Güç sistemlerinde dinamik hat derecelendirmesinin analitik, sayısal ve deneysel yöntemlerle incelenmesi ve analizi
Investigation and analysis of dynamic line rating in power systems by analytical, numerical and experimental methods
- Tez No: 973935
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CELAL FADIL KUMRU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan küresel elektrik talebi ve eskiyen iletim altyapısının yol açtığı operasyonel zorluklar göz önüne alındığında, mevcut iletim hatlarının kapasitesini kapsamlı bir fiziksel genişleme yapmadan artırmak stratejik bir öncelik hâline gelmiştir. İletkenlerin akım taşıma kapasitelerinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi büyük önem taşımaktadır ve bu noktada Dinamik Hat Derecelendirme (DLR) sistemleri etkili bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. IEEE 738 ve CIGRÉ TB 601 gibi uluslararası standartlar, kapasite tahmini için yapılandırılmış ve güvenilir çerçeveler sunmaktadır. Bu çalışma, iletim iletkenlerinin farklı çalışma koşulları altındaki performansını değerlendirmeyi, IEEE 738 ve CIGRÉ TB 601 standartlarının tahmin yeteneklerini karşılaştırmayı ve DLR çerçevesinde tekli ve demet iletkenlerin termal davranışlarını incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışmanın temel amacı, iletim hattı kapasitesini değerlendirmek için daha hassas, esnek ve güvenilir bir yöntem geliştirmektir. Analitik, sayısal ve deneysel yöntemlerin birleşik bir yaklaşımı benimsenmiştir. COMSOL Multiphysic, Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), değişen çevresel faktörler, farklı geometrik konfigürasyonlar ve demetleme düzenlemeleri altında iletkenlerin termal ve elektriksel davranışlarını simüle etmek için kullanılmıştır. Simülasyonlar, rüzgar hızı ve yönü gibi zamanla değişen koşulları da dikkate alarak gerçekçi termal tepkileri yakalamayı hedeflemiştir. Ayrıca, IEEE 738 ile CIGRÉ TB 601 arasında, konvektif soğutma, güneş radyasyonu ile ısıtma ve iletken emisyonu gibi temel termal parametrelere odaklanan karşılaştırmalı analizler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada, tek ve ikili demet iletkenlerin rüzgar ve çevresel koşullar altındaki termal davranışı incelenmiştir. Deneyler, rüzgara bakan iletken yüzeylerinin daha etkin konvektif soğutma sağlarken, rüzgar altı yüzeylerin kısmen korunmuş ve daha yüksek sıcaklıklar gösterdiğini ortaya koymuştur. Tek iletken deneylerinde ortalama yüzey sıcaklığı 49,71 °C olarak ölçülmüş ve simülasyon ile analitik yöntemlerle (IEEE 738, CIGRÉ TB601) karşılaştırılmıştır; en yakın tahmin IEEE 738 tarafından sağlanmıştır. İkili demet iletkenlerde, rüzgar yönündeki iletkenin koruyucu etkisi nedeniyle rüzgar altı iletkenin yüzey sıcaklığı 52,08 °C olarak ölçülmüştür. Elde edilen bulgular, yüzey sıcaklıklarındaki eşit olmayan dağılımın rüzgar yönü, türbülans ve iletken konumlandırması gibi lokal faktörlerden kaynaklandığını ve iletken termal performansının değerlendirilmesinde bu etkilerin göz önünde bulundurulmasının önemini vurgulamaktadır. Simülasyon ve deneysel bulgular birleştirildiğinde, çalışma DLR yönteminin iletkenlerin akım taşıma kapasitesini geleneksel Statik Hat Derecelendirme (SLR) yöntemlerine kıyasla yaklaşık %10–35 daha yüksek değerlerle sağladığını göstermekte ve gerçek zamanlı çevresel verilerin kullanımının avantajlarını ortaya koymaktadır. DLR tahmin çalışmasında, meteorolojik veriler kullanılarak iletim hattı dinamik akım taşıma kapasitesi (DLR) CNN ve LSTM modelleri ile tahmin edilmiş; rüzgar hızı en belirleyici faktör olarak öne çıkmış, modeller temel eğilimleri doğru şekilde öngörmüş ve kısa vadeli dalgalanmaları başarılı biçimde filtrelemiştir. COMSOL tabanlı demet iletken simülasyonları, türbülans etkileri ve azalan konvektif soğutma nedeniyle aşağı akış iletkenlerinin yukarı akış iletkenlerine kıyasla sürekli olarak %3–5 daha yüksek sıcaklıklara ulaştığını göstermektedir. Bu termal fark, demet iletken konfigürasyonlarında DLR hesaplamalarının, doğru ve güvenilir akım taşıma kapasitesi değerlendirmesi için genellikle en yüksek termal zorlanmaya maruz kalan iletkene dayandırılmasının önemini vurgulamaktadır. Ayrıca, IEEE 738 ve CIGRÉ TB 601 standartlarının karşılaştırmalı değerlendirmesi, bu çerçevelerin dinamik çalışma koşullarında uygulanmasında konuma özgü ayarlamalara duyulan ihtiyacın altını çizmektedir.
Özet (Çeviri)
In light of the increasing global electricity demand and the operational challenges posed by aging transmission infrastructure, enhancing the capacity of existing transmission lines without extensive physical expansion has become a strategic priority. Accurately predicting the current-carrying capacity of conductors is of critical importance, and Dynamic Line Rating (DLR) systems have emerged as an effective solution. International standards such as IEEE 738 and CIGRÉ TB 601 provide structured and reliable frameworks for capacity estimation. This study aims to evaluate the performance of transmission conductors under various operating conditions, compare the predictive capabilities of the IEEE 738 and CIGRÉ TB 601 standards, and investigate the thermal behavior of single and bundled conductors within the DLR framework. The primary objective is to develop a more precise, flexible, and reliable methodology for assessing transmission line capacity. A combined approach integrating analytical, numerical, and experimental methods was adopted. COMSOL Multiphysics and the Finite Element Method (FEM) were employed to simulate the thermal and electrical behavior of conductors under varying environmental factors, different geometric configurations, and bundling arrangements. The simulations accounted for time-varying conditions such as wind speed and direction to capture realistic thermal responses. Additionally, comparative analyses between IEEE 738 and CIGRÉ TB 601 focused on key thermal parameters, including convective cooling, solar heating, and conductor emissivity. In the experimental study, the thermal behavior of single and double-bundled conductors under wind and environmental conditions was examined. Results indicated that windward surfaces experienced more effective convective cooling, whereas leeward surfaces were partially shielded and exhibited higher temperatures. In single-conductor experiments, the average surface temperature was measured as 49.71 °C and compared with simulation and analytical predictions (IEEE 738, CIGRÉ TB 601), with IEEE 738 providing the closest estimate. For double-bundled conductors, the protective effect of the windward conductor resulted in a leeward conductor surface temperature of 52.08 °C. These findings highlight that the unequal distribution of surface temperatures arises from local factors such as wind direction, turbulence, and conductor positioning, emphasizing the importance of considering these effects in assessing conductor thermal performance. When combining simulation and experimental results, the study demonstrates that the DLR approach yields conductor current-carrying capacities approximately 10–35% higher than traditional Static Line Rating (SLR) methods and illustrates the benefits of using real-time environmental data. In the DLR prediction study, meteorological data were employed to estimate transmission line dynamic current-carrying capacity using CNN and LSTM models; wind speed emerged as the most significant factor, and the models successfully captured the fundamental trends while effectively filtering short-term fluctuations. COMSOL-based simulations of bundled conductors showed that, due to turbulence effects and reduced convective cooling, downstream conductors consistently reached temperatures 3–5% higher than upstream conductors. This thermal difference underscores the importance of basing DLR calculations in bundled conductor configurations on the conductor experiencing the highest thermal stress to ensure accurate and reliable capacity assessment. Furthermore, the comparative evaluation of IEEE 738 and CIGRÉ TB 601 highlights the need for location-specific adjustments when applying these frameworks under dynamic operating conditions.
Benzer Tezler
- Güç sistemlerinde statik ve dinamik gerilim kararlılığı için UPFC–EDS etkilerinin incelenmesi
Investigation of UPFC–EDS effects for static and dynamic voltage stability in power systems
TUBA EMİNE BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KENAN DÖŞOĞLU
- İki senkron generatörlü dinamik güç sistemlerinde küçük işaret kararlılığının analizi
Small signal stability analysis of dynamic power system with two generators
BEYDA TAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET ÖZDEMİR
- Konvansiyonel ve mikro şebeke içeren güç sistemlerinde dinamik ekonomik yük ve emisyon dağıtımının sezgisel yöntemlerle analizi
Dynamic economic emission dispatch in power systems with and without microgrids by using heuristic algorithms
ESRA AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN TÜRKAY
- Güç sistemlerinde arıza analizi ve kararlılık iyileştirme: Şönt kompanzasyon, yük atma ve generatör entegrasyonu yaklaşımları
Fault analysis and stability improvement in power systems: Shunt compensation, load shedding, and generator integration approaches
AYLİN DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ÇİFCİ
- Elektrik güç sistemlerindeki anahtarlama olaylarının dinamik analizi ve harmonik bileşenlerin bu olaylar üzerindeki etkileri
Dynamic analysis of switching operations in electric power systems and influence of harmonic components on these operations
OKTAY ARIKAN
Doktora
Türkçe
2009
Mühendislik BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UZUNOĞLU
PROF. DR. CELAL KOCATEPE