Elektrikli araçların şebeke entegrasyonunun özgün bir dengeleme stratejisi ile sağlanması
Realization of grid integration of electric vehicles with a unique balancing strategy
Yazar: FURKAN ÜSTÜNSOY
Danışman: PROF. DR. HASAN HÜSEYİN SAYAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, bir konut elektrikli araç şarj istasyonunun pik saat dilimindeki yükünü en aza indiren ve kullanıcıların memnuniyetini en üst düzeye çıkaran stratejiyi optimize etmek için metasezgisel tabanlı gerçek zamanlı kontrol algoritması önerilmiştir. Önerilen algoritma sürücülerin taleplerini iletmesi gerekmediğinden çevrimiçi ve kullanıcı alışkanlıklarından bağımsız olduğu için davranış anlamında modelsizdir. Strateji modeline göre elektrikli araç toplayıcı koordinasyonunda araçtan-araca şarj topolojisine izin verilir. Bu sayede optimal sonuç için modele esneklik verilir. Pik saat dilimindeki toplam şarj yükünü minimize etmek için toplam istasyon yükü doğrusal programlama ile formülüze edilmiştir. Kullanıcı memnuniyetinin maksimize edilmesi için ise sürücü talebi en kısa şarj süresi olarak karma tamsayılı doğrusal programlama yöntemiyle formülize edilmiştir. Önerilen algoritmada kullanıcı memnuniyetini artırmak ve sürücüleri teşvik etmek için gerçek zamanlı ücretlendirme modeli tasarlanmıştır. Kullanıcı memnuniyeti ise şarj süresi ve toplam enerji maliyeti olarak modellenmiştir. Önerilen algoritmanın performansının test edilebilmesi için tüm üretici-tüketici varyasyonlarını içeren senaryolar geliştirilmiştir. Önerilen algoritma literatürde konu ile ilgili en yaygın kullanılan popülasyon temelli 8 farklı metasezgisel optimizasyon yöntemine göre modellenerek tüm varyasyonlarda analiz edilmiştir. Deneysel sonuçlar gerçek zamanlı önerilen algoritmanın uygulanabilirliğini ve etkinliğini ortaya koymuştur. Ayrıca önerilen algoritmanın teknik olarak uygulanabilirliğini gösterebilmek için küçük güçlü 4 şarj modülüne sahip doğru akım tabanlı bir şarj istasyonu modeli tasarlanmıştır. Gerçek uygulama sonucunda çift taraflı enerji akışı ile yük dengelemesinin yapılabildiği anlaşılmış ve böylece önerilen algoritmasının uygulanabilirliği gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a metaheuristic-based real-time control algorithm is proposed to optimize the strategy that minimizes the peak-hour load of a residential electric vehicle charging station and maximizes users' satisfaction. The proposed algorithm is online since drivers do not need to communicate their requests and it is model-free in terms of behavior since it is independent of user habits. According to the strategy model, vehicle-to-vehicle charging topology is allowed in the electric vehicle collector coordination. This gives flexibility to the model for the optimal outcome. In order to minimize the total charging load during the peak hour, the total station load is formulated by linear programming. In order to maximize user satisfaction, the driver demand is formulated as the shortest charging time using complex integer linear programming. In the proposed algorithm, a real-time charging model is designed to increase user satisfaction and incentivize drivers. User satisfaction is modeled as charging time and total energy cost. To test the performance of the proposed algorithm, scenarios including all producer-consumer variations are developed. The proposed algorithm is modeled according to 8 different population-based metaheuristic optimization methods, which are the most widely used in the literature on the subject, and analyzed in all variations. The experimental results demonstrate the feasibility and efficiency of the proposed algorithm in real time. In addition, a direct current based charging station model with 4 small power charging modules is designed to demonstrate the technical feasibility of the proposed algorithm. As a result of the real application, it is realized that load balancing with bilateral energy flow can be achieved, thus demonstrating the feasibility of the proposed algorithm.