Elektrik enerji sistemlerinde güvenli işletim koşullarının elde edilmesine yönelik akıllı yöntem geliştirilmesi

Abstract

Geniş alanda etkili olan elektrik enerjisi kesintilerinin en temel sebeplerinden birisi kritik kısıtlılıklardan kaynaklanan zincirleme açmalardır. Ancak, kritik kısıtlılıkların analizi olağan sistemsel arızaları ile hatalı manevra, olumsuz hava koşulları ve kasıtlı saldırı nedeniyle oluşan öngörülemeyen arızalar gibi çeşitli unsurları içerdiği için oldukça karmaşık bir süreçtir. Literatürde yer alan çeşitli analiz yaklaşımlarında söz konusu problem genellikle tek bir boyutuyla ele alınmıştır. Bu tez çalışması kapsamında, işletmesel ve işletmesel-olmayan unsurlardan kaynaklanan indisler elektrik sisteminin zafiyet (güvenlik açığı) analizi için tanımlanarak oluşması muhtemel zincirleme açma sonrası oluşacak kısıtların öngörülmesine yönelik yeni bir yaklaşım getirilmiştir. Temel olarak, elektrik sistemine ait elektriksel parametrelerden oluşan işletmesel performans indisi, kasıtlı saldırı ve kötü hava koşulu indisleri örnek test sistemleri üzerinde ayrı ayrı tanımlanmış olup, sonrasında bulanık çıkarım sistemi kullanılarak bütünleşik bir toplam zafiyet indisi tanımlaması yapılmıştır. Geliştirilen yöntem MATPOWER veri tabanında yer alan IEEE test ağları üzerinde uygulanabilecek şekilde geliştirilmiş olup, örnek test ağları için analiz ve değerlendirme çalışmaları yapılmıştır. Problemin numerik analizine ilişkin olarak her bir kısıtın neden olacağı etkiyi belirlemek için test ağları veri seti üzerinde çevresel etmenlerin (olumsuz hava ve kasıtlı saldırı) değerlendirilmesine yönelik etki katsayısı tanımlamaları yapılmıştır. Buna göre sistemi oluşturan hat ve bara gibi elemanların işletmesel, olumsuz hava koşullarında ve kasıtlı saldırılardan etkilenme sıralamaları yapılmıştır. Ayrıca, yapılan analiz çalışmaların daha sistematik bir şekilde gerçeklenebilmesi ve analiz sonuçlarının görselliğinin artırılması için MATLAB tabanlı Zafiyet Analiz Programı (MATVAP) geliştirilmiş olup, programın kullanıcı arayüzü detayları tezin ekler bölümünde sunulmuştur. İletim sistemi işletmecileri artan tehdit unsurlarına karşı acil durum manevra planlarını güncelleyerek uygulamak noktasına gelebilmektedirler. Olumsuz etkileri asgari seviyeye indirgeyecek etkin bir karşı savunma planın oluşturulabilmesi için sistemin potansiyel zafiyet oluşturulabilecek noktalarının önceden tespit edilerek, bu bilgiler ışığında savunma planlarının hazırlanması gerekmektedir. Tez çalışmasının devamında, iletim sistemi işletmecilerinin acil durum manevra planlarına katkı sağlamak amacıyla sistemde yer alan kritik noktaların tespiti ve kısıt sonrası olumsuz etkilerin azaltılmasına yönelik karşı tedbir (manevra) işlemlerini belirleyerek oluşması muhtemel teknik ve ekonomik sorunları asgari seviyeye indirgeyecek bir bilgi tabanlı karar destek algoritması geliştirilmiştir. Söz konusu problemin çözümüne yönelik olarak genetik algoritma temelli zafiyet tabanlı kısıtlılık koşullu yük akışı algoritması ile sistemin kısıt sonrası durmunu değerlendiren karar ağacı bazlı karar destek metodolojisi geliştirilmiştir. Bu sayede sistemde oluşan ilk kısıt sonrası, kısıt tipine göre müdahale planları gözden geçirilmekte ve sistemin savunma planı en az olumsuz etkiye neden olacak şekilde muhtemel ikincil kısıtlar uyarınca revize edilmektedir. Kısıt sonrası sistemde oluşacak yan etkiler; üretim artışı/azaltması ve/veya yük atma gibi kısa dönem kontrol müdahaleleri ile mevcut sistem kısıtları içerisinde kalacak şekilde çözümlenmeye çalışılmaktadır. Ancak, üretim tüketim dengesi sistem geneli için hiçbir şekilde sağlanamadığı durumlar için kısmi ada çalışma durumuna geçilebilmektedir. Yapılan çalışmanın en önemli katkılarından birisi de durağan durum için geliştirilen bir yük akışı analiz yönteminin karar ağaçları ile birlikte kullanılarak sistemin kararlılığı gibi dinamik bir olayı kestirmek için kullanılmasıdır. Geliştirilen yöntemin doğrulaması örnek bir ardışıl açma senaryosu ile EMTP programı üzerinde IEEE-39 test ağı benzetim modeli kurularak yapılmıştır. İlave olarak, sistemin güvenli moda geçmesi öncesinde maliyet analiz yapılarak söz konusu işletmesel değişikliğin yapılıp yapılmayacağı konusu ekonomik kıstaslar uyarınca değerlendirilmiştir. Geliştirilen yöntemin pratik uygulama olanağı bulması sonrasında özellikle iletim sistemi operatörlerinin acil durum manevra planlarını test etmeleri için faydalı bir araç olabileceği değerlendirilmektedir.