Elektrik dağıtım sistemlerinde gerilim optimizasyonu
Voltage optimization in power distribution systems
Yazar: SEYHAN TURAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OĞUZHAN CEYLAN
Altınbaş Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Optimal kontrol = Optimal control

Özet:
Günden güne artan enerji ihtiyacına cevap verebilmek için çeşitli çözüm yöntemleri ve bunların uygulanabilirliğini etkin şekilde destekleyecek, mevcut enerji üretim kaynaklarına, alternatif enerji kaynakları devreye girmiştir. Bunların başında, yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar gelmektedir. Rüzgardan enerji elde etmek için Rüzgar Türbini (RT) kullanılmaktadır.
Bu çalışmanın temelini, Elektrik Dağıtım Sisteminin RT'leri ile etkin bir şekilde çalışmasını oluşturmaktadır. Bilindiği üzere, RT performansı (çıktıları), iklime, mevsimlere, rüzgarın hızına-yönüne vb. gibi birçok faktöre bağlıdır. Bu sebeple, RT'ye ait gerçek veriler (çıktılar) kullanılacaktır. Benzetimler için kullanılacak sistem 33 baralı dengeli test sistemidir. 33 baralı sisteme ait temel yükler kullanılarak, RT çıktı verileri ölçeklendirilip, test sistemine entegre edilmektedir.
Optimizasyon problemlerinin sayısal veya analitik olarak çözülebileceği bilinmektedir. Sayısal yöntemler, türev tabanlı ve türev tabanlı olmayan yöntemler olarak sınıflandırılabilir. Türev tabanlı optimizasyon modelleri daha hızlı çözümler sağlar, ancak bazı durumlarda türev bilgisinin bulunmaması nedeniyle çözüm elde etmek kolay değildir ve bazı yakınsama problemlerine neden olabilir. Bu çalışmada, son dönemde geliştirilen populasyon tabanlı yöntemlerden biri olan Sinüs-Kosinüs Algoritması (SCA) kullanılmaktadır. Genellikle, populasyona dayalı optimizasyon teknikleri, bir dizi rastgele çözüm ile optimizasyon işlemine başlar. Sonra bunlar modellerin objektif fonksiyonları için değerlendirilir. Bu aday çözümler daha sonra bazı evrimsel teknikler uygulayarak geliştirilir. Bilinen bazı teknikler arasında çaprazlama, mutasyon vb. idir.
Bu çalışmada,  Sinüs Kosinüs Algoritması kullanılarak, RT'lerin çıktılarını dikkate alarak, bir gerilim sapmasını güvenilir aralıkta tutabilmek için optimizasyon modeli oluşturulmuştur. Anahtarlamalı kapasitörler, regülatörlerin pozisyonları ve RT'lerinin invertörlerinin reaktif güç kaynağı alacak bir modeli seçilmiştir. Bu optimizasyon modeli dengeli 33 baralı sisteme uygulanmıştır. Regülatörlerin, anahtarlamalı kapasitörlerin ve RT'lerin invertörlerinin reaktif güç çıkışlarının pozisyonlarını değiştirerek günlük optimum gerilim profilleri oluşturulmuştur.

Abstract:
Alternative energy sources have been introduced into the existing energy production sources to effectively support various solution methods and their applicability in order to be able to respond to the increasing energy need day by day. There is wind which is one of renewable energy resources at the beginning of the list. It uses Wind Turbine(WT) to generate energy from wind.
The main focus of this study is an efficient operation of the power distribution systems with WTs. It is known that the outputs of WTs depend on many factors such as the climate, season, wind direction etc. A real data-set of WT output will be used for this purpose. The system which will be used for simulations is 33-node balanced test system. Will be used its' base case loads, scale the WT output data, and integrate into the test system. 
It is known that optimization problems may be either solved numerically or analytically. Numerical methods may be classified as derivative based ones and non-derivative based ones. Derivative based optimization models provide faster solutions however in some cases, it is not easy to obtain solution due to non-availability of the derivative information, and they may cause some convergence problems. This study aims to use one of the recently developed population based method: Sine-Cosine algorithm (SCA). Generally, population-based optimization techniques start the optimization process with a set of random solutions. Then these are evaluated for the objective functions of the models. These candidate solutions are then improved by applying some evolutionary techniques. Some of well-known techniques are crossover, mutation etc.  
In this study is aimed to propose an optimization model is developed to keep voltage deviation in a reliable range using Sine Cosine algorithm, taking outputs of wind turbines into consideration. It is a model that will take switched capacitors, tap positions of regulators and reactive power supply of the inverters of WTs into consideration. It is applied this optimization model to a balanced 33-node system. The daily optimal voltage profiles are created by changing tap positions of the regulators, bank switched capacitors, and reactive power outputs of the inverters of WTs.