Akıllı şebekelerde enerji yönetimi için akıllı priz geliştirilmesi
Development of smart plug for energy management system in 
smart grid
Yazar: GİRAY EŞREF KIRAL
Danışman: PROF. DR. MEHMET UZUNOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Akıllı ajanlar = Intelligent agents ; Akıllı ev = Intelligent house ; Akıllı sistemler = Intelligent systems ; Akıllı şebekeler = Intelligence networks ; Durum izleme = State monitoring ; Enerji tasarrufu = Energy saving ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Enerji yönetimi = Energy management

Özet:
Elektrik enerjisinin daha verimli kullanımına yönelik yapılan çalışmalar, uygulamalar ve ürünler günümüzde önemini hızla artırmaktadır. Bu çalışmalarda tüketicinin talebini dikkate alarak, enerjinin verimli ve ekonomik bir şekilde kullanımını sağlamak amaçlanmaktadır. Son yıllarda akıllı şebekeler kapsamında akıllı şehirler, akıllı binalar ve akıllı evler ön plana çıkmaktadır. Yapılan çalışmalarda, akıllı şebekeler sayesinde evlerdeki elektrik enerjisi tüketim profillerine ait verilerin elde edilebileceği ve buna göre üretim tesisleri yönlendirilerek enerji akışının verimli bir şekilde gerçekleştirilebileceği belirtilmektedir. Akıllı şebekelerin alt bileşeni olarak "akıllı evler" düşünülebilir. Bu evlerin yerel şebekedeki diğer tüketicilerle ve evlerde bulunan elektrikli cihazlarla haberleşmesi sayesinde elektrik sistemi daha verimli bir şekilde işletilebilmektedir. Bunun en önemli nedeni, tüketim değerlerinin mevcut enerji üretimine oldukça başarılı bir şekilde adapte edilebilmesidir. Bu amaca yönelik uygulamalardan biri de akıllı prizlerdir.
Akıllı priz başlığı ile sunulan farklı ürün ve uygulamalar olmasına karşın, genel olarak akıllı priz; tüketilen enerjiyi, güç parametrelerini uzaktan izleme ve açma/kapama işlevine olanak sağlayan cihaz olarak tanımlanmaktadır. Akıllı priz örnekleri dünyanın farklı yerlerinde uygulanmaktadır. Bu tez ile Türkiye'de yerli imkânlarla kablosuz harbeleşme altyapısına sahip özgün bir akıllı priz tasarımı gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. 
Akıllı prizlerde, prizin uzaktan izlenmesi ve prize erişim yaygın olarak ZigBee, PLC (power line communication), kablosuz M-bus ve Wi-Fi gibi haberleşme altyapıları ile gerçekleştirilmektedir. ZigBee kablosuz haberleşme için kullanılan ve IEEE 802.15.4 standardı ile tanımlanmış bir uluslararası protoköldür. ZigBee, diğer kablosuz haberleşme altyapılarına kıyasla kısa mesafede düşük maliyetli ve az güç tüketen bir haberleşme imkânı sağlamaktadır. Bu yönüyle ZigBee evsel uygulamalar/ürünler için uygun bir kablosuz haberleşme protokolüdür. 
Gerçekleştirilecek akıllı priz uygulamasında, kablosuz haberleşme altyapısına sahip, ev/bina içerisindeki prizlerin hepsine ulaşımın sağlandığı bir merkezi kontrol ünitesi tasarlanmıştır. Kullanılacak olan merkezi ünite ile tüm prizlerin izleme ve kontrolü gerçekleştirilecektir. Ayrıca geliştirilen akıllı priz, sıva üstü ve tak-çalıştır bir tasarımdır. Bu yönüyle akıllı priz sadece yeni yapılacak binalarda değil, mevcut binalar ve meskenlerde de kullanıma uygun olacaktır.
Geliştirilen akıllı prizin yurt dışında üretilen benzerlerine kıyasla önemli bir üstünlüğü olacaktır. Akıllı prize bağlanan cihazın özellikleri tanıtılarak, cihazın normal çalışma durumundan farklı bir şekilde çalışmasının tespit edilmesi sağlanacak ve böylece akıllı prize bağlı cihaza zarar verebilecek olan gerilim ve akım yükselmeleri tespit edilebilecektir. Bu özellikleri de düşünüldüğünde patent alınabilecek özgün bir tasarım ve uygulama olacaktır.
Geliştirilecek olan akıllı priz VİKO ve Yıldız Teknik Üniversitei, Elektrik Mühendisliği Bölümü ortak tasarımı olacak ve VİKO'nun ürün gamında yer alacaktır. Ayrıca, geliştirilecek akıllı priz üniversitemiz bünyesinde mevcut olan, araştırma ve test altyapısına uygun akıllı evde test edilmiştir. Bu tez çalışmasının sunacağı katkılar;
Yukarıda belirtilen özelliklere sahip bir akıllı priz Türkiye'de ilk defa geliştirilecektir. Sahip olduğu özgünlüğe ek olarak, ithal ikamesi sağlayarak ülke ekonomisine katkı potansiyeli vardır.
Akıllı evler, binalar ve akıllı şebekelere yönelik ileride geliştirilecek yeni ürünler için teknolojik bir altyapı oluşturacaktır.

Abstract:
Today, the importance of energy effiency studies, energy efficient applications and products has been on the rise. In these studies aim that the main goal of efficient and economic use of generated energy with consider consumer demand. Recently, ideas like smart cities, smart buildings and smart homes has been widely used under smart grid concept. With smart grid infrastructure, it will be possible to monitor electrical demand of a residential customer and control each electricity generation center for more efficient energy flow. The subcomponent of the smart grid can be considered as smart homes. Better utilization of the electrical grid can be achieved through the communication of the smart home with both other customers in the grid and appliances in the house itself since generation can effectively be scheduled by having more precise demand data. Smart plugs are used for the communication with the household appliances in the house.  

Although there are various prodcuts and appliacations under smart plug concept, smart plug is mainly defined as a product that monitors consumed energy and power parameters with the possibility of turning the device on or off with a control signal from a distant location. Smart plug samples are applied in different places of the world. With this thesis, a novel national smart plug with wireless communication protocol will be designed and manufactured in Turkey. Main communication protocols are used for monitoring and control actions with the smart plug are ZigBee, Power Line 
ZigBee is IEEE 808.15.4 based international communication protocols for wireless communication. Since both cost and energy consumption of ZigBee enabled device is low compared to other wireless communication products. On that sense ZigBee communication protocol is good for home applications/products. 
Whole smart plugs inside a building/house will use ZigBee protocol for communication and a central unit (Master Unit) will be used for ZigBee-Computer integration. The central unit will be used for monitoring, control actions, and communication with all of the smart plugs. The developed smart plug will also have plug and play properties so that it can be used not only in new buildings/homes but in old buildings/homes as well.  
The developed smart plug will be superior to smart plugs on foreign markets since the developed smart plug can determine abnormal, for example overcurrent or overvoltage, operation of the plugged device based on the pre-loaded device information. Thus, failure of the plugged device can be prevented. In this respect, the developed smart plug will be is a novel patentable product.
The smart plug will be developed by the collaborative work of VIKO and Yıldız Technical University Electrical Engineering Deparment and will be a part of VIKO products on the market. In addition, the developed smart plug will be tested in the existing research-test oriented smart house in our university. Contributions of the project can be summarized as:
A national smart plug will be developed for the first time in Turkey. The developed plug will be a subsitition of imported plugs and thus will contribute to the Turkish economy. 
Technological background for future products for smart buildings, smart homes and smart grid will be acquried.