Geri Dön

An agent-based energy management approach for V2X-capable charger clusters

V2X özellikli şarj kümeleri için etmen-tabanlı enerji yönetim yaklaşımı

PDF İndir

  1. Tez No: 779372
  2. Yazar: GÜLEN AKYÜN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 105

Özet

Yenilenebilir tabanlı dağıtık elektrik üretiminin kesinti sorunuyla başa çıkmak için, piller gibi esnek enerji kaynakları dikkate alınmaktadır. Enerji sektöründeki yerelleşme eğilimine paralel olarak, elektrikli ulaşım yaygın hale gelmektedir. Elektrikli araçların (EA'ların) yaygınlaşmasıyla ortaya çıkan ek yük talebi ise ek elektrik üretimi ihtiyacını arttırmaktadır. Özellikle elektrikli araçların toplu halde şarj talebi, dağıtım şebekesinde aşırı yüklenmeye neden olacaktır. EA şarjının yönetimi ile aşırı yüklenme önlenebilir ve şebeke güvenilirliği sağlanabilir. Bu noktada akıllı şebeke uygulamaları, araçtan herşeye (V2X) gibi kavramlarla şebekeye elektrikli araçların eklenmesini daha sürdürülebilir hale getirmeye yardımcı olmayı vaat etmektedir. Öte yandan, şarj edilebilir EA filosu büyüdükçe, voltaj dalgalanmaları ve artan elektrik kayıpları gibi olumsuz etkilerden kaçınmak için etkin bir enerji yönetim sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Birkaç esnek enerji kaynağını bir araya getirerek, bir çift yönlü EA şarj ünitesi kümesi, yerel bir dengeleme kapasitesine sahip olabilir ve böylece belirli bir süre için şebekeden enerji talep edilmeden çalıştırılabilir. Yenilenebilir enerji gibi yeni nesil enerji kaynakları ve EA gibi depolama sistemleri ile şebekedeki birçok elemanın enerji akışlarını izlemek ve kontrol etmek için bir enerji yönetim sistemine (EMS) ihtiyaç duyulmaktadır. Bir EMS, enerji kaynakları arasındaki enerji akışını koordine ederek güç sisteminin arz-talep dengesinin korunmasına yardımcı olurken, maliyeti en aza indirmeyi amaçlar. EA şarj kümeleri için EMS hedefleri belirlenirken, ekonomik, çevresel veya teknik faktörlerin yanı sıra kullanıcı çıkarları da dikkate alınır. Sosyo-ekonomik temelli bu yaklaşımlar belirlenirken, kontrol yönteminin mimari yapısı belirlenir ve pik yükün en aza indirilmesi veya yük profilinin düzleştirilmesi gibi amaçlara dayalı olarak algoritmalar geliştirilir. EMS'lerin operasyonları genellikle bu kontrol mimarilerine bağlıdır ve merkezi ve merkezi olmayan olarak ayrılabilir. Merkezi EMS yaklaşımında, merkezi yüksek performanslı bilgi işlem birimi, EA şarjını koordine etmek için şebekeden ve EA'lardan veri toplar ve buna göre küresel bir optimizasyon sağlar. Merkezi olmayan kontrol mimarisinde, merkezi kontrol mimarisinden farklı olarak, her yerel birim kendi stratejik planını oluşturur ve diğer yerel birimlerle iletişim kurar. Merkezi birim, bu planları bir araya getirme rolüne sahip olabilir, ancak karar verme yetkisine sahip olmaz. Bu sayede EA kullanıcılarının parametreleri ve optimizasyon kriterlerine göre EA şarj süresi belirlenir ve şarj maliyeti minimize edilir. Aşağıdan yukarıya yaklaşım olarak da adlandırılan merkezi olmayan EMS, sunduğu çalışma esnekliği nedeniyle genişletilebilir. Bu özelliği, merkezi olmayan yaklaşımı büyük ölçekli uygulamalarda merkezi mimariden üstün kılar. Ayrıca hesaplama yükü ve hızlı yanıt açısından merkezi EMS'den üstündür. Merkezi ve merkezi olmayan mimarinin avantajlarını birleştiren bir yapı, hiyerarşik tabanlı kontrol mimarisi olarak adlandırılır. Bu yapıda yerel kontrolörler ve bunlara bilgi sağlayan merkezi bir birim bulunmaktadır. Aslında hiyerarşik koordinasyon, birçok dolaylı ve doğrudan toplayıcıyı bir araya getirererek oluşturduğu yapıları nedeniyle tam merkezi veya merkezi olmayan olarak sınıflandırılamaz. EA penetrasyonu arttıkça, EA'ların öngörülemeyen davranışı nedeniyle güç talebi yönetimi daha zor hale gelecektir. Bir EA filosundaki şarj süreçlerini temsil edebilecek daha etkili bir modele ihtiyaç vardır. Etmen tabanlı yaklaşım veya çok etmenli sistem (MAS), dağıtık veya hiyerarşik koordinasyon altında da sınıflandırılabilen alternatif bir tekniktir. MAS, küresel ortak bir hedefe ulaşmak için iki veya daha fazla etmenin kendi yerel hedeflerini gerçekleştirdiği bir sistemdir. Esnekliği ve genişletilebilirliği nedeniyle, bu yaklaşım dağıtım ağı uygulamalarında ve dağıtık enerji kaynaklarında (DER'lerde) giderek daha fazla kullanılmaktadır. DER'lerin akıllı kontrolü ve enerji yönetimi için umut verici bir yöntem olarak görülen MAS, birçok karmaşıklığı da beraberinde getirmektedir. Sistem davranışı tüm etmenlerin davranışlarından kaynaklandığından, büyük ölçekli sistemlerde davranışı tahmin etmek zor olabilir. Etmen sayısındaki artışla birlikte iletişim karmaşıklığındaki artış kaçınılmaz olacaktır. Buna bir çözüm olarak, holonik MAS adı verilen tamamen dağıtılmış ve hiyerarşik bir kontrole dayanan SwarmGrid-X konsepti ortaya çıkmıştır. Bu yaklaşımda etmenler, yerel çevreyi algılayan ve kendi yerel kararlarını organize eden bir dizi davranış sergilerler. Bu tezde, kümelenmiş sistemlerde EA şarjını yönetmek ve kümelerin yerel dengeleme yeteneklerini artırarak enerji-nötr şarj kümeleri elde etmek için bir enerji yönetimi yaklaşımı önerilmektedir. Önerilen yaklaşım ile V2X işlevlerini verimli bir şekilde kullanarak tepe-ortalama oranının düşürülmesi ve dengeli ve verimli bir yük profili sağlanması amaçlanmaktadır. Bu amaçlar doğrultusunda, etmen tabanlı bir enerji yönetimi yaklaşımı önerilmiştir. Önerilen konseptte, şarj istasyonundaki elektrikli araçlara bağlı her bir çift yönlü şarj ünitesi, bir etmen (agent) tarafından temsil edilmektedir. Bu yaklaşım, merkezi olmayan bir yapı ile etmenlerin yerel hedefleri doğrultusunda bir sürü kontrolü sağlar. Bu yaklaşımda tüm güç üreticileri ve tüketiciler etmenler tarafından temsil edilmektedir. İlk olarak, etmenler çalışma aralıklarını hesaplar ve mevcut güç taleplerini veya üretimlerini yani esnekliklerini ortaya çıkarır. Enerji tüketicileri ve üreticileri daha sonra birbirleriyle etkileşime girerek pazarlık yapar, böylece her güç tüketimini eşdeğer bir güç üretimi ile karşılayarak küme içerisinde öz tüketim sağlanır. Bu, şarj sisteminde işbirlikçi bir bakış açısıyla elektrikli araçlar arasında esnek güç aktarımına izin verir. Bu şekilde, tepe-ortalama oranı azalır ve küme içerisindeki tüketim ihtiyacı karşılanabilir. Bu tez kapsamında önerilen enerji yönetimi konsepti, SwarmGrid-X algoritmasının değiştirilmiş bir versiyonuna ve tüketici-üretici aracıları arasında bir anlaşma protokolüne dayanmaktadır. Bu konsept, elektrikli araç şarj istasyonunun merkezi olmayan kontrolünü sağlar. Bu tezde uygulanan senaryolarda, önceki Swarm-Grid uygulamalarından farklı olarak şarj üniteleri çift yönlüdür. Yani hem araçtan şebekeye hem de şebekeden araca şarj işlemi yapılabilmektedir. Bu, sistemdeki şarj ünitelerinin hem şarj hem de deşarj olabileceği anlamına gelir. Ayrıca şarj ünitelerine bağlı EA'ların talep profilleri önceki senaryolarda aynı iken, bu tezde ele alınan senaryolarda EA'lerin şarj talepleri heterojen ve dolayısıyla şarj talep profilleri ve araçların esnekliği değişkendir. Bu nedenle, bu tezde, SwarmGrid-X algoritması bu ihtiyaçlara göre değiştirilmiş ve kümelenmiş EA filo enerji yönetiminin taleplerine uyarlanmıştır. Tez kapsamında odaklanılan hedef, önerilen enerji yönetimi algoritması ile V2X işlevlerini verimli bir şekilde kullanmak ve kümelerin ve sistemin tepe/ortalama güç oranını azaltmaktır. Bu çalışma ile şebeke operatörlerine ve EA kullanıcılarına kolaylık sağlanmasının yanı sıra çevresel ve ekonomik katkılar sağlanması hedeflenmektedir. Tepe güç talebinin azaltılması dengeli ve verimli bir yük profili sağlayacak ve bu da şebeke kalitesini iyileştirecektir. Tez kapsamında etmenlerin müzakere süreçleri ve karar verme süreçleri ile optimum çözüme ulaşma süreçleri detaylı olarak ele alınmıştır. Yerel dengeleme için önerilen konsept üzerinde gerçekleştirilen simülasyon çalışmaları, bu uygulamanın enerji yönetimi için etkili ve sürdürülebilir çözüm sunma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.

Özet (Çeviri)

To deal with the intermittency problem of renewable-based distributed generation, flexible energy assets such as electrical batteries are widely considered. In line with the localization trend in the energy sector, electric mobility is becoming mainstream. The additional load demand that comes with the penetration of EVs will raise the need for additional electricity generation. In particular, aggregated charging load of electric vehicles cause overload in the distribution network. With the management of EV charging, overload can be avoided and grid reliability can be ensured. At this point, smart grid applications promise to help make the addition of electric vehicles to the grid more sustainable with concepts such as V2X (vehicle to everything). On the other hand, as the plug-in EV fleet grows, an effective energy management system is needed to avoid adverse effects such as voltage fluctuations and increased electricity losses. By combining several flexible energy assets, a bidirectional EV charger cluster can have a local balancing capacity and therefore be operated without demanding energy from the grid for a specified period of time. The aim of this thesis is to manage EV charging in clustered systems and to obtain energy neutral charger clusters by increasing the local balancing capabilities of clusters and to efficiently use V2X functions with the proposed energy management algorithm. With this thesis, it is also aimed to reduce the peak-to-average ratio and to provide a balanced and efficient load profile. To achieve the objectives, an agent-based energy management concept has been proposed. In the proposed concept, each bidirectional charging unit with a connected EV at the charging station is represented by an agent. This approach provides a decentralized structure and swarm control in line with the agents' local targets. In this algorithm all power producers and consumers are represented as agents. First, the agents calculate their operation range and current power demand or production, i.e. their flexibility. Energy consumers and producers then interact and negotiate with each other, thus providing self-consumption by meeting each power consumption with an equivalent power generation. This allows flexible power transfer between EVs with a collaborative perspective on the charging system. In this way, the peak-to-average ratio decreases and self-consumption increases. In the study, the negotiation and decision-making processes of the agencies are discussed in detail. Simulation studies performed on the proposed concept for local balancing show that this application has the potential to provide effective and sustainable solutions for energy management.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    836462

    Applications of multi-agent systems in transportation

    Ulaşımda çoklu ajan sistemlerinin uygulamaları

    İLHAN TUNÇ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ

  2. Tez No

    828927

    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

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ

  3. Tez No

    672532

    Etmen tabanlı bir anlamsal süreç çalışma ortamının geliştirilmesi

    Development of an agent-based semantic business process management framework

    HÜSEYİN KIR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAKUHİ NADİA ERDOĞAN

  4. Tez No

    665221

    A reservation based multi agent intersection management for autonomous vehicles

    Otonom araçlar için rezervasyon bazlı çok ajanlı kavşak yönetimi

    ATAKAN YASİN YEŞİLYURT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ

  5. Tez No

    864868

    Sığ kuyu toprak kaynaklı ısı değiştiricilerin tasarımında mevsimlere bağlı atmosferik koşulların etkisi

    Effects of seasonal atmospheric conditions on the design of shallow ground-source heat exchangers

    FERHAT CAN KOÇAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAN KARABETOĞLU

Geri Dön