Economic dispatch (ED) is one of the most important problems in terms of energy planning, management, and operation in power systems. This study presents a snow ablation optimizer (SAO) algorithm developed with the fuzzy-based fitness–distance balance (FFDB) method for solving ED problems in small-, medium- and large-scale electric power systems and determining the optimal operating values of fossil fuel thermal generation units. The FFDB-based SAO algorithm (FFDBSAO) controls early convergence problems through balancing exploration–exploitation and improves the solving of high-dimensional optimization problems. In the light of extensive experimental studies conducted on CEC2020, CEC2022, and classical benchmark test functions, the FFDBSAO2 algorithm has shown superior performance against its competitors. Wilcoxon and Friedman’s statistical analysis results confirm the performance and efficiency of the algorithm. Moreover, the proposed algorithm significantly reduces total fuel cost by optimizing fossil fuel thermal generation units. According to the results, the scalability and robustness of the algorithm make it a valuable tool for solving large-scale optimization problems in the planning of electric power systems.

The power systems are becoming more and more complex due to the inclusion of new components and increasing load demand. Consequently, it is imperative to incorporate additional generation units and transmission links into the system. Transmission Network Expansion Planning (TNEP) seeks to include generation units and transmission lines into the system at optimal locations and minimal costs. Mathematical techniques are extensively employed to address the problem. Nonetheless, mathematical methods necessitate extensive computation durations. Consequently, novel solution strategies are under investigation. The TNEP problem is characterized by an innovative and effective metaheuristic optimization techniques. This study presents a novel Opposition Based Learning and Fitness Distance Balance Coati Optimization Algorithm (FDBCOA-OBL) designed to address Static and Dynamic TNEP problems. An extensive experimental investigation was undertaken to evaluate the efficacy of the suggested method in addressing the benchmark test suites and the TNEP problem. The FDBCOA-OBL algorithm, utilizing the Elite OBL approach, surpassed all other comparative versions in addressing the benchmark test problems. The Wilcoxon analysis indicates that it lost 6 problems, tied in 110, and won 166 problems. The proposed approach resolved the TNEP problem in 6, 25, and 93-bus test systems. The Static TNEP solution was applied to the 6 and 25 bus test systems, whilst the Dynamic Multistage TNEP method was utilized in the 93-bus test system. The acquired investment expenses were compared to the research already documented in the literature. The findings indicate that the suggested method demonstrates robust performance.

Düşük frekanslı salınımların sönümlenmesi güç sistemleri kararlılığı açısından önemli bir konudur. Bu salınımlar güç sistemi kararlı kılıcısı (PSS) tarafından sönümlenmektedir. Son yıllarda güç elektroniği tabanlı Esnek AC İletim Sistemi (FACTS) cihazları güç sistemlerinde kararlılığı çalışmalarında verimli bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada farklı PSS modelleri, FACTS cihazlarının en gelişmiş olan Birleştirilmiş Güç Akışı Kontrolü (UPFC) ve Güç Salınım Sönümlemesi (POD) modeli birlikte koordinasyon kontrolünün sağlanması amacıyla kullanılmıştır. Senkron generatörlerde kullanılan PSS modellerinin yanı sıra Otomatik Gerilim Regülatörü (AVR) ve Türbin Yöneticisi (TG) modelleri de kullanılmıştır. 2 alanlı, 4 makinalı güç sisteminde küçük sinyal kararlılığı analizi gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışması için Güç Sistemleri Analizi Programı (PSAT) kullanılmıştır. Yapılan çalışma neticesinde farklı PSS modellerin UPFC-POD ile birlikte kullanılmasında açısal hız, gerilim, aktif ve reaktif güç karşılaştırmaları yapılmış olup, küçük sinyal kararlılığı analizleri yorumlanmıştır.

Güç sistemlerinde kullanılan cihazlar nominal gerilimlerinde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Senkron generatörlerin terminal gerilimlerinde yaşanan değişimler bu cihazların ömürlerinin kısalmasına neden olabilir. Bu değişimleri ortadan kaldırmak için senkron generatörler uyartım akımlarını düzenleyen Otomatik Gerilim Regülatörü (OGR) sistemleri ile donatılmaktadır. OGR sistemlerinde kullanılan denetleyicilerin tasarımı sistem performansı için önemli bir konudur. Bu çalışmada Uygunluk Mesefe Dengelesi (FDB) yöntemi ile geliştirilmiş Yapay Ekosistem Tabanlı Optimizasyon (AEO) algoritması kullanılarak PID-OGR ve FOPID-OGR sistemlerinin tasarımı yapılmıştır. Tasarımı yapılan sistemler adım yanıtı ve frekans yanıtı açısından literatürde daha önce yapılmış olan benzer çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçları FDB-AEO algoritması ile tasarlanan PID ve FOPID denetleyicili OGR sistemlerinin performanslarındaki üstünlüğü göstermiştir.

Asenkron motorlar yaygın kullanım alanlarına sahiptir. Tasarımları güvenilir ve ucuz olmasıyla birlikte kontrolü zordur. Bu nedenle kontrol sistemini basitleştirmek amacıyla çeşitli sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemlerden birisi de Vektör Kontrol (Alan Yönlendirmeli Kontrol) dür. Bu çalışmada 3 fazlı sincap kafesli bir asenkron motorun doğrudan, kapalı çevrim, vektör kontrol tasarımı Matlab/Simulink ortamında yapılmıştır. Belirlenen sabit bir referans hıza ulaşma durumu, belirli aralıklarla değişen referans hızlara ulaşma durumu, devreye yük alındığı durumda daha önce belirlenmiş referans hıza tekrar ulaşma durumu gibi durumlar incelenmiş ve asenkron motorun referans hızlara rahatlıkla ulaştığı görülmüştür. Tasarımın doğruluğu ve işe yararlığı ispatlanmıştır.

Güç sistemlerinde, çeşitli çalışma koşullarından dolayı, bara gerilimlerinde ve yüklenme parametresi değerlerinde azalmalar meydana gelmektedir. Buda sistemin kararsızlığa gitmesine sebep olmaktadır. Kararsızlık durumlarını ortadan kaldırmak için Statik Senkron Kompanzatör (STATCOM) yaygın olarak kullanılmaktadır. STATCOM’un güç sistemlerinde etkililiğini arttırmak için enerji depolama sistemlerinden yakıt hücresi kullanılabilmektedir. Bu çalışmada 6 baralı güç sisteminde sürekli ve geçici durum gerilim kararlılığı için STATCOM ve yakıt hücresi birlikte kullanılmıştır. Güç sisteminde sürekli durum ve kesici açma-kapaması durumunda oluşan geçici durum çalışmasındaki bara gerilim-maksimum yüklenme parametresi arasındaki ilişki incelenmiştir. Bunun yanısıra yakıt hücresinin farklı güç değerlerindeki etkileri de detaylı olarak incelenmiştir. Yapılan çalışma sonucunda STATCOM ve yakıt hücresinin birlikte kullanılmasının sürekli ve geçici durumda gerilim kararlılığı açısından etkili sonuçlar verdiği görülmüştür.