Güç sistemlerinde optimizasyon algoritmaları ile geliştirilen yeni bir harmonik ve araharmonik kestirim yöntemi ve genlik kestirim algoritmaları için genel bir başarım kriteri önerisi
A new power system harmonics and interharmonics estimation method based on optimization algorithms and a general performance criteria proposal for amplitude estimation algorithms
Yazar: ÇAĞRI ALTINTAŞI
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜL SALOR DURNA ; PROF. DR. UMUT ORGUNER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Cramer rao sınırları = Cramer rao frontiers ; Güç kalitesi = Power quality ; Harmonik analiz = Harmonic analysis

Özet:
Bu tez çalışması iki ana kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda güç sistemlerinde zamanla değişen harmonikleri ve ara-harmonikleri tahmin edebilmek için tasarlanan girdap algoritması üzerinde çalışılmıştır. Güç sistemlerinde zamanla değişen harmonikler ve araharmonikler elektrik ark ocakları (EAO) gibi doğrusal olmayan ve rastgele davranışlı yüklerden kaynaklanmaktadır ve bu da elektrik sistemlerindeki güç kalitesi sorunlarının nedenlerinden biridir. Önerilen algoritma, hem sentetik sinyaller hem de EAO tesislerini besleyen iletim sistemi transformatör merkezlerinden toplanan akım ve gerilim sinyalleri üzerinde test edilmiştir. Sonuçlar literatürde bildirilen diğer arama algoritması tabanlı yöntemlerle karşılaştırılmış ve girdap arama algoritmasının daha iyi tahmin performansı gösterdiği ve daha az hesaplama karmaşıklığına sahip olduğu ortaya konmuştur. Tez çalışmasının ikinci kısımda ise, harmoniklerin ve araharmoniklerin genlik kestirimindeki performans limitlerinin üzerinde durulmuştur. Harmonik ve araharmonik analizde kullanılan algoritmalardan bağımsız olarak doğru genlik kestirimi için gereken analiz penceresinin boyutu araştırılmıştır. Doğru kestirim konusundaki performans sınırları için Cramer-Rao alt sınırını (CRLB) kullanımı önerilmiştir. Genellikle sınırların asimptotik ifadeleri üzerinde yoğunlaşan mevcut literatürden farklı olarak, CRLB'lerin küçük pencere boyutları ve yakın frekans bileşenleri için davranışları özellikle incelenmiştir. CRLB analizinden elde edilen bilgilere göre uygun pencere boyutu ve genlik tahmininin yakınsama süresinin alt sınırı belirlenmiştir. Ortaya konan fikirler hem sentetik sinyaller hem de elektrik şebekesinden toplanan alan verileri üzerinde doğrulanmıştır.

Abstract:
This thesis study consists of two parts. First part consists of design of a vortex search algorithm to estimate the time-varying harmonics and interharmonics of the power system. Time-varying harmonics and interharmonics in the power system are caused by non-linear and stochastic loads such as electric arc furnaces (EAF), which are known as one of the main causes of power quality problems. The proposed algorithm is tested on both synthetic signals and field data obtained from transformer substations supplying EAF plants. The results are compared with other search algorithm based methods reported in the literature and it is shown that the vortex search algorithm showed better estimation performance and less computational complexity. In the second part, the performance limits of the amplitude estimation of harmonics and interharmonics are considered. Size of the analysis window required for accurate amplitude estimation, which is independent of the analysis method used, is investigated. The use of the Cramer-Rao Lower Bound (CRLB) is proposed for performance limits for accurate estimation. Unlike the existing literature, which generally concentrates on asymptotic expression of boundaries, particular attention is paid to the behavior of CRLBs for small window sizes and close frequency components. According to the information obtained from the CRLB analysis, the required window size and convergence time is determined. The accuracy of the ideas is demonstrated using both synthetic signals and field data collected from the electric grid.