Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

Gözat

Son Başvurular

Şimdi gösteriliyor 1 - 5 / 79
  • Öge
    Rüzgâr enerjisi kaynakları içeren güç sistemleri için güvenlik kısıtlı optimal güç akışı çözümü
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2021) Ayvaz, Alişan ; Genç, Veysel Murat İstemihan ; 693929 ; Elektrik Mühendisliği
    Rüzgâr enerjisi, ülkemizde ve dünya genelinde gün geçtikçe şebekede etkinliğini arttırmakta ve ihtiyaç duyulan enerji gereksinimini karşılamada önemli bir rol almaktadır. Konvansiyonel enerji kaynaklarının küresel ısınmayı tetiklemesi, temiz ve çevre dostu olan yenilenebilir enerji kaynaklarının ve bu enerji kaynakları içerisinde önemli bir yere sahip olan rüzgâr enerjisinin, ilerisi için kullanımının daha da hızlı bir şekilde artacağının göstergesi olmaktadır. Öyle ki bazı ülkeler, yakın gelecek planları dahilinde fosil yakıt kullanımını tamamıyla sıfırlamak ve bu kapsamda enerji ihtiyacının önemli bir kısmını rüzgâr enerjisinden karşılamayı amaçlamaktadır. Rüzgâr enerjisinin kullanımı sadece çevresel olarak değil, aynı zamanda ekonomik açıdan da avantajlar yaratmaktadır. Rüzgâr enerjisi kaynakları ile elden edilen gücün üretim maliyeti, yapılan doğru hesaplama ve planlamalar ile konvansiyonel enerji kaynaklarından elde edilene göre daha düşük olabilmektedir. Fakat, rüzgâr enerjisi, çevresel ve ekonomik olarak sunduğu avantajların yanında birtakım dezavantajlara da sahip bulunmaktadır. Bu dezavantajların temelinde ise rüzgâr enerjisi kaynağının, yani rüzgâr hızının, değişken ve belirsiz olması yatmaktadır. Bu değişken ve belirsiz olan rüzgâr hızına bağlı olarak rüzgâr enerjisi kaynakları ile üretilen güç de belirsiz olmakta ve bu kaynakları içeren güç sistemlerinde; ani yük akışı değişimleri meydana gelebilmekte, güç dengesi bozulabilmekte, güç sistemi bölgesel veya genel olarak aşırı yüklenmelere maruz kalabilmekte ve güç sistemi olası kritik arızalara karşı dayanıksız hale gelebilmektedir. Fakat, yine doğru hesaplama ve planlamalar ile rüzgâr enerjisi ile üretilen gücün belirsiz oluşuna bağlı bu dezavantajları telafi edebilir ve rüzgâr enerjisi kaynaklarının güç sistemine entegrasyonunu arttırarak, güç sistemini hem çevresel ve ekonomik açıdan avantajlı hem de teknik açıdan problemsiz bir şekilde işletebiliriz. Optimal güç akışı (OPF, optimal power flow), güç sistemindeki generatörler arasındaki güç dağıtımının güç akışı eşitlik kısıtları ve güç sistemi fiziksel ve işletimine dair sınırları tanımlayan eşitsizlik kısıtları altında ekonomik olarak yapılmasıdır. OPF problemi, literatürde tek veya çok amaçlı yapıda birçok farklı amaç fonksiyonu ile formüle edilse de genel olarak kullanılan amaç fonksiyonu, konvansiyonel generatörler tarafından üretilen gücün toplam maliyetidir. Geleneksel OPF yaklaşımı, her ne kadar iletim hatlarındaki maksimum güç taşınım sınırı ve generatör güç üretim limitleri gibi işletimsel kısıtları koruyarak güç sisteminin güvenliğinin sağlanması noktasında uygun çözümler sunsa da güç sisteminde meydana gelebilecek beklenmedik arızalara karşı güç sisteminin kararlılığını garanti etmemektedir. Bu kapsamda, güç sisteminin beklenmedik arızalara karşı kararlılığını hem arıza esnasında hem de arıza sonrasında dikkate alarak güç sisteminin güvenliğini sağlayan çalışmalar, geçici hal kararlılığı kısıtlı optimal güç akışı (TSCOPF, transient stability constrained optimal power flow) başlığı altında ele alınmaktadır. TSCOPF problem formülasyonunda, geleneksel OPF yaklaşımına ek olarak, güç sistemi dinamik davranışını belirleyen diferansiyel-cebirsel denklemler (DAEs, differential algebraic equations) de birer kısıt olarak yer almaktadır. Literatürde, son yıllarda yapılan çalışmalardan çok azı TSCOPF probleminin çözümünü yenilenebilir enerji kaynaklarının sebep olduğu güç üretim belirsizliklerini de dikkate alarak yapmaktadır. Bu çalışmalarda, genellikle, rüzgâr enerjisi kaynaklarının neden olduğu belirsizlik, rüzgâr hızı geçmiş verilerine bağlı olan veya varsayıma dayanan bir olasılıksal yoğunluk fonksiyonu ile ele alınmakta ve bu fonksiyon bilgisi kullanılarak rüzgâr enerjisi güç üretim belirsizliği farklı yöntemler ile modellenerek problem çözümü gerçekleştirilmektedir. Fakat belirsizlik modellemesi, bu yöntemler ile örneklemeye bağlı olarak gerçekleştirildiği için optimizasyon çözümünde hesaplama yükü meydana getirmektedir. TSCOPF probleminin çözümünde, geçici hal kararlılığı kısıtlarının kontrolü için gerçekleştirilen zaman bölgesi simülasyonlar hali hazırda bir hesaplama gücü gerektirirken, buna ek olarak, belirsizlik modellemesinin de dahil edilmesiyle problem çözümü daha da zorlu bir hal almaktadır. Diğer yandan, belirsizliklerin olasılıksal olarak ele alınması ile problem çözümü ile elde edilen sonuç da olasılıksal olmakta ve bu sonucun güvenirliği için Monte Carlo yöntemiyle yüksek örneklemeye bağlı test yapılması gerekebilmektedir. Bu durum, bu yöntemler için, pratikte uygulanabilirlik açısından bir dezavantaj teşkil etmektedir. Bu tez çalışmasında, literatürdeki eksikler göz önünde tutularak, rüzgâr enerjisi kaynaklarının neden olduğu güç üretim belirsizliği altında TSCOPF probleminin çözümüne yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Bu çalışma dahilinde, rüzgâr enerjisinden kaynaklı belirsizliklerin ele alınması, olasılıksal olmayan ve örneklemeye dayanmadığı için hesaplama yüküne neden olmayan bilgi boşluğu karar teorisi (IGDT, information gap decision theory) yönteminin kullanımı ile gerçekleştirilmiştir. Önerilen metodoloji, uluslararası literatürde sıkça kullanılan küçük ve büyük ölçekli güç sistemleri üzerinde uygulanmış ve elde edilen sonuçlar literatürdeki diğer yöntemlerle karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Tez çalışmasının bir diğer aşamasında ise, rüzgâr enerjisi kaynaklarının yatırım planlamalarına yönelik literatürde yapılan çalışmaların güç sisteminin güvenliğini yalnızca statik kısıtlar altında ele aldığı tespit edilmiş ve bu kapsamda, statik kısıtların yanında güç sistemi dinamik kısıtlarının da dikkate alındığı ve bu şekilde muhtemel kritik arızaların meydana gelmesi durumunda güç sistemi kararlılığının korunduğu yeni bir rüzgâr gücü yatırımı (RGY) optimizasyon modeli geliştirilerek literatürdeki eksiklik giderilmeye çalışılmıştır. Bu yeni optimizasyon probleminin çözümü ile hedeflenen, güç sitemine yapılacak olan yatırımdan kaynaklanan ve güç sistemi işletim ve bakım masraflarını da kapsayan toplam maliyeti minimize edecek, aynı zamanda ise güç sistemi güvenliğini de statik ve dinamik açıdan geliştirecek en uygun rüzgâr tarlası konum ve kapasitelerinin bulunmasıdır. Rüzgâr gücü üretimine bağlı belirsizlik, bu çalışma kapsamında da dikkate alınarak pratikte uygulanabilir bir yatırım stratejisi hem yatırımcılar hem de güç sistemi operatörlerine yönelik olarak sunulmuştur. Ayrıca, parçacık sürü optimizasyon (PSO, particle swarm optimization) algoritmasının keşif, gri kurt optimizasyon (GWO, grey wolf optimization) algoritmasının ise sömürü aşaması kabiliyetlerinden yararlanılarak yeni bir hibrit optimizasyon algoritması (EHPSGWO, enhanced hybrid PSO-GWO) önerilen RGY probleminin çözümünde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritma, RGY probleminin yanı sıra OPF probleminin çözümü için de uygulanmış ve literatürdeki benzer optimizasyon algoritmaları ile elde edilen sonuçlar da dikkate alınarak karşılaştırmalı şekilde performansı analiz edilmiştir. Bu kapsamda, bu tez çalışması, günümüz güç sistemlerinin artan enerji talebinin, temiz ve çevre dostu olan rüzgâr enerjisi kaynaklarının güç sistemlerine entegrasyonu ile karşılanmasına ve bu entegrasyonun, rüzgâr enerjisi kaynakları ile elde edilen güç üretimi belirsizliğinin de dikkate alınarak hem ekonomik anlamda fayda sağlayacak hem de güç sisteminin güvenliği noktasında herhangi bir zafiyete neden olmayacak şekilde gerçekleştirilmesine yönelik pratiğe uygun çözümler sunmaktadır. Nitekim, farklı büyüklükteki güç sistemleri üzerinde çeşitli durum çalışmaları ile elde edilen sonuçlar, yapılan çalışmanın yenilenebilir enerji kaynakları ile büyüyen ve aynı zamanda daha karmaşık hale gelen modern güç sistemleri için önemini göstermektedir.
  • Öge
    Yüksek doğru gerilim (HVDC) iletim hatlarının korona karakteristikleri ve elektromanyetik etkileri
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Font, Aytuğ ; Özdemir, Aydoğan ; 650196 ; Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    Dünya çapında artan elektrik enerjisi ihtiyacı, sadece üretimin artmasına değil, enerjinin daha verimli kullanılmasına ve bu konuda çalışmaların yapılmasına yol açmaktadır. Kayıplarının daha az, hat kapasitesinin daha fazla olması ve özellikle uzun mesafelerde daha ekonomik olması nedeniyle yüksek doğru gerilim iletim sistemleri gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Geleneksel AC iletim sistemlerinin önemli sorunlarından biri olan korona, DC sistemlerde de oluşmaktadır. Karakteri AC'den farklı olan doğru akım korona olayı için, alternatif gerilimde olduğu gibi deneysel olarak incelemelerin yapılması ve karakteristiklerinin ortaya konması, özellikle HVDC hat tasarımlarında önemlidir. HVDC sistemlerde tasarım kriteri olarak koronayı hesaba katmak için, korona başlangıç gerilimi, korona kaybı, radyo girişimi ve duyulabilir gürültü gibi karakteristiklerinin tam olarak ortaya konması gerekmektedir. Literatürde HVDC sistemlerinde meydana gelen korona olayı ile ilgili çeşitli yayınlar mevcuttur. Fakat yüksek gerilim ile çalışmanın en büyük zorluğu olan laboratuvar olanakları nedeniyle, çok yüksek gerilimlerde ve sistem gerilimlerinde yapılan çalışma sayısı sınırlıdır. Bunun yerine, çok ince iletkenler kullanılarak, düşük gerilimlerde korona olayı incelenmektedir. Bu çalışmalarda da, genellikle tekil iletken modelleri kullanılmakta ve karakteristikleri ayrı ayrı ele almaktadırlar. Bu tez çalışmasında gerçeğe daha yakın sonuçlar edebilmek için, büyük boyutlu bir kafes ile demet iletken yapısında deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ayrıca incelenen iletken sayısı, yapısı ve konfigürasyonunun fazla olması, bunun yanında incelenen her iletken için bütün korona karakteristiklerinin ayrıntılı bir şekilde verilmesi nedeniyle, bu tez çalışması, DC korona açısından kapsamlı bir inceleme ortaya koymaktadır. Bu tez çalışması kapsamında yapılan deneysel çalışmayı bir temele oturtabilmek için ilk olarak Türkiye için bir HVDC iletim sistemi tasarımı yapılmış ve teknik ayrıntıları verilmiştir. Türkiye 400 kV AC iletim şebekesindeki hatlar incelenmiş ve Keban- Adapazarı arasında iletim sağlayacak ve 3000 MW güç taşıyacak hat güzergâhı, AC şebeke de göz önüne alınarak belirlenmiştir. Gerilim düzeyi olarak dünyadaki benzer sistemlerde kullanılan 500 kV ve 600 kV değerleri öngörülmüş ve hesaplamalar bu iki gerilim düzeyi için ayrı ayrı yapılmıştır. HVDC yapısı, aktarılacak güç göz önüne alındığında, iki kutuplu (bipolar) olacak şekilde belirlenmiş ve bu durum için üç farklı iletken konfigürasyonu (4x1272 MCM, 3x1272 MCM, 3x954 MCM) ele alınmıştır. İletken tipi olarak geleneksel ACSR ve ACSR/TW'nin yanında yeni nesil iletkenler olan AAC ve AAAC de yapılan çalışmaya eklenmiştir. İletken tercihinden sonra, hat kayıpları, gerilim düşümü, korona kayıpları ve elektrik alan şiddetleri tüm konfigürasyonlar için, önceden belirlenmiş bir günlük yük eğrisi baz alınarak hesaplanmış ve karşılaştırmaları yapılmıştır. Yapılan hesaplamalarda iletken direncinin sıcaklıkla değişimi de göz önüne alınmıştır. Deneysel çalışmalarda iki farklı kafes kullanılmıştır. İnce ve tekli iletkenler için 60 cm çaplı ve 270 cm uzunluklu küçük boyutlu kafes kullanılmıştır. Daha kalın ve demet iletken yapısındaki konfigürasyonlar için, büyük boyutlu bir korona kafesi tasarımı ve üretimi yapılmıştır. Kafes boyutları belirlenirken, kullanılacak olan iletken boyutları ve bu iletkenlerde korona oluşturabilecek gerilim düzeyleri dikkate alınmış ve buna göre kare kesitli, bir kenarı 2 m olacak şekilde tasarım yapılmıştır. Ölçme kısmı, iletken yüzeyindeki elektrik alan dağılımının yeterince düzgün olmasını sağlayacak şekilde, 4 m olarak belirlenmiştir. Koruma elektrotları boyutlandırılırken sonlu elemanlar analizinden yararlanılmış ve kenar etkilerini en aza indirecek şekilde, 1'er m olarak tasarıma eklenmiştir. Kafesin uzunluğu toplamda 6 m olup, kafes yapısındaki gözlerin boyutları ise, kafes boyutuna bağlı olarak 2.5 cm x 2.5 cm olacak şekilde tasarlanmıştır. Küçük boyutlu korona kafesi kullanılarak seçilmiş olan ince iletkenlerde (4 mm, 7 mm ve 7.14 mm) DC korona deneyleri yapılmıştır. İnce olan iletkenlerde öncelikle tekli yapıda deneyler gerçekleştirilmiş; daha sonra 2'li, 3'lü ve 4'lü demet iletken yapılarında, demet açıklıkları sırasıyla 2 cm, 4 cm ve 6 cm olduğu durumlar incelenmiştir. Yapılan deneylerde korona karakteristikleri olan korona başlangıç gerilimi, korona akımı, korona kaybı, radyo girişim gerilimi ve duyulabilir gürültü düzeyi hem pozitif hem de negatif doğru gerilimde çıkartılmıştır. Artan gerilim düzeylerinde de deneyler tekrarlanmıştır. Büyük korona kafesi deneylerinde, gerçek iletim sisteminde kullanılacağı öngörülen iletkenlerin ölçeklenmiş modelleri kullanılmıştır. Bu modeller elde edilirken iletken yapısının ortalama geometrik yarıçapı (GMR) üzerinden 1/10 ve 1/5 oranlarında ölçeklemeler yapılarak model iletkenler oluşturulmuştur. Yapılan ölçekleme ve kullanılan iletken çapına göre demette kullanılan iletkenler arasındaki uzaklıklar (demet açıklıkları) belirlenmiştir. Bu mesafeleri kafes içerisinde de tutturabilmek için, iletken ayırıcı (spacer) tasarlanmıştır. Deneysel çalışmada ise, küçük kafeste olduğu gibi, korona karakteristikleri her iki polarite için deneysel ve hesaplama yöntemleri ile elde edilmiştir. Burada gerilim düzeyi çok daha yüksek olduğu için, gerilim kademeleri korona başlangıç geriliminin belirli yüzdeleri olacak şekilde alınmıştır. Son olarak, her iki kafes deneylerinde de ihtiyaç duyulan, iletken yüzeylerindeki elektrik alan şiddetlerini hesaplamak için, sonlu elemanlar yöntemi kullanılmıştır. Kafes ve iletken yapısı 3D ve gerçek boyutlu olarak modellenmiştir. Deneylerde uygulanan gerilimler kullanılarak, her bir deney gerilimine karşılık gelen maksimum yüzeysel elektrik alan şiddetleri hesaplanmıştır. Yapılan bütün deney ve hesaplamalar karşılaştırmalı olarak verilmiş ve korona karakteristiklerinin değişimleri farklı gerilim, iletken yapısı ve konfigürasyonları için ortaya konmuştur. Yapılan çalışmalara bakıldığında farklı iletken konfigürasyonları için hat parametreleri farklı olduğu için tasarım yaparken özellikle korona açısından da değerlendirmeler yapılmalıdır. Deneysel çalışmalara bakıldığında kafes yapısı içindeki iletkenler eşeksenli silindirsel elektrot sisteminden farklı bir karakter göstermektedir. Bununla birlikte elektrik alan şiddeti korona karakteristikleri üzerinde çok önemli rol oynamaktadır. Bu karakteristikler polarite, iletken kesiti ve iletken konfigürasyonu ile belirgin şekilde değişmektedir. Korona akımı ve korona kayıplarında negatif polaritede değerler büyük olurken, RIV ve duyulabilir gürültüde pozitif daha baskındır. Gerilim artışı ile birlikte artma eğilimi gösteren korona akımında, korona başlangıç gerilimi negatif doğru gerilimde pozitiften daha küçük olduğu için aynı gerilimde elde edilen korona akım değerleri negatif gerilimlerde daha yüksek olmaktadır. Demet yapısının korona akımına etkisine bakıldığında ise büyük açıklıklarda korona akımı daha yüksek, küçük açıklıklarda ise korona akımının değeri daha düşüktür. Korona kayıpları, korona akımları ile doğru orantılı şekilde değiştiğinden karakteristikte negatif doğru gerilimdeki korona kayıpları pozitiftekilerden daha yüksektir. Bunun yanında korona kayıpları iletken kalınlaştıkça azalmakta, demetteki iletken sayısı azaldıkça da artmaktadır. Demet açıklığı arttıkça ise, kayıplar artış göstermektedir. Radyo girişim gerilimi hesapları, doğrudan elektrik alan şiddeti ile bağlantılı olduklarından, yapılan hesaplamalara bakıldığında iletken çapı arttıkça RIV değerleri azalmaktadır. Benzer şekilde demet iletken yapısında iletken sayısı arttıkça da radyo girişimi azalmaktadır. Duyulabilir gürültü açısından bakıldığında, RIV ile benzer özellik gösterdiği gözlenmiştir. Duyulabilir gürültü gerilim arttıkça artmakta, kaynaktan radyal olarak uzaklaştıkça ise azalmaktadır. Büyük boyutlu korona kafesinde yapılan çalışmalar da küçük boyutlu kafeste yapılan çalışmaları destekler niteliktedir. Korona başlangıç gerilimi karşılaştırmalarına bakıldığında, dörtlü demet iletkenlerde koronanın daha geç başladığı görülmektedir. Ayrıca, aynı konfigürasyonda daha ince iletken kullanıldığında, sonlu kafes yapısında alan şiddetleri düştüğü için korona başlangıç gerilimi yüksek olmaktadır.
  • Öge
    Elektrik güç sistemlerinde transformatörlerin yaşlanması koşulları altında verimlilik artışı amaçlı işletim koşullarının iyileştirilmesinin araştırılması
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Öztürk Uçar, Banu ; Bağrıyanık, Mustafa ; 650303 ; Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
    Elektrik dağıtım firmaları için işletme giderleri (OPEX) ve yatırım giderlerinin (CAPEX) azaltılması önemli bir konudur. Şirketler, kesici, transformatör gibi elektriksel donanımları faydalı ömürlerinin üzerinde kullanarak yatırımları mümkün olduğunca ertelemek ve giderlerini azaltma eğilimindedirler. Donanım ömürlerinin arttırılması, yönetilmesi konuları ile ilgili çalışmaların sayısı her geçen gün artmaktadır. Özellikle Dağıtım şebekelerinin, akıllı şebeke oluşturmak için yaptığı yatırımlar ile DŞYY konusu ile ilgili çalışmalar tekrar gündeme gelmiştir. Elektrik dağıtım şebekeleri, arıza veya herhangi bir yükün devreden çıkması gibi sebeplerle anahtarların açılıp/kapandığı dinamik bir yapı oluşturmaktadır. Dağıtım şebekelerinde anahtarların açılıp/kapanma ile konumlarının değiştirilmesi dağıtım şebekesinin yapısını değiştirmektedir. Anahtar konumlarının değiştirilmesi ile şebeke yapısının değiştirilmesi literatürde dağıtım şebekesinin yeniden yapılandırılması olarak yer almaktadır. DŞYY, arıza sonrası tüketicilerin farklı fiderlere aktarılarak enerjisiz kalmaması için yapılabildiği gibi şebekenin verimli çalışmasını sağlayacak farklı amaçlar için de yapılabilmektedir. Dağıtım şebekesi kayıplarını azaltmak, şebeke güvenirliği arttırmak, gerilim dağılımını iyileştirmek yapılandırmanın yapılma sebeplerinin içerisindedir. DŞYY problemi karmaşık tamsayılı, çok amaçlı, lineer olmayan eniyileme problemidir. DŞYY probleminin çözümü ile çok sayıda araştırmacı kayıp minimizasyonu, yük dengelemesi, gerilim profilinin iyileştirilmesi, en az sayıda anahtarlama yapılması gibi farklı amaç fonksiyonları dikkate alarak çok sayıda farklı eniyileme yöntemi uygulamışlardır. Dağıtım şebekelerinde anahtarlama problemi aslında belirli amaç fonksiyonunu gerçekleştirmek için eniyi anahtar çiftlerinin belirlenmesidir. Çok amaçlı lineer olmayan eniyileme problemidir. Günlük, mevsimlik, yıllık olarak yük tahmini çalışmalarında kullanılan yük eğrileri şebeke planlaması ve işletilmesinde de kullanılmaktadır. Ölçüm cihazlarından elde edilen yük eğrilerinin incelenmesi ile yükün karakteristiği ile ilgili (yükün en yüksek talebi, puant olmayan zamanlardaki enerji tüketimi gibi) bilgiler alınabilir. Yük eğrileri günlük, haftalık, mevsimlik olarak farklılıklar göstermektedirler. Şebeke planlanması ve işletilmesinde yük eğrilerindeki değişimlerin dikkate alınması gerekmektedir. Güç sisteminin önemli bir elemanı olan transformatörlerin yalıtım ömrü yani yaşlanması sıcaklığa bağlıdır. Sargılardan geçen akımın oluşturduğu kayıplar ısı olarak ortaya çıkmakta ve karesel olarak artmaktadır. Bundan dolayı geçmiş yük eğrileri ve yük tahminleri transformatör yaşlanması ile ilgili çalışmalarda oldukça önemlidir. Bu tezde, dağıtım şebekesi eniyi çalışma koşullarının belirlenmesi için bir yaklaşım sunulmaktadır. Bu yaklaşımda, dağıtım şebekesi eniyi çalışma koşullarının belirlenmesi için transformatör yaşlanması ve mevsimsel etkiler dikkate alınarak bir yük dengelemesi yapılmaktadır. Eniyileme yöntemi olarak türev tabanlı yöntemler yerine, genetik algoritma ve sezgisel algoritmalar kullanılmıştır. Çalışmada Genetik Algoritma (GA), Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO), Tavlama Benzetimi (SA) gibi sezgisel algoritmaların uygulaması yapılmıştır. Literatürdeki benzer çalışmalardan farklı olarak eniyileme algoritmasının amaç fonksiyonuna transformatör ömür kaybı etkisi de katılmaktadır. Böylelikle, yük dengelenmesinden farklı olarak lineer olmayan transformatör yaşlanma etkisi dağıtım şebekesi eniyi çalışma koşullarının belirlenmesine katılmaktadır. Önerilen yaklaşım örnek sistem üzerinde ölçümsel veriler ve örnek test sistemleri kullanılarak uygulanmış ve elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Yapılan çalışmada kullanılan yük eğrileri, ölçümlerden elde edilen gerçek yük eğrilerine dayalı olarak oluşturulmuştur. Hava sıcaklığı verileri ise Meteoroloji Genel Müdürlüğünden alınan gerçek hava sıcaklığı verileridir. Ayrıca transformatör yaşlanmasına Fotovoltaik üretimin etkisinin incelendiği çalışma bölümünde kullanılan Fotovoltaik üretim değerleri üniversitemizde yapılan ölçümlerden türetilmiştir. Tezde kullanılan OpenDSS programı, açık kaynak kodlu akıllı dağıtım şebekeleri ve şebeke modernleşmesi için EPRI tarafından geliştirilmiş bir benzetim programıdır. Günümüzde OpenDSS yaygın olarak kullanılan büyük hesaplama kolaylığı sağlayan bir analiz programıdır. OpenDSS en önemli özellklerinden birisi COM arayüzü ile Matlab ortamıyla bağlantı olanağı sayesinde eş zamanlı analize izin vermesidir. Önerilen transformatör faydalı ömrünü uzatan algoritma Matlab ortamında evrimsel algoritmalarla ve OpenDSS yazılımı ile uygulanmıştır. Ortam sıcaklığı ve transformatör yük dataları giriş değişkenleri olarak transformatör yaşlanmasını hesaplamak için Matlab programında kullanılmıştır. Matlab komutları ile OpenDSS programının özelliklerine ulaşılabilmektedir. Bu komutlar, anahtar konumlarının değiştirilmesi, yük akışının uygulanması, sonuçların alınması gibi komutlardır. Yapılan bu çalışma ile, DŞYY probleminin çözümü için şebeke kayıplarına transformatör ömür kaybının da eklendiği yeni bir amaç fonksiyonu tanımlanarak kayıpların ve transformatör yaşlanmasının minimum olduğu anahtar çiftlerinin belirlendiği yeni şebeke yapısının belirlenmesi hedeflenmektedir. Bunu gerçekleştirirken zaman serisi analizleri kullanılmış, farklı periyotlar için en uygun anahtar konumları belirlenmiştir. Dağıtım şebekesi topolojisinin değişimi, şebeke kayıpları ve transformatör yaşlanmasına etki etmektedir. Uygun şebeke topolojisi seçilerek transformatör yaşlanma hızı azaltılabilmekte ve transformatör faydalı ömrünün daha verimli olarak kullanılabilmesi sağlanmaktadır. Böylelikle hem donanımdan en yüksek fayda sağlanmış olmakta hem de şebeke verimliliği arttırılmış olmaktadır.
  • Öge
    Şebeke etkileşimli tüketiciler ile toplu talep yönetimi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Zehir, Mustafa Alparslan ; Bağrıyanık, Mustafa ; 10284819 ; Elektrik Mühendisliği ; Electrical Engineering
    Elektrik güç sistemleri, geçmişten günümüze dek süregelen çeşitli zorlukların yanı sıra, teknolojik gelişmelerin beraberinde getirdiği yeni sorunlar ve tehditler ile karşı karşıyadır. Ayrıca, çevresel, ekonomik ve sosyal yeni eğilimlerin de etkisiyle güç sistemlerinde köklü değişimler yaşanmaktadır. Yeni santraller ve altyapı yatırımlarının yanı sıra, mevcut sistemlerin daha etkin kullanımı da önemli bir yaklaşım olarak öne çıkmaktadır. Özellikle talep tarafında, alçak gerilim dağıtım şebekelerinde bazı yükler, dağıtık üretim ve enerji depolama elemanları, birincil görevlerinin yanı sıra, ikincil görev olarak ana şebeke ve yerel şebekeye çeşitli hizmetler sağlayabilecek şekilde değerlendirilebilme potansiyeline sahiptir. Bu şekilde kullanılan elemanlar, dağıtık enerji sağlayıcılar olarak nitelendirilmektedir. Bireysel olarak yönetildiklerinde sınırlı etkileri ve esneklikleri olan bu cihazların birçoğu birlikte koordine edilebildiğinde büyük çaplı etki ve faydalar sağlanabilmektedir. Literatürdeki çalışmaların birçoğunda sadece belirli bir tür esnek yük seçilip, bu yükün az sayıda yaklaşımla yönetimi tercih edilmiştir. Gerçek kullanıcılarla yapılan saha uygulamalarının en uzun süreli olanları birkaç ayı geçmemiştir. Oyunlaştırma tekniklerinin denendiği ilgili çalışmalar, az sayıda oyunlaştırma yaklaşımını bir arada uygulamıştır. Talep yönetiminin oyunlaştırılması süreci birçok çalışmada, yararlanılan sosyal davranış teorileri ve yöntemler yeterince anlatılmadan özet olarak sunulmuştur. Oyunlaştırılmış yönetim uygulamalarında ağırlıklı olarak enerji tasarrufu hedeflenip, talebin farklı zaman dilimlerine kaydırılmasına yönelik esnekliklere pek odaklanılmamıştır. Ayrıca, yönetilebilir yüklerin yönetim performansları detaylı olarak ölçülemeyip, bünyesinde birçok farklı etkeni barındıran bina veya tüketici bazlı genel tüketimler dikkate alınmıştır. Buna ek olarak saha uygulamalarının sonuçları analitik olarak detaylarıyla değerlendirilmemiştir. Kullanıcıların yönetim potansiyelinin mali analizi kısa dönemler için yapılıp genelde bir ayı geçmemektedir. Ayrıca, sunulan ekonomik teşvik mekanizmaları büyük çoğunlukla, kullanıcıları sadece bireysel olarak hareket etmeye teşvik edebilmektedir. Dağıtık üretim ve enerji depolama elemanlarının güç ve enerji yönetimi karakteristiklerinin çıkarımına yönelik genel kabul görmüş bir yaklaşım bulunmamaktadır. Ayrıca, bu cihazların toplu yönetim performanslarının sahada incelenmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu cihazların gelişmiş izlenmesi, otonom kontrolü ve kullanıcı dostu arayüzlerle yönetimine yönelik çalışmalar da oldukça başlangıç aşamasında ve sayıca azdır. Yönetilebilir yüklerin yerel şebekenin sorunlarına yönelik yönetimi ile ilgili kavramsal çalışmalar ve kısıtlı kapsama sahip benzetim çalışmaları olsa da, saha denemeleri bulunmamaktadır. Ayrıca, hem ana şebeke, hem de yerel şebekeye yönelik, eş zamanlı, birbiriyle çelişen hedeflerin olduğu durumlarda genel yaklaşım, bu hedeflerden birine öncelik verilerek tüm yüklerin bu hedefe göre yönetilmesi yönündedir. Bu çalışmada, talep tarafındaki yönetilebilme potansiyeline sahip cihazların toplu yönetimine odaklanılmıştır. Öncelikle, farklı demografik özelliklere sahip birçok kullanıcının elektrik şebekelerindeki zorluklarla ilgili farkındalığını ve talep yönetimi ile oyunlaştırma uygulamalarına eğilimlerini gözlemlemek amacıyla bir anket yapılmıştır. Bir sonraki aşamada, evlerdeki yönetilebilir yükler için, mevcut altyapılarla uygulanabilecek yönetim seçenekleri irdelenmiştir. Sonrasında yönetim seçeneklerini kullanıcılara tüketim istatistikleri ile birlikte sunan, oyunlaştırma teknikleri ve çok zamanlı tarife fiyatlarından yararlanarak, sosyal ve ekonomik teşviklerle kullanıcıları talep yönetimine yönlendiren bir platform geliştirilmiştir. Bu sistem İstanbul'daki 4 evde, gerçek kullanıcılarla, 4 aylık bir izleme dönemini takiben 9 aylık bir uygulama dönemi boyunca denenmiştir. Kullanıcıların platform ve oyunlaştırılmış sistemle etkileşiminin, elde edilen talep yönetimi performansı ve elektrik tasarrufları ile ilişkisi detaylı olarak değerlendirilmiştir. Sahadan elde edilen veriler ışığında, Türkiye'deki gün öncesi ve gün içi elektrik piyasalarının 2018 yılına ait verilerinden de faydalanılarak yönetim potansiyeli ve ekonomik analizler yapılmıştır. Ayrıca, elektrik piyasasına entegre yeni bir teşvik yapısı geliştirilerek toplu yönetim, kullanıcıları işbirliğine yönelten, artan kar miktarının dinamik ve oransal olarak sunulabileceği bir yapıda incelenmiştir. Buna ek olarak, toplu talep yönetimi olaylarının ilerleyen saatlerinde genellikle rastlanan beklenmedik yeni puant talepler ve enerji tüketimi artışlarının da azaltılması için yükleri sürelerine göre yöneten yeni bir yaklaşım geliştirilmiş ve incelenmiştir. Dağıtık üretim ve enerji depolama sistemlerinin toplu yönetimiyle ilgili çalışmalar bir sonraki aşamada gerçekleştirilmiştir. Büyük ölçekli bir laboratuvarda, farklı tür ve özelliklerde dağıtık üretim ve enerji depolama elemanının güç ve enerji yönetimi olanaklarıyla ilgili testler yapılmıştır. Öncelikle cihazların karakteristik özellikleri ve çalışma sınırları tespit edilmiştir. Ardından bu cihazların toplu yönetimiyle ilgili çok sayıda senaryo incelenerek, cihazların toplu yönetim performansları gözlemlenmiştir. İlerleyen aşamada, cihazların oyunlaştırma tekniklerinden de yararlanılarak toplu yönetimine yönelik aşamalar belirlenip, kullanıcı-toplu yönetici ve şebeke operatörü etkileşimi detaylandırılmıştır. Tez çalışmasının bir başka bölümünde, esnek yüklerin dağıtım şebekesindeki yerel sorunlara yönelik çözümü incelenmiştir. Gerilim profilinin iyileştirilmesi, hat aşırı yüklenmelerinin giderilmesi ve faz yüklenmelerindeki dengesizliklerin esnek ev yükleri yönetilerek azaltılmasına yönelik testler yapılmıştır. Alçak gerilim dağıtım şebekelerinde, baralardaki güç değişimlerinin bara gerilimlerine etkilerinin çıkarımına yönelik bir yaklaşım geliştirilmiş ve büyük ölçekli bir laboratuvarda denenmiştir. Elde edilen bara gerilim hassasiyetlerinden yararlanılarak, hem ana şebeke, hem de yerel şebekeye yönelik eş zamanlı ve birbiriyle çelişen hedeflere sahip yönetim uygulamaları için bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu yaklaşım da hem laboratuvar testleri, hem de kapsamlı benzetim çalışmalarıyla incelenmiştir. Yapılan çalışma, evlerdeki yönetilebilir yüklerin ana şebeke ve yerel şebeke olaylarında kullanılabilirliği, elde edilebilecek teknik ve mali faydalar, kullanıcıların uzun dönem boyunca talep yönetimine katılımları, elektrik piyasasına entegre ve kullanıcıları toplu katılıma yönelten teşvik yaklaşımları, dağıtık üretim ve enerji depolama elemanlarının toplu yönetim olanak ve performansları, farklı yönetim hedeflerinin alçak gerilim dağıtım şebekelerinde eş zamanlı ve etkin uygulanması ile ilgili faydalı bulgular sunmuştur. Bu çalışmada ortaya konulan yaklaşımlar, aydınlatılan yönetim potansiyelleri-imkanları-olanakları ve edinilen tecrübeler bu alandaki ilerleyen çalışmalar için de yol gösterici niteliktedir.
  • Öge
    Improved hilbert huang transform supported by machine learning algorithms for signal analysis
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Karatoprak, Hamid Erinç ; Şeker, Şahin Serhat ; 10300220 ; Elektrik Mühendisliği ; Electrical Engineering
    Dünyayı ve içinde olan fiziksel proseslerin tanımlanabilmesi için söz konusu sistemlerden veri toplanması ve yorumlanması gerekir. Bu amaçla sinyal analizi alanında farklı metotlar ve araçlar geliştirilmiştir. Veriyi sağlıklı bir şekilde yorumlamak için, kullanılacak metodun zayıf, güçlü yanlarının ve sınırlaırnın net bir şekilde anlaşılması gerekir. Frekans analiz metotları, sinyalın içinde ki farklı frekans bileşenlerini anlayıp analiz etmeyi sağlar. Fourier Dönüşümü, Kısa Zamanlı Fourier Dönüşümü, Dalgacık Dönüşümü, Wagner-Ville dağılımı frekans analiz metotlarına verilecek örneklerdir. Her bir yöntemin kendine ait farklı limitleri vardır, ve bu limitlerde bu yöntemlerin sinyal analizinde ne şekilde kullanılabileceğininin sınırlarını tanımlar. Örnek olarak, Fourier dönüşümü; tüm sinyallerin farklı sinüzoidal fonksiyonların toplamı şeklinde ifade edilebileceği üzerine kurulmuştur. Bu sayede, Fourier dönüşümü; bir sinyalin içinde bulunan farklı frekans bileşenlerini farklı sinüs fonksiyonları şeklinde tanımlayarak sınyali bileşenlerine ayrıştırabilir. Fakat, Fourier dönüşümü bu sinüs fonksiyonlarının sabit genlik ve fazları olmasını gerektirir ve bu da Fourier dönüşümünü kısıtlayan bir durumdur. Genel olarak bakıldığında sinyal analizi metotları; verinin doğrusal veya durağan olduğu varsayımına dayanırlar. Fakat doğada bu tür bir veriye rastlamak çok düşük bir olasılıktır. Doğada olan olaylarda toplanan veri durağan olmayan ve doğrusal olmayan özellik gösterirler. Durağan olmayan ve doğrusal olmayan sinyalleri belirli bir noktaya kadar analiz edebilmek için bir takım sinyal analiz yöntemleri geliştirilmiştir. Kısa Zamanlı Fourier Dönüşümü, Dalgacık Analizi, Wigner-Ville dağılımı durağan olmayan fakat doğrusal olan sinyalleri analiz edebilmek için geliştirilmişlerdir. Buna ek olarak, doğrusal olmayan durağan siıstemlerin analizi için de bir takım yöntemler geliştirilmiş olsa da, bu tür yöntemlerin hepsinde sinyalin durağan olduğu ya da sinyalin doğrusal olduğu varsayımına dayanılır. Bu tez çalışması yukarıda bahsedilen metotlardan farklı olarak durağan olmayan ve doğrusal olmayan sinyal analizi yapabilen Hilbert Huang Dönüşümü ve bu dönüşümde yapılabilecek iyileştirmeler ve sonuçları üzerinedir. Hilbert Huang Dönüşümü, durağan olmayan ve doğrusal olmayan bir sinyali farklı frekans bileşenlerine ayırabilmektedir. Hilbert Huang Dönüşümü uyarlanabilir bir zaman-frekans anaiz yöntemidir ve önceden tanımlanmış baz fonksiyonları gerektirmez. Hilbert Huang Dönüşümü iki adımdan oluşur. Hilbert Huang dönüşümü veriye ilk adımda ampirik biçim ayrıştırması ve ardından Hilbert tayf analizi yapılmasıyla gerçekleştirilir. Ampirik Biçim Ayrıştırması yönteminde kullanılan ayıklama işlemi verinin kendisinden uyarlanabilir baz fonskiyonları türetilmesine olanak sağlar. Diğer yöntemlerde ise bahsedilen baz fonksiyonları sinyalden bağımsız olarak önceden tanımlanmış olur. Uyarlanabilir baz fonksiyonları sinyale ampirik biçim ayrıştırma yönteminin uygulanmasıyla elde edilir. Bu uyarlanabilir baz fonksiyonlarına İçsel Biçim Fonksiyonları denir. Elde edilen İçsel Biçim Fonksiyonlarına Hilbert dönüşümü uygulanması sonucu elde edilen faz fonksiyonlarının türevleri kullanılarak anlık frekans bilgisi hesaplanır. Hilbert Huang Dönüşümü harmoniklerin ve belirsizlik prensibinin getirtiği sınırlandırmalardan etkilenmez. Ampirik biçim ayrıştırma yöntemi, Hilbert Huang Dönüşümünün temel bileşenlerinden biridir ve tek başına Hilbert Huang Dönüşümü dışında da çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bu alanlara örnek olarak, rulman arızası tespiti, biyomedikal veri analizi, güç sinyal analizi ve sismik analiz verilebilir. Ampirik biçim ayrıştırma yönteminin birçok farklı uygulama alanı olmasına rağmen, halen çözüm bekleyen sorunları vardır. Bunlara ornek olarak biçim karışması, uç etkileri ve eğri sorunları verilebilir. Ampirik biçim ayrıştırma yöntemi sinyali birbirinden bağımsız ve tamamen farklı eşsiz İçsel Biçim Fonksiyonlarına ayrıştıramazsa, farklı İçsel Biçim Fonksiyonlarında aynı frekans bileşenleri var olur. Bu soruna biçim karışması denir. Ampirik biçim ayrıştırma yönteminde görülen bir diğer sorun ise, uç etkileridir. Bu sorun, Ampirik biçim ayrıştırma yönteminde kullanılan uygun zarf eğrisi hesaplamasında başlangıç ve bitiş noktalarında büyük sapmalar olması nedeniyle görünür. Bu soruun çözümü için B-eğrisi ampirik biçim ayrıştırma yöntemi, maskeli sinyal ile geliştirilmiş ampirik biçim ayrıştırma yöntemi, uyarlanabilir hızlı toplu ampirik biçim ayrıştırma yöntemi ve dalgacık paket gürültü azaltma ile güçlendirilmiş ampirik biçim ayrıştırma yöntemleri örnek verilebilir. Bu tez çalışmasında, ampirik biçim ayrıştırma yöntemini geliştirme amaçlı Medyan Ampirik Biçim Ayrıştırma Yöntemi ortaya konmuştur. Medyan filtresi içeren bu yöntemin, ani gürültü ve biçim karışma sorunları açısından medyan ampirik biçim ayrıştırma yöntemini iyileştirdiği görülmüştür. Medyan filtresi genel olarak farklı sinyal işleme uygulamalarında ani gürültüleri filtrelemek amacıyla kullanılmaktadır. Medyan ampirik ayrıştırma yönteminde, değişken pencere boyutlu bir medyan filtresi kullanılır. İlk olarak sinyale ampirik ayrıştırma yöntemi uygulanır ve içsel biçim fonksiyonları elde edilir. Elde edilen içsel biçim fonksiyonlarından yüksek frekanslı olanlar dar pencereli medyan filtresi ile filtrelenirken, düşük frekanslı içsel biçim fonksiyonlarıda geniş pencereli medyan filtresi ile filtrelenir. Filtrelenen bütün içsel biçim fonksiyonları tekrardan toplanır ve asıl sinyal tekrar elde edilirç Bu sinyale daha sonra tekrardan ampirik ayrıştırma yöntemi uygulanır ve bu sayede yeni medyan filtrelenmiş içsel biçim fonksiyonları elde edilir. Bu şekilde Medyan ampirik ayrıştırma yöntemiyle elde edilen içsel biçim fonksiyonlarının ve normal ampirik ayrıştırma yöntemiyle elde edilen içsel biçim fonksiyonlarının karşılaştırılması sonucunda önerilen yöntemin biçim karışması ve ani gürültü konusunda daha başarılı olduğu ve sinyali daha başarılı bir şekilde birbirinden bağımsız frekans bileşenlerine ayırabildiği görülmüştür. Geliştirilen yöntem, ilk olarak yapay bir data üzerinde denenmiştir. Farklı frekans bileşenleri ve ani gürültü içeren bir veri normal ve medyan ampirik ayrıştırma yöntemleriyle ayrıştırılıp farklar karşılaştırılmıştır. Ani gürültünün genliği arttıkça normal ampirik ayrıştırma yönteminin frekans bileşenlerini ayırma konusunda başarısız kaldığı ve yeni medyan ampirik ayrıştırma yönteminin bu durumdan etkilenmediği görülmüştür. Medyan ampirik ayrıştırma yöntemi, asenkron motorlarda yatakların hızlandırılmış yaşlanmasından toplanan bir veri setinde test edilmiş ve normal ampirik ayrıştırma yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Medyan ampirik ayrıştırma yönteminin, biçim karıştırma problemi ve ayrıca verilerin ampirik ayrıştırma yöntemine kıyasla fiziksel olarak anlamlı bileşenlere ayrıştırılması açısından bir gelişme sağladığı gösterilmiştir. Medyan ampirik ayrıştırma yönteminin bu başarısı, makine öğrenmesinde özellik çıkarımı metodu olarak kullanılmasını sağlar. Hızlandırılmış yaşlanma verileri için medyan ve normal ampirik ayrıştırma yönteminin ilk iki içsel biçim fonkiyonları karşılaştırılmıştır. Normal ampirik ayrıştırma yönteminde her iki içsel biçim fonkiyonunun, motor çalışma frekanslarını ve çok düşük genlikli hataya bağlı frekanslarla birlikte net olarak ayrıştıramadan göstermiştir. Bu, söz konusu mod karıştırma probleminin bir örneğidir. Bununla birlikte medyan ampirik ayrıştırma yöntemi, iki farklı fiziksel mekanizmanın açık bir ayrımını sağlamıştır. Birinci içsel biçim fonksiyonu sadece arıza ile bağlantılı çok düşük genlikli frekansları gösterirken, ikinci içsel biçim fonksiyonu da motorun normal çalışma frekanslarını göstermiştir. Bu, medyan ampirik ayrıştırma yönteminin, normal ampirik ayrıştırma yöntemine kıyasla biçim karıştırma sorunu açısından daha başarılı olduğunu ve farklı fiziksel gerçeklerin farklı bileşenler olarak ayrıştırılması açısından bir gelişme sağladığını kanıtlamaktadır. Bu yöntem üzerine yapılacak çalışmalar MEMD süreci içinde düşük ve yüksek frekanslı IMF seçim kriterlerinin belirlenmesinde daha teorik bir arka plan sunarken, farklı sorunlara ve verilere uygulanabilirliğini doğrulayabilir. Gerçek fiziksel süreçlerden toplanan verilerin hemen hemen her zaman doğrusal ve durağan olmadığı gerçeği göz önüne alındığında, bu tür ampirik, uyarlanabilir yöntemler ve dönüşümler için daha ileri çalışmalar gerekmektedir. Bu tez, doğrusal olmayan ve durağan olmayan verilerin analiz yöntemlerini geliştirmek için bu tür bir araştırmada bir adımdır.