V2G Uygulamalarında Elektrikli Araçların Dağıtım Şebekesine Optimum Entegrasyonunun Analizi İçin Newton Raphson Temelli Yeni Bir Model

Year 2024, , 375 - 385, 30.06.2024

Bünyamin Kuzu , Mustafa Nurmuhammed , Ozan Akdağ , Teoman Karadağ

https://doi.org/10.24012/dumf.1441551

Abstract

Son yıllarda, Elektrikli Araç (EA) üretimi ve kullanımı hızla artmaktadır. EA'lar, yapısı gereği enerji depolama kapasitesine sahip olduklarından, elektrik şebekesi üzerinde yedek güç kaynağı ve yardımcı hizmetler sağlama gibi işlevleri yerine getirebilecekleri fikirleri ortaya çıkmıştır. Bu fikirlerden biri, araçtan şebekeye enerji transferi olan Vehicle-to-Grid (V2G) konseptidir. Bu çalışmada, EA'lara ait şarj istasyonlarının şebekeye optimum şekilde entegrasyonu ve EA'ların V2G konsepti ile şebekeye elektrik enerjisi aktarımının incelenmesi için Newton Raphson temelli yeni bir model önerilmektedir. Önerilen çalışmanın etkinliğinin incelenmesi için öncelikle IEEE 33 bara sistemi DigSilent yazılımı ile modellemiştir. Sonrasında bu çalışmada sunulan yeni model ile güç sisteminde EA şarj istasyonlarının optimum entegrasyonu sağlatılmıştır. Çalışma kapsamında, EA'ların şarj/deşarj durumları simüle edilerek V2G konsepti analiz edilmiştir. Böylece, bu çalışma ile EA'ların hem mevcut şebeke üzerindeki etkileri hem de çevresel etkileri detaylı olarak incelenmiştir. Analiz sonucunda, 156 EA radyal dağıtım şebekesine (optimum) entegre edilmiş ve 10 saatte toplam 4464 kWh elektrik enerjisi şebekeye aktarılarak yaklaşık 1519 kg CO2 salınımı azaltılmıştır. Bu çalışma, V2G konsepti ile elektrik şebekesine pik talep saatlerinde destek olmak, yük dengelenmesi, araçlarda depolanan yenilenebilir enerjinin kullanılabilmesi, sistemdeki darboğazların ve karbon salınımının azaltılması için EA'ların şebeke entegrasyonunu teşvik etmektedir.

Keywords

elektrikli araç, modelleme, simülasyon, V2G, Yük Akışı

References

• [1] N. Ünlü et al., Elektrikli Araçlar. Kocaeli: Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu Marmara Araştırma Merkezi Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü, 2003.
• [2] A. Kerem, “Elektrikli Araç Teknolojisinin Gelişimi ve Gelecek Beklentileri,” Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., vol. 5, no. 1, pp. 1–13, 2014.
• [3]M.Singh, “Green Energy for Metropolitan Transport,” Int. J. Power Eng. Energy, vol. 4, no. 1, pp. 338–342, 2013, doi: 10.12986/ijpee.2013.002.
• [4]H. Özbay, C. Közkurt, A. Dalcalı, and M. Tektaş, “Geleceğin ulaşım tercihi : Elektrikli araçlar,” Akıllı Ulaşım Sist. ve Uygulamaları Derg., vol. 3, no. 1, pp. 34–50, 2020.
• [5]YE Ekici, İC Dikmen, M Nurmuhammed, TKaradağ, “Efficiency analysis of various batteries with real-time data on a hybrid electric vehicle” International Journal of Automotive Science And Technology, vol. 5, no. 3, pp. 214-223, 2021.
• [6]İC Dikmen, YE Ekici, T Karadağ, T Abbasov, SE Hamamcı “Electrification in Urban Transport: A Case Study with Real-time Data” Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering 9 (1), 69-77, 2021.
• [7] M Nurmuhammed, O Akdağ, T Karadağ, “A Novel Newton Raphson-Based Method for Integrating Electric Vehicle Charging Stations to Distribution Network. ”, Electrica vol. 23, no. 2, pp. 310-317, 2023.
• [8]G. Şen, “Şarj Edilebilen Elektrikli Araçlarin Kesintisiz Güç Kaynaği Olarak Kullanilmasini Sağlayan Bir Güç Ünitesinin Tasarimi Ve Uygulamasi,” Yıldız Teknik Üniversitesi, 2012.
• [9]X. Li et al., “A cost-benefit analysis of V2G electric vehicles supporting peak shaving in Shanghai,” Electr. Power Syst. Res., vol. 179, no. 106058, 2020, doi: 10.1016/j.epsr.2019.106058.
• [10]A. F. Güven and S. B. Akbaşak, “Elektrikli Araçlarda DA Hızlı Şarj Ünitelerinin Şebeke Altyapısına Etkilerinin İncelenmesi,” Sinop Üniversitesi Fen Bilim. Derg., vol. 6, no. 1, pp. 42–54, 2021, doi: 10.33484/sinopfbd.886985.
• [11]M. Nurmuhammed and T. Karadağ, “Elektrikli Araç Şarj İstasyonlarının Konumlandırılması ve Enerji Şebekesi Üzerine Etkisi Konulu Derleme Çalışması A Review on Locating the Electric Vehicle Charging Stations and Their Effect on the Energy Network,” vol. 8, no. 2, pp. 218–233, 2021.
• [12]A. R. Boynueğri, “Elektrikli Taşıtların Güç Yönetimi Ve Akıllı Şebekeler İle Bağlantısı,” Yıldız Teknik Üniversitesi, 2014.
• [13]Volkswagen Türkiye, “volkswagen golf broşür,” 2022. https://ebrosur.vw.com.tr/araclar/golf-8/golf-8.html Accessed: 12 July 2022 (accessed Jul. 14, 2022).
• [14]T Karadağ, İC Dikmen, " Yeni Nesil, Modüler ve Akıllı Batarya Yönetim Sistemi", Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi Ejosat Special Issue (RDCONF) , 1103-1112 . 12 December 2021 DOI: 10.31590/ejosat.1045564
• [15]İC Dikmen, N Yıldıran, T Karadağ, "Multi-Chemistry Battery Management System for Electric Vehicles", The European Journal of Research and Development, vol. 2, no. 4, pp. 126-134, 2022.
• [16]İC Dikmen, K Kartaca, T Karadağ, T Abbasov, "An Overview Of Battery Technologies", 3rd International Energy Engineering Congress, 2018.
• [17]İC Dikmen, T Karadağ, "Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri Ve Yeni Trendler", ISBN: 978-625-6971-84-4
• [18]ÖF Özcan, T Karadağ, M Altuğ, Ö Özgüven, "Elektrikli Araçlarda Kullanılan Pil Kimyasallarının Özellikleri ve Üstün Yönlerinin Kıyaslanması Üzerine Bir Derleme Çalışması", Gazi University Journal of Science Part A: Engineering and Innovation vol. 8, no. 2, pp. 276-298, 2021.
• [19]İC Dikmen, T Karadağ, "Onboard Battery Type Determination," 2021 5th International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (ISMSIT), Ankara, Turkey, 2021, pp. 360-365, doi: 10.1109/ISMSIT52890.2021.9604658.
• [20] İC Dikmen, T Karadağ "Electrical Method for Battery Chemical Composition Determination," in IEEE Access, vol. 10, pp.6496-6504,2022,doi: 10.1109/ACCESS.2022.3143040.
• [21]W. Kempton and S. E. Letendre, “Electric vehicles as a new power source for electric utilities,” Transp. Res. Part D Transp. Environ., vol. 2, no. 3, pp. 157–175, 1997, doi: 10.1016/S1361-9209(97)00001-1.
• [22]Ş. Kuşdoğan, “Akıllı Şebekelere Elektrikli Araçların Entegrasyonu ve Taşıttan Şebekeye V2G Uygulamaları,” 2017, no. III. Güç ve Enerji Sistemleri Sempozyumu, İzmir.
• [23]H. Tarlak, “Elektrikli Araçlar İçin İki Yönlü Şarj Devresi Tasarımı,” Kırklareli Üniversitesi , Kırklareli, 2018.
• [24]S. C. Yılmaz, “Türkiye’de Elektrikli Araçların Orta Gerilim Dağıtım Şebekesine Etkisinin Değerlendirilmesi,” Hacettepe Üniversitesi, Ankara, 2021.
• [25]İ. Verim, “Elektrikli Araçların Dağıtılmış Enerji Üretim Ve Depolama Sistemi Olarak Değerlendirilmesi,” Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2013.
• [26]H. Tarlak and E. İşen, “Elektrikli Araçlar ve Akü Şarj Sistemleri,” Kırklareli Univ. J. Eng. Sci., vol. 1, no. 4, pp. 124–141, 2018.
• [27]B. Yıldız, H. Çiftçi, O. Ayan, and B. E. Türkay, “Elektrikli Araçların Dağıtım Şebekesine Etkisinin Maliyet Analizi ve Genetik Algoritma ile Optimizasyonu Cost Analysis of the Effect of Electric Vehicles on Distribution Network and Optimization with Genetic Algorithm,” Güç Sist. Konf., pp. 7–12, 2018, doi: 10.5281/zenodo.1482364.
• [28]G. T. Heydt, “The impact of electric vehicle deployment on load management strategies,” IEEE Trans. Power Appar. Syst., vol. PAS-102, no. 5, pp. 1253–1259, 1983, doi: 10.1109/TPAS.1983.318071.
• [29]B. Zoroğlu, A. T. Yapıcı, and G. Kurt, “Elektrikli Araç Şarj İstasyonlarının Standartları ve Türkiye’deki Elektrikli Araç Durumu,” in International Marmara Sciences Congress, 2020, pp. 301–310.
• [30]G. Şen, A. R. Boynuegri, and M. Uzunoglu, “Elektrikli Araçların Şarj Yöntemleri ve Araçların Şebekeyle Bağlantısında Karşılaşılan Problemlere Yönelik Çözüm Önerileri,” Elektr. ve Bilgi. Sempozyumu, Elazığ, no. 2011, pp. 357–362, 2011.
• [31]Academia.edu, “Akıllı Şebeke Sistemlerinin ve Bileşenlerinin İncelenmesi”, Aydın Ö.F., Özdemir B.
• [32]L. Shi, A. Meintz, and M. Ferdowsi, “Single-phase bidirectional AC-DC converters for plug-in hybrid electric vehicle applications,” 2008 IEEE Veh. Power Propuls. Conf. VPPC 2008, pp. 3–7, 2008, doi: 10.1109/VPPC.2008.4677506.
• [33]V. Monteiro, H. Gonalves, J. C., and J. L.“Batteries Charging Systems for Electric and Plug-In Hybrid Electric Vehicles,” in New Advances in Vehicular Technology and Automotive Engineering, 2012, pp. 149–168.
• [34]G. Y. Choe, J. S. Kim, B. K. Lee, C. Y. Won, and T. W. Lee, “A Bi-directional battery charger for electric vehicles using photovoltaic PCS systems,” 2010 IEEE Veh. Power Propuls. Conf. VPPC 2010, pp. 3–8, 2010, doi: 10.1109/VPPC.2010.5729223.
• [35]M. Saygılı and S. S. Tezcan, “Enerji İletim Hattı Koruma Modellemesi ve Analizi ile Ankara Bölge Uygulaması,” Gazi Üniversitesi Fen Bilim. Derg. Part C Tasarım ve Teknol., vol. 7, no. 2, pp. 303–316, 2019, doi: 10.29109/gujsc.498867.
• [36]O. Akdağ, D. Peköz, and C. Yeroğlu, “154/34,5 kV Güç Transformatörleri için Diferansiyel Koruma Rölesi Koordinasyonu Benzetimi,” Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., vol. 22, no. 2, p. 1070, 2018, doi: 10.19113/sdufbed.04605.
• [37]Y. Sarıkaya and R. Yumurtacı, “Dağıtılmış Üretim Kaynaklarının Elektrik Dağıtım Sistemlerine Etkilerinin DigSilent Powerfactory Programı ile Analizi,” in V. Ulusal Elektrik Tesisat Kongre ve Sergisi, İzmir, Türkiye, 2017, pp. 1–15
• [38]H. İmamoğlu and S. M. Bağdatlı, “Mühendislik Problemlerinin Matlab Simulink Programı Desteğiyle Matematiksel Modellenmesi,” Soma Mesl. Yüksekokulu Tek. Bilim. Derg., vol. 33, no. 1, pp. 1–15, Jul. 2022, doi: 10.47118/somatbd.1112039.
• [39]H. Çakar and M. T. Gençoğlu, “GSAP: Güç Sistem Analizi Uygulaması için Matlab Tabanlı Grafik Paketi,” Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilim. Derg., vol. 32, no. 1, pp. 179–188, Mar. 2020, doi: 10.35234/fumbd.622077.
• [40]M. Takaoğlu and F. Takaoğlu, “K-means ve hiyerarşik kümeleme algoritmanın weka ve matlab platformlarında karşılaştırılması,” İstanbul Aydın Üniversitesi Derg., no. 3, p. 11, 2017.
• [41]N. F. Naim, M. F. K. Fisal, S. S. Sarnin, and N. Ya’acob, “Electrical Engineering Educational Software Based on Matlab and Its Graphic User Interface (Gui),” IJAEDU- Int. E-Journal Adv. Educ., vol. IV, no. 10, pp. 24–34, 2018, doi: 10.18768/ijaedu.415396.
• [42]İ. Poyraz, “Güç Sistemlerinde Gerilim Kararlılığı İndekslerinin Uç Öğrenme Algoritması İle Tahmini,” Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, 2019.
• [43]S. Deb, K. Tammi, K. Kalita, and P. Mahanta, “Impact of electric vehicle charging station load on distribution network,” Energies, vol. 11, no. 1, pp. 1–25, 2018, doi: 10.3390/en11010178.
• [44]U. Eminoglu and M. H. Hocaoglu, “A network topology-based voltage stability index for radial distribution networks,” Int. J. Power Energy Syst., vol. 29, no. 2, pp. 131–143, 2009, doi: 10.2316/Journal.203.2009.2.203-4280.
• [45]S. Murali, N; Gobimohan, “Power Flow Analysis of IEEE 33 Bus Radial Distribution Systems using DigSilent,” Int. J. Innov. Manag. Eng. Sci., vol. 7, no. 4, pp. 1–9, 2021.
• [46]S. Kocabey, “Elektrikli Otomobillerin Dünü, Bugünü ve Geleceği,” in Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, 2018, pp. 16–23.
• [47]A. Çiçek and O. Erdinç, “PV-Batarya Hibrit Sistemi İçeren Elektrikli Araç Otoparkının Şarj Yönetimi,” Eur. J. Sci. Technol., no. 15, pp. 466–474, 2019, doi: 10.31590/ejosat.527350.
• [48]O. Akdağ and C. Yeroglu, “An evaluation of an offshore energy installation for the Black Sea region of Turkey and the effects on a regional decrease in greenhouse gas emissions,” Greenh. Gases Sci. Technol., vol. 10, no. 3, pp. 531–544, 2020, doi: 10.1002/ghg.1963.
• [49]“Orman Genel Müdürlüğü,” Orman Genel Müdürlüğü, 2022. https://www.ogm.gov.tr/tr/bunlari-biliyor-muydunuz (accessed Jul. 25, 2022).
• [50]“Haziran 2022 Kurulu Güç Raporu,” TEİAŞ, 2022. https://www.teias.gov.tr/kurulu-guc-raporlari. Accessed 14 July 2022 (accessed Jul. 25, 2022).
• [51]"Trends in electric cars", "Global EV Outlook 2024", https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2024/trends-in-electric-cars. Accessed 11 June 2024