Geleceğin akıllı şebekelerinde talep tarafı için enerji yönetim sistemi
Demand side energy management system for future smart grids
Yazar: ABDULKADİR GÖZÜOĞLU
Danışman: PROF. DR. OKAN ÖZGÖNENEL
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda IoT (Internet of Things) uygulamaları yaygınlık kazanarak çoğu kullanıcı tarafından akıllı cihazlarda kullanılmaktadır. Özellikle akıllı ev uygulamalarında kullanılabilecek birçok iletişim yönteminin (Bluetooth, RF, Kablolu İletişim vb.) olmasına rağmen Wifi iletişiminin tercih edilme nedenlerinin başında gecikme sürelerinin az olması ve İnternet aracılığı ile bina dışından da yapının kontrol edilebilmesi gösterilebilir. Ticari olarak kullanıcılara sunulmuş birçok akıllı ev cihazı bulunmaktadır. Ancak bu cihazların birçoğu genel bir kontrol sistemini oluşturmak için uyuma izin vermemektedir. Ticari olarak üretilmiş cihazlar genellikle kendi özel arayüzlerini kullanarak hizmet vermektedir. Ayrıca çoğu ticari ürünün yüksek maliyet sunması kullanıcılar için bir engel ortaya çıkarmaktadır. Çalışmamızda düşük maliyet düşüncesi temel alınarak ev otomasyon sunucusu oluşturulmuş ve sunucuya Wifi ağı ile bağlı akıllı cihazlar tasarlanmıştır. Tasarımdaki temel amaç, geliştirmeye açık ev yönetim sistemi oluşturmak ve geleceğin akıllı şebekelerinde talep tarafı enerji tüketimini kontrol edecek bir ortam oluşturmaktır. Güncel kontrol yöntemlerini kullanarak ve derin öğrenme algoritmaları ile kullanıcıların tüketim alışkanlıklarını belirlemek ve kullanıcı tiplerine bağlı olarak yük profillerinin gerçek ölçümlerden elde edilmesini sağlamaktır. Ölçüm ve kontrol yöntemi iki şekilde uygulanabilmektedir. Yapı içerisinde önceden uygulanmış akıllı cihazlar (Wifi, Zigbee tabanlı cihazlar) var ise bu akıllı cihazların belirli yöntemler ile ana sunucuya uyumu sağlanabilmektedir. İkinci durumda yapı içerisinde akıllı cihazlar yok ise çalışmamızda farklı amaçlar için tasarlanan modüller kullanılarak tüm cihazların ve ölçüm sistemlerinin sunucu ile iletişim sağlayabileceği akıllı sistemler elde edilmiş olur.  Tasarlanan akıllı cihazlar yapıya ait gerekli tüm ölçüm ve kontrolleri sağlayabilmektedir. Ev otomasyon sunucusunu oluşturmak için açık-kaynak bir yazılım olan Home Assistant kullanılmıştır. Tasarlanan akıllı cihazların temelinde ise ESP serisi mikrodenetleyiciler seçilmiştir. En yaygın olarak kullanılan ESP modellerinden ESP-01, NodeMCU ve ESP-32 tercih edilmiştir.

Abstract:
In recent years, IoT (Internet of Things) applications have become widespread and are used by most users on smart devices. Although there are many communication methods (Bluetooth, RF, Wired Communication, etc.) that can be used especially in smart home applications, the low delay times and the ability to control the building from outside the building via the Internet can be cited as the main reasons why Wifi communication is preferred. There are many smart home devices commercially available to users. However, many of these devices do not allow adaptation to form an overall control system. Commercially produced devices often serve as models that use their own proprietary interfaces. In addition, the high cost of most commercial products creates a barrier for users. In our study, a home automation server was created based on the idea of low cost and smart devices connected to the server via Wifi network were designed. The main purpose of the design is to create a home management system that is open to development and to create an environment that will control demand-side energy consumption in the smart grids of the future. Using current control methods and deep learning algorithms, the aim is to determine the consumption habits of users and to obtain load profiles from real measurements depending on user types. The measurement and control method can be applied in two ways. If there are pre-applied smart devices (Wifi, Zigbee based devices) in the structure, these smart devices can be compatible with the main server with certain methods. In the second case, if there are no smart devices in the building, smart systems that all devices and measurement systems can communicate with the server are obtained by using modules designed for different purposes in our study. Smart devices can provide all necessary measurements and controls of the building. Open-source software, Home Assistant, was used to create the home automation server. On the basis of the designed smart devices, ESP series microcontrollers were chosen. ESP-01, NodeMCU, and ESP-32, which are the most widely used ESP models, were preferred.