Türkiye 400 kV'luk güç sistemi için sezgisel yöntemler kullanılarak optimal fazör ölçüm birimlerinin yerleşim noktalarının belirlenmesi
Determination of optimal phasor measurement units settlement points using heuristic algorithms for Türkiye 400 kV interconnected power system
Yazar: BEYTULLAH BOZALİ
Danışman: PROF. DR. ALİ ÖZTÜRK ; DOÇ. DR. SALİH TOSUN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fazör ölçüm = Phasor measurement ; Gözlenebilirlik = Observability ; Güç sistemleri = Power systems ; Sezgisel yöntemler = Heuristic methods

Özet:
Güç sistemlerinin kararsızlık durumuna gelmeden önce, gerekli önlemler alınarak kararlı ve güvenilir bir şekilde çalıştırılması, sistemi izlemek ve kontrol etmekle mümkündür. Fazör Ölçüm Birimi (FÖB) cihazı, güç sistemlerinin izlenmesi, kontrolü ve korunması için sistem üzerine kurulmuş modern ölçüm cihazıdır. FÖB cihazlarının maliyetleri çok yüksek olduğundan dolayı, sisteme optimum sayıda ve tüm sistemi gözlemleyecek şekilde yerleştirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, farklı yöntemler kullanılarak, optimal sayıda FÖB ile tüm güç sistemini gözlemlenmesi amaçlanmıştır. Matlab ile uyumlu çalışan Güç Sistemi Analizi Araç Kutusu (GSAAK) programdan yararlanılarak, Türkiye 400 kV Enterkonnekte Güç Sistemi modellenmiş ve Özyinelemeli N-1 Güvenlik Yöntemi ile Optimal FÖB Yerleştirme (OFY) yapılmıştır. Sezgisel yöntem olmayan, Özyinelemeli N-1 Güvenlik Yöntemi, Derin Öncelikli Arama Yöntemi (DÖAY), Graf Teorik Yöntemi (GTY), ve Tamsayı Doğrusal Programlama (TDP) kullanılarak OFY gerçekleştirilmiştir. Ayrıca Sezgisel yöntem olan, Benzetilmiş Tavlama Algoritması (BTA), Geliştirilmiş Benzetilmiş Tavlama Algoritması (GBTA), Binary Parçacık Sürü Optimizasyonu (BPSO) ve Yusufçuk Algoritması (YA) kullanılarak Optimal FÖB yerleşim noktaları bulunmuştur. Çalışma ayrıca, Geliştirilmiş Tamsayı Doğrusal Programlama (TDP) yöntemi kullanarak yeni bir yöntem önermektedir. TDP yaklaşımı kullanılırken OFY ile elde edilen FÖB'lerin konumlarını göstermek için grafiğe dayalı kuvvet yönlendirmeli yöntemi ve coğrafi bilgi sistemini kullanarak bir haritalama sistemi ile görselleştirme tekniği kullanılmıştır. BPSO ve YA yöntemleri ile çözüm yapılırken, indekslerin çoklu çözümleri sıralamak için, Bara Gözlemlenebilirlik İndeksi (BGİ) ve Sistem Gözlemlenebilirlik Artıklık İndeksi (SGAİ) unsurları kullanılmıştır. Önerilen yöntemlerin güvenirliği, IEEE-14 Bara Test Sistemi üzerinde test edilmiştir. Önerilen yöntemler ile bulunan sonuçlar, literatürde IEEE-14 Bara Test Sistemi için, bulunan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Güvenirliği test edilen yöntemler, Türkiye 400 kV Enterkonnekte Güç Sistemine uygulanmış. Sonuç olarak Türkiye 400 kV Enterkonnekte Güç Sistemi için optimum FÖB sayısı ve bu FÖB'lerin hangi baralara yerleştirilmesi gerektiği bilgisi farklı yöntemlerle belirlenmiştir. Bu yöntemler ilk kez Türkiye 400 kV Enterkonnekte Güç Sistemine uygulanmıştır. Çalışmada önerilen yöntemlerin sonuçları güç sistemi işletmecilerine alternatif bir çözüm önerisi olarak sunulmaktadır.

Abstract:
It is possible to operate the power systems in a stable and reliable manner by taking the necessary precautions before they become unstable, by monitoring and controlling the system. The Phasor Measurement Unit (PMU) device is a modern measurement device built on the system for monitoring, control and protection of power systems. Since the costs of PMU devices are very high, they should be placed in the system in optimum numbers and in a way that can observe the whole system. In this study, it is aimed to observe the whole power system with the optimal number of PMUs using different methods. Using the Power System Analysis Toolbox (PSAT) program, which works in harmony with Matlab, Türkiye 400 kV Interconnected Power System was modeled and Optimal PMU Placement (OPP) was made with the Recursive N-1 Security Method. OPP has been performed using the Recursive N-1 Security Method, Depth First Search Method (DFSM), Graph Theory Method (GTM), and Integer Linear Programming (ILP), which are not heuristics. In addition, Optimal PMU placement points were found using the Heuristics, Simulated Annealing Algorithm (SAA), Modified Simulated Annealing Algorithm (MSAA), Binary Particle Swarm Optimization (BPSO) and Dragonfly Algorithm (DA). The study also proposes a new method using the Developed Integer Linear Programming (ILP) method. While using the ILP approach, a mapping system and a visualization technique using a graphic-based force-directed method and a geographic information system were used to show the locations of PMUs obtained from OPP. While solving with BPSO and DA methods, Bus Observability Index (BOI) and System Observability Redundancy Index (SORI) elements were used to rank the multiple solutions of the indices. The reliability of the proposed methods was tested on the IEEE-14 Bus Test System. The results found with the proposed methods are compared with the results found in the literature for the IEEE-14 Bus Test System. The methods whose reliability has been tested have been applied to the Türkiye 400 kV Interconnected Power System. As a result, the optimum number of PMUs for the Türkiye 400 kV Interconnected Power System and the information on which buses these PMUs should be placed in were determined by different methods. These methods were applied for the first time to Türkiye 400 kV Interconnected Power System. The results of the methods proposed in this study are presented as an alternative solution proposal to the power system operators.