Yapay zeka tabanlı bara diferansiyel koruma sistemi

Artificial intelligence based busbar differential protection system

PDF İndir

Tez No: 928415
Yazar: EMRE ÖZDEMİR
Danışmanlar: PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2025
Dil: Türkçe
Üniversite: Sakarya Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: 107

Özet

Enerji sistemlerinin güvenliği ve verimliliği, modern elektrik şebekelerinin en kritik önceliklerinden biri hâline gelmiştir. Bara diferansiyel koruma sistemleri, enerji sistemlerinin güvenilirliği açısından hayati bir role sahiptir. Geleneksel diferansiyel koruma sistemleri, bara üzerindeki anormallikleri tespit etmek için akım farklarını ölçerek çalışır. Ancak bu sistemler genellikle sabit eşik değerlerine ve sınırlı veri işleme yeteneklerine sahiptir. Elektrik şebekelerinin karmaşıklığının artması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu gibi faktörler, geleneksel koruma yöntemlerinin sınırlarını zorlamakta ve daha dinamik, uyarlanabilir çözümler gerektirmektedir. İşte bu noktada yapay zeka teknolojilerinin devreye girmesiyle enerji sistemleri için yeni bir dönemin kapıları aralanmaktadır. Yapay zeka tabanlı sistemler, geleneksel yöntemlerin ötesine geçerek enerji sistemlerinin güvenilirliğini ve esnekliğini artırmaktadır. Yapay zeka, makine öğrenimi ve derin öğrenme algoritmalarını kullanarak enerji sistemlerinden büyük miktarda veri toplayabilir ve bu verileri hızlı bir şekilde analiz edebilir. Bu veriler, sistemin normal çalışma koşullarını öğrenmek ve anormal durumları tespit etmek için kullanılır. Geleneksel koruma sistemlerinin aksine, YZ tabanlı sistemler, yalnızca mevcut arızaları tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda gelecekte meydana gelebilecek potansiyel arızaları öngörebilir. Bu, enerji sistemlerinin proaktif bir yaklaşımla yönetilmesine olanak tanır ve arızaların meydana gelmeden önce engellenmesine katkıda bulunur. Gerçek zamanlı veri analizi, yapay zekanın sunduğu en büyük avantajlardan biridir. Geleneksel sistemler, sabit eşik değerlerine dayandığı için sınırlı bir hassasiyet sunarken, YZ tabanlı sistemler, farklı işletme koşullarına uyarlanabilir algoritmalar sayesinde daha esnek bir yapı sergiler. Özellikle büyük enerji santralleri ve endüstriyel tesislerde, bu esneklik, hem güvenilirliği artırmak hem de enerji kesintilerini en aza indirmek açısından kritik bir öneme sahiptir. Bara diferansiyel koruma sistemlerinde yapay zeka uygulamaları, birçok farklı yeteneği beraberinde getirir. Bunlardan ilki, anormallik tespitinde geleneksel yöntemlerin ötesine geçen bir hassasiyet sağlamasıdır. Yapay zeka tabanlı sistemler, enerji sistemlerinin sürekli değişen dinamiklerini öğrenerek, normalden sapmaları hızlı bir şekilde tespit eder. Örneğin, bara üzerinde meydana gelen bir kısa devre veya topraklama arızası durumunda, Yapay zeka sistemleri daha hızlı ve doğru bir yanıt verebilir. Bu, enerji kesintilerinin süresini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda arızaların sistemin diğer bölümlerine yayılmasını da engeller. Bunun yanı sıra, yapay zeka sistemleri, geçmişteki arıza kayıtlarını inceleyerek gelecekte meydana gelebilecek benzer durumların nasıl oluşabileceğine dair öngörülerde bulunabilir. Bu tür bir öngörü yeteneği, enerji sistemlerinde uzun vadeli güvenilirlik planlamasına büyük katkı sağlar. Örneğin, bir trafo merkezinde geçmişte yaşanan bir arızanın verileri, benzer koşullar altında oluşabilecek yeni arızaları tahmin xxii etmek için kullanılabilir. Bu, yalnızca sistemin güvenliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda bakım faaliyetlerinin daha etkin bir şekilde planlanmasına da yardımcı olur. Yapay zeka tabanlı bara koruma sistemleri, özellikle büyük enerji santralleri, endüstriyel tesisler ve trafo merkezlerinde önemli avantajlar sunar. Bunlardan bazıları şunlardır: Hassasiyet ve hız, yapay zeka sistemleri, geleneksel yöntemlere kıyasla daha hızlı ve hassas bir şekilde arızaları tespit edebilir. Bu, enerji kesintilerinin süresini önemli ölçüde azaltır. Uyarlanabilirlik, farklı trafo merkezlerinin ihtiyaçlarına göre özelleştirilebilen yapay zeka algoritmaları, sistemin esnekliğini artırır. Örneğin, yüksek yenilenebilir enerji penetrasyonuna sahip bölgelerde, yapay zeka algoritmaları bu değişken üretim kaynaklarını dikkate alarak çalışabilir. Proaktif yönetim, geçmiş verilerden öğrenerek gelecekteki arızaları öngörebilen yapay zeka sistemleri, bakım ve onarım süreçlerinin daha etkili bir şekilde planlanmasına olanak tanır. Verimlilik artışı, gerçek zamanlı veri analizi ve sürekli öğrenme yeteneği, enerji sistemlerinin genel verimliliğini artırır. Bu, hem operasyonel maliyetlerin düşmesini sağlar hem de enerji arz güvenliğini artırır. Yapay zeka (YZ), bara diferansiyel koruma sistemleri için devrim niteliğinde yenilikler sunmakta olup, geleneksel koruma sistemlerinin sınırlarını aşarak enerji sistemlerinin güvenilirliğini ve operasyonel verimliliğini en üst düzeye çıkarma potansiyeline sahiptir. Geleneksel diferansiyel koruma sistemleri belirli arıza tespit yöntemlerine dayanırken, YZ tabanlı koruma sistemleri dinamik ve karmaşık enerji altyapılarına adaptasyon sağlayarak, enerji kesintilerini en aza indirgeyebilmekte ve sistem güvenliğini önemli ölçüde artırabilmektedir. YZ destekli koruma sistemlerinin en belirgin avantajlarından biri, yalnızca mevcut arızaların tespit edilmesiyle sınırlı kalmayıp, aynı zamanda gelecekte meydana gelebilecek arızaları öngörerek proaktif bir koruma yaklaşımı sunmalarıdır. Makine öğrenmesi ve derin öğrenme algoritmaları sayesinde, sistemdeki anomaliler anlık olarak analiz edilerek potansiyel risk faktörleri belirlenebilmekte ve olası kesintilerin önlenmesi sağlanmaktadır. Bu öngörüsel bakım yaklaşımı, enerji sistemlerinin daha etkin ve sürdürülebilir bir şekilde yönetilmesine olanak tanımakta, böylece sistem güvenilirliği ve şebeke kararlılığı artırılmaktadır. YZ tabanlı koruma sistemleri, büyük veri analitiği ve dijital ikiz teknolojileriyle entegre edilerek daha kapsamlı bir koruma mekanizması oluşturabilmektedir. Bu sistemler, enerji üretim ve dağıtım süreçlerinde meydana gelebilecek olağanüstü durumları gerçek zamanlı olarak değerlendirerek, optimum koruma stratejileri geliştirebilmektedir. Özellikle akıllı şebekelerin yaygınlaşmasıyla birlikte, YZ'nin sağladığı bu yenilikçi çözümler, enerji sistemlerinin adaptif ve esnek bir yapıya kavuşmasını mümkün kılmaktadır. YZ teknolojilerinin ilerlemesiyle, enerji sistemlerinde yalnızca arıza tespiti ve önleyici bakım değil, aynı zamanda enerji yönetiminde daha sürdürülebilir ve çevre dostu çözümlerin uygulanması da mümkün hâle gelmektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonu, enerji talep tahmini ve optimizasyonu gibi konular, YZ destekli sistemler sayesinde daha etkin bir şekilde yönetilebilmektedir. Örneğin, fotovoltaik ve rüzgar enerjisi sistemlerinde üretim tahmin modellerinin geliştirilmesi, xxiii enerji depolama sistemleri ile senkronize çalıştırılması ve talep yönetimi stratejilerinin optimize edilmesi gibi süreçler, YZ algoritmaları aracılığıyla daha verimli hale getirilebilmektedir. Sonuç olarak, YZ tabanlı diferansiyel koruma sistemleri, enerji sektöründe geleneksel yöntemlere kıyasla çok daha kapsamlı ve etkili çözümler sunmaktadır. Gelecekte bu teknolojilerin yaygınlaşması, enerji altyapılarının daha güvenilir, sürdürülebilir ve ekonomik bir yapıya kavuşmasını sağlayarak küresel enerji güvenliğine ve sürdürülebilirliğe önemli katkılar sunacaktır. Yapay zeka destekli sistemlerin enerji sektöründeki entegrasyonunun hızlanması, aynı zamanda akıllı şebekeler, mikro şebekeler ve dağıtık enerji kaynakları gibi yeni nesil enerji sistemlerinin gelişimine de ivme kazandıracaktır. Bu bağlamda, enerji sistemlerinin geleceğinde yapay zekanın oynayacağı rol giderek daha kritik bir hâl almaktadır.

Özet (Çeviri)

The safety and efficiency of energy systems have become one of the most critical priorities of modern electricity networks. Busbar differential protection systems have a vital role in terms of the reliability of energy systems. Conventional differential protection systems work by measuring current differences to detect anomalies on the busbar. However, these systems usually have fixed threshold values and limited data processing capabilities. Factors such as the increasing complexity of electricity grids and the integration of renewable energy sources are pushing the boundaries of traditional protection methods and require more dynamic, adaptive solutions. At this point, the doors of a new era are being opened for energy systems with the introduction of artificial intelligence technologies. Artificial intelligence-based systems are increasing the reliability and flexibility of energy systems by going beyond traditional methods. Using artificial intelligence, machine learning and deep learning algorithms, it can collect large amounts of data from energy systems and analyze this data quickly. This data is used to find out the normal operating conditions of the system and to detect abnormal situations. Unlike traditional protection systems, AI-based systems can not only detect current failures, but also predict potential failures that may occur in the future. This allows energy systems to be managed with a proactive approach and contributes to preventing failures before they occur. Real-time data analysis is one of the biggest advantages offered by artificial intelligence. While traditional systems offer a limited sensitivity because they are based on fixed threshold values, AI-based systems exhibit a more flexible structure thanks to algorithms that can be adapted to different operating conditions. Especially in large power plants and industrial plants, this flexibility is of critical importance both for improving reliability and minimizing energy outages. Artificial intelligence applications in bar differential protection systems bring with them many different capabilities. The first of these is that it provides a sensitivity that goes beyond traditional methods of anomaly detection. Artificial intelligence-based systems quickly detect deviations from the normal by learning the constantly changing dynamics of energy systems. For example, in the event of a short circuit or grounding failure occurring on the busbar, Artificial intelligence systems can provide a faster and more accurate response. This not only reduces the duration of power outages, but also prevents the spread of failures to other parts of the system. In addition, artificial intelligence systems can make predictions about how similar situations that may occur in the future by examining the fault records in the past. This kind of foresight ability makes a great contribution to long-term reliability planning in energy systems. For example, data from a failure experienced in the past at a substation can be used to predict new failures that may occur under similar conditions. This not xxvi only increases the security of the system, but also helps to plan maintenance activities more effectively. Artificial intelligence-based busbar protection systems offer significant advantages, especially in large power plants, industrial plants and substations. Some of these are: Precision and Speed, Artificial intelligence systems can detect failures faster and more accurately compared to traditional methods. This significantly reduces the duration of power outages. Adaptability, artificial intelligence algorithms that can be customized according to the needs of different substations increase the flexibility of the system. For example, in regions with high renewable energy penetration, artificial intelligence algorithms can work by taking into account these variable sources of production. Proactive management, artificial intelligence systems that can predict future failures by learning from historical data allow maintenance and repair processes to be planned more effectively. Efficiency increase, real-time data analysis and continuous learning ability increase the overall efficiency of energy systems. This allows both the reduction of operational costs and increases the security of energy supply. Artificial intelligence (AI) offers revolutionary innovations for bus differential protection systems, surpassing the limitations of traditional protection systems and maximizing the reliability and operational efficiency of energy systems. While conventional differential protection systems rely on specific fault detection methods, AI-based protection systems can adapt to dynamic and complex energy infrastructures, minimizing power outages and significantly enhancing system security. One of the most significant advantages of AI-supported protection systems is that they not only detect existing faults but also predict potential future faults, adopting a proactive protection approach. Through machine learning and deep learning algorithms, anomalies in the system are analyzed in real-time, allowing potential risk factors to be identified and possible outages to be prevented. This predictive maintenance approach enables more efficient and sustainable management of energy systems, thereby increasing system reliability and grid stability. AI-based protection systems can be integrated with big data analytics and digital twin technologies to create a more comprehensive protection mechanism. These systems can assess extraordinary situations in energy generation and distribution processes in real time, developing optimal protection strategies. With the increasing prevalence of smart grids, the innovative solutions provided by AI allow energy systems to acquire an adaptive and flexible structure. With advancements in AI technologies, not only fault detection and preventive maintenance but also the implementation of more sustainable and environmentally friendly solutions in energy management have become feasible. The integration of renewable energy sources, energy demand forecasting, and optimization are managed more effectively with AI-supported systems. For instance, the development of production forecasting models in photovoltaic and wind energy systems, synchronization with energy storage systems, and optimization of demand management strategies can all be achieved more efficiently through AI algorithms. In conclusion, AI-based differential protection systems provide much more comprehensive and effective solutions compared to traditional methods in the energy xxvii sector. The widespread adoption of these technologies in the future will enhance the reliability, sustainability, and economic efficiency of energy infrastructures, making significant contributions to global energy security and sustainability. The acceleration of AI-supported systems' integration into the energy sector will also drive the development of next-generation energy systems such as smart grids, microgrids, and distributed energy resources. In this context, the role of artificial intelligence in the future of energy systems is becoming increasingly critical.

Benzer Tezler

Tez No
857285
Dağıtılmış güç üretimi için solar fotovoltaik sistemin yapay zeka tabanlı hibrit kontrolü
Artificial intelligence based hybrid control of solar photovoltaic system for distributed power generation
UMAIR YOUNAS
Doktora
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Selçuk Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET AFŞİN KULAKSIZ
Tez No
691733
Management and control of distributed energy generation systems via artificial intelligence techniques
Dağıtık enerji üretim sistemlerinin yapay zeka teknikleri ile yönetim ve kontrolü
ALPER NABİ AKPOLAT
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Marmara Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET EMİN KUZUCUOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN DURSUN
Tez No
540778
Kalıcı mıknatıslı senkron generatörlü rüzgar türbinlerinin aşırı öğrenme makine tabanlı kontrolü
Extreme learning machine based control of wind turbine with permanent magnet synchronous generator
ŞEHMUS FİDAN
Doktora
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Fırat Üniversitesi
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CEBECİ
Tez No
506138
Yenilenebilir kaynak içeren güç sistemleri için optimum reaktif güç dağıtımını sağlayacak java tabanlı bir güç akışı analizörünün geliştirilmesi
Developing a java based power flow analyzer to provide optimum reactive power dispatch for power systems with renewable resources
SAJIA HAIDARY
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol Sakarya Üniversitesi
Bilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. METİN VARAN
Tez No
455651
Rüzgar-fotovoltaik hibrit güç sistemlerinin yapay sinir ağları ile kontrolü
Artificial neural networks for controlling wind-PV power systems
KERİM KARABACAK
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ege Üniversitesi
Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NUMAN SABİT ÇETİN

Geri Dön