Güç sistemleri için arıza akım sınırlayıcı optimizasyonu
Fault current limiter optimization for power systems
- Tez No: 957596
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OKTAY ARIKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Bu tez çalışması kapsamında, modern güç sistemlerinde artan arıza akımlarının, güç sistemlerinde optimal arıza akım sınırlayıcı yerleşimi ve boyutlandırmasıyla etkin biçimde sınırlandırılması ile arıza akım sınırlayıcı kritik bileşenlerinin maruz kaldığı fiziksel etkilerin detaylı biçimde analiz edilmesine yönelik kapsamlı bir çalışma yürütülmüştür. Çalışmanın ilk aşamasında, bara arıza akımı seviyelerinin devre kesici sınırlarının altına indirilmesi amacıyla, arıza akım sınırlayıcıların sayısı, konumu ve empedans değerlerini optimize eden, farklı meta-sezgisel arama algoritmalarının entegre edilebildiği bir çatı algoritma geliştirilmiştir. Algoritmaya entegre edilen hassasiyet analizi ile aday lokasyon arama uzayı daraltılmış, çözüm verimliliği artırılmıştır. Sunulan yöntem IEEE 30 ve 118 Baralı test sistemlerinde uygulanmış, literatürdeki benzer çalışmalara kıyasla daha düşük maliyet ve yüksek etkinlik ile hedeflenen akım düzeylerine ulaşılmıştır. Sonrasında, dağıtık üretim birimlerinin arıza akımları üzerindeki olumsuz etkisini dikkate almak amacıyla, güç sistemlerindeki DÜ birimlerinin optimal yerleşim ve boyutlandırmasını hedefleyen bir çatı algoritma geliştirilmiştir. Oluşturulan çatı algoritmalar ile DÜ ve AAS optimizasyonu tek amaçlı optimizasyon çerçevesinde ardışık şekilde ve çok amaçlı optimizasyon çerçevesinde eş zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. DÜ ve AAS optimizasyonu sırasında, aktif güç kaybı, AAS yatırım maliyeti ve uzun vadeli ekonomik parametreleri dikkate alan alternatif senaryolar oluşturulmuştur. Uygulanan tüm senaryolarda, aktif güç kayıpları büyük oranda azaltılmış olup, arıza akımları AAS optimizasyonu ile kontrol altında tutulmuştur. Elde edilen sonuçlar senaryo bazlı değerlendirildiğinde, sistemlerinin teknik performans çıktıları ile birlikte ekonomik parametreleri de kapsayacak şekilde planlanmasının gerekliliğini göstermiştir. Optimizasyon çalışması sırasında, çatı algoritmalara; Genetik Algoritma, Gri Kurt Optimizasyonu ve Parçacık Sürüsü Optimizasyonu algoritmalarının tek amaçlı ve çok amaçlı entegre edilmiştir. Bu sayede, literatürde sıkça kullanılan meta-sezgisel arama algoritmalarının karşılaştırmalı performans analizleri gerçekleştirilebilmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında, etkinliği kanıtlanmış bir katı-hal arıza akım sınırlayıcı topolojisinde kritik bir bileşen olan endüktans elemanı hava çekirdekli reaktör olarak simülasyon ortamında modellenmiştir. Hava çekirdekli reaktörün arıza akım sınırlayıcı dahilindeki performansının dinamik analizi için sonlu elemanlar yöntemi tabanlı çok-fizikli simülasyon altyapısı geliştirilmiştir. Öncelikle, hava çekirdekli reaktörün tasarım parametreleri, kullanılan yüksek gerilim test sistemine göre optimize edilmiştir. Elde edilen yapı üzerinde, test sisteminin normal çalışması ve şebeke arızası durumları için, elektriksel ve ısıl analizler gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler ışığında, geleneksel bir güç sistemi ekipmanı olan hava çekirdekli reaktörlerin modern arıza akım sınırlayıcı topolojilerindeki kullanım potansiyeli ortaya konmuştur. Gerçekleştirilen tez çalışması ile dağıtık üretim ve arıza akım sınırlayıcı birimlerinin koordineli optimizasyonunu dikkate alan güç sistemi planlaması ve AAS kritik bileşenlerinin SEY tabanlı analizlerine yönelik yenilikçi yaklaşımlar sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a comprehensive study has been conducted on the effective limitation of increasing fault currents in modern power systems through optimal placement and sizing of fault current limiters, as well as on the detailed analysis of the physical effects experienced by critical components of fault current limiters. In the first phase of the study, a framework algorithm that optimizes the number, location, and impedance values of fault current limiters, which is capable of integrating various metaheuristic search algorithms, was developed to reduce bus fault current levels below circuit breaker ratings. By incorporating sensitivity analysis into the algorithm, the candidate location search space was narrowed, thus enhancing solution efficiency. The proposed method was implemented on IEEE 30- and 118-bus test systems, and it achieved target fault current levels at lower costs and higher effectiveness compared to similar studies in literature. Subsequently, to address the adverse effects of distributed generation units on fault currents, a framework algorithm targeting the optimal placement and sizing of DG units in power systems was developed. With these framework algorithms, the optimization of DG and FCL units was performed both sequentially within the scope of single-objective optimization and simultaneously within multi-objective optimization. During distributed generation and fault current limiter optimization, alternative scenarios were created considering active power loss, fault current limiter investment cost, and long-term economic parameters. In all scenarios, active power losses were significantly reduced, and fault currents were kept under control through fault current limiter optimization. Scenario-based evaluations of the results demonstrated the necessity of planning power systems by considering both technical performance outputs and economic parameters. Throughout the optimization process, Genetic Algorithm, Grey Wolf Optimizer, and Particle Swarm Optimization, both single- and multi-objective versions, were integrated into the framework algorithms, enabling comparative performance analyses of commonly used metaheuristic search algorithms in the literature. In the second phase of the thesis, the performance of the inductive element, a critical component in a proven solid-state FCL topology, was modeled as an air-core reactor in a simulation environment. For the dynamic performance analysis of the air-core reactor within the fault current limiter, a finite element method-based multi-physics simulation infrastructure was developed. Firstly, the design parameters of the air-core reactor were optimized according to the employed high-voltage test system. On the optimized structure, electrical and thermal analyses were conducted for both normal operation and fault conditions of the test system. Based on these analyses, the potential use of air-core reactors, which are conventional power system equipment, within modern fault current limiter topologies was demonstrated. Through the thesis, innovative approaches have been proposed for power system planning that considers the coordinated optimization of distributed generation and fault current limiter units, as well as for finite element method-based analysis of the critical components of fault current limiters.
Benzer Tezler
- Enerji iletim sistemlerinin facts elemanları kullanılarak şebeke gerilim ve frekans regülasyonu üzerine fizibilite analizi
Feasibility analysis of energy transmission systems on grid voltage and frequency regulation using facts elements
ERGİN KAYAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAMZA FEZA CARLAK
- Güç sistemlerinde süperiletken arıza akımı sınırlayıcı tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of superconductor fault current limiter in power systems
BUĞRA YILMAZ
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN TUNAY GENÇOĞLU
- Dağıtılmış üretim'e sahip elektrik dağıtım sistemlerinde, arıza akımı sınırlayıcılarının ve yerleşim yerlerinin etkilerinin incelenmesi
A study of the effects of fault current limiters and their location on power distribution system with distributed generation
GÖKHAN ÇAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- DC reaktör yapısındaki manyetik alanların farklı ağ koşulları altında incelenmesi ve yapının geliştirilmesi
Investigtion of magnetic fields in DC reactor structure under different network conditions and improvement of structure
KAMRAN GHORBANYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİM ACAR
- Süperiletken arıza akımı sınırlayıcıların incelenmesi ve elektrik iletim sistemlerinde kullanılabilirliğinin araştırılması
The investigation of superconductor fault current limiters and research of availability in electrical transmission systems
BUĞRA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHSİN TUNAY GENÇOĞLU