Dağıtım hatlarında optimum güç akışı ve gerilim kararlılığının sağlanması için bir optimizasyon tekniği uygulaması
An application of optimization technique for providing optimal power flow and voltage stability in distribution lines
Yazar: SERKAN İŞCAN
Danışman: DOÇ. DR. ORHAN KAPLAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aktif güç optmizasyonu = Active power optimization ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Güç akışı = Power flow ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Gelişen teknoloji ve küresel nüfus artışı elektrik enerjisine olan talebi her geçen gün artırmaktadır. Artan enerji talebine bağlı güç sistemlerinin planlı bir şekilde genişlemesi ve bara gerilim değerlerini belirli limitlerle sunması beklenir. Güç sistemlerinin kontrolsüz büyümesinin, sisteme ait güç kayıplarını, gerilim kararsızlığını ve hataları artırdığı bilinmektedir. Güç sistemlerinde iyi bilinen problemlerin başında gelen güç akışı, uzun yıllardır klasik matematiksel yöntemler kullanılarak çözümleri yapılan ve mevcut güç sisteminde en iyi güç akışını amaçlayan çalışma konusudur. Ancak klasik yöntemler bazı durumlarda başarılı olamamakta ve bu sebeple literatürde son yıllarda belirlenen kısıtlar çerçevesinde en iyi güç akışının sağlanabilmesi için meta-sezgisel algoritmalar kullanılmaktadır. Bu tez çalışması; güç sistemlerinde en iyi güç akışını gerçekleştirebilmek için meta-sezgisel algoritmalardan gri kurt optimizasyonu (GKO) algoritmasında tanımlanan kurt kolonisinin bireysel görev davranışlarını dikkate alarak, parçacık sürü optimizasyonu (PSO) algoritmasının keşif ve kullanım kabiliyetinin geliştirilmesini amaçlamaktadır. Böylece yeni bir meta-sezgisel yaklaşım kullanılarak hibrit algoritma geliştirilmiştir. Geliştirilen hibrit PSO (HPSO) algoritmasının etkinliği, algoritma performanslarının ölçülmesinde çok sık kullanılan benchmark test fonksiyonları ile sınanmıştır. Daha sonra geliştirilen HPSO, klasik PSO ve GKO algoritmalarının performansı, aktif güç kayıplarının ve gerilim sapmasının azaltılmasının hedeflendiği iki amaç fonksiyonu tanımlanarak IEEE 30 ve 57-bara test sistemleri üzerinde güç akışı optimizasyonu yapılarak incelenmiştir. Optimizasyon çalışmalarından elde edilen sonuçlar, Newton-Raphson güç akışı analizi sonuçları referans alınarak değerlendirilmiştir. MATLAB yazılımı kullanılarak gerçekleştirilen benzetim çalışmalarında temel durum ve yük artışı gibi farklı senaryolar, şönt reaktif güç kompansatörleri bağlanmadan ve bağlandıktan sonra
analiz edilmiştir. Yapılan tüm benzetim çalışmalarında; geliştirilen HPSO algoritmasının güç sistemlerinin her çalışma koşulunda; güç kayıpları ve toplam gerilim sapması değerleri bakımından en üstün sonuçları ürettiği belirlenmiştir. Bunlara ilaveten IEEE 30-bara test sisteminde Pareto analizleri ile HPSO algoritmasının etkinliği doğrulanmıştır.

Abstract:
Technology development and global population growth increase the demand for electrical energy each day. It is expected that the power systems due to the increasing energy demand will expand in a planned manner and present the bus voltage values with certain limits. It is known that uncontrolled growth of power systems increases system power losses, voltage instability and errors. Power flow, which is one of the well-known problems in power systems, has been the subject of study for many years. Power flow has been solved by using classical mathematical methods which aimed the optimal power flow in the existing power system. However, classical methods are not successful in some cases, and for this reason, it has been determined that meta-heuristic algorithms are used in order to provide optimal power flow within the framework of the constraints determined in the literature in recent years. This thesis study; In order to realize the optimal power flow in power systems, it aims to improve the exploration and exploitation capability of the particle swarm optimization (PSO) algorithm, taking into account the individual task behaviors of the wolf colony defined in the gray wolf optimization (GWO) algorithm. Thus, a hybrid algorithm was developed using a new meta-heuristic approach. The efficiency of the developed hybrid PSO (HPSO) algorithm has been tested with benchmark test functions, which are frequently used to measure algorithm performances. In addition to these, the performance of HPSO, classical PSO and GWO algorithms were investigated by defining two objective functions that aims to reduce active power losses and voltage deviation by optimizing power flow on the IEEE 30 and 57-bus test systems. Obtained results were evaluated with reference to the Newton- Raphson power flow analysis results. In the simulation studies using MATLAB software, different scenarios such as base loaded and load increase were analyzed before and after connecting the shunt reactive power compensators. In every condition of power systems simulation studies; the developed HPSO algorithm has the best results in terms of power losses and total voltage deviation values. In addition, the efficiency of the HPSO algorithm was verified by Pareto analysis in the IEEE 30-bus test system.