Elektrik güç sistemlerinde iletim ve dağıtım sistem operatörlerinin etkileşimini dikkate alan yeni yaklaşımların geliştirilmesi
Development of new approaches considering the interaction of transmission and distribution system operators in electric power systems
- Tez No: 920523
- Danışmanlar: PROF. DR. OZAN ERDİNÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 242
Özet
Yenilenebilir enerji kaynaklarının yaygınlaşması ve dağıtık esnek tüketim birimlerinin geniş alanda entegrasyonu elektrik enerjisi arzının ve talebinin daha dinamik ve değişken hale gelmesine neden olmakta, bu da iletim sistemi ve dağıtım sisteminde ortaya çıkan birtakım teknik ve ekonomik zorlukları beraberinde getirmektedir. Ayrıca, elektrik güç sistemlerinde belirli sayıda bileşenin arızalanmasına rağmen N-k kriterine uygun, hızlı ve ekonomik aksiyonların alınması günümüz akıllı şebeke çağında giderek önem kazanmaktadır. Bu durumda beklenmedik olaylar sırasında yük atmaya karşı stratejilerin geliştirilmesi, genel sistem kararlılığının ve enerji sürdürülebilirliğinin sağlanmasında önemli rol oynamaktadır. Dolayısıyla da, İletim Sistemi Operatörü (İSO) ve Dağıtım Sistemi Operatörü (DSO) arasındaki etkili iş birliği ve koordinasyon, şebeke işletiminde bu karmaşıklıklarla başa çıkmak için kritik bir öneme sahiptir. Bu bağlamda bu tez çalışması kapsamında, üç farklı etkileşimli şebeke işletim modeli geliştirilmiştir. İlk olarak, İSO, DSO ve Mikroşebeke Operatörü (MŞO) arasında gerçekleştirilen bir etkileşim için dinamik Yük Faktörü (YF) maksimizasyonunun entegre edildiği yeni bir Pik Güç Sınırlama (PGS) yöntemi geliştirilmiştir. Geleneksel YF ve PGS yöntemlerinin aksine, hem PGS miktarının hem de uygulanan zaman aralıklarının optimum belirlenmesi, DSO ve MŞO'lar arasında kurulan koordineli bir yaklaşımla gerçekleştirilmektedir. Ayrıca, pik yüklenmelerin daha yüksek fiyatlı zaman aralıklarına kaydırılması sonucunda ortaya çıkabilecek olası maliyet artışları, hem önerilen PGS yöntemi kapsamında uygulanan dinamik fiyatlandırma hem de bütünsel güç sistem etkileşimi sayesinde azaltılmıştır. Geliştirilen Alternating Direction Method of Multipliers tabanlı dağıtık optimizasyon modeli, güç sisteminin işleyişini sadece teknik değil aynı zamanda ekonomik açıdan da iyileştirmiştir. İkinci aşamada, hem elektrik enerjisi hem de hidrojen (H2) enerjisi birim fiyatlarının düşürülmesi hedeflenerek İSO, yenilenebilir enerji kaynakları, enerji depolama sistemi ve H2 enerjisi ile donatılmış DSO ve Hidrojen Sistemi Operatörü (HSO) arasında koordineli bir stokastik işletme yapısı önerilmiştir. Merkezi olmayan hiyerarşik yapıdaki stokastik yapı, yenilenebilir enerji üretimindeki belirsizlikler dikkate alınarak modellenmiştir. Ayrıca, HSO toptan elektrik satış piyasasında fiyat belirleyici olarak görev almakta ve aynı zamanda daha düşük H2 fiyatı için DSO'larla etkileşime girmektedir. Bu bağlamda H2 enerjisinin ve dağıtık güç kaynaklarının güç sistemi koordinasyonu altında entegre kullanımı ile hem elektrik iletim ve dağıtım hem de H2 gaz sistemlerinde tekno-ekonomik iyileştirmeler elde edilmiştir. Son aşamada ise, İSO, DSO ve iletim sistemine bağlı bir endüstriyel parklanma bölgesi operatörü arasında dönen ufuk tabanlı dağıtık koordinasyon içeren yeni bir döngü içi döngü modeli oluşturulmuştur. İlgili optimizasyon modelinde, iletim sistemi hatlarında ve generatörlerinde beklenmedik arızalara yönelik olarak toplam işletme maliyetleri her bir operatör için minimize edilirken, endüstriyel parklanma bölgesinde yer alan ağır hizmet tipi yüksek kapasiteli bataryaya sahip elektrikli tırların DC hızlı deşarj yeteneği kullanılarak, dağıtım sisteminde kesintiye uğratılan yük miktarının da en aza indirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, acil durumların yönetilmesi ve elektrikli tırların deşarjının fiyatlandırma mekanizması aracılığıyla optimum şekilde ödüllendirilmesi için Acil-durum Sistem Operatörü (ASO) tanıtılmıştır. Geliştirilen konsept, İSO için ekonomik kayıpları ve DSO için yük atma miktarını koordine edilmemiş işletmeye kıyasla azaltırken, beklenmedik durum yönetimine katılan esnek birimlerin ekonomik faydalarını da artırmakta ve gün sonu için belirlenen konfor seviyelerini ihlal etmemektedir.
Özet (Çeviri)
The proliferation of renewable energy sources, and the integration of distributed flexible consumption units in large areas cause the electricity supply and demand to become more dynamic and variable, which brings about a number of technical and economic challenges in the transmission and distribution system. Moreover, in today's smart grid era, it is becoming increasingly important to take fast and economical actions in accordance with the N-k criterion despite the failure of a certain number of components in electric power systems. In this case, developing strategies against load shedding during unexpected events plays an important role in ensuring overall system stability and energy sustainability. Therefore, effective interaction and coordination between the Transmission System Operator (TSO) and Distribution System Operator (DSO) is critical to deal with these challanges in grid operation. In this context, three different interactive network operation models are developed in this thesis. Firstly, a new Peak Load Limiting (PLL) method is developed for an interaction between the TSO, DSO and Microgrid Operator (MGO), in which dynamic Load Factor (LF) maximization is integrated. In contrast to the traditional LF and PLL methods, the optimal decision of both the amount of PLL and the time intervals applied is realized through a coordinated approach between the DSO and the MGOs. Moreover, the potential cost increases that may arise as a result of shifting peak loads to higher priced time intervals are mitigated by both dynamic pricing and entire power system interaction implemented in the proposed PLL method. The developed Alternating Direction Method of Multipliers based distributed optimization model has improved the operation of the power system not only from a technical but also from an economic point of view. In the second stage, a coordinated stochastic operation structure is proposed between the TSO, the DSO equipped with renewable energy sources, energy storage system and (H2) energy, and the Hydrogen System Operator (HSO) aiming to reduce the unit prices of both electricity and hydrogen H2 energy. The decentralized hierarchical stochastic structure is modeled by taking into account the uncertainties in renewable energy generation. Moreover, the HSO acts as a price-maker in the wholesale electricity market, and also interacts with DSOs for a lower price of H2. In this context, the integrated use of H2 energy and distributed power resources under power system coordination results in techno-economic improvements in both electricity transmission and distribution, and H2 gas systems. In the last stage, a novel loop-in-loop model that includes a rolling horizon based distributed coordination is established among the TSO, DSO, and an industrial parking region operator connected to the transmission network. The model aims to minimize the total operational costs for each operator while also minimizing the amount of shedding load in the distribution network during contingency situations by leveraging the DC fast discharge capacity of heavy-duty electric trucks with high-capacity battery located in the industrial parking region. Additionally, a contingency system operator (CSO) is introduced to manage emergency situations and optimally reward the discharge of electric trucks through pricing mechanism. The proposed approach reduces the economic losses for the TSO and the amount of shedding load for the DSO compared to uncoordinated operations, while enhancing the economic benefits for the flexible units participating in contingency management without violating their comfort levels define for the end of the day.
Benzer Tezler
- Dynamic security enhancement of power systems via population based optimization methods integrated with artificial neural networks
Yapay sinir ağlarının entegre edildiği popülasyon tabanlı optimizasyon yöntemleriyle güç sistemlerinin dinamik güvenliğinin iyileştirilmesi
CAVİT FATİH KÜÇÜKTEZCAN
Doktora
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Impact of high penetration of solar pv distributed generation on Karabuk University low voltage network
Güneş PV dağıtılmış üretimin yüksek penetrasyonunun Karabük Üniversitesi alçak gerilim şebekesi üzerine etkisi
ABBAS FALAH HASAN AL-GBURI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MOHAMMAD ABDULLAH MOHAMMAD ALMOKHTAR
- 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
- Enterkonnekte elektrik güç sistemlerinde kapalı çevrim güç akışlarını önlemeye / düzenlemeye yönelik bulanık karar verme temelli bir yöntem
A fuzzy - decision making based method to prevent / regulate loop flows in interconnected electrical power systems
GÜLCİHAN ÖZDEMİR DAĞ
Doktora
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAĞRIYANIK
- Beamforming design for network multiple-input multiple-output (MIMO) systems with multiple cooperating base stations
Birden çok ortak çalışan baz istasyonu içeren çok girdili çok çıktılı veri ağları için hüzme biçimlendirme tasarımı
FEHMİ EMRE KADAN
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÖZGÜR YILMAZ