Yüksek yenilenebilir enerji penetrasyonuna sahip üreten-tüketici toplulukları için adil güç kısıntısı dikkate alınarak elektrikli araç şarj yönetimi geliştirilmesi
Developing electric vehicle charging management for prosumer communities with high renewable energy penetration considering fair power curtailment
Yazar: ALPASLAN DEMİRCİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL NAKİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dağıtık enerji = Decentralized energy ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Elektrikli araçlar (EA), kesintili yenilenebilir enerji tüketimini artırarak ve araçtan şebekeye (V2G) enerji aktarımıyla kullanıcılarına finansal destek sağlayıp elektrik şebekesini de iyileştirebilir. Birçok çalışma EA sürüş ve şarj davranışlarının bu faydalar üzerindeki etkisini dikkate almamıştır. Bu tezin ilk bölümünde, standartlar ve son gelişmeler ışığında şarj yönetimini iyileştirmek için EA sürüş ve şarj davranışlarını sistematik olarak değerlendiren bir çerçeve sunulmaktadır. Bireysel ve eşzamanlı şarj talepleri dikkate alınarak, V2G potansiyeli derinlemesine incelenmiştir. Ayrıca, Bootstrap yaklaşımı kullanılarak daha doğru şarj yönetimi sonuçları için simülasyon zaman adımı optimize edilmiştir. Sonuçlar %95'ten yüksek güven aralığında EA şarj yönetimi için 10 dakikadan daha kısa zaman adımlarının kullanılması gerektiğini göstermiştir. Öte yandan dünya çapında sürdürülebilir ve temiz enerji farkındalığı üreten-tüketici topluluklarını yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmaya yöneltmektedir. Ancak, alçak gerilim dağıtım şebekelerinde artan fotovoltaik penetrasyonu, hem şebeke operatörleri hem de üreten-tüketiciler için aşırı gerilim gibi ciddi güç kalitesi sorunlarına yol açmaktadır. Diğer taraftan, aşırı gerilimin azaltılması için aktif güç kısıntısı yapılırken üreten-tüketici topluluğu içinde kısılan yenilenebilir enerji çoğunlukla adil bir şekilde paylaştırılamamaktadır. Bu nedenle, tezin ikinci kısmında, gerilim hassasiyetlerine dayalı adil güç kesintisi uygulayarak yüksek yenilenebilir enerji penetrasyonu altında güç kalitesini ve üreten-tüketici topluluklarının faydalarını en üst düzeye çıkaran yeni bir EA şarj yönetimi önerilmektedir. Geliştirilen şarj yönetiminin performansı, kontrolsüz, kontrollü ve V2G ile güçlendirilmiş senaryolar altında çeşitli şarj gücü, batarya boyutu ve EA penetrasyon oranları ve şebeke dinamikleri dikkate alınarak IEEE 906 baralı test sistemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu tez, akademi ve iş dünyasından araştırmacılara teknik, ekonomik ve çevresel yönleri göz önünde bulundurarak gerçek zamanlı şarj altyapısı ve yönetimi konusunda yol gösterecektir.

Abstract:
Electric vehicles (EVs) can also improve the electricity grid by increasing intermittent renewable energy consumption and providing financial support to their users through vehicle-to-grid (V2G) energy transfer. Many studies have neglected to consider the impact of EV driving and charging behaviors on these benefits. The first part of this thesis presents a framework that systematically assesses EV driving and charging behaviors to improve charging management, considering standards and recent developments. The V2G potential is explored in depth by examining individual and concurrent charging demands. Furthermore, the Bootstrap approach optimizes the simulation timestep for more accurate charging management results. The results show that time steps shorter than 10 minutes should be used for EV charging management with a confidence interval higher than 95%. On the other hand, worldwide awareness of sustainable and clean energy drives prosumer communities to use renewable energy sources. However, the increasing penetration of photovoltaics in low-voltage distribution networks leads to serious power quality issues, such as overvoltage for grid operators and prosumers. When curtailing active power to reduce overvoltage, the curtailed renewable energy is often not distributed fairly within the prosumer community. Therefore, in the second part of the thesis, a novel EV charging management is proposed that maximizes the power quality and benefits of the prosumer communities under high renewable energy penetration by applying fair power curtailment based on voltage sensitivities. The performance of the proposed charging management is analyzed under uncontrolled, controlled, and V2G-enhanced scenarios considering various charging power, battery size, and EV penetration rates and grid dynamics, and cost-benefit analysis of the prosumer community adapted to the IEEE 906 busbar test system. This thesis will guide researchers from academia and business on real-time charging infrastructure and management, considering technical, economic, and environmental aspects.