Akıllı şebekelerde yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma stratejilerinin karşılaştırmalı analizi

Son yıllarda küresel çapta elektrik kullanımındaki ve elektrik üretim-tüketim çeşitliliğindeki artış, daha modern bir elektrik şebekesi ihtiyacını doğurmuştur. Akıllı şebeke konsepti, geleneksel elektrik şebekesini iki yönlü haberleşme ağı ile birleştirerek bu ihtiyaca cevap vermeyi amaçlamaktadır. Böylece, şebeke gerçek zamanlı olarak izlenebilmekte, kesintilere ve arızalara daha hızlı cevap verilebilmekte, kaçak kullanım tespit edilebilmekte, şebeke dağıtık bir şekilde yönetilebilmekte ve talep katılımı gibi yeni servisler sağlanabilmektedir. İleri ölçüm altyapısı (İÖA) bu akıllı şebeke mimarisinin temel yapıtaşlarından biridir. İÖA, elektrik kullanımının periyodik ya da isteğe bağlı olarak ölçülmesine, toplanmasına ve analiz edilmesine olanak sağlamaktadır. Böylece, şebekenin daha etkin ve güvenilir olmasını sağlamaktadır. İÖA sistemlerinin merkezinde bulunan akıllı sayaçlar (AS) da elektrik kullanımını gerçek zamanlı olarak ölçebilmekte, ve servis sağlayıcıya (SS) ya da kullanıcıya sık ve hassas ölçüm verisi gönderebilmektedir. Ancak, veri bilimindeki gelişmeler sayesinde bu yüksek çözünürlüklü ölçüm verisi farklı amaçlar için de kullanılabilmektedir. Özellikle, Girişmsel Olmayan Cihaz Yükü İzleme (GOCYİ) teknikleri bu veriyi cihaz kullanımlarına ya da nihai kullanımlara ayırabilmektedir. Bu nedenle, AS verisinden bir çok mahrem bilgi (evin boş olup olmadığı, ev sakinlerinin demografik bilgileri, günlük alışkanlıkları, vs.) çıkarılabilmektedir. Bundan dolayı, AS verisinin kötü niyetli kullanımının önüne geçmek önem arz etmektedir. Literatürde kullanıcı mahremiyetinin sağlanması için bir çok farklı teknik öne sürülmüştür. Bunlardan bazıları kriptografik teknikler kullanarak veriyi saklarken, bazıları veriye gürültü ekleyerek veriyi bozmaktadır. Kullanıcı bilgisini anonimleştirmek ve ölçüm frekansını azaltmak da mahremiyeti sağlamak için öne sürülmektedir. Bu tekniklerin arasından, elektrik kullanımını çizelgeleyerek dışarıya mümkün olan en az bilginin çıkmasını sağlayan yük şekilleme metotları etkinlik ve kullanılabilirlik açısından öne çıkmaktadır. Bu tezde, yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma stratejileri ile ilgili bir dizi karşılaştırmalı analiz sunulmaktadır. Giriş bölümünde akıllı şebekeler, İÖA, AS, talep katılımı, GOCYİ gibi kavramlar açıklanmakta ve literatürdeki çeşitli mahremiyet yaklaşımları özetlenmektedir. Ardından gelen dört bölüm, yük şekilleme tabanlı mahremiyet ile ilgili dört bağımsız çalışmayı konu almaktadır. İlk bölümde, literatürdeki 8 farklı yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma stratejisi, ortak bir stokastik optimizasyon çerçevesi altında karşılaştırılmakta ve analiz edilmektedir. İkinci çalışmada, ilk çalışmaya ek olarak SS'nin de amaç fonksiyonları ele alınarak, talep katılımı çerçevesinde kullanıcının amaçlarını (mahremiyet dahil) optimize etmenin SS'nin amaç fonksiyonlarını nasıl etkilediği analiz edilmektedir. Üçüncü çalışma, akıllı elektrik sayaçlarının reaktif gücü de ölçmesine odaklanmakta ve mahremiyetin tesis edilmesi için hem gerçek gücün hem de reaktif gücün birlikte şekillenmesi gerektiğini göstermektedir. Dördüncü çalışma, yeni gelişmekte olan akıllı su ve doğalgaz ölçümünü de akıllı elektrik ölçümü ile birlikte ele almakta, ve kullanıcı mahremiyeti problemini tüm akıllı ölçümleri dahil eden bütüncül bir anlayışla çözmeye çalışmaktadır. Sonuç ve öneriler de son bölümde sunulmaktadır. Bu tezde sunulan karşılaştırmalı analizler, literatürdeki yük şekilleme tabanlı mahremiyet koruma metotlarının adil bir biçimde karşılaştırılabilmesini ve bunların SS'nin amaç fonksiyonları üzerindeki etkilerinin görülebilmesini sağlamaktadır. Ayrıca, literatürde henüz çalışılmamış olan bütüncül mahremiyet ile gerçek ve reaktif güç şekilleme tabanlı mahremiyet koruma konularına ışık tutmaktadır.