Türkiye bölgesel güç sisteminin modellenmesi, analizi ve yük akışı optimizasyonu
Modeling of Turkey regional power system, load flow analysis and optimization
Yazar: OZAN AKDAĞ
Danışman: PROF. CELALEDDİN YEROĞLU
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güç sistemleri, üretim aşamasından tüketim aşamasına kadar karmaşık bir yapıdadır. Elektrik enerjisinin tüketiciye sürekli, güvenilir, kaliteli ve ekonomik olarak ulaştırılması üretim/iletim/dağıtım aşamalarında kesintisiz  ve optimize edilmiş enerji akışının sağlanmasına bağlıdır. Karmaşık yapıdaki büyük sistemlerin ve enerji ağlarının tasarlanması, kontrol altında tutulabilmesi ve yönetilmesi oldukça zor ve çok yüksek maliyetli çalışmalar yapmayı gerektirir. Üstelik bu sistemlerde yapılabilecek bir hatanın geri dönüşümsüz hasarlar verme olasılığı da çok yüksektir. Ancak bu tarz sistemlerin sanal ortamda modellerinin oluşturulması, simülasyonunun yapılması ve analiz edilmesi sınırsız özgürlükle deneme yapma ve gerçek çözüme en yakın sonuçlar üretme imkanı sağlar. Bu tez çalışmasında Türkiye Bölgesel Güç Sisteminin ve Türkiye'deki yenilenebilir enerji açısından bazı kritik bölgelerin sanal ortamda modeli oluşturulmuş, simülasyonu yapılmış ve sonuçlar analiz edilmiştir. Ayrıca bu bölgelerdeki enerji akışının sürekliliği için yük akış optimizasyonu yapılmış ve öneriler sunulmuştur. Güç sistemlerinde kullanılan teçhizatların istenilen işletme sınırları içinde kalarak, jeneratörler ve baraların birbirleri arasında uygun yük alış verişini sağlaması OYA olarak tanımlanır. Bu tezde sanal modeli oluşturulan bölgelerde yük akış analizi, kısa devre analizi ve koruma koordinasyonu gibi analizler detaylı olarak yapılmıştır. Ayrıca bu tez için modifiye edilmiş optimizasyon algoritmaları ve bu tez kapsamında önerilen amaç fonksiyonları  kullanılarak sanal modellerde yük akışı, koruma koordinasyonun optimizasyonu yapılmıştır. Önerilen optimizasyon algoritmaları, IEEE test sistemleri üzerinde uygulanarak literatürdeki diğer optimizasyon algoritmaları ile karşılaştırılması verilmiş ve önerilen yöntemlerin etkinliği tartışılmıştır. Ayrıca, yenilenebilir enerji üretimi açısından kritik öneme sahip bazı bölgeler için, sanal ortamda yenilenebilir enerji santrali modeli önerilmiş veya mevcut yenilenebilir santrallerin sanal modeli oluşturulmuş, bu modellerin simülasyonu yapılmış, sonuçlar analiz edilerek bölgesel güç sistemine etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak bu tez ile Türkiye'nin enerji ağında OYA'nın ve koruma koordinasyonunun etkili sağlanması, yenilenebilir enerji kaynakları kullanımının yaygınlaştırılmasına katkı sağlanması amaçlanmıştır.

Abstract:
Power systems are in very complex structure from production to consumption phases. The continuous, reliable, high quality and economical delivery of electrical energy to the consumer depends on ensuring an  uninterrupted and optimized energy flow during the production / transmission / distribution phases. Designing, controlling and managing such complex energy networks requires very difficult and costly operations. Moreover, the probability of an error in these systems is very likely to cause irreversible damage. However, the modelling, simulation and analysis of such systems in a virtual environment provides the opportunity to experiment with unlimited freedom and to produce results closest to the real solution. In this thesis, some regional power systems of Turkey and  some critical areas in terms of renewable energy in Turkey were modelled in a virtual environment, simulation conducted and the results were analyzed. In addition, load flow optimization has been made for the continuity of the energy flow in these regions and suggestions have been presented. Providing the proper load exchange between generators and busbars by keeping equipments, used in power systems, within the desired operating limits, is defined as OPF (Optimum Power Flow). In this thesis, analyzes such as load flow, short circuit and protection coordination were carried out in detail in the virtual  model of the related regions. In addition, optimizations of load flow / protection coordination were carried on by using the modified optimization algorithms and newly proposed cost functions in this thesis. The proposed optimization algorithms are applied on IEEE test systems and compared with other optimization algorithms in the literature and the effectiveness of the proposed methods are discussed. In addition, for some regions that are critical in terms of renewable energy generation, a renewable power plant model has been proposed or a virtual model of existing renewable power plants has been obtained, these models have been simulated, the results have been analyzed and the effects on the regional power system have been examined. Consequently, this dissertation aims to contribute an effective OPF and protection coordination at Turkey's power grid and the widespread use of renewable energy sources.