Güç sistemin frekans kontrolü ve modellenmesi
Modeling and frequency control of power system
Yazar: SHAH JAHAN SAFI
Danışman: ÖĞR. GÖR. SÜLEYMAN SUNGUR TEZCAN ; YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM EKE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güç sistemlerinde kontrol edilmesi gerekli en önemli parametrelerinden biri frekans ve gerilim kontrolüdür. Güç sistemlerinin kararlı bir şekilde çalışabilmesi için standart frekans değişimi sınırlar içinde (frekansta maksimum izin verilen değişimi ± 0,5Hz) veya daha önceden belirlenmiş sabit frekans değerinde (50 veya 60 Hz) ve üretilen ile tüketilen güç dengesinin sağlanmış olması ve gereklidir. Bununla beraber, elektrik enerjisinin yüksek miktarlarda depolanamaması ve yük talebinin zamana bağlı olarak sürekli değişmesi nedeniyle bu dengelerin korunması özellikle enterkonnekte sistemlerde karmaşık kontrol yöntemlerinin uygulanmasını gerektirir. Genel olarak, frekansın kontrolü direkt olarak aktif gücün kontrol edilmesi ile mümkündür ve sistemde aktif güç dengesini sağlayan ve sistem frekansını kontrol eden bu yöntemlere otomatik üretim kontrolu ( ing. AGC) adı verilir. Bu çalışmada; yük frekans kontrolü ile sistemden optimum frekans sapması ve optimum ara bağlantı hattı güç değişimi cevabı elde edilebilmesi amacıyla, Ziegler-Nichols (ZN) klasik yönetemi, Bulanık Mantık (BM) ve yapay zeka tabanlı bazı gelişmiş optimizasyon algoritmaları kullanılmış ve kontrolör parametrelerinde optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Kontrolör olarak, oran-integral-türev (PID) kontrolörler kullanılmış, kazanç güncelleme işlemleri BM, Parçacık Sürüsü optimizasyon (PSO), Yerçekimi Arama Algoritması (YAA) ve Diferansiyel evrim (DE) algoritmaları ile ayrı ayrı karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Yerçekimi arama algoritması kullanılarak optimize edilen PID kontrolör sonuçları ZN, BM, PSO, ve DE tabanlı PID kontrolörün sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ardından YAA tabanlı PID-kontrolörün kontrol performansını literatürdeki çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Son olarak, sistem cevabındaki sönümlü osilasyonların azaltılması ve kontrol dayanıklılığının belirlenmesi amacıyla yerçekimi arama algoritması ile optimize edilen bir PID-kontrolör tasarlanıp, kontrolör optimize edilen parameterlerinin sabit değerlerinde tutarak, sisitemindeki zamana bağlı yük değişime göre sistem frekans kontrol performansı 6 farklı çalışma durumunda analizi yapılmıştır.

Abstract:
In electrical power system control, frequency and voltage are the most important parameters to be controlled. For satisfactory operation of power system, the standard frequency deviation (maximum permissible change in frequency ± 0,5Hz), predetermined frequency value (50 or 60 Hz) are accepted and also it is necessary to be balanced the generated and consumed real powers. Since the amount of load demand changes frequently and the electrical energy cannot be stored in large amount, an advanced control methods are needed to maintain this equilibrium for an interconnected power systems. In a power system the frequency is dependent on active power balance. These control methods provide the equilibrium of the real powers and control the system frequency which is called load-frequency control in general. In this study, in order to obtain the optimum response of frequency deviation and tie-line power change, Ziegler-Nichols (ZN), Fuzzy and some recently published artificial intelligence based optimization algorithms are used and the optimization studies have been realized for the controller parameters. As a controller, a gain scheduling proportional plus integral plus derivative (PID) controllers are used and the gain scheduling processes are provided comparatively by using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, Gravitational Search Algorithm (GSA) and Differential Evolution (DE) algorithms separately. Then the GSA based PID-controller performance are compared with the existence data in literature [40]. In addition, the results obtained by GSA based PID controller are compared with the results tuned by ZN-PID, Fuzzy-PID, PSO-PID, and DE-PID. Finally, in order to reduce the frequency oscillations, to have fast system response and to determine the robustness of the controller, GSA based PID-controller is designed, its parameters are held fixed and analyzed under six different  operating conditions to investigate the system frequency deviations of each area and tie-line power variations between control areas.