Lineer olmayan yükleri içeren enerji sistemlerinde harmonik kayıpların yapay sinir ağları ile analizi ve filtre maliyetlerinin kestirimi
Analysis o harmonics losses in power systems including non-linear loads with artificial neural network and estimating filter costs
Yazar: ASLAN İNAN
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÇAKIR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1999
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan yükler = Nonlinear loads ; Filtreler = Filters ; Harmonikler = Harmonics ; Maliyet analizi = Cost analysis ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks

Özet:
İdeal bir elektrik güç sisteminde enerjinin tek ve sabit frekanslı ve sabit genlikli belirlenmiş gerilim seviyelerinde olması istenir. Bununla beraber bu şartların hiçbiri pratikte tam olarak sağlanmaz. Gerilim ve frekans sapması problemi ve bunların kontrol altında tutma yöntemleri, modern güç sistem analizinin tartışma konusudur. Aslında dalga şekli bozulması yeni bir olay değildir. Bu probleme son zamanlarda (son yirmi yılda) artan ilgiyi, lineer olmayan gerilim-akım karakteristiklerine sahip olan eleman ve cihazların artan sayısı, artan uygulamaları ve artan güç değerleri oluşturmuştur. Bu çalışmanın birinci bölümünde genel bir girişten sonra önceki çalışmalar açıklanmıştır. İkinci bölümde Yapay Sinir Ağlan (YSA), eğitme algoritmaları ve öğrenme kuralları incelenmiştir. Bu bölümde YSA'nın güç sistemlerinde uygulamaları da sunulmuştur. Üçüncü bölümde harmonikler için genel matematiksel ifadeler ve kavramlar ile harmonik kaynaklar ve bu kaynakların etkileri verilmiştir. Dördüncü bölümde harmoniklerin yok edilmesi ve filtre (aktif ve pasif) tasannu açıklanmıştır. Beşinci bölümde ek harmonik kayıplar için bir prosedür ile hem aktif hem de pasif filtreler için maliyet fonksiyonlan çıkanlmıştır ve harmonik-maliyet analizi yapılmıştır. Sayısal uygulama bölümünde lineer olmayan yükleri içeren 8 baralı bir güç sistemi göz önüne alınmıştır. Bir simülasyon programı kullanılarak temel bileşen ve harmonik yük akışı yapıldıktan sonra ilk olarak harmonik kayıplar hesaplanmış ve daha sonra bu kayıplar değişen harmonik spektrum durumlan için YSA ile bulunmuştur. İkinci işlemde öngörülen bağıntılar (Bölüm 5) ve elde edilen bilgisayar sonuçlanın kullanarak alçak gerilim için ek harmonik kayıplann ve filtrelerin maliyetleri TL bazında hesaplanmıştır. Son olarak tüm sonuçlar irdelenmiştir. Simülasyon sonuçlan DIGSilent Güç Sistem Analiz Yazılımı ile elde edilmiştir. YSA için kullanılan C++ yazılımı EK'de verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Filtre maliyeti, harmonik kayıplar, non-lineer yük, YSA, öğrenme algoritması

Abstract:
In the electrical power system, energy is supplied at a single and constant frequency, and at specified voltage levels of constant magnitudes. However, none of these conditions are fulfilled in practice. The problem of voltage and frequency deviations, and the means of keeping them under control, is the subject matter of modern power system analysis. In fact the problem of the waveform distortion (especially due to harmonics) is not a new phenomenon. But the recent growing concern for this problem (for the last twenty years) results from the increasing numbers, applications and power rating of the equipment and devices which have non-linear voltage-current characteristics. In the first chapter of this thesis, after general introduction previous studies are explained. In the second chapter, artificial neural networks (ANN), training algorithms, learning rules are studied. In this chapter applications in power systems of ANN's are also presented. In the third chapter general mathematical expressions and concepts for harmonics, harmonic sources and effects of them are given. In the 4th chapter, the elimination of harmonics and filter (active and passive) design are explained. In the 5th chapter, a procedure for additional harmonics losses and cost functions for both passive and active filters are derived and harmonic-cost analysis is performed. In the numerical illustration an 8-bus power system including non-linear loads is considered. After fundamental and harmonic load flow is performed using a simulation program, firstly harmonic losses are computed and then these losses -for changing harmonic spectrum situations- are found by ANN. Secondly, using proposed expressions (in Chapter 5) and obtained computer results the cost of the additional harmonic losses and filter for low- voltage are computed in TL (Turkish Lira). The economic comparison of passive and active filters is given in table. Finally, the overall conclusions are discussed. Simulation results based on DIGSilent Power System Analysis Software. C++ software for ANN is given the Appendix. Keywords: Filter cost, harmonic losses, non-linear load, ANN, training algorithm