Güç sistemi sinyalleri üzerinde yeni frekans ve zaman - frekans analizi yaklaşımlarının geliştirilmesi ve döngü içinde donanım ortamında uygulanması
Development of new frequency and time-frequency analysis approaches on power system signals and their implementation on hardware-in-the-loop framework
Yazar: ERHAN SEZGİN
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜL SALOR DURNA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması iki kısımdan oluşmaktadır. Temelde frekans ve zaman - frekans analizi
başlıklarında değerlendirilebilecek iki yöntem, güç sistemi sinyallerinin harmonik ve
araharmonik bileşenlerinin gerçek zamanlı olarak hesaplanması için geliştirilmiştir.
Zamanda geniş pencereler kullanılarak gerçekleştirilen harmonik ve araharmonik analizi
işlemlerinde Ayrık Fourier Dönüşümü zamanda lokalizasyon sağlayamadığı için tek başına
yeterli olmamaktadır. Güç kalitesi standartlarınca bu durumun üstesinden gelmek amacıyla
harmonik grup/altgrup yaklaşımlarının kullanımı önerilmektedir. Bu problemin aşılması için
tez kapsamında Ayrık Dalgacık Dönüşümü yöntemi incelenmiş ve bu yöntemde kullanılan
filtre yanıtlarının ideal olmaması sebebiyle Ayrık Dalgacık Dönüşümü'nün Karmaşık Üstel
Genlik Modülasyonu ile birlikte kullanımına dayanan hibrit bir çözüm önerilmiştir. Ayrık
Dalgacık Dönüşümü ile incelenen sinyalin frekans bantları belirli ve sınırlı bir şekilde
ayrıştırılabilmekte iken önerilen hibrit çözüm ile istenen herhangi bir frekans bandına ait
bilginin elde edilmesi mümkün olmaktadır. Durağan koşullarda Ayrık Fourier Dönüşümü'ne
eşdeğer performans sağlayan hibrit çözümün durağan olmayan koşullarda harmonik altgrup
yaklaşımı ile elde edilen standart yöntemden daha iyi sonuçlar verdiği ortaya konmuştur.
Öte yandan pencerelemeden kaynaklı ekstra gecikmeleri önlemek amacı ile örnek tabanlı
çalışan harmonik analizi yöntemleri incelenmiş ve Karmaşık Üstel Genlik Modülasyonunun
hesaplama işlem yükü düşük kayan ortalama filtreleri ile birlikte kullanımına dayalı, anlık
frekans değişimlerine duyarlı ve kararlı bir harmonik analizi yöntemi geliştirilmiştir.
Önerilen yöntemler literatürde kullanılan yaklaşımlar ile karşılaştırılmış ve gerçek frekans
kestirimleri hesaba katılarak zaman ya da frekans uzayında interpolasyon yapılmaksızın,
harmonik bileşenler rekabetçi bir şekilde hesaplanmıştır. Her iki yöntem de Döngü İçinde
Donanım tabanlı çalışan gömülü kontrolörler üzerinde gerçek zamanlı olarak uygulanmış ve
farklı veri işleme frekansları için optimize edilmiştir.

Abstract:
This thesis consists two parts. Two methods, which can be evaluated as frequency and time
- frequency analysis approaches basically, are developed to calculate harmonics and
interharmonics of power system signals in real time. Discrete Fourier Transform by itself is
not sufficient in harmonic and interharmonic analysis, where wide windows are employed,
as it cannot supply time localization. Therefore, use of harmonic group/subgroup approaches
is recommended by power quality standards. To overcome this problem Discrete Wavelet
Transform method is investigated and a hybrid solution that combines Complex Exponential
Amplitude Modulation with Discrete Wavelet Transform is proposed because of non-ideal
responses of filter banks used. While frequency bands of the analyzed signal are decomposed
in a specific and limited manner in Discrete Wavelet Transform, using proposed hybrid
method any frequency band desired is possible to be obtained. It is proved that in stationary
conditions hybrid method shows equivalent performance with Discrete Fourier Transform,
besides, in nonstationary conditions the method shows better performance than harmonic
subgroup approach obtained by standard method. On the other hand, to prevent extra delays
based on windowing, sample based harmonic analysis methods are investigated and a
frequency analysis method based on using Complex Exponential Amplitude Modulation
with computationally efficient moving average filters is improved which is sensitive to
instantaneous frequency changes and stable. Proposed methods are compared with the
methods proposed in literature and regarding actual instantaneous frequency estimations in
calculations, harmonic components are calculated without time or frequency domain
approaches competitively. Both of the methods are implemented real time on Hardware In
the Loop based embedded controllers and optimized for different data processing rates.