Modern kontrol yöntemlerinin yük dağıtım sistemlerinde uygulanması
Application of modern control methods on load distribution systems
Yazar: HASAN TİRYAKİ
Danışman: PROF. DR. İLHAN KOCAARSLAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Aktif güç optmizasyonu = Active power optimization ; Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Elektrik güç sistemleri = Electric power systems ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization

Özet:
Günümüzde Türkiye enerji üretim ve nakil hatlarının kontrolü için bir milli yük tevzii merkezi ve bu merkeze bağlı bölgesel yük tevzii merkezleri bulunmaktadır. Yük eğrilerinde saniye bazında değişim gözlenirken sistemde birçok gecikme yaşanmakta ve sorunlara sebep olmaktadır. Yaşanan sorunları en aza indirebilmek için elektrik üretim sisteminde santrallerin koordineli bir şekilde çalıştırılması ve bunun için de iyi bir optimizasyon yapılması gerekmektedir.
Ayrıca elektrik üretimi yapılırken atmosfere salınan karbon emisyonu sorunu da çevresel duyarlılığın arttığı günümüzde gittikçe önem kazanmaktadır. Ancak henüz ülkemizde bu konuyla ilgili bir çalışma yapılmamıştır. 
Bu tez çalışmasında; enerji nakil hatlarımızın içinde bulunduğu durum göz önüne alınarak yedi adet Doğalgaz Kombine Çevrim Santrali, kırk adet Gaz Türbini Santrali ve 5 adet Fuel-Oil Türbini Santrali barındıran Trakya Yük Tevzii Merkezi modeli çıkartılmış ve bu modelin modern optimizasyon ve kontrol yöntemleri ile kontrolü sağlanmıştır. Söz konusu Doğalgaz Kombine Çevrim Santrallerinde on dört adet ünite, Gaz Türbini Santrallerinde doksan altı adet ünite ve Fuel-Oil Türbini Santrallerinde on adet ünite olmak üzere toplam yüz yirmi adet ünite bulunmaktadır.
Bu kadar çok sayıda birimin birlikte çalıştığı bir sistemde ünite üretim set değerlerinin belirlenmesi büyük bir optimizasyon problemidir. Bu problemi modellemek için karışık tamsayı programlama tekniğinden ve çözüm için de dal-sınır ile kesme düzlemi algoritmalarından yararlanılmıştır. Çeşitliliği arttırabilmek ve daha kullanışlı bir metodoloji oluşturabilmek için gerçek hayatta santraller baz alınırken gerçekleştirilen optimizasyonda üniteler baz alınmıştır. Ayrıca elektrik üretim maliyetlerinin günümüzdeki uygulamalarının yanı sıra karbon emisyonu maliyetlerinin optimizasyonu nasıl etkilediğini gözlemlemek amacıyla Kyoto protokolü nedeniyle yakın gelecekte ülkemizde de uygulanması muhtemel olan karbon emisyonu borsası gibi bir uygulama tasarlanmış ve sonuçlar karşılaştırılmıştır.
Optimizasyonu yapılan üretim set değerleri kullanılarak gerçeğe yakın bir ortamda benzetim yapılmış ve modern kontrol ve optimizasyon yöntemlerinin aktif güç-frekans kontrolüne olan etkileri net olarak gözlenebilmiştir. Modellemesi yapılan elektrik üretim santrallerinin ünitelerinde bulunan kontrolörlerin tümü her seferinde aynı tutulmak kaydıyla ilk olarak PI kontrolör ve sırasıyla parametreleri Parçacık Sürüsü Optimizasyonu yöntemi ile optimize edilmiş PI kontrolör (PSO-PI), parametreleri Yapay Arı Kolonisi optimizasyonu yöntemi ile optimize edilmiş PI kontrolör (YAK-PI), PID kontrolör, parametreleri Parçacık Sürüsü Optimizasyonu yöntemi ile optimize edilmiş PID kontrolör (PSO-PID) ve parametreleri Yapay Arı Kolonisi optimizasyonu yöntemi ile optimize edilmiş PID kontrolör (YAK-PID) olmak üzere altı farklı kontrolör kullanılmıştır.
Elde edilen sonuçlar elektrik üretim set değerlerinin optimizasyonu açısından incelendiğinde karbon emisyonu maliyetlerinin de dikkate alınması ile beklenildiği gibi elektrik üretim maliyetlerinin yükseldiği görülmektedir. Bunun yanı sıra atmosfere salınan karbon emisyonu miktarları da önemli ölçüde azalmıştır. Bu sebeple artan çevre kirliliğinin önüne geçebilmek için bu tür uygulamaların hayata geçirilmesi elzemdir.
Aktif güç-frekans kontrolü benzetim sonuçları incelendiğinde elektrik üretim santrallerinin ünite kontrolörleri olarak hızlı bir cevaba ihtiyaç duyulan kontrol sistemlerinde PSO-PID kontrolör, biraz daha yavaş ancak yumuşak geçişlere sahip cevaplara ihtiyaç duyulan kontrol sistemlerinde ise YAK-PID kontrolör kullanılması gerektiği anlaşılmıştır.
Unutulmaması gereken en önemli nokta; bu konuda ne kadar çok çalışma yapılırsa o kadar çok sonuç ve tecrübe edinileceğidir. Bu tez çalışması ile birlikte ülkemizde bu konudaki duyarlılığı arttırabilmek ve ülkemize biraz olsun fayda sağlayabilmek hedefi, kaçınılmaz bir zorunluluktur.

Anahtar kelimeler: Yük Tevzii Merkezleri Optimizasyonu, Karbon Emisyonu, 
Elektrik Üretim Santrallerinin Modellenmesi, Aktif Güç-Frekans Kontrolü, Modern 
Kontrol ve Optimizasyon Yöntemleri.

Abstract:
Today in Turkey, a national load distribution main center and regional load dispatch centers linked with this main center resides for controlling energy generation and transmission lines.
Beyond, the exhaled carbon emmission problem while generating electricity has increasing importance in nowadays but there is not a study in our country yet about this issue.
In this thesis, Trachia(Trakya) Load Distribution Centre which has the facilities of seven Natural Gas Combined Cycle Plants, forty Gas Turbine Plants and five Fuel-Oil Turbine Plants is modeled and controlled via modern optimization techniques by considering today's condition of energy transmission lines. There are fourteen units in Aformentioned Natural Gas Combined Cycle Plants, ninety-six units in Gas Turbine Plants and ten units in Fuel-Oil Turbine Plants in total one hundered and twenty units.
It is a very huge optimization problem to determine the unit production set value in such large amount of units operating in company. For modelling this problem, integer programming technique is used and for solution of problem, branch-bound and plane of shear algorithm is used. Moreover, for easy of use despite of we are based on main plants in real life optimizations are based on units. In addition, on the purpose of observing how carbon emmission costs as well as today's application of electicity production costs effecting the optimization, a carbon emmision stock exchange application which will probably be applied to our country according to Kyoto Protocol is designed and results are compared.
The simulation have been made by using the optimized production set values on the realistic environment and The effects of modern control and optimization methods to the active power-frequency control could be observed clearly. On the condition that all controllers on the modelling electrical generation plants will be the same every time, firstly PI controller and PI controller whose parameters was optimized with the Partical Swarm Optimization method (PSO-PI), PI controller whose parameters was optimized with the Artificical Bee Colony optimization method (YAK-PI), PID controller, PID controller whose parameters was optimized with the Partical Swarm Optimization method (PSO-PID) and PID controller whose parameters was optimized with Artificial Bee Colony optimization method (YAK-PID) respectively, namely six different controller was used.
It is observed that when the results obtained examine in terms of electrical generation set points optimization, as expected electrical production costs  has increased by taking into account the cost of carbon emissions. In addition to this, the amount of emission of carbon released into the atmosphere are significantly decreased. For this reason, in order to prevent the increasing pollution, the implementation of such practices is essential.
It has been understood that when the active power-frequency simulation results are examined, PSO-PID controller has to be used for electrical generation plants unit controllers which require quick response where as YAK-PID controller has to be used for the control systems that require slower and smooth response.
The most important thing to remember is, if the more works are done on this topic, so that many results and experience are gained. My target with this thesis is to increase awareness on this issue in our country and to give some benefits to our country.

Keywords: Optimization of Load Distribution Centers, Carbon Emission, Modelling of 
Power Plants, Active Power-Frequency Control, Modern Control and Optimization 
Methods