Enerji sistemlerinde frekans ölçümü ve kontrolü
Frequency measurement and control in energy systems
Yazar: CENGİZ POLAT UZUNOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUKDEN UĞUR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Gelişen teknolojiye paralel olarak tüketici grubu ve çeşitliliğinin artış göstermesi, enerjiye olan talebi arttırmış, bu durum sonucunda enerji kalitesi ve enerji bozuklukları sistemin düzgün işleyebilmesi için önemli birer etken haline gelmişlerdir. İşletmede karşılaşılabilinecek sorunların azaltılabilmesi, öncelikle üretim ve tüketimin anlık ve devamlı olarak izlenmesi ve dengelenebilmesi ile mümkündür. Bu aşamada frekans, enerji sisteminin çok önemli bir parametresidir ve üretim-yük dengesizliği durumunda anma değerinden kolaylıkla sapabilir. Bu durum sonucunda kullanıcıya ulaşan enerji kalitesinde (düşük gerilimler, aydınlatmada dalgalanmalar, vb.) ve sistemde kullanılan cihazlarda (üretim, dağıtım veya yük) bozulmalar görülebilir ve daha da önemlisi enerji sisteminde geniş bir kitleyi etkileyecek şekilde çökme meydana gelebilir.Enerji sistemleri için frekans kontrolü ve kararlılığı hayatidir; dolayısıyla enerji sistemlerini korumak amacıyla daimi olarak frekans ölçümü ve kontrolü yapan çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Frekans kestiriminin doğruluğu şebeke işaretinin bozulma oranına bağlıdır. Bozulmuş şebeke işareti kaotik (ferrorezonans) veya kaotik olmayan (beyaz, harmonik vb.) gürültüler barındırabilir. Kaotik ferrorezonans aşırı gerilim ve akım değerlerine yol açabilen bozulmalardan biridir, dolayısıyla şebekenin güvenliğini ve düzenli çalışmasını tehlikeye atabilir. Gürültünün rasgele olma durumu ve kaosa yakınsaması frekans kestirimini zorlaştırır, bu nedenle önerilen yöntemlerin gürültüyü eleyerek frekans kestirimin etkinliğini arttırması beklenir.Çalışmanın birinci kısmında en çok tercih edilen frekans kestirim yöntemlerinin performans analizi irdelenmiştir. Daha sonra sırasıyla düzenlenmiş sıfır geçiş yöntemi, uyarlanabilir süzgeç kullanan sıfır geçiş yöntemi, düzenlenmiş genişletilmiş Kalman süzgeci ve bağımsız bileşen analizi yaklaşımları önerilmiştir. Enerji sistemindeki şebeke frekansının takibi gerçek zamanlı olarak ve düşük kestirim hatalarıyla daha etkili bir biçimde bu yöntemlerle gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Due to the increasing consumer variety and amount, energy demand has increased in accordance with the innovations in electrical energy technology. Power quality and power disturbances have become important factors for power system persistence. To reduce the operation problems of a power system, production and consumption must be matched and observed instantaneously and continuously. Frequency is an important operating parameter of a power system, which can easily deviate from its nominal value due to a generation-load mismatch. Off-nominal frequency can degrade the quality of the product being delivered to end users and it may damage equipment. Deviation from the nominal frequency could result in the collapse of the power system itself.Since the frequency control is vital in power systems, several frequency control algorithms to measure frequency at a power system bus have been developed. In a power system the accuracy of frequency detection strictly related to distortion strength of the system signal. Distorted system signal may contain chaotic (ferroresonance) and non-chaotic (gauss, pulse, harmonic etc.) noise. Chaotic ferroresonance is one of the disturbances, which may cause over voltages and over currents; hence it can endanger the system reliability and continuous safe operating. The chaotic and random characteristics of the power system signal noise may complicate frequency detection and estimation. Thus, the proposed methods should eliminate the noise and hence to improve the efficiency of frequency estimation.In the first part of the study, the performance analysis of the most preferred algorithms is discussed. Then modified zero crossing algorithm, zero crossing with adaptive filter, modified extended Kalman filter and independent component analysis methods are proposed as a new approaches respectively. Real time frequency tracking at a power system bus is fulfilled more accurately with these novel algorithms.