fusion strategy powered by Kalman filtering. In other words, the application of FD and CM via data fusion using the KF technique is innovative in this thesis. An EM data set is used as a case study, along with potential sensor and process problems. This technique also allows for sensor validation (SV) and fault tracking (either the sensor or the process). Two case studies are investigated in this thesis separately. The purpose of that, is to apply the proposed method on two types of signals with different characteristics, to demonstrate the capability of the suggested approach. First case study is current signals which are received from two sensors with different biases and noises. In other words, biases and noises with varying characteristics are considered to be present in the sensors. Kalman filtering is used to calculate fused current information. Following that, the impact of measurement and process noises on the fused signal is discussed. consequently, the suggested method can distinguish if a sensor or a process is malfunctioning. Then, the fused and original signals are compared in terms of spectral and statistical characteristics. To illustrate, related figures and tables are shown in following chapters. In mentioned tables you can find statistical data including mean square error, root mean square, standard deviation, mean value and kurtosis, correspondingly. In addition, to perform SV, the Kalman gain is monitored to examine the influence of process and measurement noise. Kalman Gain eliminates the process defect. Following that, the defects in the sensors are identified using spectrum outputs such as power spectral densities and coherences. Finally, the defective sensor(s) are effectively removed. Second case study is vibration signals which have stochastic characteristics. However, current signal has deterministic characteristics. Vibration signals indicating various aging stages of an induction motor are employed as the case study. For this conditions, an Integrated Fault Evaluation (IFE) approach is proposed. The suggested approach makes use of a data fusion algorithm that is further improved by the Kalman filter (KF). furthermore, IFE is accomplished using statistical and frequency domain features. The capacity of distinguishing between system aging and process issues is the study's most significant contribution. For this purpose, a health information (HI) rate is determined that can distinguish the influence of process noise and system age. Three scenarios are developed and investigated individually using the IFE method. The first scenario is a measuring issue in which all sensors are defective. The second scenario is a sensor issue, in which one of the sensors is malfunctioning. The third scenario is a defective process with growing process noise as the system ages. It is attempted to distinguish between process noise and system aging in this case. The HI idea is provided for this aim. The most significant aspect of the IFE strategy is HI. Because, as the process noise grows, the information about aging included in the fused signal is lost. A threshold must be specified to differentiate between process noise and system aging. Therefore, initially, two important factors are determined, and then the HI idea is created around those factors. The previously described threshold is extracted following detailed examinations and observations.
-
ÖgeYüksek darbe gerilimleri altında gazlarda kısmi boşalma akımlarının zaman-frekans analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Enerjiye olan ihtiyacın nüfusa ve teknolojik gelişmelere paralel olarak arttığı dünyada, enerjinin kesintisiz ve ucuza tedarik edilmesi ülkeler açısından büyük önem arz etmektedir. Enerji sistemlerinde bulunan elektriksel cihazların ömürleri yalıtım arızalarına bağlı olarak oldukça kısa olabilmekte ve bu da enerji tedariğinde sürekli kesintilere ve büyük maddi kayıplara neden olmaktadır. Bu nedenle yüksek gerilim altında çalışan enerji iletim sisteminde bulunan aygıtların elektriksel özellikleri tarihsel süreçte bilim insanları tarafından sürekli bir araştırma konusu olmuştur. Yüksek gerilim altında çalışan cihazların yalıtımları sistemden kaynaklı kısa devre arızaları gibi veya yıldırım gibi dış etkilerden kaynaklı anlık aşırı yüksek gerilimlere maruz kaldığı için zamanla yalıtkanlık özelliklerini kaybederler. Elektriksel yalıtkanlar katı, sıvı veya gaz olabilmektedir. Yalıtkanların zamanla yalıtkanlık özelliklerini kaybetmelerinde kısmi boşalmalar önemli ölçüde rol oynamaktadır. Kısmi boşalmalar iletken yüzeylerin yalıtkana temas ettiği noktalarda sürekli elektriksel boşalmalar olarak kendini gösterir. Kısmi boşalma bir elektriksel yalıtkanı tam olarak köprülemeyen boşalmalardır. Bu sürekli elektriksel boşalmalar yalıtkanı zamanla yaşlandırarak yalıtkanlık özelliğinin kaybolmasına neden olurlar. Bu nedenle kısmi boşalmaların fiziksel doğası çok iyi anlaşılması gereken bir konudur. Kısmi boşalmalar gazlarda, katı yalıtkanlar ve sıvı yalıtkanlarda yüzeysel boşalmalar, iç kısmi boşalmalar, korona ve ağaçlanma gibi farklı şekillerde oluşurlar. Gaz ortamında gerilim uygulanan iletkenlerin pürüzlü olduğu yerlerde kısmi boşalmalar 1 ns'den daha kısa süreli akımların oluşmasına neden olur. Yüksek gerilim cihazlarının yalıtkanlık testleri cihazların ömürlerinin belirlenmesi bakımından çok önemlidir. Bu testler uluslararası standartlara göre gerçekleştirilirler. Kısmi boşalma testleri de bu testlerden birisidir. Kısmi boşalmalarının ölçülmesine yönelik uluslararası standart IEC 60270'tir. Kısmi boşalmaların tespiti birçok farklı yöntemle gerçekleştirilmektedir (kimyasal, akustik, elektriksel vb.) bu yöntemler tez giriş bölümünde bulunan literatür özetinde detaylı olarak bulunmaktadır. Bu tez kapsamında gaz yalıtımlı sistemlerde kullanılan bazı gazların farklı polariteli kesik yıldırım darbe gerilimleri altında kısmi boşalma deneyleri gerçekleştirilerek kısmi boşalma akım eğrileri elde edilmiştir. Test sisteminde kapalı bir kap içine farklı basınçlarda gaz ve gaz karışımları konularak, test kabının içinde bulunan, arasında belirli bir açıklık olan küresel elektrot ve sivri uçlu-düzlem elektrot sistemine farklı polariteli kesik yıldırım darbe gerilimleri uygulanmıştır. Elektrot konfigürasyonu değiştirilmemiştir. Deneylerde saf SF6 gazı ve %1 oranında SF6 gazı %99 oranında N2 gazı karışımı kullanılmıştır. Ölçüm devresi IEC 60270 standardına göre kurulmuştur. Gaz basınçları 1 bar, 2 bar ve 3 bar olacak şekilde değiştirilerek farklı basınçlarda kısmi boşalma akım eğrileri elde edilmiştir. Her bir deney konfigürasyonunda en az xx üç deney yapılmıştır. Kesik yıldırım darbe gerilimi pozitif ve negatif polariteli olarak farklı polaritelerde test elektrotlarına uygulanmıştır. Kesik yıldırım darbe gerilimlerinin üretilmesi 1 MV, 50 kJ Marx tipi üreteç ile sağlanmıştır. Kısmi boşalma akımları elektrot konfigürasyonuna bağlı bir ölçüm empedansı üzerinden dijital bir osiloskoptan okunarak bilgisayara kaydedilmiştir. Ölçüm sistemi, osiloskop ve bilgisayar ölçülen kısmi boşalma akımlarına elektromanyetik olarak girişimin engellenmesi için ekranlanmıştır. Elde edilen akım grafiklerinden kısmi boşalma akımlarının genlik, frekans, oluşma zamanları gibi birtakım fiziksel özellikleri ve bu özelliklerin basınç, gaz türü, darbe gerilimi polaritesi gibi değiştirilen deney parametreleriyle arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Bu incelemeler için öncelikle elde edilen akım grafiklerinin zaman-frekans analizleri yapılmıştır. Zaman-frekans analizi Kısa Süreli Fourier Dönüşümü temel alınarak gerçekleştirilmiştir. Zaman-frekans analizi gerçekleştirilen akım verilerinin örnekleme frekansları 1 GHz'dir. Bu analizlerin yapılmasında MATLAB paket bilgisayar programı kullanılmıştır. Bu analizler sonucunda her bir deneyden elde edilen kısmi boşalma akım eğrilerinin akım piklerinin frekans bilgileri elde edilmiştir. Daha sonra ise elde edilen frekans bilgilerine göre kısmi boşalma akım genlikleri arasında tespit edilen ilişkiler açıklanmıştır. Ayrıca elde edilen frekans bilgilerine göre gaz türü, gaz basıncı, kısmi boşalma oluşum zamanı gibi parametrelerin kısmi boşalma akımlarının frekansları üzerindeki etkileri tespit edilmiştir. Son olarak 1, 2 ve 3 bar basınçta saf SF6 gazı üzerinde pozitif polariteli darbe gerilimi uygulanarak elde edilen kısmi boşalma akım grafiklerinin ortalama değer, standart sapma, çarpıklık ve basıklık değerleri hesaplanarak bu değerlerin kısmi boşalma akımlarının frekans bilgileri ile arasındaki ilişki incelenmiştir.
-
ÖgeDesign and analysis of interior permanent magnet machines equipped with novel semi-overlapping windings for electric vehicle applications(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)In this thesis, to meet the key expectations of the 21st century from electrical machines such as cost-effectiveness, higher power and/or torque density, efficient energy consumption, a novel winding topology comprising semi-overlapped windings has been proposed. In addition, single-excited synchronous machines having novel winding topology are investigated with specific relations to the short end-winding length with low magnetomotive force (MMF) harmonics, improved torque density and efficiency, and flux-weakening (FW) capability topics. Because of the major advantages of fractional-slot concentrated windings (FSCWs) over integer-slot distributed windings (ISDWs), such as very short-end winding length, high slot fill factor, good field weakening and better fault-tolerant capabilities, etc., an interior permanent magnet (IPM) machine equipped with FSCWs is designed and investigated, comprehensively. It has been validated that the significantly high level of MMF harmonics of FSCW configuration causes a substantial increase in the rotor losses. To reduce these losses, different MMF harmonic reduction methods, including phase‐winding coils with a different number of turns, multilayer winding with phase shifting, and stator with flux barriers have been implemented. However, it has been revealed that the influence of these methods on the MMF harmonic reduction is insignificant. Therefore, a novel semi-overlapping winding (NSW) topology having concentric windings with a different number of turns per coil arm is introduced. The major advantages of such winding over ISDWs (overlapping) and FSCWs (non-overlapping) are having very short-end winding lengths and significantly low MMF harmonic content, respectively. It has been demonstrated that the proposed winding topology promises significant superiorities such as improved efficiency with substantially reduced total axial length, low eddy current losses, and low risk of irreversible magnet demagnetisation over overlapping and non-overlapping winding topologies. The effectiveness of the proposed NSW topology by demonstrating its implementation into different synchronous machine technologies, namely IPM, synchronous reluctance machine (SynRM), permanent-magnet assisted SynRM (PMaSynRM), and double salient reluctance machine (DSRM) is investigated. It is found that the electromagnetic performance characteristics of these machines with the proposed NSW topology are comparable to design with ISDW and FSCW topologies. Moreover, it has also been revealed that the implementation of proposed NSWs into the reluctance machines results with higher torque and power output than that of FSCWs. To be able to increase the torque density, reduce the torque ripple, and improve efficiency, a systematic design optimization approach compromising single-objective individual and multi-objective global optimization methods is also proposed. Thanks to the proposed optimization approach, more sensitive geometry parameters to the torque and torque ripple are identified and the optimal solutions is reached much more quickly. Finally, a systematic analysis on the sole impact of key design parameters, including number of turns, stack length, distance and angle between V-shaped magnets, rotor yoke thickness, magnetic bridge width and thickness, and number of magnet segments, on the FW capability of NSW IPM machines is performed. It has been revealed that number of turns per phase, stack length, and width of the main magnetic bridge have a significant effect on the FW capability while the distance between magnets has a trivial effect. It has been concluded that thanks to the proposed NSW topology, electrical machines having a shorter end-winding length (compact structure), higher torque density, higher efficiency, low torque ripple, good FW capability and low risk of irreversible magnet demagnetization can be designed.
-
ÖgeDağıtık üretim sistemleri içeren dağıtım şebekelerinde akıllı gerilim kontrol yöntemi geliştirilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021)Nüfus artışı, sanayileşme ve ekonomik büyüme nedeniyle dünya genelinde elektrik enerjisine olan gereksinim her geçen gün giderek artmaktadır. Fosil yakıtların arzının sınırlı olması ve bu yakıtların kullanımından doğan küresel iklim değişikliği problemi, yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretiminin yaygınlaşmasının önünü açmıştır. Artan teşvik politikaları ve giderek düşen fotovoltaik panel maliyetleri ile birlikte; fotovoltaik güneş sistemleri, son yıllarda ülkemiz de dahil pek çok ülkede hızla yaygınlaşan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olmuştur. Sayıları hızla artan fotovoltaik güneş sistemlerinin de diğer dağıtık üretim sistemleri gibi dağıtım şebekelerine katılımının; gerilim regülasyonu, güç kayıpları, kısa devre akımları, güvenilirlik ve kararlılık gibi başlıklara etkisini anlamak en önemli konulardan biri olmuştur. Fotovoltaik güneş sistemlerinin şebekeye entegrasyonunun gerilim profilleri üzerindeki etkileri; fotovoltaik güneş sisteminin gücü, konumu, yerleştirildikleri alanlardaki ışınım ve sıcaklık durumları, şebekedeki iletkenlerin ve yüklerin karakteristikleri gibi pek çok faktöre bağlı olarak değişir. Enerjiyi temiz ve çevre dostu teknolojilerle üretmek önemli olduğu kadar, üretilen enerjinin verimli kullanılması ve şebeke ile uyumlu çalışması da önemlidir. Bu hedefe ulaşmak, ancak elektrik şebekelerinin daha akıllı hale getirilmesi ile mümkündür. Enerji sürekliliği ve kalitesinin sağlanması ve işletime girecek olan yeni üretim birimlerinin şebeke üzerindeki olası etkilerinin incelenmesi dağıtım sistem işletmecilerinin temel sorumlulukları arasındadır. Dağıtım sistem işletmecilerinin tüketiciye sunacağı elektrik enerjisinin gerilim genliğinin belirli sınırlar içerisinde olması gerekmektedir. Yüksek güçlü veya çok sayıda fotovoltaik güneş çiftliklerinin dağıtım şebekesine bağlanmasıyla ortaya çıkan gerilim yükselmesi problemi, şebeke yüklerini güvenli sınırlar içerisinde besleyebilmek için, yeni gerilim kontrol yöntemlerinin geliştirilmesini önemli bir gereksinim haline getirmiştir. Bu nedenle, bu tez kapsamında, dağıtım şebekelerine yerleştirilen büyük ölçekteki fotovoltaik güneş sistemlerinin, nihai tüketicilere teslim noktasındaki gerilime olası etkilerinin yönetilmesi gerektiğinden; dağıtım sistem işletmecilerinin karşılaması gereken şebeke işletme yükümlülüklerini yerine getirebilecekleri şekilde akıllı bir gerilim/reaktif güç kontrol yöntemi geliştirme düşüncesi doğmuştur. Dağıtım şebekelerindeki statik senkron kompanzatör (STATCOM) uygulamalarının gerilim ve reaktif güç kontrolunda önemli bir yere sahip olduğu bilinen bir gerçektir. Hem sistemin sürekli durum işletme koşullarını iyileştirdiğinden hem de geçici durum sistem arızalarının giderilmesine yönelik hızlı cevap verme kabiliyetinden dolayı STATCOM uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır. Rajiv K. Varma tarafından, fotovoltaik güneş sistemlerinin bulunduğu şebekelerde; geleneksel STATCOM'ların fiziksel olarak tesis edilmesi yerine, fotovoltaik sistem eviricilerinin STATCOM olarak işletilmesine olanak tanıyan ve PV-STATCOM olarak adlandırılan akıllı bir evirici kontrolör tasarımı önerilmiştir. Bu öneri, dağıtım sistem işletmecileri için ekonomik olarak büyük bir tasarruf imkanını beraberinde getirmektedir. Dağıtım şebekelerindeki yük altında kademe değiştirici transformatör ve şönt kapasitör gibi geleneksel gerilim kontrol ekipmanlarının nipeten yavaş tepkilerinin aksine; fotovoltaik güneş sistemlerindeki doğadan kaynaklı ani üretim değişimlerine ve şebekede oluşabilecek geçici arıza durumlarında gerilimdeki ani dalgalanmalara da hızlı cevap verme kabiliyetinden dolayı yenilikçi PV-STATCOM fikrinin uygulamasının ele alınan bu gerilim/reaktif güç kontrol problemine uygun olacağı düşünülmüştür. Bu tez çalışmasında, dağınık olarak ve çok sayıda fotovoltaik güneş sistemi barındıran dağıtım şebekelerinde, tüketicilere güvenli ve kesintisiz enerji tedariğini garanti ederken aynı zamanda ertesi gün için enerji maliyetini (ki burada literatürdeki yaygın eğilimden farklı olarak tüketilen reaktif enerji bedeli de fiyatlandırılmıştır ) ve dağıtım kayıplarını azaltmaya odaklanan akıllı bir gerilim/reaktif güç kontrol yöntemi önerilmiştir. Çalışma kapsamında şebekedeki tüm fotovoltaik güneş sistemlerinin PV-STATCOM olarak işletildiği düşünülmüştür. Bu çoklu amacı sağlamak için şebekeye bağlı tüm PV-STATCOM'ların 24 saat boyunca optimal olarak işletilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında değişen hava koşulları ve yüklenme şartları için tüm PV-STATCOM'ların optimal reaktif güç çizelgelemesinin belirlenmesi; doğadan esinlenilen algoritmalardan biri olan Ateş Böceği Algoritmasında yapılan düzenlemelerle geliştirilen Modifiye Lévy-uçuşlu Ateş Böceği Algoritmasının, ilk defa gerilim/reaktif güç kontrol problemine uygulanmasıyla elde edilmiştir. Önerilen yöntemin geçerliliği ve uygulanabilirliği, Sarıyer ilçesine ait 10,5 kV'luk bir dağıtım şebekesinde test edilmiştir. Simulasyon sonuçları, Modifiye Lévy Ateş Böceği Algoritmasının karşılaştırılan diğer algoritma olan Parçacık Sürü Optimizasyonuna üstünlüğünü ortaya koymuştur. Farklı ışınım düzeyleri, çeşitli yüklenme koşulları ve bulutlanma durumları için gerçekleştirilen uygulamalarda tatmin edici sonuçlar elde edilerek; şebekedeki tüm baraların gerilimleri izin verilen aralıkta tutulurken, dağıtım kayıpları ve enerji maliyetinin büyük ölçüde azaltıldığı işletim durumlarına ulaşılmıştır. Tez çalışmasında önerilen yeni gerilim/reaktif güç kontrol yaklaşımının dağıtım şebekesi işletmecilerine örnek olacağı ve karşılaştıkları sorunlarda yol gösterici nitelikte olacağı düşünülmektedir. Önerilen yöntem dağıtım şirketlerine büyük ekonomik yarar sağlarken, farklı koşullar altında teknik olarak şebekeyi işletme kolaylığı sunacaktır. Ayrıca, bu tez çalışmasında önerilen şekliyle işletilen 5 MW ve altında kurulu güçlerdeki lisanssız fotovoltaik güneş sistemlerinin dağıtım sistem işletmecilerine reaktif güç kontroluna ilişkin yan hizmetler sağlama noktasındaki katkısının da dikkate değer olduğu düşünülmektedir. Orta gerilim dağıtım şebekelerinin modernizasyonunda –akıllandırılmasında lisanssız olsalar da fotovoltaik güneş sistemlerinin (5 MW a kadar) gerekli tesis yatırımını yaptıkları takdirde gerilim kontroluna bu çalışmadaki öneriler doğrultusunda katkı sunacakları gösterilmiştir.