Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AHMET YILDIZ
Danışman: Oktay Arıkan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Çevre kirliliğinin artması, küresel ısınma ve enerji talebindeki artışın neden olduğu enerji kıtlığı, özellikle ulaşım sistemlerinde enerji verimliliği araştırmalarına yol açmıştır. Raylı sistemler, yüksek kapasiteli ulaşım taleplerini az enerji kullanımıyla ve hizmet kalitesini düşürmeden karşılayabildikleri için ulaşım ağlarında önemli bir rol oynamaktadır. Son yıllarda hem kentiçi metro/tramvay sistemleriyle hem de hız tren hatlarıyla şehirlerarası taşımacılıkta önem kazanan raylı sistem ulaşımının en önemli giderlerinden biri, trenin cer enerjisi tüketimidir. Ayrıca hatlardaki eğim, kurp, tünel direnci gibi hızı düşürücü faktörler, cer motoru ve fren sistemlerindeki verim kaybı, hava akımı, basınç gibi doğal etkenler vb. birçok parametre enerji maliyetini dinamik olarak belirlemektedir. Tez çalışmasında öncelikle demiryolu sistemlerinde kullanılan bir trenin matematiksel modeli verilmiştir. Aracın hareketini sağlayan çekiş kuvveti ve hareket yönüne zıt olan kuvvetler kapsamlı bir şekilde incelenmiş, aracın enerji tüketimi analiz edilmiş ve simülasyon programının temel çerçevesi oluşturulmuştur. Trenlerde enerji kullanımını azaltmanın etkili bir yolu, belirli istasyonlar arasında seyahat eden aracın ideal hız profilini hesaplamaktır. Diğer bir yöntem ise frenleyen trenlerin ürettiği rejeneratif enerjinin verimli şekilde değerlendirilmesidir. Tezde, ilk olarak enerji verimli sürüşün sağlanması için optimal hareket modu stratejisinin belirlenmesi yaklaşımı ele alınmıştır. Her bir istasyon arası için, maksimum hızda gitme, boşta gitme, sabit hızda gitme ve frenleme noktalarının konumları, geliştirilen simülasyon yazılımı ve çeşitli sezgisel tabanlı algoritmalar yardımıyla optimize edilmiştir. Faydalanılan optimizasyon yöntemlerinden Genetik Algoritma, Benzetilmiş Tavlama Algoritması ve Parçacık Sürü optimizasyonu yöntemleri ile ilgili daha önce yapılmış çalışmalar olmasına karşın, bu tezde yapılan çalışmalar farklı kısıtlar ve parametreler altında değerlendirilmektedir. Bu alandaki çalışmalara en büyük katkı Deniz Yırtıcıları Algoritması'nın tren işletiminin optimizasyonuna uygulanması ve performanslarının kendi aralarında karşılaştırmalı olarak sunulmasıdır. Ayrıca simülasyon ortamında elde edilen sonuçlar, gerçek bir metro hattında pratikte kullanılmış ve simülasyon sonuçları ile karşılaştırılarak sunulmuştur. İkinci olarak, rejeneratif frenleme enerjisinden maksimum düzeyde faydalanılması amacıyla zaman çizelgesi optimizasyonu yapılmıştır. Bu alandaki en önemli iki katkı ise, özgün bir rejeneratif frenleme enerjisi modeli ile entegre bir optimizasyon yapısının geliştirilmesidir. Tez çalışması kapsamında geliştirilen çoklu tren hareket simülatörü ve entegre optimizasyon modeli ile, aynı elektrik bölgesinde bulunan iki trenden birinin frenleme diğerinin ise hızlanma modunda olduğu senkronize sürenin artırılması sağlanmıştır. Amaç fonksiyonunda, katener hattı geriliminin aşırı yükselmemesi veya düşmemesi için, iki trenin aynı anda hızlanma veya frenleme modunda olmaması durumu da dikkate alınmıştır. İstasyonlar arası hız profili, seyahat süreleri (sabit bir toplam seyahat süresi altında) ve trenler arası sefer süreleri entegre bir yapı altında optimize edilerek M3 metro hattının cer enerjisi tüketimi önemli miktarda azaltılmıştır.