Dağıtım sistemi rekonfigürasyonu için optimizasyon tabanlı yeni bir yaklaşım geliştirilmesi
Development of a new optimization-based approach for distribution system reconfiguration
Yazar: YUSUF TOPÇUOĞLU
Danışman: PROF. DR. OZAN ERDİNÇ ; DOÇ. DR. YAVUZ ATEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Küresel ısınma, etkisi her geçen gün giderek artan önemli bir küresel sorun haline gelmiştir. Birçok hükümet ve kurım bu konuyu ele almak için ciddi hedefler belirlemiştir. Bu hedefler doğrultusunda atılan adımlarla, enerji üretimi ve tüketimi alanlarında önemli değişiklikler gözlenmektedir. Artan yatırımlar ve teknolojideki ilerlemelerle birlikte yenilenebilir enerji sistemlerinin ve elektrikli araçların şebekedeki rolünün yakın gelecekte artması beklenmektedir. Ancak bu sistemlerin yaygın şekilde benimsenmesi, giderek karmaşıklaşan elektrik şebekesinde hem üretim hem de tüketim tarafında önemli zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Yenilenebilir enerji sistemlerinin stokastik doğası, öngörülemezlikleri ve elektrikli araçların şarj sırasındaki yüksek güç talepleri ile kullanıcı davranışındaki belirsizliklerle birleştiğinde, şebekedeki üretim ve tüketim dengesini bozabilmektedir. Bu tür dengesizlikler aşırı yüklenmelere, hat kayıplarına ve gerilim profillerinde ve şebeke frekansında dengesizliğe neden olabilmektedir.
Literatürdeki çeşitli çalışmalar bu zorluklara değinmektedir; şebeke yeniden yapılandırması, çalışılan konular içerisinde öne çıkan kavramlardan biridir. Şebeke yeniden yapılandırması, şebeke içindeki hatların anahtar durumlarını değiştirerek şebeke topolojisini belirlenen hedefler doğrultusunda optimize etmeyi içerir. Hat kayıplarının azaltılması, gerilim profilinin iyileştirilmesi, yenilenebilir enerji sistemlerinin şebekeye entegre edilmesi literatür üzerindeki yapılan çalışmalardan sıklıkla kullanılan hedefler arasındadır.
Bu tezde amaç, şebeke yeniden yapılandırması ile şebekenin işletme maliyetlerini ve hat kaybı maliyetlerini en aza indirmektir. Operasyonel maliyetler, enerji üretim maliyetlerini, anahtarlama maliyetlerini elektrikli araçların şarj ve deşarjı ile ilgili maliyetleri içerir. Çalışmada en uygun çözümü bulmak için Karma Tamsayılı İkinci Dereceden Kısıtlı Programlama (MIQCP) ile bir optimizasyon modeli üzerinde çalışılmıştır. Yapılan çalışma, içinde güneş enerjisi santrali ve elektrikli araç şarj istasyonu bulunan 17 baralı bir şebeke üzerinde gerçekleştirilmiştir. şebeke hatları, uzaktan kontrol edilen anahtarlar aracılığıyla saatlik olarak şebeke rekonfigürasyonuna  tabi tutulmuştur. Bu çalışmada geleneksel işletme, temel şebeke rekofigürasyonu, sınırlı sayıda anahtarlamayla rekonfigürasyon dahil olmak üzere çeşitli senaryolar incelendi ve karşılaştırıldı.

Abstract:
Global warming has become an important global problem whose impact is increasing day by day. Many governments and institutions have set serious goals to address this issue. With the steps taken in line with these goals, significant changes are observed in the fields of energy production and consumption. With increasing investments and advances in technology, the role of renewable energy systems and electric vehicles in the grid is expected to increase in the near future. However, widespread adoption of these systems poses significant challenges on both the production and consumption sides in an increasingly complex electricity grid. The stochastic nature of renewable energy systems, their unpredictability, and the high power demands of electric vehicles during charging, combined with uncertainties in user behavior, can disrupt the balance of production and consumption in the grid. Such imbalances can cause overloads, line losses and imbalance in voltage profiles and grid frequency.
Various studies in the literature address these challenges; Grid reconfiguration is one of the prominent concepts among the subjects studied. Grid restructuring involves optimizing the grid topology in line with determined goals by changing the switch states of the lines within the grid. Reducing line losses, improving the voltage profile, and integrating renewable energy systems into the grid are among the frequently used targets in the literature.
The aim of this thesis is to minimize the operating costs and line loss costs of the grid through reconfiguration. Operational costs include energy production costs, switching costs and costs related to charging and discharging electric vehicles. In the study, an optimization model was studied with Mixed Integer Second Order Constrained Programming (MIQCP) to find the optimal solution. The study was carried out on a 17-bar grid with a solar power plant and an electric vehicle charging station. Grid lines were subjected to hourly grid reconfiguration via remotely controlled switches. In this study, various scenarios were examined and compared, including traditional operation, basic grid reconfiguration, reconfiguration with limited switching.