Yapay arı kolonisi algoritması tabanlı kararlı güç sistemi dengeleyicisi tasarımı
Design of robust power system stabilizer based on artificial bee colony algorithm
Yazar: İBRAHİM EKE
Danışman: PROF. DR. M. CENGİZ TAPLAMACIOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güç sistemleri = Power systems ; Kararlı hal durumu = Stable state ; Kararlılık analizi = Stability analysis ; Senkron jeneratör = Synchronous generator ; Sezgisel algoritmalar = Heuristic algorithms ; Sürekli rejim analizi = Steady state analyis

Özet:
Bu tez çalışmasında tek makineli sonsuz güçlü baraya bağlı senkron jeneratörde oluşan salınımları sönümlemede kullanılan güç sistemi dengeleyicisinin parametrelerinin ayarlanması ile ilgili teknikler sunulmuştur. Güç sisteminin doğrusal olmayan modelinin belirli bir çalışma noktası için doğrusallaştırılması sağlanmıştır. Heffron-Phillips modeli temel alınarak güç sistemine eklenen güç sistemi dengeleyicisinin çeşitli girişler ile salınımları sönümlemede kullanılması gerçekleştirilmiştir. Son zamanlarda diferansiyel evrim ve parçacık sürüsü optimizasyonu gibi küresel optimizasyon teknikleri güç sistemi dengeleyicisi çalışmalarında uygulanmaya başlanmış olup mevcut çalışmada güç sistemi dengeleyicisi parametrelerinin en uygun seçimi için yeni bir öneri sunulmuştur. Temelde dayanıklı güç sistemi dengeleyicisi tasarımı çok değişkenli optimizasyon problemi gibi formülize edilip yapay arı koloni algoritması ile çözümü sağlanmıştır. Önerilen yapay arı kolonisi algoritması tabanlı güç sistemi dengeleyicisin geçerliliği çeşitli çalışma koşullarında tek makine güç sisteminde test edilmiş ve farklı bozucu girişlerle geçerliliği gösterilmiştir. Parametre ayarı kontrol sinyalinin bozunumlarında diferansiyel evrim, parçacık sürüsü optimizasyonu ve yapay arı koloni algoritması ile oturma zamanının ve aşım miktarının minimize edilmesi ile sağlanmıştır. Ayrıca aşım miktarının azalımı sönümlenin artmasına neden olmakla beraber sistemin hızlı cevap verme zamanı ile izin verilebilir aşım miktarı arasındaki durum optimize edilmiştir. Yapay arı kolonisi algoritma tabanlı güç sistemi dengeleyicisin sonsuz baraya bağlı senkron jeneratörün farklı çalışma koşulları altında iyi bir sönümleme gözlenmiştir. İlave olarak uygulanan yöntemin etkinliğini analiz etmek amacıyla DE ve PSO tabanlı güç sistemi dengeleyicileri ile karşılaştırılmıştır. Önerilen yöntemin salınımları sönümlemede daha hızlı cevaplar ürettiği gözlenmiştir. Önerilen kontrolör durağan ve farklı çalışma bölgesinde değişmeyen parametre değerleri ile salınımları sönümlemede daha başarılı olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis, the techniques for a generalized parameter tuning of power system stabilizer to damp the oscillatory modes of generator connected to a single machine infinite bus system is presented. A linear dynamic model is obtained by linearizing the nonlinear model for a power system around an operating point. On the basis of linearized Heffron-Phillips model, a PSS is installed to the power system. The damping function of the PSS with various alternative PSS control signals are investigated. The global optimization techniques such as differential evolution, particle swarm optimization have been applied for the optimization of PSS parameters. A new approach for the optimal design of PSS parameter is investigated and the problem of a robust PSS design is formulated as a multi objective optimization problem and Artificial Bee Colony Algorithm is used to solve it. The effectiveness of the proposed Artificial Bee Colony Algorithm based Power system stabilizers is tested on a single machine power system under different operating conditions and also results are demonstrated through several disturbances. The tuning scheme proposed in this study uses the Differential Evolution, Particle Swarm Optimization and Artificial Bee Colony technique that minimizes settling time and overshoot as well as the control signal violation. Minimizing the overshoot is equivalent to increasing system damping. Moreover a necessary compromise between swiftness of response and allowable overshoot is achieved. The robustness and avoiding conservatism in design, the maximum overshoot is selected to be the worst over wide range operation. It is found that designed robust controller, Artificial Bee Colony Algorithm based Power System Stabilizer provides better damping enhancement for various operating points of single machine system connected to an infinite bus. In addition, the applied method compared with the conventional PSS, the Differential Evolution based Power System Stabilizer and the Particle Swarm Optimization based Power System Stabilizer to analyze the effectiveness of the model. Where as, the proposed controller gains are static and one controller structure is able to damp out the oscillations for different operation points. The proposed method results showed better response behaviour to damp out the oscillations.