Senkron generatör uyartım sisteminin kesir dereceli ekstremum arama kontrolü
Fractional order extremum seeking control of the synchronous generator exciter system
Yazar: EBRU ARVASİ
Danışman: DOÇ. DR. ÖZKAN ATAN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kesir dereceli ekstremum arama denetleyicinin; oransal-integral denetleyici ve klasik ekstremum arama denetleyiciye göre üstün kontrol performansı göstermesi araştırmacıların ilgisini çekmeye başlamıştır. Bu çalışmada, değişken yapı sistemlerine karşı, senkron generatör uyartım sistemi farklı kontrol yöntemleriyle denetlenerek kararlılık sınırı değişimi gerçek zamanlı simülasyon ile incelenmiştir.
İlk aşamada ekstremum arama denetleyici yöntemi üzerinde durulmuş ve denetleyici yapısını oluşturmak için kullanılan farklı yaklaşımlar açıklanmıştır. Literatürdeki farklı ekstremum arama denetleyici algoritma türleri; analog tabanlı ekstremum arama denetleyici ve sayısal optimizasyon tabanlı ekstremum arama denetleyici ana başlıkları altında incelenmiştir. Analog tabanlı ekstremum arama denetleyici ana başlığı altında yer alan, eğim tabanlı ekstremum arama denetleyici, kaydırma modu tabanlı ekstremum arama denetleyici ve bozucu sinyali tabanlı ekstremum arama denetleyici yöntemleri tanımlanmıştır. İkinci aşamada, kesir dereceli ekstremum arama denetleyici sistemini temsil eden matematiksel eşitlikler çıkarılmış ve denetleyicinin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Üçüncü aşamada senkron generatör yapısı incelenmiş ve elektriksel eşdeğer devresi aracılığıyla matematiksel modeli ortaya konulmuştur. Senkron generatörün mekanik, elektriksel ve dinamik eşitlikleri elde edildikten sonra durum-uzay eşitlik formunda ayrık zaman eşitliği çıkarılmıştır. Böylece senkron generatör, bir denetim algoritmasıyla kontrol sistemi için uygun olarak ifade edilmiştir. Bu bağlamda, ekstremum arama denetleyicinin senkron generatör uyartım sistemlerinde bir denetleyici olarak kullanılması için MATLAB/Simulink programı kullanılarak bir model geliştirilmiş ve simülasyon çalışması yapılmıştır. Dördüncü aşamada oransal ve integral denetleyici yöntemi ile simülasyon ortamında performansları incelenmiştir. Son olarak senkron generatörün oransal-integral kontrol, ekstremum arama denetleyici ve kesir dereceli ekstremum arama denetleyici yöntemleri kullanılarak uyartım denetleyici simülasyon sonuçları karşılaştırılmıştır.
Elde edilen teorik ve simülasyon çalışmalarına göre, ekstremum arama denetleyicinin senkron generatör uyartım sistemi kontrolü için oransal-integral ve kesir dereceli ekstremum arama denetleyiciden daha üstün performans sergilediği sonucuna varılmıştır. Ayrıca ekstremum arama denetleyicinin, bozucu etkilere karşı analizi yapılan diğer denetleyici yöntemlerinden daha hızlı yakınsama sağladığı, sistem çıkışında harmonikleri azaltılmış bu sayede toplam sistem kaybını önleyen ve sistem performansı iyileştirildiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Fractional extremum seeking controller; Its superior control performance compared to proportional and integral controller and classical extremum seeking controller has started to attract the attention of researchers. In this study, the synchronous generator excitation system is controlled by different control methods against variable structure systems and the stability limit change is investigated with real-time simulation.
In the first stage, the extremum seeking controller is emphasized and the different approaches used to create the controller structure are explained. Different types of extremum seeking controller algorithms in the literature; analogue based extremum seeking controller and numerical optimization based extremum seeking controller were examined under the main headings. Under the main heading of analog-based extremum seeking controller, slope-based extremum seeking controller, scroll mode-based extremum seeking controller and jamming signal based extremum seeking controller methods are defined. In the second stage, mathematical equations representing the fractional extremum seeking controller system are derived and the controller is simulated. In the third stage, the structure of the synchronous generator was examined and its mathematical model was presented through the electrical equivalent circuit. After obtaining the mechanical, electrical and dynamical equations of the synchronous generator, the discrete time equation in the form of state-space equation is derived. Thus, the synchronous generator is expressed as suitable for the control system with a control algorithm. In this context, a model has been developed and a simulation study has been carried out by using MATLAB/Simulink program to use the extremum seeking controller as a controller in synchronous generator excitation systems. In the fourth stage, their performance in the simulation environment was examined with the proportional and integral controller method. Finally, the excitation controller simulation results were compared using the proportional-integral controller, extremum seeking controller and fractional order extremum seeking controller methods of the synchronous generator.
According to the obtained theoretical and simulation studies, it was concluded that extremum seeking controller outperforms proportional-integral controller and fractional order extremum seeking controller for synchronous generator excitation system control. In addition, it was concluded that extremum seeking controller method provides faster convergence than other controller methods analyzed against disturbance effects, harmonics are reduced at the system output, thus preventing total system loss and improving system performance.