Geliştirilmiş simbiyotik organizmalar arama algoritması kullanarak gerilim kaynaklı dönüştürücü içeren AA/DA güç sistemlerinin planlanması
Planning of voltage-source converter based AA/DA power systems with using improved symbiotic organisms search algorithm
Yazar: ONUR BATTAL
Danışman: PROF. DR. UĞUR GÜVENÇ
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Artan enerji talebi, yarı iletken teknolojisindeki gelişmeler ve yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik güç sistemlerine dâhil edilmesi, modern güç sistemlerinin oluşturulmasına temel olmuştur. Enerji talebinin sürdürülebilir, güvenli, ekonomik ve çevreye en az zararla karşılanması, bir güç sisteminden beklenen bir durumdur. Güç elektroniği alt yapıları içerisinde, Akım Kaynaklı Dönüştürücü (AKD) teknolojisinden, Gerilim Kaynaklı Dönüştürücü (GKD) teknolojisine geçiş ile birlikte, mevcut güç sistemlerinin verimli işletilebilmesi ve farklı özelliklere sahip elektrik şebekelerinin birbirlerine bağlanabilmeleri için, Yüksek Gerilimli Doğru Akım (YGDA) ile enerji iletimi uygulamaları da güç sistemlerinde yaygınlaşmaya başlamıştır. Uzak mesafelerde bulunan farklı enerji kaynaklarının bir arada işletildiği dağınık enerji konseptine geçiş ve güç elektroniği alt yapılarının elektrik şebekelerinde yer alması, modern güç sistemlerinin klasik yaklaşımlarla planlanıp işletilmesini zorlaştırmaktadır. Bu tez çalışmasında GKD temelli, Çok Terminalli Yüksek Gerilimli Doğru Akım (GKD-ÇTYGDA) şebekesi içeren hibrit AA/DA güç sistemlerinde Optimal Güç Akışı (OGA) ve Optimal Reaktif Güç Akışı (ORGA) problemleri çözümü için, yeni bir meta-sezgisel optimizasyon algoritması önerilmiştir. Önerilen algoritma, Simbiyotik Organizmalar Arama (Symbiotic Organisms Search - SOS) algoritmasının parazitizm operatörünün Rulet Uygunluk-Mesafe Dengesi (Roulette Fitness-Distance Balance - RFDB) seçim yöntemi kullanılarak tasarlanmasına dayanan, çeşitliliği parazit RFDB ile geliştirilmiş SOS (diversity improved SOS with Parazite RFDB: di-SOS) algoritması olarak adlandırılmıştır. Üç farklı varyantı tasarlanan di-SOS algoritmasının etkinliğini gösterebilmek amacıyla ilk karşılaştırma işlemi, CEC'2014 ve CEC'2017 test fonksiyonları kullanılarak, literatürde yer alan diğer 15 farklı meta-sezgisel algoritma ile yapılmıştır. Bu karşılaştırmada gerçekleştirilen problem çözümlerinde elde edilen sonuçlar ile yapılan parametrik olmayan Wilcoxon işaret testi ve Friedman testleri, di-SOS algoritmasının birinci varyantı olan di_1-SOS varyantının karşılaştırılan diğer algoritmalara göre daha başarılı olduğunu ortaya koymuştur. Son olarak önerilen algoritma, değiştirilmiş IEEE 14-baralı ve IEEE 30-baralı test sistemleri kullanılarak, hibrit AA/DA güç sistemlerinde OGA ve ORGA problemlerinin çözümü için uygulanmıştır. Alınan sonuçlar, di-SOS algoritmasının AA/DA güç sistemlerinin planlanmasında ve doğrusal olmayan, kısıtlı, karmaşık gerçek dünya mühendislik problemlerinin çözümünde etkili olduğunu doğrulamıştır.

Abstract:
Increased energy demand, developments in semiconductor technology and the inclusion of renewable energy sources in electrical power systems have been the basis for establishing of modern power systems. Meeting the energy demand in a sustainable, safe, economical manner and with the least damage to the environment is an expected situation from a power system. With the transition from Current Source Converter (CSC) technology to Voltage Source Converter (VSC) technology within the power electronics infrastructures, energy transmission applications with High Voltage Direct Current (HVDC) have also started to become widespread in the power systems for efficient operation of existing power systems and interconnection of electrical networks with different characteristics. The transition to distributed energy concept, where different energy sources at long distances are operated together, and the inclusion of power electronics infrastructures in electrical networks makes it difficult to planning and operating modern power systems with classical approaches. In this thesis, a new meta-heuristic optimization algorithm is proposed for solving Optimal Power Flow (OPF) and Optimal Reactive Power Flow (ORPF) problems in hybrid AC/DC power systems that contains VSC based Multi-Terminal High Voltage DC (VSC-MTHVDC) grid. The proposed algorithm based on the designing of Symbiotic Organisms Search (SOS) algorithm's parasitism operator by using Roulette Fitness-Distance Balance (RFDB) selection method and which is named as the diversity improved SOS with Parazite RFDB (di-SOS). In order to demonstrate the effectiveness of the di-SOS algorithm, which was designed in three different variants, the first comparison was made with 15 different meta-heuristic algorithms in the literature by using the CEC'2014 and CEC'2017 test functions. The non-parametric Wilcoxon sign test and Friedman test performed with the results obtained from problem solutions in first comparison revealed that the di_1-SOS variant, which is the first variant of the di-SOS algorithm, is more successful than the other compared algorithms. Finally, the proposed algorithm is applied to solve OPF and ORPF problems in hybrid AC/DC power systems using modified IEEE 14-bus and IEEE 30-bus test systems. The results confirmed that the di-SOS algorithm is effective in planning of AC/DA power systems solving and multi-objective, non-linear, constrained, complex real-world engineering problems.