Reaktif güç kompanzasyonu eğitimi için sanal bir laboratuvarın oluşturulması
A virtual laboratory for education on reactive power compensation
Yazar: ALİ OSMAN GÖKCAN
Danışman: DOÇ. DR. RESUL ÇÖTELİ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüzde enerjiye olan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Buna karşılık enerjinin elde edildiği fosil kaynaklar giderek azalmaktadır. Bu nedenle var olan enerjiyi mümkün olduğu kadar yüksek verimle kullanmak gerekmektedir. Elektrik enerjisi ihtiyacının karşılanması konusunda var olan sistemlerin daha verimli kullanılabilmesi için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmaların başında reaktif güç kompanzasyonu gelmektedir.
Reaktif güç iletim hatlarında kayıpları arttırır, hattın güç iletim kapasitesini azaltır ve hat sonundaki gerilimin genliğinde büyük değişmelere sebep olur. Bu nedenle AC güç sistemlerinde iletilebilir gücü arttırmak ve kayıpları azaltmak için reaktif güç kompanzasyonu yapmak gerekmektedir. Ayrıca, uzun iletim hatlarındaki aşırı gerilim dalgalanmaları, hattın belli noktalarında güç akış kontrolörleri ile kompanzasyon yaparak kontrol edilmektedir. Uzun süreden beri geleneksel kondansatör ve reaktör grupları ile kompanzasyon yapılsa da bu sistemlerin en büyük dezavantajı sistemde oluşan değişmelere hızlı cevap verememeleridir. Bu nedenle iletim sistemlerinin hızlı kompanzasyon ihtiyacına cevap verebilen güç elektroniği elemanları tercih edilmeye başlanmıştır. FACTS (FlexibleAlternatingCurrentTransmissionSystems, Esnek Alternatif Akım İletim Sistemleri)  olarak adlandırılan bu aygıtlar geleneksel kompanzasyon sistemlerine göre çok daha esnek ve kontrol edilebilirdir. 1980'li yıllarda ortaya atılmış olan FACTS kavramı yeni bir kavram olduğundan, laboratuvar ortamlarında uygulama imkânı olmadığından ve bu alanda hazırlanmış eğitim materyali yetersizliğinden dolayı lisans düzeyindeki öğrenciler tarafından yeterince bilinmemektedir. 
Teknik hesaplar için yüksek seviyeli programlama dili niteliğindeki Matlab (MatrixLaboratory) programı mühendislik alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Kontrol sistemleri, güç sistemleri, havacılık, otomotiv,  savunma alanı ve bilimsel hesaplamaların olduğu birçok alanda kullanılabileceği gibi diğer programlama dillerinde fazla sayıda işlem ile yapılan problem çözümleri Matlab ile daha kısa şekilde çözülebilmektedir. Ayrıca birçok araç kutusu içermektedir. Matlab'ın grafiksel kullanıcı arayüzü olan Matlab GUI (Graphical User Interface) de bu araçlardan bir tanesidir. İçerdiği nesneler ve nesnelerin kullanım kolaylığı, diğer Matlab araçlarıyla ilişkilendirilebilmesi ve esnek yapısı sayesinde her türlü arayüz çalışmasında kullanılabilecek bir araçtır. 
Bu çalışmada, enerji sistemleri ve elektrik-elektronik mühendisliğinin önemli bir konusu olan reaktif güç kompanzasyonu ile ilgili Matlab tabanlı arayüz (GUI) kullanılarak sanal bir laboratuvar oluşturulmuştur. Kompanzasyon ile ilgili sistemleri öğrenip test etmek için kullanılan yazılımların öğrenilmesi ve uygulaması hem zaman kaybına neden olmakta hem de asıl amaçtan uzaklaşılmasına neden olmaktadır. Bu amaçla Matlab GUI ile hazırlanan arayüz ve bu arayüzden erişilebilen Simulink uygulamaları, kullanıcıların çok iyi bir matematik, güç elektroniği ve programlama bilgisine ihtiyaç duymadan, kompanzasyon eğitimine imkân sağlamıştır.


Anahtar Kelimeler: Matlab, GUI, Simulink, Reaktif Güç, Kompanzasyon, FACTS, STATCOM, D-STATCOM, SVC, SSSC, TCSC, UPFC, Sanal Laboratuvar.

Abstract:
Today, need for energy has been increasing. On the other hand, main energy resources such as fossil fuels have been decreased. For this reason, we need to use energy use as efficiently as possible. Many works have been carried out to increase efficient usage of electric energy. Reactive Power Compensation is one main topic of these works. 
Reactive power increases the losses and decreases the transmission capacity of transmission lines and takes place significant changes in voltage amplitude at the end of the line. The reactive power compensation is required to increase transmittable power in AC systems and to reduce losses. Besides, excessive voltage fluctuations in long transmission lines should be controlled by power transmission controllers at certain points of line. Although compensation has been carried out with conventional condenser and reactor systems for decades, main disadvantage of these systems is their lack of responsiveness to the changes in the system. Thus, in order to satisfy transmission lines' need for quick compensation, suitable power electronics equipment has started to be used. Such equipments named FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) are much more flexible and controllable with respect to conventional compensation systems. Undergrad students are not familiar with FACTS concept, first started to emerge in 1980's, because it is relatively new and it does not have any lab applications and educational materials. 
Matlab (Matrix Laboratory), a high degree programming language for technical calculations, has been in use widely in engineering fields. It is not only used in control systems, power systems, aviation, automotive, defense industry and scientific calculations, but it gives efficient solutions in short time to the problems requiring numerous iterations in other programming languages. It also includes many tools. Matlab GUI (Graphical User Interface) is one of these tools. Matlab GUI is a very flexible tool that can be used in many interface based works with its user friendly objects and easy associating capability with other tools.  
In this study, a virtual laboratory is formed by using Matlab GUI for education of reactive power compensation which is a very important subject of Energy Systems and Electric-Electronic Engineering. Learning and using of current education and testing softwares for compensation systems causes time loss and makes one to deviate from the main purpose. This virtual lab created by using Matlab GUI and Simulink applications that can be reach via this user interface makes it possible to educate students who does not necessarily have extensive mathematics, power electronics and programming knowledge.

KeyWords: Matlab, GUI, Simulink, ReactivePower, Compensation, FACTS,STATCOM, D-STATCOM, SVC, SSSC, TCSC, UPFC, Virtual Laboratory