Facts cihazları içeren aa-da sisteminde optimal güç akışı hesabı için yeni bir yaklaşım
A new approach for optimal power flow calculation in ac-dc system including Facts devices
Yazar: FARUK YALÇIN
Danışman: PROF. DR. UĞUR ARİFOĞLU
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Optimizasyon = Optimization ; Sezgisel yöntemler = Heuristic methods

Özet:
Anahtar Kelimeler: Optimal Güç Akışı, Alternatif Akım ? Doğru Akım (AA-DA) Sistemi, Kademe Ayarlı Transformatör, FACTS, Statik Kompanzatör (STATCOM), Tristör Kontrollü Seri Kompanzatör (TCSC), Yapay Arı Koloni (YAK) Algoritması, Genetik Algoritma (GA)Bu tezde, tek kutuplu çok uçlu AA-DA sisteminde optimal güç akışı hesabı için yeni bir yaklaşım sunulmuştur. Bu yaklaşımda, optimal güç akışı hesabında kullanılacak yeni bir ayrık AA-DA güç akışı algoritması önerilmiştir. Bu algoritma ile literatürdeki benzer çalışmalardan farklı olarak, AA sisteminde kullanılan kademe ayarlı transformatörlerin yanı sıra DA sisteminde kullanılan çeviricilere ait kademe ayarlı transformatörlerin de gerçek eşdeğer devreleri ilk kez güç akışı hesabına dahil edilmiştir. Sistemdeki tüm kademe ayarlı transformatörlerin güç akışı algoritması boyunca kademe değişimi etkileri bara admitans matrisine sokulmadan Jacobian matrisine sokulmuştur. Böylelikle daha az program boyutu gereksinimi ve daha hızlı yakınsama sağlanmıştır. Ayrıca algoritmada kademe ayarlı transformatörlerin gerçek ayrık kademe değerleri göz önüne alınmıştır. Böylelikle pratik uygulamalar için daha doğru sonuçların elde edilebilirliği sağlanmıştır. Optimizasyon hesabı için, klasik türev tabanlı hesaplama tekniklerinden farklı olarak sezgisel tabanlı yöntemlerden olan YAK algoritması ve GA ayrı ayrı kullanılmıştır. Böylelikle literatürdeki benzer çalışmalardan farklı olarak, ilk kez çok uçlu AA-DA sistemlerinde optimizasyon hesabı için sezgisel bir yöntem kullanılmış, YAK algoritması ve GA da bu alanda ilk kez uygulanmıştır. Optimizasyon sonuçlarını iyileştirmek adına FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System ? Esnek Alternatif Akım İletim Sistemi) cihazlarından olan STATCOM ve TCSC, AA-DA sistemine kontrol değişkeni sağlayan eleman olarak ilave edilmiştir. Bu cihazların optimizasyonda kullanılan hesaplamaları detaylı olarak açıklanmıştır. Optimal güç akışı hesabı çalışmasında tüm AA-DA sistemine ait kontrol ve durum değişkenlerine ait değerlerin sınır değerler içinde tutulması amaçlanmıştır. Önerilen yaklaşım ile AA-DA sisteminde yapılan optimal güç akışı hesabı çalışması örnek bir sistem üzerinde test edilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak irdelenmiştir.AA-DA sisteminde yapılan optimal güç akışı hesabı çalışmasından elde edilen sonuçlara bakıldığında, tezde önerilen YAK algoritması ve GA kullanılarak, klasik türev bazlı optimizasyon yöntemlerinde karşılaşılabilen, ıraksama ve yerel minimuma takılma problemlerinin, ortadan kaldırıldığı görülmektedir. Ayrıca, önerilen bu sezgisel yöntemlerin, global optimum noktasına ulaşmada etkili olduğu, elde edilen sonuçlarla da ispatlanmıştır.

Abstract:
Key Words: Optimal Power Flow, Alternating Current ? Direct Current (AC-DC) System, Tap Changing Transformer, FACTS, Static Compensator (STATCOM), Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC), Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm, Genetic Algorithm (GA)In this thesis, a new approach for optimal power flow calculation in monopolar multi-terminal AC-DC system is presented. In this approach, a new sequential AC-DC power flow algorithm that is used in optimal power flow calculation is proposed. Apart from the similar studies, real equivalent circuits of the converters? tap changing transformers that are used in DC system are included into the power flow calculation for the first time. Tap changing effects of all tap changing transforms in the system during power flow algorithm are included into the Jacobian matrix without including into the bus admittance matrix. So, less program dimension requirement and fast convergence is achieved. Furthermore, real discrete tap values of the tap changing transformers are considered in the algorithm. Thus, attainability of the more accurate results is achieved for practical applications. Apart from the derivative based calculation techniques, ABC algorithm and GA are used for the optimization calculation separately. Thus, apart from the similar studies in the literature, a heuristic method is used for optimization calculation in multi-terminal AC-DC systems for the first time, ABC algorithm and GA are also applied in this are for the first time. STATCOM and TCSC that are one of the FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) devices are included into the AC-DC system as components that provide control variables for the aim of improving the optimization results. The calculations of these devices used in the optimization are described in detail. All of the control and state variables of the AC-DC system are intended to be kept in their limit values in the optimal power flow calculation study. The proposed approach is tested on a sample test system and the obtained results are discussed comparatively. The obtained results have shown that ABC algorithm and GA, which are proposed in the thesis, have overcome the divergence and dropping to local minimum problems encountered in the conventional derivative based optimization methods. Furthermore, it has been proved by the obtained results that these proposed heuristic methods are efficient in reaching to global optimum point.