Elektrik güç sistemlerinde bulanık mantık ve sezgisel algoritma tabanlı yük frekans kontrolörlerinin tasarlanması
Design of fuzzy logic and heuristic algorithm based load frequency controllers in electrical power systems
Yazar: KÜRŞAT SOYAÇIKGÖZ
Danışman: PROF. DR. NİHAT İNANÇ
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Yük frekans denetimi = Load frequency control

Özet:
Bu çalışmanın amacı; yük frekans kontrolünde yerleşme süresinin, maksimum ve minimum aşma sürelerinin kısaltılması için yeni bir kontrolör tasarlanmasıdır. Bu tez çalışmasında, yük frekans kontrolünün performansını artırmak amacı ile Kesir Dereceli PID+(III) (FOPID+(III)) kontrolör tasarlanmıştır. FOPID+(III) kontrolörü ile yük frekans değişiminde ve bağlantı hattı güç değişiminde optimum sonuçlar elde etmek için Bulanık Mantık (BM) ve sezgisel algoritmalar kullanılmıştır.  Optimizasyon tekniği olarak Gri Kurt Optimizasyonu (GWO) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) kullanılmıştır. Optimizasyon teknikleri ile elde edilen sonuçlar kendi aralarında karşılaştırılmıştır. FOPID+(III) kontrolörün kazanç parametrelerini belirlemek için Integral Time-Weighted Absolute Error (ITAE) amaç fonksiyonu kullanılmıştır.  Yük frekans kontrolü amacı ile simülasyonu yapılan tüm enterkonnekte güç sistemi modelleri MATLAB/Simulink ortamında oluşturulmuştur. Bu tez kapsamında tasarlanan FOPID+(III) kontrolörü; ilk olarak iki alanlı ara ısıtmalı termal güç sistemi, elektrikli araç, rüzgar santrali, Fotovoltaik Panel (PV) kaynakları içeren bir güç sisteminde test edilmiştir. Kontrolörün performansını incelemek amacı ile değişken yük talebi, PV ve rüzgar santrallerinde değişken güç üretimi, sistem parametre değişimleri gibi 8 farklı senaryoda simülasyonlar yapılmıştır. Tasarlanan kontrolörün literatüre katkısını göstermek amacı ile tek bölgeli ara ısıtmalı türbinli güç sisteminde ve iki bölgeli ara ısıtmasız türbinli güç sisteminde simülasyonları yapılmıştır. Sonuçlarla, literatürdeki değerler karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; PSO-FOPID+(III) adlı kontrolörün, frekans değişiminde ve ara bağlantı güç değişiminde, bulanık mantık ve çeşitli optimizasyon teknikleri ile uygulanan FOPID ve PID kontrolör ile gerçekleştirilen yük frekans kontrolüne göre çok daha başarılı olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to design a new controller to reduce settling time, maximum and minimum overshoot times in load frequency control. In this thesis, a Fractional Order PID+(III) (FOPID+(III)) controller is designed to improve the performance of load frequency control. Fuzzy Logic (FL) and heuristic algorithms are used to obtain optimum results for load frequency variation and tie line power variation with FOPID+(III) controller. Gray Wolf Optimization (GWO) and Particle Swarm Optimization (PSO) were used as optimization techniques. The results obtained with the optimization techniques are compared among themselves. Integral Time-Weighted Absolute Error (ITAE) objective function is used to determine the gain parameters of the FOPID+(III) controller.  All interconnected power system models simulated for load frequency control were created in MATLAB/Simulink environment. The FOPID+(III) controller designed within the scope of this thesis was first tested in a power system including a two-area interheated thermal power system, an electric vehicle, a wind farm, and Photovoltaic Panel (PV) sources. In order to examine the performance of the controller, simulations were performed in 8 different scenarios such as variable load demand, variable power generation in PV and wind power plants, system parameter variations. In order to demonstrate the contribution of the designed controller to the literature, simulations are carried out for a single-zone turbine power system with intermediate heating and a two-zone turbine power system without intermediate heating. The results are compared with the values in the literature. According to the results obtained, it is shown that the PSO-FOPID+(III) controller is much more successful in frequency variation and interconnection power variation than the load frequency control with FOPID and PID controllers implemented with fuzzy logic and various optimization techniques.