Güç sistemlerinin kararlılığı için senkron generatörün uyartımının kayma kipli kontrolü
Sliding mode excitation control of synchronous generator for power systems stability
Yazar: MUSTAFA NALBANTOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AHMET ORHAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Güç sistemleri bozucularla karşılaştıkları zaman, sistemde bulunan generatörlerin rotor açılarında ve uç gerilimlerinde salınımlar ortaya çıkar. Güç sistemlerinin kararlılığını sürdürebilmek için bu salınımların uygun bir şekilde sönümlenmesi gerekir. Senkron generatörlerin uyarma kontrolü aracılığı ile küçük genlikli ve düşük frekanslı (0.2?3 Hz) salınımların bastırılması tercih edilen bir yöntemdir.Uyarma kontrolü aracılığı ile güç sistemi kararlılığının iyileştirilmesi için iki yaklaşım bulunmaktadır. Biri, güç sistem kararlayıcısı (GSK) ile uyarma kontrol çevrimine ikincil bir kontrol işareti ilave etmektir. Diğeri, güç sistem kararlılığını dikkate alan uyarma kontrolörü kullanmaktır.Bu tez çalışmasında, her iki çözüm yöntemi de incelenmiştir. Kontrolör tasarımında sonsuz baraya bağlı bir senkron generatörün (SBSG) basitleştirilmiş 4. ve 3. mertebe doğrusal durum uzay modelleri çıkarılmıştır. Durum uzay modelleri ölçülebilir durum değişkenleri üzerine kurulmuştur. Güç sistemlerinde sıklıkla görülen, çalışma noktası değişimi, parametre belirsizliği ve bozuculara karşı dayanıklı kontrol elde etmek için, kayma kipli kontrol yöntemi kullanılmıştır. Bu çalışmada, uyarma aracılığı ile güç sistem kararlılığını iyileştirmek için üç yaklaşım önerilmektedir. Bunlar, kayma kipli GSK, 4. ve 3. derece durum uzay modellerine dayalı kayma kipli uyarma kontrolörleridir. Kayma kipli kontrolörün kayma yüzeyi, genetik algoritma ile optimize edilerek optimal performans sağlanmıştır.Önerilen kontrolörlerin performansları, geniş bir çalışma aralığında değişik belirsizlik ve bozuculara karşı test edilmiştir. Önerilen yöntemlerin geleneksel GSK'ya göre rotor açısı ve gerilim kararlılığı yönlerinden daha iyi performans sağladığı benzetim sonuçlarıyla gösterilmiştir.

Abstract:
When power systems are affected by disturbances, oscillations occur in rotor angles and terminal voltages of generators in the system. In order to maintain the stability of power systems, the oscillations should be properly damped. It is convenient approach that excitation control of synchronous generators is used for suppressing low amplitude and low frequency (0.2 ? 3 Hz) oscillations.There are two approaches for improving power system stability via excitation control. The first approach is to add supplementary control signal to excitation control loop by using power system stabilizer (PSS). The other approach is to use an excitation controller regarding both voltage and power system stability.In this study, both the approaches are investigated. For designing the controllers, simplified 4. and 3. order linear state-space models of single machine infinite bus system are obtained. The state-space models are built on measurable variables. Sliding mode control method is used to establish robust control against operation point variations, parameter uncertainty and disturbances, which are frequently seen in power systems. In this study, three methods have proposed for improving power systems stability via excitation control. They are a sliding mode PSS and two sliding mode excitation controllers based on fourth order and third order state space models. The switching surface giving the optimal performance is optimized by using Genetic Algorithm (GA).Performances of the proposed controllers are tested against disturbances in wide uncertainty range. It is shown that the proposed methods provide better rotor angle and voltage stability performance than conventional PSS as regarding simulation results.