Qlobal enerji transitinin arka planında, dağıtık jenerasyon giderek güç tedariki için önemli bir bileşen haline gelmektedir. Yenilenebilir enerji teknolojilerindeki sürekli ilerlemeler ve güneş ve rüzgar gücü gibi dağıtık enerji kaynaklarının yaygınlaşması, düşük karbon ekonomisinin gerçekleştirilmesine yeni bir ivme kazandırmıştır. Bu model, enerji kullanım verimliliğini artırır, iletim kayıplarını azaltır ve güç sistemlerinin esnekliğini ve güvenilirliğini iyileştirir.
Güç sistem teorisine göre, ağın güvenilirliği ve istikrarı, çeşitli üretim kaynaklarının etkili yönetimi üzerine büyük oranda bağlıdır. Modern güç sistemlerinin karmaşıklığı, dağıtık jenerasyon ortamlarında daha hassas kontrol ve sevk talep etmektedir—özellikle artan yük dalgalanmaları ve kaynak belirsizliği arasında. Bu zorlukları aşmak için, gelişmiş bilgi ve iletişim teknolojilerini kullanarak gerçek zamanlı izleme ve güç kaynaklarının dinamik ayarlamasını mümkün kılan akıllı güç izleme sistemleri ortaya çıkmıştır. Bu makale, dağıtık jenerasyonda akıllı güç izleme sistemlerinin tasarımı ve optimize edilmiş kontrolü hakkında ele almayı amaçlamaktadır, bu da enerji transiti ve sürdürülebilir kalkınma hedeflerinin başarısına katkıda bulunmayı hedeflemektedir.
1. Güç İzleme
Güç izleme, güç sistem operasyonlarının gerçek zamanlı gözetimi, veri toplama ve analizi için kritik bir yaklaşımdır, güç sistemlerinin güvenliği, güvenilirliği ve verimliliğinin sağlanması amacıyla hizmet verir. Bir güç izleme sistemi, veri toplama birimleri, veri iletim ağları, izleme ve yönetim platformları, alarm ve yanıt mekanizmalarından primarily oluşur. Veri toplama birimleri, jeneratörler, dönüştürücüler ve dağıtım cihazları dahil olmak üzere çeşitli güç ekipmanlarından faaliyet verilerini toplar—gerilim, akım, frekans ve güç faktörü gibi ana parametreler dahil.
Toplanan veriler, stabil ve güvenli iletişim ağları (örneğin, fiber optik, kablosuz iletim) yoluyla izleme merkezine iletilir. Etkin bir veri iletim ağı, bilginin zamanında ve bütüncül olarak iletilmesini sağlar, sonraki analiz için güvenilir bir temel oluşturur. İzleme ve yönetim platformu, elde edilen verileri gerçek zamanlı olarak izler ve analiz eder, büyük veri analitiği ve bulut hesaplama gibi teknolojileri kullanarak görselleştirilmiş arayüzler ve karar destek sunar, operatörlerin etkili kararlar almasına yardımcı olur.
2.Sistem Tasarımı
2.1 Sistem Mimarisi
Akıllı güç izleme sisteminin mimarisi Tablo 1'de gösterilmiştir.
| Hiyerarşi | Ana Fonksiyon | Ana Teknoloji |
| Algılama Katmanı | Gerçek zamanlı veri toplama ve ön işlem | Sensörler, akıllı sayaçlar |
| Ağ Katmanı | Veri iletimi ve iletişim | Fiber optik ağlar, kablosuz iletişim |
| Uygulama Katmanı | Veri analizi ve görselleştirme | Veri işleme algoritmaları, büyük veri |
Akıllı güç izleme sisteminin mimarisinde, her katmanın fonksiyonları kendi ana teknolojileriyle tamamlanarak, etkin bir işletim çerçevesi oluşturmaktadır. Algılama katmanı, sensörler ve akıllı sayaçlar aracılığıyla gerçek zamanlı veri toplar, sistemin işlevselliği için temel ve ön koşul görevini görür. Verinin doğruluğu ve zamanında olması, sonraki analizin kalitesini doğrudan etkiler.
Ağ katmanı, veri iletim merkezi görevini görür, fiber optik ve kablosuz iletişim gibi gelişmiş teknolojileri kullanarak verinin hızlı ve güvenilir bir şekilde izleme merkezine iletilmesini sağlar. Ayrıca, iletim sırasında verinin bütünlüğünü ve güvenliğini korumak, kaybı veya değiştirilmesini önlemek de gerekmektedir. Uygulama katmanı, derinlemesine veri analizi ve görselleştirmeyi üstlenir, gelişmiş veri işleme algoritmaları ve büyük veri teknolojilerini kullanarak devasa veri setlerini değerli bilgilere dönüştürerek, yöneticilerin hassas kararlar almasına yardımcı olur.
2.2 Donanım Seçimi
Sistem donanım bileşenleri ve ana performans parametreleri Tablo 2'de gösterilmiştir.
| Donanım Türü | Model ve Spesifikasyon | Ana Performans Parametreleri |
| Sensör | Hikvision HikSensor - 500kV | Ölçüm aralığı: 0 - 500 kV; |
| Akıllı Sayaç | Huawei SmartMeter 3000 | Ölçüm doğruluğu: Sınıf 0.1 |
| Veri İletim Cihazı | ZTE ZXTR S600 | 10 Gbps Ethernet iletimini destekler |
| Sunucu | Lenovo ThinkServer RD630 | CPU: Intel Xeon Gold 5218; |
| Veri Depolama Cihazı | Western Digital WD Gold 18 TB | Depolama kapasitesi: 18 TB; |
2.3 Veri İletişim Stratejisi
2.3.1 Veri Toplama ve İletimi
Veri toplama ve iletim, akıllı güç izleme sisteminin çekirdek bileşenleridir, sistemin gerçek zamanlı performansını ve etkililiğini doğrudan etkiler. Bu süreçte, algılama katmanındaki çeşitli sensörler ve izleme cihazları, güç sisteminin ana faaliyet verilerini—gerilim, akım, güç ve frekans gibi—ve dağıtık jenerasyon kaynaklarının faaliyet durumu bilgilerini toplar.
Verinin doğruluğunu sağlamak için, toplama cihazları yüksek hassasiyet ve güvenilirliğe sahip olmalıdır [10]. Toplandıktan sonra, veri ağ katmanına, fiber optik iletişim, kablosuz iletişim ve İnternet Şeyleri (IoT) teknolojileri gibi modern iletişim teknolojileri kullanılarak iletilir. Fiber optik iletişim, geniş bant genişliği ve düşük gecikme süresi ile büyük ölçekli veri iletim senaryolarına uygundur. Kablosuz iletişim, esneklik ve kolaylık sunar, kablosuz sinyaller aracılığıyla çeşitli izleme noktalarını etkili bir şekilde kapsar.
2.3.2 Güvenlik Önlemleri
Akıllı güç izleme sistemlerinde, veri şifreleme, ağ güvenliği koruması ve erişim kontrolü gibi güvenlik önlemleri çok katmanlı bir güvenlik çerçevesini oluşturur. Bu çerçeve, dış saldırıları ve iç riskleri etkili bir şekilde azaltarak, akıllı güç yönetiminin uygulanmasının güvenli bir temeli oluşturur. Veri iletim sırasında güçlü şifreleme algoritmalarını uygulamak, verinin kesilmesi veya değiştirilmesini önler. Simetrik şifreleme algoritmaları, örneğin Gelişmiş Şifreleme Standardı (AES) kullanımı, yalnızca doğru şifre çözme anahtarı olan kullanıcıların veriye erişebilmesini sağlayarak, hassas bilgilerin bütünlüğünü ve gizliliğini korur, böylece veri iletim sırasında değiştirilmez. Ağ güvenliği koruma konusunda, birçok cihaz ve sistemin birbirine bağlanması, siber saldırı riskini önemli ölçüde artırır. Bu nedenle, güvenlik cihazları, örneğin güvenlik duvarları, Saldırı Tespit Sistemleri (IDS) ve Saldırı Önleme Sistemleri (IPS) ile ağ trafiğinin gerçek zamanlı izlenmesi, şüpheli faaliyetlerin tanımlanması ve engellenmesi, sistemi zararlı saldırıların etkisinden koruyarak genel güvenliği artırır. Kullanıcı erişim kontrolü ve kimlik doğrulama mekanizmaları, örneğin Rol Tabanlı Erişim Kontrolü (RBAC), sadece yetkili kullanıcıların belirli sistem fonksiyonlarına ve verilere erişebilmesini sağlar. Bu, iç veri sızıntısı riskini azaltarak, sistem güvenliğini artırır ve yetkisiz erişimi etkili bir şekilde önler.
3. Araştırma Yöntemi
3.1 Araştırma Tasarımı
Bu çalışma, deneysel ve simülasyon yöntemlerinin birleşimini benimseyerek, gerçek dünya elektrik piyasası verilerini simüle edilen güç talebiyle bütünleştirerek birden fazla deneysel senaryo oluşturur.
Bu senaryolar, sistemin kapsamlı test ve değerlendirme imkanı sağlar. Deneysel tasarım, sistem performans değerlendirme, çoğunlukla programlama verimliliği, kaynak kullanımı ve yanıt süresi gibi metrikler üzerinde odaklanır. Farklı yükler, kaynak tahsisatları ve üretim modlarını yapılandırarak, sistemin çeşitli işletim koşulları altındaki performansı simüle edilir. Güvenlik değerlendirmesi ise, siber saldırılar, sistem arızaları ve veri ihlalleri gibi beklenmedik olaylara karşı sistemin dayanıklılığına odaklanır.
Akıllı güç izleme sisteminin performansını kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için, yanıt süresi, programlama başarı oranı, kaynak kullanımı ve sistem istikrarı gibi performans metriklerini ve saldırganlık tespit oranı, güvenlik açığı düzeltme süresi ve veri şifreleme gücü gibi güvenlik metriklerini içeren bilimsel bir değerlendirme çerçevesi ve gösterge sistemi tasarlandı.
3.2 Performans Değerlendirme
Dağıtık jenerasyonun optimize edilmiş kontrolünde akıllı güç izleme sisteminin performans değerlendirmesi Tablo 3'te gösterilmiştir.
| Güvenlik Göstergesi | Tanım | Ölçüm Yöntemi | Hedef Değer |
| Veri Şifreleme Seviyesi | Sistem veri iletim ve depolamanın şifreleme gücünü belirtir | Şifreleme Algoritması Değerlendirmesi | AES - 256 veya daha yüksek |
| Saldırganlık Tespit Oranı | Sistemin anormal erişime ve saldırıya tepki verme yeteneğini belirtir | Güvenlik Kaydı Analizi | >95% |
| Erişim Kontrol Etkinliği | Kullanıcı izin yönetiminin ve erişim kontrol stratejilerinin etkinliğini belirtir | İzin Denetimi | 100% Uygunluk |
| Güvenlik Açığı Düzeltme Süresi | Belirlenen güvenlik açıklarının düzeltilmesi için gereken süreyi belirtir | Güvenlik Açığı Yanıt Süresi Analizi | <24 h |
| Düzenli Güvenlik Denetim Frekansı | Sistemin düzenli olarak güvenlik denetimlerinin yapılması sıklığını belirtir | Denetim Raporu Analizi | Bir kez çeyrek yılda |
| Kötü Amaçlı Yazılım Koruma Yeteneği | Sistemin kötü amaçlı yazılım saldırılarına karşı koruma yeteneğini belirtir | Korumalı Yazılım Değerlendirmesi | 100% Kapsama |
| Yedekleme ve Kurtarma Stratejilerinin Etkinliği | Veri yedekleme ve kurtarma stratejilerinin etkinliğini belirtir | Kurtarma Testi | 100% Başarı Oranı |
Tablo 4'teki güvenlik değerlendirme metrikleri, akıllı güç izleme sistemine kapsamlı koruma tedbirleri sağlar. Bu metrikler, veri şifreleme, saldırganlık tespit, erişim kontrol, güvenlik açığı düzeltme ve kötü amaçlı yazılım koruması gibi alanları kapsar, bu da sistemün siber saldırı, veri ihlali ve kötü amaçlı yazılım gibi potansiyel tehditlere etkili bir şekilde tepki verebilmesini sağlar.
Örneğin, veri şifreleme seviyesi, veri iletim ve depolamanın güvenliğini sağlamak için AES-256 veya daha yüksek şifreleme standartlarının kullanılmasını gerektirir; saldırganlık tespit oranı hedefi %95'in üzerinde olup, sistem anormal erişim veya saldırı davranışlarını zamanında tanıyabilmesini ve tepki vermesini sağlar. Erişim kontrol etkinliği, kullanıcı izin yönetiminin güvenlik politikalarına sıkı bir şekilde uygun olacak şekilde %100 uyumlulukta olmalıdır. Güvenlik açığı düzeltme süresi hedefi 24 saat içinde olup, belirlenen güvenlik açıklarının hızlı bir şekilde çözümlenmesini sağlar.
4. Deneysel Sonuçlar
4.1 Performans Test Sonuçları
Performans test sonuçları Tablo 5'te gösterilmiştir.
| Performans Göstergesi | Test Değeri | Hedef Değer | Değerlendirme Sonucu |
| Yanıt Süresi / s | 1.8 | <2.0 | Standarta Uygun |
| Veri İşleme Hızı / (strip/s) | 2200 | >2000 | Standarta Uygun |
| Sistem Kullanılabilirliği | 0.9998 | >0.9995 | Standarta Uygun |
| Enerji Kayıp Oranı / % | 2.5 | <3.0 | Standarta Uygun |
| Optimizasyon Programlama Başarı Oranı / % | 92 | >90 | Standarta Uygun |
| Arıza Kurtarma Süresi / dk | 4 | <5 | Standarta Uygun |
| Kaynak Kullanım Oranı / % | 87 | >85 | Standarta Uygun |
Bu performans testinde, tüm sistem göstergeleri iyi bir şekilde performans gösterdi, önceden belirlenen hedef değerlerine ulaşmış veya aşılmıştır. Sistemin yanıt süresi 1.8 s idi, <2.0 s gereksinimini karşılayarak, yüksek programlama verimliliğini göstermiştir. Veri işleme hızı 2,200 kayıt/sa olarak gerçekleşti, 2,000 kayıt/sa gereksinimini aşıp, güçlü gerçek zamanlı veri işleme yeteneğini sergiledi. Sistem kullanılabilirliği %99.98 idi, %99.95 hedefinden daha yüksek, mükemmel istikrar ve güvenilirliği yansıttı. Enerji kayıp oranı %2.5 idi, %3.0 hedefinden daha düşük, güç iletim verimliliğini optimize etti. Optimizasyon programlama başarı oranı %92'ye ulaştı, sistemin programlama hedeflerini etkili bir şekilde destekledi. Arıza kurtarma süresi ve kaynak kullanımı sırasıyla 4 dakika ve %87 idi—her ikisi de belirlenen standartları aştı—sistem, arızalarda hızlı kurtarma yeteneği ve etkili kaynak kullanımını gösterdi. Sonuçlar, akıllı güç izleme sisteminin, dağıtık jenerasyonun optimize edilmiş kontrolünde güçlü genel bir performansa sahip olduğunu göstermektedir.
4.2 Güvenlik Test Sonuçları
Güvenlik test sonuçları Tablo 6'da gösterilmiştir.