Çok enerjili mikroşebekeler için dağıtık optimizasyon tabanlı yeni bir yaklaşımın geliştirilmesi
Development of a new approach based on distributed optimization formulti-energy microgrids
- Tez No: 1024906
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TAYFUR GÖKÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Temiz Enerji Teknolojileri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İleri Enerji Teknolojileri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, elektrik, ısı ve hidrojen enerji taşıyıcılarını birlikte ele alan çok düğümlü bir mikroşebeke enerji yönetim modeli geliştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı; yenilenebilir enerji üretimi, enerji depolama sistemleri, elektrikli araç şarj istasyonları, hidrojenli araç şarj istasyonları, termal sistemler ve mikroşebekeler arası enerji alışverişini bütünleşik bir optimizasyon çerçevesinde koordine ederek toplam işletme maliyetini azaltmak ve önerilen yapıyı farklı merkezi ve dağıtık çözüm yaklaşımlarıyla değerlendirmektir. Bu kapsamda model, yalnızca tek bir mikroşebekenin yerel ekonomik işletimini değil, birbirine bağlı birden fazla mikroşebekenin elektrik, ısı ve hidrojen taşıyıcıları üzerinden koordineli çalışmasını da dikkate almaktadır. Geliştirilen yapıda fotovoltaik üretim sistemleri, batarya enerji depolama sistemleri, elektrikli araç şarj istasyonları, kojenerasyon üniteleri, gaz kazanları, termal enerji depolama sistemleri, sıkıştırılmış hava enerji depolama sistemi, elektrolizörler, hidrojen depolama sistemleri, teşvik tabanlı talep yanıtı ve robust yük modeli birlikte ele alınmıştır. Hidrojen tarafında elektrolizörler aracılığıyla elektrik enerjisi kullanılarak sudan hidrojen üretilmekte, üretilen hidrojen depolama sistemlerinde saklanmakta ve hidrojen talebinin karşılanmasında kullanılmaktadır. Böylece hidrojen, elektrik sistemiyle etkileşim hâlinde çalışan esnek bir enerji taşıyıcısı ve depolama bileşeni olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca düğümler arasında elektrik, ısı ve hidrojen taşıyıcılarına yönelik eşler arası (P2P) enerji alışverişi, bağlantı ve kapasite kısıtları altında tanımlanmıştır. Elektrikli araç şarj istasyonu yapısı, araç bazında zamana bağlı enerji gereksinimlerini, istasyonun mikroşebeke ile güç alışverişini, yerel fotovoltaik üretimi ve istasyona ait batarya depolama desteğini içerecek şekilde modellenmiştir. Bu yapı sayesinde elektrikli araçların mikroşebeke üzerindeki yük etkisi, şarj zamanlaması ve yerel enerji kaynaklarıyla koordinasyonu optimizasyon sürecine dahil edilmiştir. Çalışmada merkezi optimizasyon yaklaşımı referans çözüm olarak ele alınmış; buna ek olarak Çarpanların Alternatif Yön Yöntemi (ADMM) tabanlı sıralı ve paralel dağıtık çözüm mimarileri uygulanmıştır. Ayrıca, sıralı ve paralel güncelleme yapılarının farklı avantajlarını birlikte değerlendirmek amacıyla iki farklı hibrit çözüm modeli önerilmiştir. Dağıtık çözüm yapısında her mikroşebeke kendi yerel optimizasyon problemini çözerken, komşu mikroşebekelerle gerçekleştirdiği enerji alışverişleri iteratif olarak koordine edilmektedir. Bu sayede hesaplama yükünün düğümler arasında paylaşılması, yerel verilerin korunması ve çok düğümlü sistemlerde ölçeklenebilir bir enerji yönetim yapısının elde edilmesi amaçlanmıştır. Sonuçlar, incelenen bütün sistem büyüklüklerinde dağıtık yöntemlerin merkezi referansa ekonomik açıdan yakın sonuçlar verdiğini göstermiştir. Mikroşebeke sayısı arttıkça merkezi çözüm süresi belirgin biçimde yükselirken paralel ve hibrit yöntemler daha dengeli bir ölçek davranışı sergilemiştir. Özellikle en büyük sistemde Hibrit-2, Paralel ADMM'ye göre toplam çözüm süresini belirgin biçimde azaltmıştır. Önerilen model, çok enerjili mikroşebekelerde üretim, depolama, dönüşüm, talep yanıtı, belirsiz yük temsili ve taşıyıcı bazlı enerji paylaşımının aynı matematiksel çerçevede değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır. Bu yönüyle çalışma, hidrojen destekli çok enerjili mikroşebekelerin merkezi ve dağıtık optimizasyon yaklaşımlarıyla işletilmesine yönelik bütünleşik ve genişletilebilir bir modelleme altyapısı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a multi-node microgrid energy management model that jointly considers electricity, heat, and hydrogen energy carriers is developed. The main objective of the study is to coordinate renewable energy generation, energy storage systems, electric vehicle charging stations, hydrogen vehicle charging stations, thermal systems, and inter-microgrid energy exchange within an integrated optimization framework in order to reduce the total operating cost and evaluate the proposed structure through different centralized and distributed solution approaches. In this context, the model considers not only the local economic operation of a single microgrid, but also the coordinated operation of multiple interconnected microgrids through electricity, heat, and hydrogen carriers. In the developed structure, photovoltaic generation systems, battery energy storage systems, electric vehicle charging stations, cogeneration units, gas boilers, thermal energy storage systems, compressed air energy storage, electrolyzers, hydrogen storage systems, incentive-based demand response, and the robust load model are considered together. On the hydrogen side, hydrogen is produced from water by using electrical energy through electrolyzers, stored in hydrogen storage systems, and used to meet hydrogen demand. Thus, hydrogen is evaluated as a flexible energy carrier and storage component that operates in interaction with the electrical system. In addition, peer-to-peer (P2P) energy exchange among nodes is defined for electricity, heat, and hydrogen carriers under connection and capacity constraints. The electric vehicle charging station structure is modeled by considering the time-dependent energy requirements of each vehicle, the power exchange between the station and the microgrid, local photovoltaic generation, and battery storage support within the station. Through this structure, the load impact of electric vehicles on the microgrid, charging scheduling, and coordination with local energy resources are included in the optimization process. In the study, the centralized optimization approach is considered as the reference solution; in addition, sequential and parallel distributed solution architectures based on the alternating direction method of multipliers (ADMM) are implemented. Furthermore, two different hybrid solution models are proposed in order to jointly evaluate the different advantages of sequential and parallel update structures. In the distributed solution structure, each microgrid solves its own local optimization problem, while its energy exchanges with neighboring microgrids are coordinated iteratively. In this way, it is aimed to distribute the computational burden among nodes, preserve local data, and obtain a scalable energy management structure for multi-node systems. The results show that the distributed methods remain economically close to the centralized reference across all examined system sizes. As the number of microgrids increases, the centralized solution time rises markedly, whereas the parallel and hybrid methods exhibit a more balanced scaling behavior. In particular, Hybrid-2 significantly reduces the total solution time compared with Parallel ADMM in the largest system. The proposed model enables generation, storage, conversion, demand response, uncertain load representation, and carrier-based energy sharing to be evaluated within the same mathematical framework in multi-energy microgrids. In this respect, the study provides an integrated and extensible modeling framework for the operation of hydrogen-supported multi-energy microgrids using centralized and distributed optimization approaches.
Benzer Tezler
- An optimal generation dispatch for a reliable and environment friendly microgrid using multi-objective optimization
Güvenilir ve çevre dostu bir mikro şebeke için çok amaçlı optimizasyon tabanlı optimum üretim dağıtımı
IKRAMUL HASAN SOHEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Yapay zeka tabanlı bara diferansiyel koruma sistemi
Artificial intelligence based busbar differential protection system
EMRE ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU
- A novel artificial intelligence based energy management system for microgrids
Mikro şebekeler için yapay zeka temelli yeni bir enerji yönetim sistemi
NECATİ AKSOY
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Adaptive signal processing based intelligent method for fault detection and classification in microgrids
Mikroşebekelerde arıza tespiti ve sınıflandırması için adaptif sinyal işleme tabanlı akıllı yöntem
RESUL AZİZİ
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAHİN SERHAT ŞEKER
- Mikro şebekelerde derin öğrenme destekli enerji yönetimi
Deep learning assisted energy management in microgrids
HALİL ÇİMEN
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURETTİN ÇETİNKAYA