Metasezgisel algoritmalarla optimize edilmiş kesir dereceli pıd kontrolörler ile gaz türbin elektrik santralinin kontrolü
Control of gas turbine power plant with fractional order pid controllers optimized by metaheuristic algorithms
- Tez No: 688244
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ NEVRA BAYHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Günümüzde elektrik üretim santrallerinde klasik kontrol yöntemleri sıklıkla kullanılmaktadır. Klasik kontrol yöntemleri, santrallerin uzun çalışma süreleri ve hattaki yük kapasitesinin değişken olması sebebiyle oluşan dinamiklere yeterli cevabı sağlamayabilmektedir. Bu gibi durumlara çözüm olması için daha esnek ve etkin yapılarıyla modern kontrol yöntemlerinin kullanımı giderek önem kazanmaktadır. Kullanımı oldukça yaygın olan klasik orantı-integral-türev (PID) kontrolörler günümüzde birçok kontrol sisteminde bulunduğu gibi elektrik santrallerinde de kullanılmaktadır; ancak bazı koşullarda gereksinimleri karşılamayabilmekte, santralin kurulumundan günümüze kadar değişen ortam şartları ve yaşlanmanın da etkisiyle mevcut kontrolörlerden daha üstün sonuçlar vermesi beklenebilmektedir. Bu gibi durumlarda kullanılabilirliğinin değerlendirilmesi için klasik PID kontrolörün genelleştirilmiş modern hali olan kesir dereceli PID (FOPID) kontrolörler bu tezde ele alınmıştır. Bu amaçla bu tezde; bilgisayar ortamında simülasyonlar yapılabilmesi için sistem modeli olarak basitleştirilmiş bir gaz türbinli elektrik santral modeli ele alınmış ve FOPID kontrolör ile sistem denetimi sağlanmıştır. FOPID kontrolörlerin optimizasyonu, yapıları gereği yüksek matematik bilgisi gerektirmektedir ve bu işlemler klasik matematik yöntemleri ile yapıldığında oldukça fazla zaman almaktadır. Bu çalışmada; optimizasyon yöntemi olarak parçacık sürüsü optimizasyonu (PSO), yapay arı kolonisi optimizasyonu (ABC), gri kurt optimizasyonu (GWO), güve-ateş optimizasyonu (MFO), balina optimizasyonu (WOA), salp sürüsü optimizasyonu(SSA), sinüs-kosinüs optimizasyon (SCA), atom arama optimizasyonu (ASO) metasezgisel algoritmalarının kullanımıyla FOPID kontrolörlerin optimizasyonu ele alınmıştır. Bu tezde basitleştirilmiş gaz türbinli santral modelinin kontrolü için FOPID kontrolör içeren sistemin simülasyonu yapılıp, yukarıda bahsi geçen metasezgisel algoritmalar ile optimizasyonu sağlanarak tasarlanmış olan FOPID kontrolörler yardımıyla santral çıkışındaki istenmeyen güç dalgalanmalarına oldukça kısa sürede cevap verilmesi sağlanmıştır. Bahsedilen optimizasyon algoritmaları ile parametre değerleri belirlenmiş FOPID kontrolörün uygulandığı basitleştirilmiş gaz türbinli elektrik güç santral modeli çıkış işaretleri; yükselme süresi, yüzde en büyük aşım değeri ve yerleşme süresi kriterlerine göre karşılaştırılmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçları, GWO algoritması ile tasarlanmış FOPID kontrolörün, ele alınan santral modeli için uygun ve kullanışlı olduğunu göstermektedir. GWO algoritması ile optimize edilmiş FOPID kontrolör uygulanmış basitleştirilmiş gaz türbinli elektrik güç santral modeli çıkış işaretinin yükselme ve yerleşme sürelerinin, diğer algoritmalar ile bulunan FOPID kontrolör parametre değerleri kullanıldığında elde edilen sistem çıkış sinyallerindeki yükselme ve yerleşme sürelerine kıyasla daha küçük olduğu görülmüştür. FOPID kontrolör ile denetlenen sistemin çıkış işaretleri karşılaştırıldığında en az aşım yapan iki işaretin sırasıyla küçükten büyüğe ABC ve GWO algoritmaları ile optimize edilmiş olduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak, sistem çıkış işaretlerindeki yükselme süresi, yerleşme süresi ve yüzde en büyük aşım değeri kriterleri bir arada değerlendirilerek, enerji üretim sektöründe FOPID kontrolör kullanılan modern kontrol sistemlerinin optimizasyonu için PSO, ABC, GWO, MFO, WOA, SSA, SCA, ASO algoritmaları ile çözümler sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Nowadays; classical control methods are used in general of power generation plants. Classical control methods; due to the long operating times of the power plants and the variable load capacity on the grid, it may not provide the necessary response to the dynamics that occur. It is becoming increasingly important to use modern control methods with more flexible and effective structures to solve such situations. Classical proportional-integral-derivative (PID) controllers, which are widely used, are also used in power plants as well as in many control systems today; However, it may not meet the requirements in some conditions, and it can be expected to give superior results than existing controllers due to the changing environmental conditions and aging. Fractional-order PID (FOPID) controllers, one of the modern controllers, are discussed in this thesis in order to be evaluated in such cases. For this purpose, in this thesis; In order to make simulations in computer environment, a simplified gas turbine power plant model has been considered as the system model and system control has been provided with the FOPID controller. Optimization of FOPID controllers requires high mathematical knowledge due to their nature, and these operations take quite a lot of time when done with classical mathematical methods. In this study; by using particle swarm optimization (PSO), artificial bee colony optimization (ABC), gray wolf optimization (GWO), moth-fire optimization (MFO), whale optimization (WOA), salp swarm optimization (SSA), sine-cosine optimization as optimization method (SCA), atomic search optimization (ASO) metaheuristic algorithms; optimization of FOPID controllers is discussed. In this thesis, for the control of the simplified gas turbine power plant model, the system containing the FOPID controller is simulated and it is provided to respond to the unwanted power fluctuations at the power plant output in a very short time with the help of FOPID controllers designed by mentioned metaheuristic algorithms. The simplified gas turbine electric power plant model output signals where the FOPID controller whose parameter values are determined with the help of mentioned optimization algorithms is applied; was compared according to the rise time, maximum overshoot and settling time criteria. The obtained simulation results show that the FOPID controller which is optimized by GWO algorithm are suitable and useful for the power plant model. It has been observed that the rise and settling times provided by output signal of the simplified gas turbine electric power plant model which contains FOPID controller designed by GWO algorithm are smaller compared to the rise and settling times in the output signals when using the FOPID controller parameter values obtained by other algorithms. And also it seems that the overshoots of the output signal which belongs to system contains FOPID controller designed by GWO and ABC algorithms are smaller then the others. As a result, by evaluating rise time, settling time and overshoot ratio criterias of system output signals together, PSO, ABC, GWO, WOA, MFO, SSA, SCA, ASO algorithms have been presented as solutions for the optimization of modern control systems which includes FOPID controller in the power generation sector.
Benzer Tezler
- Mühendislik problemlerinin çözümü için yeni bir hiper-sezgisel algoritma tasarımı
Design of a novel hyper-heuristic algorithm for solving engineering problems
YUNUS HINISLIOĞLU
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR GÜVENÇ
- Extending current techniques for electrical layout optimization of onshore wind farms considering 3d model of the terrain
Kara tipi rüzgar enerjisi santrallarının 3 boyutlu arazi modeli kullanarak elektrik tek hat optimizasyonu
KAAN DEVECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU
DOÇ. DR. EMRE ALPMAN
- Integrating path planning and image processing with UAVs for disease detection and yield estimation in indoor agriculture
Kapalı alan tarımda hastalık tespiti ve verim tahmini için rota planlama ve görüntü işlemenin İHA'larla entegre edilmesi
ONAT ERDOĞMUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Metasezgisel algoritmalarla optimize edilmiş çiftli ayarlı kütle sönümleyicileri ile yapıların kontrolü
Control of structures with double tuned mass dampers optimized with metaheuristic algorithms
IBRAHIMA KALIL CAMARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN MELİH NİGDELİ
- Sezgisel tabanlı bulanık mantık denetleyiciler ile sabit mıknatıslı senkron motorun hız kontrolü
Speed control of permanent magnet synchronous motor with heuristic based fuzzy logic controllers
SİNAN ÜNSAL
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM ALIŞKAN