Elektrik güç sistemlerinin dayanıklılığının artırılması i̇çin yeni bir optimizasyon tabanlı yaklaşımın geliştirilmesi

Abstract

Güç sistem operatörleri, son kullanıcılara elektrik enerjisini ulaştırırken belli hedeflere göre bunu gerçekleştirmektedir. Bu hedefler, makul seviyede güç kalitesinin sağlanmasının yanı sıra enerjinin ekonomik, sürdürülebilir ve verimli bir şekilde iletilmesine dayanmaktadır. Ancak son zamanlarda küresel ısınmayla birlikte düşük olasılıklı fakat yıkıcı etkileri olan doğal afetlerin yaşanma sıklığının artması, büyük çaplı elektriksel arızaların ve güç kesintilerinin oluşmasını arttıran temel faktördür. Hiç şüphesiz, kötü niyetli olan veya olmayan tehditler sistemdeki güvenlik açıklarını avantaja dönüştürerek önemli miktarda kayıplara neden olabilmektedir. Bundan dolayı, dayanıklılık konsepti birçok güç sistem aktörünün ilgisini çekmiş ve bu konu üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır. Bu tez çalışması, ilgili konseptin tanımlamaları, güvenilirlik konseptiyle olan temel farkları, indisleri ve uygulama alanları üzerinde derin ve geniş çaplı bir literatür araştırmasını içermektedir. Ayrıca güç sistemindeki tehditlerin doğal afet ve siber saldırı başlıkları altında sınıflandırılarak karakter analizlerinin yapılması ile sistem işletimine olan etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bahsi geçen saldırıların etkilerini ve sonuçlarını minimize etmek amacıyla akıllı şebeke konsepti dâhilinde sunulan belli uygulamaların entegrasyonu sağlanmıştır. Bunlardan öncelikle, filo operatörü yönetimi altındaki elektrikli araçların araçtan şebekeye güç aktarım modunda çalışarak şebeke destekleyici hizmet sunmasının sistem performansı üzerine etkisi irdelenmiştir. Sismik bir olayın şiddetini ve etkilerini inceleyebilmek amacıyla Monte Carlo Simülasyon tekniği ile binler mertebesinde senaryolar üretilmiş ve kırılganlık eğrileri konsepti ışığında havai hatların hasarlanma olasılıkları tespit edilmiştir. Akabinde, potansiyel hasar noktalarının senaryo tabanlı stokastik model ile ele alınması sağlanmıştır. Elektrikli araçların mobilitesinden kaynaklı belirsizlikler öğrenme tabanlı tahmin algoritması ile bertaraf edilmiştir. Akabinde, dağıtım sistem operatörü, filo operatörü ve elektrikli araç kullanıcıları için arayüzler geliştirilerek teorik altyapının pratize edilmesinin yolu sunulmuştur. Bunun yanı sıra, çoklu mobil kaynaklardan mobil enerji depolama sistemi ve mobil acil durum generatörünün şebeke esneklik ve dayanıklılık kaynağı olarak modellenmesi sağlanmıştır. Çoklu mobil kaynakların yanı sıra, statik ancak etkili uygulamalardan dağıtık üretim birimi ile talep cevabı programının da acil durum servisi olarak değerlendirilmesini içeren yeni bir gerçek zamanlı optimizasyon tabanlı yaklaşım sunulmuştur. Restorasyon stratejisi geliştirilirken mobil kaynakların optimal yönlendirilmesini doğrudan etkileyebilecek ulaşım sistemindeki aksaklıkların da dikkate alınması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, trafik koşullarının dinamik olarak gerçek zamanlı optimal konumlandırma stratejisinde göz önünde bulundurulması ve böylece sistem operatörünün daha etkin kararlar alması hedeflenmiştir. Geliştirilen modellerin doğruluğunu ortaya koyabilmek amacıyla literatürde yaygın olarak kullanılan test sistemlerinden faydalanılmış ve kapsamlı sonuçlar tartışılmıştır.