Senkron generatör uyarma devresinin bulanık mantıkla denetimi
A fuzzy logic based controller for the excitation of a synchronous generator
Yazar: MEHMET KUBİLAY EKER
Danışman: DOÇ.DR. İSMAİL ALTAŞ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güç sistemlerinin kararlılığı sürekli olarak güncelliğini koruyan bir problem olmuş, bu konuda çalışan araştırmacıları daha iyi ve daha güvenli denetleyiciler tasarlamaya yöneltmiştir. Teknolojideki gelişmelere paralel olarak, güç sistemlerinin denetiminde kullanılan denetleyici türlerine yenileri eklenmiştir. Bu yeni denetleyici türlerinden bulanık mantık ve yapay sinir ağı tabanlı olanları araştırmacıların ve güç sistemi denetimi ile uğraşan uygulayıcıların dikkatini çeken bir hızla uygulamada yer bulmaktadır. Bu çalışmada, güç sistemlerinin temel elemanlarından biri olan senkron generatörün dq eksen sisteminde modellemesi yapılmış ve elde edilen bu model, senkron generator uyarma devresinin denetim simülasyonunda kullanılmıştır. IEEE tarafından önerilen indirgenmiş ve doğrusallaştırılmış düşük dereceli uyarma devresi modelleri yerine dq eksen dönüşümüne dayalı modelleme kullanılarak güç sistemi parametrelerinin etkilerini daha çok dikkate alan simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Şebekeye bağlı senkron generatörlerin çalışma durumları iki farklı kategoride ele alınabilir. Bunlardan birincisi daha çok şebeke gerilimini etkileyebilen büyük güçlü senkron generatörleri, ikincisi ise şebeke gerilimini etkileyemeyen küçük güçlü senkron generatörleri kapsamaktadır. Birinci kategoride yer alan senkron generatörün değişebilen uç gerilimini kontrol edebilmek için laboratuvar ortamında küçük güçlü bir senkron generator şebekeye bağlanmadan bağımsız yükleri beslemek üzere kullanılmış ve gerekli denetim, 3 fazlı direnç yük ile 3 fazlı asenkron motor yüklerini ayrı ayrı ve birlikte besleyecek şekilde hem klasik PID hem de bulanık mantık tabanlı denetleyici ile gerçekleştirilmiştir. Uç gerilimi şebeke ile aynı kalan, buna karşılık uyarmanın etkisiyle tepkin gücü daha çok etkilenen ikinci kategorideki generator çalışma durumu ise hem PID hem de bulanık mantıkla denetlenecek şekilde simülasyonu yapılarak incelenmiştir. Deneysel çalışma esnasında, gerçek sistem ile bilgisayar arasındaki veri aktarımı için 100 kHz örnekleme frekansına sahip 12 bit lik PCL-818 veri aktarım kartı kullanılmıştır. Yapılan deneysel ve benzetim çalışmalarına ilişkin sonuçlar incelenerek klasik PID ve bulanık denetimin başarımları, üstünlük ve zaafları değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Senkron Generator, Uyarma Devresi Denetimi, Güç Katsayısı Denetimi, Bulanık Mantık Tabanlı Denetim, PID Denetim V

Abstract:
A Fuzzy Logic Based Controller for the Excitation of a Synchronous Generator Power system stability problems have been the subject of continuing research for years. New types of controllers have been designed and utilized in power systems for better solutions. Among those, fuzzy logic (FL) and artificial neural network based controllers have been getting an increasing interest from the power system researchers. In this study, a mathematical model for the synchronous generator has been derived using dq axis transformation methods, and used in simulation process of excitation system. hi order to include effects of the machine parameters in simulation, a dq axis transformation based model is preferred instead of reduced and linearized small signal models suggested by IEEE. The operating conditions of a utility connected synchronous generator can be separated into two categories. The first one includes large generators that affects the bus voltage, which is required to be controlled. The second one includes small size generators that do not have any effect on the bus voltage but the reactive power. To control the bus voltage of the generator in the first category, a laboratory prototype experimental model has been established such that a small generator is connected to a load bus, consisting of a three-phase resistor and a three-phase induction motor as the loads, instead of the utility in order not to have a fixed terminal voltage. The terminal voltage control for the first type operating mode is obtained by applying both PID and FL based controller for both load types. Only the simulation part has been done for the second operating mode where the synchronous generator has a fixed terminal voltage, which is equal to the utility bus voltage. The simulation is done using both PID and FL controller for this case, as well. The controllers in experimental parts of this study are digitally implemented using a personal computer and a 12 bit PCL 818 data acquisition card with a speed rate of 100 kS/s. The performances, advantages, and disadvantages of PID and FL controllers are compared for this study. Key Words: Synchronous Generator, Excitation Control, Power-Factor Control, Fuzzy Logic Control, PID Control VI