Zaman gecikmeli jeneratör uyartım kontrol sisteminin gürbüz kararlılık analizi
Robust stability analysis of time-delayed generator excitation control system
Yazar: OSMAN ÖZGÜR GÜRŞAHBAZ
Danışman: PROF. DR. SAFFET AYASUN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Gürbüz kararlılık = Robust stability

Özet:
Günümüzde elektrik güç sistemlerinin kullanımı ve güç üretim çeşitliliği hızla artmaktadır. Bunun sonucunda üretilen ve talep edilen yük miktarı arasında dengesizlikler meydana gelebilmektedir. Bu durum jeneratör terminal gerilimlerinin ve frekanslarının istenen seviyelerden uzaklaşmasına sebep olmaktadır. Elektrik güç sistemlerinde jeneratör terminal gerilimini istenen seviyelerde tutabilmek için kontrol sistemleri kullanılmaktadır. Jeneratör uyartım kontrol sistemi uygulamaları bu sebeple güç sistemlerinde yer almaktadır. Terminal gerilimindeki değişmelere hızlı bir şekilde düzeltici tepki verilmesi gerekmektedir. Kontrol sistemleri bu işlemleri yaparken haberleşme ihtiyacı duymaktadır ve bu haberleşmeler sebebiyle sistemlerde zaman gecikmeleri meydana gelmektedir. Zaman gecikmeleri sebebiyle sistemin ideal çalışmasını sağlayabilecek kontrolör değerleri değişebilmektedir. Bu çalışmanın amacı zaman gecikmeli jeneratör uyartım kontrol sistemi için sistem parametrelerinde belirsizlikler olması durumunda Kharitonov Teoremi ile sistem kararlılığını garanti edecek kontrolör kazançlarından oluşan gürbüz kararlılık bölgelerinin analitik olarak elde edilmesidir. Kharitonov Teoremi, katsayılarında belirsizlikler bulunan polinomların kararlılığını analiz eden bir yöntemdir. Uyartım sisteminin gürbüz kararlı olması için sistemin karakteristik denkleminden elde edilen dört adet polinomun kararlı olması gerekmektedir. Bu çalışmada, Kararlılık Sınır Eğrisi (KSE) yöntemi ve Kharitonov Teoremi birlikte kullanılarak gürbüz kararlılık bölgeleri analitik olarak elde edilmiştir. Zaman gecikmesi ve belirsizlik oranlarının gürbüz kararlılık bölgesine etkileri ayrı ayrı incelenmiş ve arttıkları durumda gürbüz kararlılık bölgesinin küçüldüğü gözlemlenmiştir. Son olarak, elde edilen bölgelerin doğruluğu ve sistemin gürbüz kararlı olduğu zaman düzleminde yapılan benzetim çalışmaları ile gösterilmiştir.

Abstract:
The use of electrical power systems and the variety of power generation are increasing rapidly nowadays. As a result of that, imbalances may occur between the amount of load produced and demanded. This situation causes generator terminal voltages and frequencies to move away from the desired levels. Control systems are used in electrical power systems in order to keep generator terminal voltage at desired levels. Generator excitation control systems are therefore included in power systems. Rapid corrective responses should be given to the changes in terminal voltage. Control systems need communication while performing these operations and it results in time delays in the system. Due to time delays, the controller values that can ensure the ideal operation of system may change. The aim of this study is to analytically obtain robust stability regions which consists of controller gains that will guarantee system stability in case of uncertainties in system parameters for a time-delayed generator excitation control system, by using Kharitonov Theorem. The Kharitonov Theorem is a method that analyzes the stability of polynomials with uncertainties in their coefficients.  For the excitation control system to be robustly stable, the four polynomials obtained from the characteristic equation of the system must be stable. In this study, robust stability regions were obtained analytically by using Stability Boundary Locus (SBL) method and Kharitonov Theorem together. The effects of time delay and uncertainty ratios on the robust stability region were examined separately and it was observed that the robust stability region shrinks as delay and uncertainties increase. Finally, the accuracy of stability regions and the robust stability of the system are demonstrated by simulation studies in the time domain.