Güç Sistemleri Planlaması için Elektrik Şebekelerinin Coğrafi Haritalar Üzerinde Görselleştirilmesi Simulation of Electrical Networks on Geographic Maps for Power System Planning Mehmet DEMİRCİOĞLU Araştırmacı Bilgisayar Mühendisi MAM ENERJİ ENSTİTÜSÜ ANKARA
SUNUM PLANI Giriş Kullanılan Kütüphaneler Simulasyon Arayüzü Yazılımın Görsel Çıktıları Gelecek Dönem Çalışmaları Sonuç Kaynaklar
Giriş Gelişen teknoloji ve artan nüfusa paralel olarak Türkiye deki elektrik tüketimi hızla artmaktadır. Verilere göre son on yılda elektrik tüketimi iki katına çıkmıştır. Artan talebe yeterli arz sağlamak ve iletimde sorun yaşamamak adına elektrik şebekelerinin güvenli ve aynı zamanda ekonomik bir şekilde planlanması gerekmektedir. Bu da, ekonomi ve işlev açısından en verimli sonucu verecek olan planlamayı yapabilecek görsel ara yüzlü programlara ihtiyacı ortaya çıkarmıştır. Genel olarak elektriksel yük akışı yazılımların çıktıları.text formatında olup görsellikten uzaktır. Bu nedenle elektriksel yük akışı yazılımların görsellikten uzak verilerini daha anlamlı hale getirmek için yapılmış bir çalışmadır. Bu makalede ise PSS/E programı kullanılarak alınan yük akışı sonuçlarının web üzerinden bir kullanıcı ara yüzü ile görselleştirilmesi çalışması anlatılmaktadır. Bu çalışmada temel amaç, sistem analizlerini sanal ara yüzlerin dışına taşıyarak, gerçek coğrafi haritalar ile görselleştirmektir.
Kullanılan Yazılım Kütüphaneleri Yazılım geliştirilirken açık kaynaklı kütüphaneler kullanılmıştır. Açık kütüphane kullanmadaki amaç yeterli derecede kaynak sağlamaktır.kullanılan kütüphaneler ise; Google Maps API Java Persistence API (JPA) Primefaces 4
Simulasyon Arayüzü Geliştirilen simulasyon arayüzü Java web teknolojileri kullanılarak kullanıcı merkezli bir tasarım yapılmıştır. Sistem üzerinde Python yazılım dilide kullanılmıştır. Buradaki Python dilinin temel olan yazılım diline(java) elektrik analizleri için kullanılan PSS/E programını bağlamaktır. Kullanıcıların yapmış oldukları analizleri birbirine karıştırmamak için oturum yönetimide mevcuttur. Yapılan bütün işlemler veritabanında tarihsel olarak arşivlenmektedir. 5
Temel Program Yapısı 6
Algoritma İşleyişi 7
Yazılım Görsel Çıktıları Geliştirilen yazılımın analiz ve yatırım çalışmalarında 4 temel çıktısı bulunmaktadır. Gerilim Trafo Doluluk Oranı Elektrik iletim hatların yüklenme oranları Üretim ve Tüketim 8
Gerilim Türkiye 2017 yılı yaz dönemi 154kV sistem bara gerilimleri Yazılım yük akışı sonucuna göre voltaj bilgilerini otomatik olarak almakta ve per unit bazında renklendirilmiştir. Şekilde görüldüğü üzere senaryoda Güneydoğu Anadolu Bölgesi, Edirne ili ve Bodrum civarında gerilim düşmesi olduğu anlaşılmakta ve detaylı incelenmesinin gerekliliği ortaya çıkmıştır. 9
Trafo Doluluk Oranı Yazılımın ikinci çıktısı trafo doluluk oranınıdır. Yazılım otomatik olarak PSS/E dosyasındaki trafo kapasitelerini ve yüklenmelerini otomatik okuyarak doluluk oranlarına göre renklendirip harita üzerinde göstermektedir. 2017 senaryosunda harita görüldüğü üzere Ankara ilinin bazı trafolarının kritik bir yüklenmeye sahip olacaktır. Buda civar bölge için kapasite artırımı veya yeni trafo merkezi analizi yapılması ortaya çıkmıştır. 10
Elektrik İletim Hatların Yüklenmesi 2017 yılına ait yaz puant yük akışı senaryosunun İstanbul ili civarı 380 kv iletim hatlarının yüklenmesini gösteren yazılım çıktısıdır. Yazılım hat yüklenmelerini kullanıcı tarafından eklenen PSS/E dosyasından otomatik olarak okumakta, söz konusu hattı yüklenme oranına göre renklendirmektedir. Takip edilmesi zor olan nümerik veriler yerine hatların dolum oranı harita üzerinde rahatlıkla takip edilebilir duruma getirilmiştir. Şekilden de takip edileceği üzere yüklenen senaryoda boğaz geçiş hatlarının diğer iletim hatlarına kıyasla daha dolu olduğu anacak hiçbir hattın kapasitenin üzerinde yüklenmediği sonucu ortaya çıkabilir. 11
Üretim ve Tüketim Yazılımın son çıktısı üretim ve tüketim grafiklerini gösteren görseldir. Kullanıcı tarafından ek bir bilgi girilmesine gerek kalmadan yazılım otomatik olarak yüklenen PSS/E dosyasından bu bilgileri alabilmektedir. Veri tabanında bulunan kordinatlara göre üretim ve tüketim grafikleri coğrafi olarak haritaya eklenerek görsel olarak kullanıcıya sunulmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi Yumurtalık ve Hatay civarında üretimin tüketime oranla fazla olduğu ve trendin bu şekilde devam etmesi halinde iletim güvenliği için bu bölgelere yatırımı gerekliliği analizi sonucuna varılacaktır. Bunun yanı sıra yazılımda üretimin hangi kaynaklardan olduğu bilgilerinede ulaşılabilmektedir.(kömür,doğalgaz,barajlı/akarsu,hes,res,jes,nes gibi) Sonuçları ise EDAŞ,YTM,il ve trafo merkezi bazında ayırma yapabiliriz. 12
Gelecek Dönem Çalışmaları Yapılan çalışma Türkiye de yük akışı için görsel ara yüz tasarımı alanında yapılacak olan yazılım ve uygulamalar açısından temel teşkil etmektedir. Görsel arayüz çalışmasının planlanan bir sonraki aşaması trafo merkezlerinden ve santrallerden dinamik olarak saatlik üretim, tüketim ve hatlardaki yük akışı bilgilerinin web üzerinden bir veri tabanına kaydedilmesidir. Veri toplanmasında getirdiği kolaylık ve güvenliğin yanı sıra bu makalede anlatılan çalışmada Türkiye de ilk olan coğrafi bir yük akış görseli denenmiştir ve karşılaşılan sorunlar geliştirmeye açıktır. Uzun dönemli bir çalışma olarak ise harita ve yük akışı programının birbiri ile tamamen irtibatını sağlayarak harita üzerinden yapılacak bir değişmenin yük akış programına işlenmesi yazılım gösterilebilir. 13
Sonuç Bu makalede Türkiye için PSS/E yük akışı programı ile uyumlu çalışan bir görsel arayüz yazılımı tasarımı anlatılmıştır. Görsel arayüz yazılımında Google Maps API nin sağlamış olduğu harita kullanılmıştır. Bahsedilen yazılım Türkiye de uzun dönem iletim yatırımı planlama ve güvenliği sağlama açısından kullanılmaktadır. 14
Kaynaklar [1] TEİAŞ. (2012). Türkiye Elektrik Üretim - İletim İstatistikleri. (Şubat 2013) Alıntı adresi: http://www.teias.gov.tr/istatistikler.aspx [2] UZAY Güç Sistemleri Analiz Grubu Türkiye Elektrik Sistemi İçin Transformatör Merkezi (TM) Bazlı Bölgesel Talep (MW) Projeksiyonu Çalışmaları 2013 2022 Dönemi, Eylül 2012 [3] Overbye, T.J., "Coğrafi veriler ile geniş alan güç sistemi görselleştirmesi" Güç ve Enerji Topluluğu Genel Toplantısı - 21.yy da Elektrik Enerjisinin Dönüştürülmesi ve İletilmesi, 2008 IEEE, pp.1,3, 20-24 July 2008 [4] Song, S.S., Jang, G., Park C.H. Güç Sistemlerinin Kararlığının Değerlendirilmesi için dinamik analizlerin görselleştirilmesi Elektrik Mühendisliği ve Teknolojileri Dergisi Vol. 6, No. 4, pp. 484~492, 2011 15
TEŞEKKÜRLER mehmet.demircioglu@tubitak.gov.tr 16