Dağıtık üretim kaynakları içeren bütünleşik elektrik dağıtım sistemi tasarımı

Abstract

Dünyayı etkileyen enerji güvenliği ve verimliliği, iklim değişikliği, sanayileşme ve nüfusartışına bağlı olarak artan enerji talebi gibi konular mevcut elektrik üretim, iletim vedağıtım süreçlerinde yeni yaklaşımların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Geleceğinelektrik sistemleri tüketicilere güvenilir, temiz ve sürdürülebilir elektriği kabul edilebilir bir fiyattan sağlamak zorundadırlar. Bu amaçlara ulaşabilmek için elektrik sistemlerinin akıllı olması ve dağıtık üretim sistemlerine dayandırılması gereklidir. Bu çalışmada dağıtık üretim kaynakları içeren bir elektrik dağıtım sistemi tasarımı yapılmıştır. Sistemin tasarımında, dağıtım şebekesinin orta ve alçak gerilim hatlarının rotalanması, dağıtım trafolarının yer seçimi ve kapasitelerinin belirlenmesi, trafo merkezinin kapasitesinin belirlenmesi ve dağıtık üretim kaynaklarının yer seçimi alt problemleri bir bütün olarak dikkate alınmıştır. Problemin çözümü için öncelikle doğrusal olmayan karmaşık tamsayılı düğüm tabanlı bir matematiksel model geliştirilmiştir. Problemin karmaşık yapısına bağlı olarak geliştirilen düğüm tabanlı modelin çözemediği test problemlerini çözmek için düğüm ayrıştırma tekniği olarak isimlendirilen ve orijinal şebekenin dönüştürülmesi esasına dayanan bir yaklaşım önerilerek, dönüştürülmüş şebeke üzerinde yeni bir akış tabanlı doğrusal olmayan karmaşık tamsayılı matematiksel model geliştirilmiştir. Önerilen modellerin etkinliği test problemleri üzerinde incelenmiş ve birçok problemde makul zaman içinde en iyi çözümlere ulaşıldığı gösterilmiştir. İki modelin de verilen süre kısıtı içinde en iyi çözümü bulamadığı büyük boyutlu test problemleri için çapraz entropi tabanlı iki melez sezgisel algoritma geliştirilmiştir. Sezgisel algoritmaların etkinliği aynı test problemleri üzerinde deneysel olarak analiz edilmiş ve en iyi çözümlere ulaşma performansları karşılaştırılmıştır.

Challenges including energy security and efficiency, climate change and increasingdemand due to growth in population and industrialization are converging to drivefundamental change in the way electrical energy is produced, transmitted and distributed.Future electricity systems must produce and distribute reliable, affordable, clean andsustainable electricity. To accomplish these goals, the electricity sysem must be smart andbased on distributed generation. In this work a new approach is presented for the problemof designing electricity distribution system with distributed generation. The systemconsidered includes; a sub-transmission substation, medium voltage and low voltagedistribution networks, distribution transformers that connect medium voltage network withlow voltage network and, distributed generation facilities. The design problem includes thedecisions of sizing the sub-transmission transformer, location and sizing of distributiontransformers and distributed generation facilities, routing medium and low voltagenetworks while minimizing the total system design cost. To achieve this objective, anonlinear mixed integer mathematical model is proposed first. Since the dimension of theproblem increase rapidly with the number of demand nodes, the number of candidatedistribution transformers and distributed generation nodes and types, a new exact solutionapproach which is called node splitting technique is presented for solving larger sized test problems. The effectiveness of the models tested on test problems. Results show that the proposed models are proved to be very effective to find optimal results in reasonablecomputational time. For the test problems that cannot be solved with the both exactmethods, two cross-entropy based hybrid algorithms are proposed. The effectiveness of theheuristic algorithms is comparatively tested on the same test problems.