Akıllı şebekelerde yük yönetimi ve yük tahmini

Mevcut şebeke altyapısı, hızla yenilenen, gelişen, büyüyen teknolojik ve endüstriyel ihtiyaçlara cevap vermede yetersiz kaldığından akıllı şebekeler umut verici bir çözüm haline gelmiştir. Gelişmiş ölçüm altyapısı, çift yönlü iletişim ve dağıtık üretim kaynakları gibi akıllı şebekenin temel unsurları, mevcut enerji yönetim yaklaşımlarını geliştirmeye adaydır. Her ne kadar geleneksel güç sistemleri, değişkenlik gösteren yük talebi cevabını ele almak için iyi kurgulanmış olsa da, akıllı şebekelerle birlikte sisteme dâhil edilen yenilenebilir enerji kaynaklarının getireceği ek değişkenlik ve belirsizlik, şebeke istikrarı için önemli bir sorun oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında bir güç sistemi işletmecisi tarafından kullanılabilecek olan akıllı şebekelerin, yönetim stratejisinin geliştirilmesi, güç kayıplarının düşürülmesi ve şebeke işletme hızının ve kabiliyetinin arttırılması üzerinde durulmuştur. Akıllı şebekelerin hayatımıza girmesi ile çözümü beklenen, birçok sorundan üç tanesi ele alınmıştır. Bu üç sorunun birleştirilmesi sonucunda önerilen çözüm yöntemi, şebeke sorunlarının çözümüne yeni bir bakış kazandırmıştır. İlk olarak; güç sistemi yönetiminde çok önemli bir rolü olan yük/üretim tahmin konusu ele alınmıştır. Güvenirliliği defalarca kanıtlanmış literatürde sıklıkla çalışılmış, üç farklı tahmin modelinin sonuçları birbiriyle karşılaştırılmıştır. Bu modellerin tümünde aynı veri setinden faydalanılmıştır. Tahminler bir saatlik kısa zaman dilimleri için yapılmıştır. Tahmin modellerinin çalışma mantığının farklı olmasına özellikle dikkat edilmiştir. İstatiksel çözüm altyapısını kullanan Regresyon Analiz yöntemi, beyin sinir yapısını temel alan Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemi ve bulanık mantık yaklaşımını esas alan ANFIS yöntemi tercih edilmiştir. Bu üç yöntemden ANFIS en başarılı yöntem olarak belirlenmiştir. ANFIS önerilen çözüm yönteminde yük tahmin modeli olarak seçilmiştir. İkinci olarak; güç sistemlerinin ekonomik ve güvenli bir şekilde işletilmesinde önemli bir rol oynayan Optimal Reaktif Güç Dağıtım (ORPD) konusu çalışılmıştır. ORPD, doğrusal olmayan bir amaç fonksiyonu ve kısıtları içeren karmaşık bir optimizasyon problemidir. ORPD'nin temel hedefi, generatör ayar noktaları, trafo kademe ayarı ve reaktif güç kompanzasyon çıkışı gibi tüm kontrol değişkenlerinin optimum ayarlarını belirlemektir. Bu amaçla adı geçen problemin çözümüne yönelik, literatürde araştırmacılar tarafından birden çok çözüm yöntemi sunulmuştur. Bu tezde, doğrusal olmayan problemlerin çözümünde başarısı kabul görmüş meta-sezgisel algoritmalar kullanılmıştır. ORPD problemine daha önce uyarlanmamış ağaç tohumu algoritması (ATA) ve kurbağa sıçrama algoritmasının (KSA) sonuçları literatürde çalışılmış yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda başarısı kanıtlanan ATA algoritması, optimizasyon yöntemi olarak tercih edilmiştir. Optimizasyon algoritmalarının başarısını test etmek amaçlı IEEE-30 ve IEEE-118 bara test sistemleri kullanılmıştır. Üçüncü olarak; güç sisteminde yük talebinin enerji üretiminden fazla olması durumunda sıklıkla başvurulan yük atma konusu işlenmiştir. Yük atma yöntemi, hızlı cevap ve ani değişikliklere kolay uyum sağladığından dolayı tercih edilir. Güç sistemlerinin istikrarını sağlamak için optimize edilmiş yük atma yöntemleri son yıllarda önem kazanmıştır. Bundan dolayı güncel bir yöntem olan akıllı yük atma (AYY) yöntemi bu tezde çalışılmıştır. Bu yöntem kapsamında yükler önemine göre dört sınıfa ayrılmıştır. Her sınıf kendi arasında üç farklı gruba bölünmüştür. Yükler önem sırasına göre devreye alınıp veya devreden çıkarılmaktadır. Tahmini üretim değerine göre bir saat sonraki zaman diliminde devreye alınacak yükler önceden belirlenerek hafızaya alınmaktadır. Sonraki adımda gerçek üretim değeri ile tahmini üretim değeri arasındaki fark güç hesaplanır. Gerçek üretim gücü ve tahmini üretim gücü farkına göre önceden hafızaya alınan yüklerden yük atma veya yük devreye alma işlemi uygulanmıştır. Bu durum sistemi ekstra vakit kaybından kurtarmıştır. Yukarda bahsi geçen tüm yöntemler tek bir amaç için bir araya getirilerek yeni bir çözüm yaklaşımı sunulmuştur. Önerilen yöntem ANFIS, ATA ve AYY metodlarının bir araya getirilmesinden oluşturulmuştur. Bu nedenle yöntem, ANFIS+ATA+AYY hibrit model şeklinde tanımlanabilir. Sistemin tümünü göz önüne alacak olursak hedeflenen amaçları; gerçeğe yakın üretim tahmini, minimum güç kaybı ve sistemin işletme kabiliyeti/hızının artması şeklinde sıralayabiliriz.