Enerji dağıtım sistemlerinde yeniden yapılandırmaya yeni bir yaklaşım
A new approach to reconfiguration in power distribution network
Yazar: MURAT ÇIKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BEDRİ KEKEZOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Gelişen teknoloji ile birlikte enerjiye olan talep giderek artmaktadır. Artan elektrik talebi, hattın güvenilir koşullarda çalışmasını sınırlandırmakta, güç dağıtım sistemlerinin aşırı yüklenmesine ve aktif güç kayıplarının artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, güç dağıtım sistemlerinin performansını artırmak ve hatlardaki aktif güç kayıplarını azaltmak için farklı metotlar uygulanmaktadır. Hat kayıplarını azaltmak için yaygın olarak uygulanan teknikler, yeniden yapılandırma, dağıtık güç üreteçlerin konumlandırılması veya bu iki tekniğin kombinasyonlarının birlikte uygulanmasıdır. Dağıtım hatlarındaki anahtarların belirli kriterlere göre konumlarının değiştirilmesi ve hattın radyal (dallı) yapıya dönüştürülmesi işlemine güç dağıtım sistemlerinin yeniden yapılandırılması denir. Bu çalışmada, hatların yeniden yapılandırılması ve dağıtık güç sistemlerinin konumlandırılması (boyutlandırılması) birlikte uygulanarak bara gerilim profilinin iyileştirilmesi, aktif güç kayıplarının azaltması, güç kalitesinin iyileştirilmesi, güvenilirlik indeksi ve gerilim kararlılık indeksinin geliştirilmesi sağlanmıştır.
Bu tezin katkıları şu şekilde sıralanabilir. Enerjinin iletimi ve dağıtımı esnasında hatlarda meydana gelen aktif güç kayıplarını minimize etmek için farklı büyüklüklerdeki (küçük, orta ve büyük ölçekli) elektrik şebekelerinin optimizasyonu meta-sezgisel tabanlı arama algoritmaları kullanılarak sağlanmıştır. Algoritmalar, istatiksel yöntemler kullanılarak performansları test edilmiştir. Test edilen tüm arama algoritmaları 15'den fazla istatiksel kriter göz önüne alınarak sınanmıştır. Yeniden yapılandırma problemi için uygun meta-sezgisel algoritma/algoritmalar bulunmaya çalışılmıştır. Tekli amaç fonksiyonu kullanılarak aktif güç kayıpları minimize edilmiştir. Çoklu amaç fonksiyonu kullanılarak (aktif güç kaybı, gerilim dalgalanması, güvenilirlik ve gerilim kararlılık indeksi v.b) değişken parametrelerin Pareto-Front çözümleri bulunmuştur. Güç dağıtım sistemlerinde tekli ve çoklu optimizasyon tekniklerinin kullanımı ve bu yöntemlerdeki temel farklılıklar 33-baralı güç dağıtım sisteminin yeniden yapılandırma çalışmasında ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Şebekedeki ölçüm-bilgi kıstasları göz önüne alınarak iki farklı 'Gerilim Kararlılık İndeks' formülü geliştirilmiştir. Sonuçlar güncel ve kabul gören metotlar ile karşılaştırılmıştır. Güç sistemlerinin performansını artırmak için yeni bir güvenilirlik indeks hesaplama metodu geliştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ticari yazılım olan Etap programı ile test edilmiştir. Dağıtık güç üreteçlerinin konumlandırılması ve boyutlandırılması yapılarak dağıtım hattına olan etkileri incelenmiştir.

Abstract:
The demand for electric energy is increasing with the developing technology. The increasing demand for electricity limits the distribution network to operate in reliable conditions, overloading power distribution systems and increasing active power losses. Thus, a variety of methods can be applied to increase the performance of power distribution systems and reduce active power losses in distribution lines. Commonly applied techniques to reduce line losses are reconfiguration, placement of distributed generator units, or combinations of these two techniques. Reconfiguration is the process of changing the positions of the switches and so transforming the distribution line into a radial (branch) structure. In this thesis, the simultaneous reconfiguration and placement of distributed generations are applied to improve the voltage profile, reduce the active power losses, to improve the power quality, reliability index, and voltage stability index.
The contributions of this thesis are summarized as follows. In order to minimize the active power losses that occur in the distribution lines during the transmission and distribution of energy, different size electricity networks (small, medium, and large scale) have been optimized by using meta-heuristic search algorithms. The performances of the algorithms have been tested using statistical methods. These algorithms have been tested considering 15 statistical criteria. The best performed meta-heuristic algorithm has been tried to find for solving the reconfiguration problem. Active power losses are minimized by using the single objective function. Pareto-Front solutions such as active power loss, reliability, voltage stability index have been determined by using the multi-objective function. The usage of single and multi-optimization techniques in power distribution systems and the main differences in these methods are explained in detail in the 33-bus power distribution system reconfiguration study. Two different 'Voltage Stability Index' formulas are developed considering the measurement-data criteria in the network. The results obtained are compared with current and widely accepted methods. A new reliability index calculation method has been developed to improve the performance of power systems. The obtained results are also verified with the commercial software Etap. The effects of the location and size of distributed generations on power distribution networks have been investigated.