Bara bölme metodunu kullanarak şebeke topoloji optimizasyonu
Network topology optimization by using the bus splitting technique
Yazar: ERDİ DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. NURAN YÖRÜKEREN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Metasezgiseller = Metaheuristics

Özet:
Enerji iletim altyapısının genişlemeye devam etmesi, meydana gelebilecek kısa devre akımlarını (KDA) yükseltmektedir. Bu nedenle İletim Sistemi Operatörleri (İSO), güç sisteminde çeşitli topolojik değişiklikler yaparak KDA'yı sınırlandırmaktadır. Enerji sisteminde fosil yakıtların azaltılması için sisteme entegre edilen yenilenebilir enerji kaynakları nedeniyle oluşan üretim belirsizlikleri ile büyük ölçekli sanayi kuruluşlarının darbeli yükleri sonucunda oluşan tüketim belirsizliklerine ek olarak KDA'yı kısıtlamak için yapılan topolojik düzenlemeler, N-1 güvenliğinde bozulmalara neden olmaktadır. İSO'ların sıklıkla karşılaştığı bu zorlayıcı problemi çözmek ve operatöre ihtiyaç duyduğu güvenli bara dağılımını sunabilmek amacıyla sekiz farklı yapay zekâ optimizasyon algoritması ilk defa böyle bir problemde kullanılmıştır. Bu kapsamda, sürekli çözüm uzayına sahip (continuous search space) problemler için önerilmiş olan Kâşif Algoritması, sürekli arama uzayından ayrık arama uzayına (discrete search space) geçişi sağlanarak geliştirilmiş ve İkili Kâşif Algoritması (İKA) olarak önerilmiştir. İKA'nın performansını değerlendirebilmek için çeşitli benchmark fonksiyonları, sekiz farklı algoritmayla çözülmüş ve karşılaştırılmıştır. Güç sisteminde statik güvenliğin değerlendirildiği N-1 analizini hızlandıracak çeşitli yaklaşımlar sunulmuştur. Kısıt analizini sadece enerji iletim hatlarının aşırı yüklenmesi açısından değil aynı zamanda gerilim bozulmaları bakımından da değerlendiren güvenilirlik performansı yöntemi önerilmiştir. Yazılım altyapısı Python programlama diliyle kurulmuş olup, güç akışı ve kısa devre akım hesapları PSS/E programından çekilmiştir. Sezgi-üstü yöntemler için önerilen senaryoları parametrik ve parametrik olmayan istatistiksel göstergelerle karşılaştırabilmek için IEEE 14, 57 ve 118-baralı test sistemleri üzerinde çeşitli analizler yapılmıştır. Başarılı olduğu istatistiksel veriler ışığında kanıtlanan yöntemler, Türkiye Elektrik İletim Sistemi İstanbul Anadolu Yakası ve Bursa Bölgelerinde kullanılmış ve sistem güvenliğini tesis edebilen sonuçlar elde edilmiştir. Benzetim ortamında sezgi-üstü yöntemlerden elde edilen başarılı sonuçların İstanbul Anadolu Yakası ve Bursa bölgelerinde uygulanmasıyla birlikte önerilen algoritmaların çıktılarına göre gerçek sistem işletimi yapılmıştır.

Abstract:
The transmission system expansion increases the short circuit currents (SCC) to be occurred. Therefore, Transmission System Operators (TSO) restrict the SCC by making various topological changes. The energy production uncertainties happening due to renewable energy sources, which are put in the energy system in order to reduce fossil fuels, and the uncertainties of the energy consumption occurring because of variable loads caused by the heavy industry and the topological changes to be implemented to reduce the SCC can lead to the failure of the N-1 security. Eight different meta-heuristic techniques were employed for the first time in the bus splitting optimization problem in a bid to solve this challenging problem frequently encountered by the TSO and with a view of presenting the reliable bus layout needed by the operator. Moreover, the Pathfinder Algorithm, which is proposed to solve the continuous problems, was improved by providing the transition from the continuous search space to the discrete search space and this concept was proposed as the Binary Pathfinder Algorithm (BPFA). Several benchmark functions were solved and compared with eight different algorithms in order to evaluate the performance of the BPFA. Various approaches were presented to reduce the solution time of the N-1 security analysis. The reliability performance technique, which evaluates the contingency analysis not only in terms of the overloading of the transmission lines but also in voltage violation, was proposed. The Python programming language was utilized to process algorithms, and the power flow and the short circuit current calculations were implemented with the Python interface of the PSS/E program. To compare the scenarios proposed for the meta-heuristic methods with parametric and non-parametric statistical indicators, different runs were performed on the IEEE 14, 57 and 118-bus test systems. The methods statistically proven their effectiveness in terms of solving bus splitting optimization problem were utilized on the Istanbul Anatolian Side and Bursa areas of the Turkish Electricity Transmission System and ultimately the results to provide the system security were obtained.  Consequently, the operation of the real system was implemented according to the outputs of the proposed algorithms.