Güç sistemlerinde optimal reaktif güç yönetimi için elektrikli araçlar ve rüzgâr enerjisinin etkisi
The impact of electrical vehicles and wind energy for optimal reactive power management in power systems
Yazar: FURKAN MENEVŞEOĞLU
Danışman: PROF. DR. METİN VARAN ; DOÇ. DR. ALİ ERDUMAN
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dünya genelinde elektrik enerjisine olan talep ve ihtiyaç her geçen gün giderek
artmaktadır. Elektrik enerjisine karşı olan bu talep sonucunda bu enerji kaynağının
niteliği, bilhassa önemli hale gelmiştir. Bu bağlamda elektrik enerjisinin; güvenli,
temiz, sürdürülebilir ve ekonomik olması gerekmektedir. Elektrik enerjisine bu
perspektiften bakıldığında bu metanın üretim, iletim ve dağıtım operasyonları kritik
operasyonel sistemler haline gelmiştir. Modern elektrik güç sistemlerinin kararlı,
güvenli ve sürdürülebilir olarak yönetilmesi; sistem içerisinde kontrol edilmesi
gereken güç değişkenlerinin güvenli çalışma kısıtları içerisinde kalması ile mümkün
olmaktadır. Optimal reaktif güç akışının kontrolü için bara geriliminin kabul
edilebilir sınırlar içinde tutulması, reaktif güç yönlendirmesine bağlı olmaktadır.
Optimal reaktif güç yönlendirme (ORGY) çalışmaları, güç sistemlerinin güvenilir bir
şekilde çalışmasını sağlamak için uygun sistem konfigürasyonlarını tasarlamayı
amaçlamaktadır. Bu tür konfigürasyonların oluşturulması, güç sistemlerindeki
kontrol değişkenleri aracılığıyla ele alınmaktadır. Bu yönetim, jeneratör bara
gerilimlerini ayarlama, transformatör kademe değiştiricilerinin konumlarının
değişimi ve anahtarlanabilir şönt reaktör boyutları gibi çeşitli kontrol değişkenleri
kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Elektrik üretim sistemlerinde konvansiyonel
üretim sistemleri ile birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımları her geçen
gün artmaktadır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgar enerjisinin
entegrasyonu güç kalitesini büyük ölçüde etkileyebilir ve güç kaybını azaltabilir. Bu
tez çalışmasında, Gri Kurt Optimizasyonu (GKO) yaklaşımı, ORGY sorununa
uygulanarak güç sistemine yeni kurulacak olan rüzgar enerji santralinin en uygun
lokasyona yerleştirilmesini keşfetmeye çalışmaktadır. ORGY probleminin transfer
kısıtları içerisinde kalarak yapılan bu güç aktarımına, sayıları her geçen gün artan ve
kaçınılmaz olarak dünyamızda yer edinen elektrik araçların yük taleplerinin
karşılanması ihtiyacı dahil edilmiştir. Bu ORGY çalışması sırasında amaçlanan temel
faktör, kontrol değişkenlerini belirli sınırlar içinde tutarak güç kaybını ve gerilim
sapmasını minimize etmektir. IEEE 30 ve IEEE 118 baradan oluşan güç sistemleri
referans alınarak önerilen yöntemin performansı incelenmiştir. Ayrıca, bu çalışma
kapsamında, Weibull dağılım fonksiyonu ve ticari rüzgar türbinleri kullanılarak güç
sistemine özgü rüzgar yerleşimi üzerine bir analiz gerçekleştirilmiştir. Yapılan sistem
tasarımı sonuçları kapsamında GKO' nun birçok senaryoda üstünlüğü ortaya
çıkmaktadır. Bu sonuçlar kapsamında, GKO algoritmasının yenilenebilir enerji
kaynaklarının entegrasyonu ve elektrikli araçların talep yüklerinin karşılanması
operasyonlarını kolaylaştırmadaki potansiyeli ve sürdürülebilir enerji çözümlerini
teşvik etmedeki rolü vurgulanmıştır.

Abstract:
The demand and need for electrical energy around the world is increasing day by
day. As a result of this demand for electrical energy, the quality of this energy source
has become particularly important. In this context, electrical energy; It must be safe,
clean, sustainable and economical. When looking at electrical energy from this
perspective, the production, transmission and distribution operations of this
commodity have become critical operational systems. Stable, safe and sustainable
management of modern electrical power systems; This is possible by ensuring that
the power variables that need to be controlled within the system remain within safe
operating limits. Keeping the busbar voltage within acceptable limits to control the
optimal reactive power flow depends on reactive power routing. Optimal reactive
power routing (ORGY) studies aim to design appropriate system configurations to
ensure reliable operation of power systems. Creating such configurations is handled
through control variables in power systems. This management is achieved using
various control variables such as adjusting generator busbar voltages, changing the
positions of transformer tap changers and switchable shunt reactor sizes. The use of
renewable energy sources together with conventional production systems in
electricity generation systems is increasing day by day. The integration of wind
energy, one of these renewable energy sources, can greatly affect power quality and
reduce power loss. In this thesis, the Gray Wolf Optimization (GKO) approach is
applied to the ORGY problem and tries to discover the placement of the wind power
plant to be installed in the power system in the most appropriate location. This power
transfer, which is carried out within the transfer constraints of the ORGY problem,
includes the need to meet the load demands of electric vehicles, the number of which
increases day by day and inevitably takes place in our world. The main factor aimed
during this ORGY study is to minimize power loss and voltage deviation by keeping
control variables within certain limits. The performance of the proposed method was
examined using power systems consisting of IEEE 30 and IEEE 118 buses as
reference. Additionally, within the scope of this study, an analysis was carried out on
power system-specific wind settlement using the Weibull distribution function and
commercial wind turbines. Within the scope of the system design results, GKO's
superiority emerges in many scenarios. Within the scope of these results, the
potential of the GKO algorithm in facilitating the integration of renewable energy
sources and the operations of meeting the demand loads of electric vehicles and its
role in promoting sustainable energy solutions are emphasized.