Operational and investment solutions for dynamic line switching and rating in electrical grid
Elektrik şebekesinde dinamik hat değiştirme ve derecelendirme için operasyonel ve yatırım çözümleri
- Tez No: 987798
- Danışmanlar: PROF. DR. JORGE VALENZUELA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektrik iletimi, Enerji iletim hatları, Electric transmission, Energy transmission lines
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Auburn Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bölüm 1: Mevsimsel İletim Anahtarlama Probleminin Çözümünde Ayrıştırma Yaklaşımı Özet: Ekonomik iletim anahtarlama, elektrik enerji sistemlerinin ekonomik verimliliğini artırmak amacıyla önerilen yeni bi kontrol paradigmasıdır. Ancak uygulamada, iletim anahtarlama işlemi sistem için bozucu bir etkidir. Hatların sık sık devreye alınması veya devreden çıkarılması, enerji sistemlerinin güvenliği ve güvenilirliği üzerinde istenmeyen etkiler yaratabilir ve otomasyon ile kontrol sistemlerine yönelik yeni yatırımlar gerektirebilir. Bu bölümde, ekonomik mevsimsel iletim anahtarlama modeli formüle edilmektedir. Bu modelde, iletim anahtarlama işlemi yalnızca bir zaman diliminin (mevsimin) başında gerçekleştirilmekte ve ardından iletim topolojisi o dönem boyunca sabit kalmaktadır. Önerilen mevsimsel iletim anahtarlama modeli, büyük ölçekli bir karma tamsayılı programlama problemidir. Optimizasyon modelinin amacı, yük talepleri ve N-1 güvenilirlik koşulları altında, mevsim boyunca toplam enerji üretim maliyetini en aza indirmektir. Bu doğrultuda, mevsimsel problemi saatlik alt problemlere ayıran yenilikçi bir ayrıştırma yöntemi geliştirilmiştir. Modelimiz ve ayrıştırma yaklaşımımız, 14-baralı, 39-baralı ve 118-baralı enerji sistemleri üzerinde uygulanmış ve her bir durumda potansiyel maliyet tasarrufları gösterilmiştir. Bölüm 2: Benders Ayrıştırması Kullanılarak Dikamik Termal Derecelendirme İçin Optimal Yatırım Planı Özet: Dinamik termal derecelendirme, iletim hatlarının kapasitesini çevresel faktörler ve hat koşullarına göre değerlendiren yeni bir teknolojidir. Bu yöntem, geleneksel statik derecelendirmeye kıyasla genellikle daha yüksek termal kapasite sunar. Bu çalışmada, çok aşamalı karma tamsayılı programlama modeli önerilmekte ve Benders ayrıştırması yöntemi kullanılarak dinamik derecelendirme için optimal yatırım planı oluşturulmaktadır. Yatırım Planı kapsamında, hangi hattın ne zaman dinamik derecelendirmeye yükseltileceği ve hangi hattın hizmet dışı bırakılacağı belirlenmektedir. Problem, bir ana problem ve üç alt probleme ayrıştırılmıştır. Ana problem, planlama süresi boyunca hem yatırım hem de anahtarlama planı için aday hatları araştırır. Alt problemler ise önerilen planları karşılanamayan talep ve üretim maliyeti açısından değerlendirir. Modelde üretim ve iletim senaryoları da dikkate alınmıştır. Önerilen yaklaşım, Garver sistemi ve 118 baralı bir güç sistemi üzerinde uygulanarak çözüm yaklaşımımız gösterilmistir. Gerçek zamanlı termal derecelendirme, yükler ve iskonto oranındaki belirsizlikler üzerine duyarlılık analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmalarımız, dinamik derecelendirme uygulamaları ile iletim anahtarlama pratiklerinin birnirini tamamlayıcı nitelikte olduğunu ve 118 baralı sistemde maliyetleri %30'a kadar azaltabileceğini göstermektedir. Bölüm 3: Dinamik Hat Anahtarlaması ve Derecelendirme Yoluyla Emisyon Azaltımı Özet: Küresel ısınma ve iklim değişikliği, gezegenimizi giderek daha fazla etkilemekte olup, artık önümüzdeki yıllarda ele alınması gereken ciddi küresel sorunlar arasında değerlendirilmektedir. Gezegenimizin kademeli olarak ısınmasına katkıda bulunan başlıca etkenler, sera gazlarının artan yoğunluğu ve diğer insan kaynaklı faaliyetlerdir. Karbondioksit (CO2), en önemli sera gazıdır. Her yıl elektrik üretim sektörü, kömür ve gaz gibi geleneksel enerji kaynaklarını yakarak atmosfere önemli miktarda karbondioksit salmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri hükümeti ve önde gelen elektrik üretim şirketleri, geleneksel ve çevreye zararlı enerji kaykanlarının kullanımını azaltmak ve bunun yerine yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarıyla elektrik üretimini artırmak amacıyla önemli çabalar göstermektedir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını artırmak ve elektrik üretimindeki karbonodioksit salımını azaltmak için dinamik bir elektrik iletim ağına da ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bölümde, önceki bölümde geliştirdiğimiz optimizasyon modelini genişleterek, elektrik üretim maliyetini en aza indirmenin yanı sıra emisyon azaltımı bileşenini de modele dahil ediyoruz. Ayrıca, enerji kaynaklarının çeşitlendiği durumlarda dinamik derecelendirme ve iletim anahtarlamasının karbondioksit emisyonlarının azaltılmasındaki etkilerini de inceliyoruz.
Özet (Çeviri)
Chapter 1: A Decomposition Approach for Solving Seasonal Transmission Switching Abstract: Economic transmission switching has been proposed as a new control paradigm to im- prove the economics of electric power systems. In practice, the transmission switching operation itself is a disruptive action to the system. Frequently switching lines into or out of service can create undesirable effects on the security and reliability of power systems and may require new investments in the automation and control systems. In this chapter, we formulate an economic seasonal transmission switching model where transmission switching occurs once at the beginning of a time period (season) and then the transmission topology remains unchanged during that period. The proposed seasonal transmission switching model is a large-scale mixed integer programming problem. The objective of the optimization model is to minimize the total energy generation cost over the season subject to loads and N-1 reliability requirements. We develop a novel decomposition method that decomposes the seasonal problem into one-hour problems which are then solved efficiently. We demonstrate our model and the decomposition approach on the 14-bus, 39-bus, and 118-bus power systems and show potential cost savings in each case. Chapter 2: Optimal Investment Plan for Dynamic Thermal Rating Using Benders Decomposition Abstract: The dynamic thermal rating is a new technology that utilizes the capacity of power transmission lines based on the ambient factors and the line condition. It usually offers higher thermal capacity than the traditional static rating. We propose a multi- stage mixed integer programming model and find the optimal investment plan for the dynamic ratings using Benders Decomposition. The investment plan includes when and which line should be upgraded to dynamic rating and which line should be switched out of service. The problem is decomposed into a master problem and three sub-problems. The master problem explores the candidate lines for both the investment plan and the switching plan, throughout the planning horizon. The sub- problems evaluate the proposed plans in terms of unmet demand and generation cost. Generation and transmission contingencies are also included in the model. We use our model on Garver's system and a 118-bus power systems to demonstrate our solution approach. We conduct sensitivity analyses and study the uncertainty in real-time thermal ratings, loads, and the discounting rate. Our studies show that the utilization of the dynamic ratings and the practice of transmission switching are complementary and can reduce the cost on the 118-bus system up to 30%. Chapter 3: Emissions Reduction Using The Dynamic Line Switching and Rating Abstract: Global warming and climate change are gradually affecting our planet and have now been considered as serious global issues that should be addressed in following years. The contributors to the gradual warming of our planet are the increasing concentrations of greenhouse gases and other human activities. The carbon dioxide (CO2) is the major greenhouse gas. Every year, the electricity generation industry releases significant amount of carbon dioxide to the atmosphere by burning traditional sources of energy including coal and gas. Significant efforts have been made by the U.S. government and major electricity generation companies to reduce the usage of traditional and environmentally-unfriendly sources of energy and, in return, increase the level of electricity generation by the renewable and green sources of energy. To be able to increase the usage of renewable sources of energy and reduce the carbon-dioxide emissions in the electricity production, a dynamic electricity transmission network is also required. In this chapter, we extend our optimization model, developed in previous chapter, by including the element of emission reduction in addition to minimizing the electricity generation cost. We also investigate the effects of dynamic rating and transmission switching in the carbon-dioxide emission reduction, especially when the sources of energy are diverse.
Benzer Tezler
- Risk-averse optimization of wind-based electricity generation with battery storage
Batarya depolaması ile rüzgar enerjisi bazlı elektrik üretiminin riskten kaçınan optimizasyonu
MERVE ESER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZLEM ÇAVUŞ İYİGÜN
DOÇ. DR. FEHMİ TANRISEVER
- Binalarda enerji ve rüzgâr simülasyonlarının aynı algoritma üzerinden parametrik üretilebilmesi için model geliştirilmesi
Development of a model for parametric generation of energy and wind simulations in buildings through a single algorithm
OĞUZHAN KORAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÇELEBİ
- Bütünleşik ürün karması planlaması için yeni bir optimizasyon yaklaşımı ve perakende sektöründe uygulaması
A novel optimization approach for integrated product assortment and its application in the retail sector
MUHAMMED CAN KONUR
Doktora
Türkçe
2024
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BÜLENT DURMUŞOĞLU
- Elektrik enerji iletim şebekelerinin optimal genişletme planlaması
Optimal expansion planning of power transmission networks
NAZİF HÜLAGÜ SOHTAOĞLU
Doktora
Türkçe
1994
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Feasibility analysis based on advanced deep learning techniques in integrating renewable energy resources into microgrids
Yenilenebilir enerji kaynaklarının mikroşebekelere entegre edilmesinde gelişmiş derin öğrenme tekniklerine dayalı uygulanılabilirlik analizi
FATHI FARAH FADOUL FATHI FARAH FADOUL
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAMAZAN ÇAĞLAR