Genetik algoritma ile optimize edilmiş bulanık güç sistemi kararlı kılıcısının sistem kararlılığına etkisi
Effects of genetic algorithm optimized fuzzy logic power system stabilizer on system stability
Yazar: FATİH KÜÇÜKTEZCAN
Danışman: PROF. DR. AYŞEN DEMİRÖREN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık denetim algoritmaları = Fuzzy control algorithms

Özet:
Gelişen dünyada her geçen gün enerji ihtiyacının artması, elektrik enerjisi talebinin de sürekli artmasına neden olmaktadır. Bu durumda, elektrik enerjisinin belli standartlarda ve sürekli olarak tüketiciye sağlanması bir zorunluluk halini almıştır. Elektrik enerjisini, sabit gerilim ve frekans değerlerinde, kesintisiz olarak sağlamak ancak güç sistemlerinin kararlı çalışmasıyla mümkün olabilir.Bilindiği gibi güç sistemleri, elektrik enerjisi üretimi için senkron generatörlere bağımlıdır. Sistemin düzgün çalışması için gerekli koşul bütün senkron generatörlerin senkronizmada kalması ve çalışmaya devam etmesidir. Bu açıdan bakıldığında güç sistemlerinde kararlılık, senkron generatörlerin rotor açılarına bağlıdır.Sürekli artan enerji ihtiyacından dolayı enerji iletim hatlarının aşırı yüklemesi, iletim hatlarında meydana gelebilecek kısa devreler, enerji talebindeki ani değişimler, güç sisteminde sıkça karşılan ve sistemin açısal kararlılığını bozabilecek olaylardır. Bu olaylara rağmen kararlılığı sağlamak için güç sistemleri kontrol elemanları ile donatılır. Güç sisteminin kararlılığı, kullanılan kontrol elemanlarının verimli çalışmasına bağlıdır. Literatürde, güç sistemlerinde kullanılan kontrol elemanlarını geliştirme amaçlı birçok çalışma mevcuttur.Klasik Aristo mantığı kesin yargıları temel alır. Bulanık mantık belirsizlik içeren bir yapıya sahiptir. Belirsizlik, normal hayatta kullanılan hızlı, yavaş, soğuk, sıcak gibi dilsel değişkenler ile ifade edilir. Bu yönden çalışma şekli insanın düşünce tarzına benzer. Kesin matematiksel verilere ihtiyaç duymayan bulanık mantık, basit yapısıyla birçok uygulamada kullanılmıştır.Bulanık mantığın kullanıldığı bir dal da kontrol teorisidir. Günümüzde, bulanık mantığa dayalı akıllı kontrol elamanlarının, klasik kontrol tekniklerini temel alan kontrol elemanlarından daha verimli çalıştığı birçok uygulama mevcuttur. Yapıları gereği bulanık kontrolörlerin verimli çalışması, kural tabanına ve ölçekleme çarpanlarına bağlıdır. Bulanık kontrolörün performansını artırmak için kural tabanını ve ölçekleme çarpanlarını optimize etmek gerekir.Akademik çalışmalarda ve endüstride karşılaşılan birçok problem farklı optimizasyon yöntemleri ile çözülmeye çalışılmaktadır. Geleneksel yöntemler ancak belli şartları sağlayan problemlerin çözümünde kullanılabilirler. Örnek olarak, matematiksel modele sahip olmayan bir kontrolörün optimizasyonu geleneksel yöntemlerle gerçekleştirilemez. Ayrıca birden fazla yerel en iyi çözüme sahip problemlerde, geleneksel yöntemler çözüm yapıları gereği global en iyi çözüme ulaşamayabilirler. Evrim teorisine dayalı genetik algoritmalar geleneksel optimizasyon yöntemlerinde karşılaşılan bu sorunları ortadan kaldırmıştır. Bu sebeple akademik çalışmalarda ve endüstride oldukça fazla kullanılmaktadır.Bu çalışmanın amacı, ele alınan tek makina-sonsuz bara güç sisteminde rotor açısı kararlılığını, bulanık mantık teorisi kullanılarak tasarlanmış ve genetik algoritma ile iyileştirilmiş bulanık güç sistemi kararlı kılıcısı ile iyileştirmektir. Çalışmada, bulanık kararlı kılıcı ile rotor açısı kararlılığı iyileştirilirken, generatör uç geriliminde meydana gelen tepe değerleri yok etmek amacıyla güç sisteminin üretim barasına bir statik var kompanzatörü eklenmiştir. Bulanık kararlı kılıcı ve diğer kontrolörlerin optimizasyonu için kullanılan genetik algoritma Matlab programında yazılmıştır. Sistem ve kontrol elemanlarının matematiksel modelleri yine Matlab altında çalışan Simulink programına aktarılmış ve elde edilen benzetim sonuçlarına göre bulanık yapıdaki güç sistemi kararlı kılıcısının rotor açısı kararlılığı üzerine etkisi, klasik yapıdaki kararlı kılıcı ve diğer kontrol elemanlarıyla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Electric energy demand increases continuously because of increasing on energy consumption day by day in developing world. In this case, providing uninterrupted electric energy in certain standarts to consumers became necessary. Providing uninterrupted electric energy with constant voltage and frequency is possible only if power systems work stable.As known, power systems are devoted to synchronous generators for electric energy production. All synchronous generators must be kept in synchronism for proper system working. According to that, power system stability is related to rotor angles of synchronous generators.Overloaded transmission lines, faults and sudden changes in load are typical events in power systems which can disturb rotor angle stability. Despite of these disturbances to provide system stability, controllers are used in power systems. Stability of system depends on effectiveness of controllers. In literature, there are plenty of studies to enhance controllers used in power systems.Classic Aristo logic is based on certain statements. On the other hand, fuzzy logic structure includes indefiniteness which is expressed by linguistic variables used in daily life such as fast, slow, cold, hot etc.. Working progress of fuzzy logic is similar to human thinking. Fuzzy logic don?t deal with diffucult and certain mathematical statements. Because of its simple structure, fuzzy logic is used in many different applications.Fuzzy logic is also used in control theory. In present time, there are many applications where fuzzy logic based intelligent controllers work more effective than controllers based on classical control theory. According to their structures, effectiveness of fuzzy logic controllers depends on their rule table and also scale coefficients. So, their rule table and also scale coefficients can be optimized to improve performance of fuzzy logic controllers.Different optimization methods are used to solve problems appeared in industrial applications and surveys. Traditional methods can only be used for problems which include several conditions. For example, traditional methods can?t be used for optimization of controllers without mathematical models. Also, traditional methods may not reach global solution of problems with multi local optimums. Disadvantages of traditional methods are removed by evolutionary theory based genetic algorithms. So genetic algorithms are prefered in industrial cases and academic studies.Aim of this work is to improve rotor angle stability of one machine-infinite bus system, using fuzzy logic based and GA optimized power system stabilizer. While improving rotor angle stability by fuzzy power system stabilizer, static var compensator is installed to generation bus to prevent peak values of terminal voltage caused by fuzzy logic controller. Power system and all controllers are modeled by Matlab Simulink program. In addition, genetic algorithms which are used for optimization of all controllers are designed by Matlab. Simulation results are analyzed to make comparison between power system stabilizers in different structures and other controllers considering their effects on rotor angle stability.