Sürekli düzlemsel uzayda ağaç-yıldız bağlantılı elektrik dağıtım ağı tasarımı
Design of tree-star connected electric distribution network on the continuous planar space
Yazar: ERVA ÇELİK
Danışman: PROF. DR. KAĞAN GÖKBAYRAK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA DİNLER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Bu tezde, elektrik enerjisine erişim güçlüğü yaşanan kırsal bölgelerin taleplerini karşılayabilmek amacıyla iki seviyeli bir dağıtım ağı tasarım problemi ele alınmıştır. Alt düzeyde, talep noktalarının üreteç veya dönüştürücülere belli bir mesafe içinde yıldız biçiminde bağlanarak hizmet alması sağlanır. Üst düzeyde ise, üreteçler ağaç biçimli ağlar üzerinden dönüştürücüleri  besler. Problem, dönüştürücülerin kapasitelerini aşmadan hizmet verebilmesini sağlayan ve talep noktalarının dönüştürücüye olan uzaklığına bağlı voltaj düşmesini engelleyen kısıtlamalar içermektedir. Dönüştürücü ve üreteçler için düzlem üzerindeki tüm noktalar aday yerlerdir. Üreteç, dönüştürücü ve bağlantı maliyetlerini enküçülterek düşük maliyetli bir dağıtım ağı tasarlamak amaçlanmıştır. Sürekli uzayda çözülmesi zor olan bu problemi çözebilmek adına ilk olarak problemin ayrık ifadesi oluşturulmuştur. Büyük ölçekli örnekler için ayrık ifadenin çözümü de zor olmaktadır. Bu sebeple, problem ayrık ifadesini çözen üç farklı sezgisel önerilmiştir. İlk sezgiselde öncelikle tesisler için aday yerler belirlenir ve alt düzey problem olan talep noktaları ile tesisler arasında direkt bağlantı sağlayan düşük gerilim ağları oluşturulur. Daha sonra üst düzey problem çözülerek tesisler arasındaki orta gerilimli bağlantılar şebekeye eklenir. Diğer iki sezgiselde ise tesisler için aday noktaların belirlenmesinde ve alt düzey problemde karşılaşılan uzun süreleri daha makul sürelerde çözmek hedeflenmiştir. Son olarak da elde edilen sonuçları, tesis yerlerini sürekli uzayda hareket ettirerek iyileştiren bir çözüm yöntemi önerilmiştir. Tüm bu metotların etkilerini gösterebilmek adına sayısal deneyler yapılmıştır.

Abstract:
In this thesis, a two-level distribution network design problem is studied in order to serve the demand points of rural areas where there is difficulty in accessing electrical energy. At the lower level, demand points are connected to generators or converters in a star pattern within a certain distance to receive service. At the higher level, the generators feed the converters over tree networks. The problem includes constraints that enable converters to serve without exceeding their capacities and prevent voltage drop due to the distance of demand points from the converter. All points on the plane are candidate locations for the converters and generators. It is aimed to design a distribution network by minimizing generator, converter and connection costs. The discrete problem is also difficult to solve for large-scale examples. Therefore, three different heuristic methods are proposed to solve the discrete expression of the problem. In the first heuristic method, candidate facility locations are found and local networks are created that provide a direct connection between demand points and the facilities. Then, the higher-level problem is solved and the connections between the facilities are added to the network. In the other two heuristics, we aim to obtain the solutions of the lower-level problem in more reasonable times. Finally, location adjustments on the continuous space are proposed to improve the obtained results. The effects of all methods are demonstrated by numerical experiments.