Elektrik dağıtım sisteminde elektrikli araç park bölgelerinin talep tarafı esnekliği dikkate alınarak optimum işletimi
Optimum operation of electric vehicle parking lots considering demand side flexibility in electric distribution system
Yazar: İBRAHİM ŞENGÖR
Danışman: DOÇ. DR. OZAN ERDİNÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Kullanmakta olduğumuz geleneksel elektrik şebekesinin karşı karşıya kaldığı işletimsel problemler ve elektrik enerjisi üretiminde hala büyük ölçüde kullanılan hazır yakıtların tükenme sorunu nedeniyle yeni nesil modern elektrik şebekesine olan gereksinim son yıllarda gittikçe artmıştır. Gelişen teknoloji ile birlikte, kullanılmakta olan içten yanmalı motorlu taşıtların yerini almasına kesin gözüyle bakılan elektrikli araçların şarj gereksinimlerinin günümüz elektrik şebekesini olumsuz etkileyeceği aşikardır. Akıllı şebeke konsepti sayesinde, yeni nesil yükler olan elektrikli araçların artan şarj gereksinimleri enerji yönetimi algoritmaları kullanılarak etkin bir şekilde karşılanabilir. Hatta sistem operatörüne işletme esnekliği sağlayabilecek bu yüklerin kontrol edilmesi fikri dünya çapında birçok araştırmacıyı motive etmiştir.

Bu tez kapsamında, elektrikli araç park bölgelerinin şarj yönetimine ilişkin sistem operatörüne esneklik sağlayacak şekilde yeni bir şarj planlama algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemde, elektrikli araçların park bölgesine varış/ayrılış zamanlarına ilişkin belirsizlikler önce senaryo tabanlı stokastik olarak, daha sonra gerçek bir otoparka ait geçmiş araç varış/ayrılış verileri kullanılarak modellenmiştir. Öncelikle tek park bölgesinin hem gün öncesi hem de gerçek zamanlı planlanması odaklı analizi gerçekleştirilmiştir. Sonrasında bahsi geçen park bölgelerinin dağıtım sistemi işletimine etkisinin gün öncesi planlama tabanlı analizi güç akışı ve yenilenebilir enerji tabanlı üretim birimleri dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Park bölgelerinin şarj işlemlerinin planlanması için geliştirilen modellerin hepsinde, sistem operatörüne ayrıca esneklik sağlayacak pik gücü azaltma ve sınırlama tabanlı talep cevabı programı modele entegre edilmiştir. Son olarak elektrikli araçların araçtan şebekeye (vehicle-to-grid, V2G) enerji akışı özelliği sayesinde enerji piyasasında dolaylı olarak rol alabileceği yeni bir optimal teklif verme stratejisi oluşturulmuştur. Geliştirilen modeller farklı durum çalışmaları altında kapsamlı bir şekilde analiz edilmiş ve doğruluğu ortaya konmuştur.

Abstract:
Due to the operational problems faced by the traditional electricity grid we are currently using, and the problem of the depletion of fossil-based resources which are still extensively used in electric power generation, the need for a modern electricity grid has been increasing in recent years. With the developing technology, it is obvious that the charging requirements of the electric vehicles which are expected to replace the internal combustion engine vehicles will adversely affect the existing electricity grid. Thanks to the smart grid concept, the increased charging requirements of electric vehicles, one of the new generation loads, can be effectively handled by energy management algorithms. In fact, the idea of controlling these loads, which can provide operating flexibility to the system operator, has motivated many researchers around the world.

In the scope of this thesis, a new charging scheduling algorithm is developed to provide flexibility to the system operator regarding the management of the charging process of electric vehicles in parking lots. In the developed algorithm, the uncertainties regarding arrival/departure times of electric vehicles are initially modeled via a scenario-based stochastic approach and then by using historical vehicle arrival/departure data of a parking lot to be more realistic. Firstly, the analysis of a single parking lot focused on both day-ahead and real-time scheduling is performed. Then, day-ahead planning based analysis of the effect of the mentioned parking lots on distribution system operation is carried out by considering power flow between the regions and photovoltaic based renewable energy production units. Moreover, peak power reduction and peak power limitation-based demand response programs are integrated into the model to provide further operational flexibility to the system operator in all developed models for the charging transactions of parking lots. Last but not least, a new optimal bidding strategy is developed in which electric vehicles can play an indirect role in the electricity markets thanks to its vehicle-to-grid (V2G) feature. The devised models are tested under different case studies in order to reveal the effectiveness of them.