Optimal coordination of protective relays in power system network using meta-heuristic methods
Meta-sezgisel yöntemler kullanılarak güç sistemi ağındaki koruyucu rölelerin optimal koordinasyonu
- Tez No: 960145
- Danışmanlar: PROF. DR. ASLAN İNAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Dağıtık Üretim (DÜ) ve yenilenebilir enerji kaynaklarının entegrasyonuyla yönlendirilen elektrik dağıtım sistemlerinin hızlı evrimi, yönlü aşırı akım rölelerinin koordinasyonunda ve korunmasında önemli zorluklar ortaya koymuştur. Genellikle sabit veya tek ayarlı konfigürasyonlarla sınırlı olan geleneksel koruma şemaları, modern güç sistemlerinin karmaşıklığını, örneğin arıza yeri değişkenliğini, çift yönlü güç akışını ve DÜ çıkışlarındaki belirsizliklerin üstesinden gelmekte zorlanmaktadır. Bu tez, gelişmiş optimizasyon algoritmaları, makine öğrenmesi teknikleri ve belirsizlik modellemesinden yararlanarak bu sınırlamaların üstesinden gelen uyarlanabilir YAR koordinasyonu için yenilikçi bir çerçeve sunmaktadır. Önerilen araştırma, radyal, radyal olmayan ve DÜ entegre ağlarda hassas röle koordinasyonuna ulaşmak için hibrit Genetik Algoritma-Sıralı Kuadratik Programlama (GA-SQP), Karınca Aslanı Optimizasyonu (KAO) ve Bulanık Monte Carlo simülasyonu dahil olmak üzere yeni metodolojileri entegre etmektedir. Çerçeve, hem ileri hem de ters yönler için zaman ve devreye alma ayarlarını içeren çift ayarlı YAR'lar ile Thevenin eşdeğer empedansına dayalı uyarlanabilir özellikler sunmaktadır. İletişim bağımlılıklarını, hesaplama yüklerini ve statik röle ayarlarını ele alarak, önerilen şemalar, kapsamlı bir altyapıya güvenmeden sorunsuz gerçek zamanlı koordinasyon ve gelişmiş sistem güvenilirliği sağlar. Önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında, bu tez kritik araştırma boşluklarını kapatarak: (1) değişen arıza yerlerinde röle çalışma sürelerini en aza indirir, (2) DÜ çıkışlarındaki ve yük taleplerindeki belirsizliklere karşı direnci artırır, (3) merkezi iletişim sistemlerine olan bağımlılığı ortadan kaldırır ve (4) dinamik ve belirsiz ortamlarda sağlam koruma sağlar. IEEE standart test sistemlerinde yapılan doğrulama, çeşitli çalışma koşullarında toplam çalışma süresi, koordinasyon verimliliği ve arıza yanıtında önemli iyileşmeler göstermektedir. Bulgular, modern dağıtım ağları için ölçeklenebilir, uyarlanabilir ve hesaplama açısından verimli bir çözüm sunarak güç sistemi korumasının ilerlemesine katkıda bulunmaktadır. Bu çalışma, güç şebekesi güvenilirliği ve güvenliğindeki ortaya çıkan zorlukları ele almak için optimizasyon, makine öğrenmesi ve olasılıksal yaklaşımların entegre edilmesinin önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
The rapid evolution of power distribution systems, driven by the integration of Distributed Generation (DG) and renewable energy sources, has introduced significant challenges in the coordination and protection of directional overcurrent relays (DOCRs). Conventional protection schemes, often limited to fixed or single-setting configurations, struggle to address the complexities of modern power systems, such as fault location variability, bidirectional power flow, and uncertainties in DG outputs. This thesis presents an innovative framework for adaptive DOCR coordination that overcomes these limitations by leveraging advanced optimization algorithms, machine learning techniques, and uncertainty modeling. The proposed research integrates novel methodologies, including hybrid Genetic Algorithm-Sequential Quadratic Programming (GA-SQP), Ant Lion Optimizer (ALO), and Fuzzy Monte Carlo simulation, to achieve precise relay coordination in radial, non-radial, and DG-integrated networks. The framework introduces dual-setting DOCRs, incorporating time and pickup settings for both forward and reverse directions, alongside adaptive characteristics based on Thevenin equivalent impedance. By addressing communication dependencies, computational burdens, and static relay settings, the proposed schemes enable seamless real-time coordination and enhanced system reliability without relying on extensive infrastructure. Compared to prior studies, this thesis bridges critical research gaps by: (1) minimizing relay operating times across varying fault locations, (2) enhancing resilience against uncertainties in DG outputs and load demands, (3) eliminating reliance on centralized communication systems, and (4) ensuring robust protection in dynamic and uncertain environments. Validation on IEEE standard test systems demonstrates significant improvements in total operating time, coordination efficiency, and fault response under diverse operating conditions. The findings contribute to the advancement of power system protection, offering a scalable, adaptive, and computationally efficient solution for modern distribution networks. This work underscores the importance of integrating optimization, machine learning, and probabilistic approaches to address emerging challenges in power network reliability and security.
Benzer Tezler
- Elektrik dağıtım sistemlerinde adaptif koruma
Adaptive protection for electrical distribution systems
ANIL ÇAĞLAR DOĞANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. ÖMER GÜL
- Bilgisayar destekli enerji yönetim sistemleri ve kontrol merkezleri
Computer based energy management system and control centres
METİN İZGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF. DR. NESRİN TARKAN
- Enerji sistemlerinde siber güvenlik
Cybersecurity in power systems
ABDULVEHHAB AĞIN
Doktora
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEN DEMİRÖREN
- Orta gerilim şebekelerinde toprak arızası için koruma karardestek sistemi geliştirilmesi
Devoloping protection decision support system for earth faults in medium voltage networks
MERT BEKİR ATSEVER
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HAKAN HOCAOĞLU
- Environmental and economic assessment of zero waste management
Sıfır atık yönetiminin çevresel ve ekonomik sonuçlarının değerlendirilmesi
KADRİYE ELİF MAÇİN
Doktora
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
DOÇ. DR. ANDERS DAMGAARD