Elektrik Güç Sistemlerinde İletim ve Dağıtım Sistem Operatörlerinin Etkileşimini Dikkate Alan Yeni Yaklaşımların Geliştirilmesi
Tez Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tez Danışmanı: Ozan Erdinç
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Desteklendiği Program: Diğer
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.