Akıllı şebekeler için yeni bir ev enerji yönetim algoritmasının geliştirilmesi ve uygulanması
Development and implementation of a new home energy management algorithm for smart grids
Yazar: ONUR ELMA
Danışman: DOÇ. DR. UĞUR SAVAŞ SELAMOĞULLARI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Akıllı şebekeler = Intelligence networks ; Alternatif enerji = Alternative energy ; Dağıtım şebekeleri = Distribution networks ; Elektrik enerji sistemleri = Electrical energy systems ; Elektrik enerjisi = Electrical energy ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Çevresel faktörler ve fosil yakıtların tükeniyor olması nedeniyle günümüzde elektrik enerjisinin daha çevreci üretilip daha verimli kullanılması zorunlu hale gelmiştir. Bu nedenle üretim tarafında yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı yaygınlaşırken yük tarafında talep cevabı uygulamaları kullanılmaya başlanmıştır. Talep cevabı uygulamaları ile bir tüketicinin güç kullanımı farklı parametrelere göre kontrol edilebilir hale gelmektedir. Mevcut elektrik sisteminin yazılım ve haberleşme teknolojileri ile donatıldığı akıllı şebekeler yapısı altında talep cevabı uygulamaları daha da yaygın kullanılmaya başlanmıştır. Akıllı şebekelerin bir alt birimi olan akıllı evlerde elektrik tüketiminin kontrolü için talep cevabı çalışmalarının altında ev enerji yönetim algoritmaları geliştirilmektedir.
Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarından beslenen bir akıllı ev için yeni bir ev enerji yönetim algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen enerji yönetim algoritmasında temel amaçlar tüketicinin konforunu maksimize edecek şekilde yüklerin kontrol edilebilmesi ve gerçek zamanlı fiyatlandırma uygulamasının bulunması durumunda tüketicinin elektrik faturasını düşürmektir. Geliştirilen algoritmada evdeki cihazların güç tüketimlerinin düşürülmesi öncelikle gerilim azaltımı ile sağlanmaktadır. Böylece, literatürde yaygın olarak kullanılan yük öteleme veya yük atma gibi yöntemler ile karşılaştırıldığında cihazların çalışmasına doğrudan müdahale en aza indirilmekte ve tüketici konforu maksimize edilmektedir. Ayrıca, yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilebilecek güç değerlerinin tahmini ve akıllı şebeke tarafından gönderilen gerçek zamanlı fiyat bilgisi dikkate alınarak 5 dakikada bir sistemin bir sonraki durumuna karar verilen dinamik bir ev enerji yönetim algoritması geliştirilmiştir. 
Geliştirilen ev enerji yönetim algoritmasının performansı hem benzetim ortamında hem de deneysel olarak Yıldız Teknik Üniversitesi Akıllı Ev Laboratuvarı'nda test edilmiştir. Böylece, geliştirilen ev enerji yönetim algoritmasının pratik uygulanabilirliği de gösterilmiştir.  Elde edilen sonuçlar incelendiğinde yük tarafında sadece gerilim azaltımı ile pik güç değerinde yaklaşık %18'lik bir düşüş elde edilebilirken gerilim azaltımı ile birlikte sadece elektrikli ısıtıcının ötelenmesi ile pik güç değerinde yaklaşık %40'lık bir düşüş elde edilebildiği gösterilmiştir.

Abstract:
Due to environmental concerns and the depleting fossil energy sources, more efficient use of electrical energy and environmental friendly electrical energy generation have become a necessity. Thus, the use of renewable energy sources for electrical energy generation has increased in recent years and demand response applications have been employed at the customer side so that the power consumption of end user can be controlled based on various parameters. Demand response applications have been more frequently used with the smart grid concept-which is defined as the combination of communication technologies and software with the existing grid. Home energy management algorithms under demand response applications are being developed for smart homes-a subunit of the smart grid- to control the electrical power consumption.
In this study, a new home energy management algorithm is developed for a renewable energy supplied smart home. Main aims of the developed algorithm are to maximize customer comfort and to lower the electricity bill of the customer by considering real time pricing. In the developed algorithm, voltage reduction is primarily used to lower the power consumption of household appliances compared to commonly used methods of load shifting and load shedding reported in the literature. Since the operations of appliances are not interrupted with the voltage control, customer comfort is maximized. In addition, a dynamic home energy management is developed so that the state of energy management system for the next 5-minute duration can be determined by considering both real time price information provided by the smart grid and short term renewable energy generation forecasts. 
Both simulation and experimental studies have been completed to evaluate the performance of the developed home energy management algorithm. YTU smart home laboratory is used for experimental verification. Thus, the practical applicability of the developed algorithm is also demonstrated. Results showed that the peak power reduction of about 18% is achieved with only voltage control and about 40% is achieved with voltage control and electric heater shifting.