دانلود مقاله باز آرایی شبکه توزیع در حضور منابع تولید پراکنده به منظور کاهش تلفات با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری

بخشی از مقاله

چکیده –
شبکه های توزیع وسیع ترین بخش شبکه های الکتریکی هستند. به دلیل ولتاژ پایین و گستردگی زیاد بیش ترین تلفات انرژی الکتریکی مربوط به این شبکه ها می باشد. هدف اصلی از پیکر بندی مجدد شبکه در این مقاله، به دست آوردن بهترین حالت از ساختار شعاعی شبکه به منظور کاهش تلفات در سیستم توزیع می باشد. به منظور دستیابی به این اهداف، استفاده از روش های مناسب بهینه سازی در تعیین مکان و ظرفیت بهینه تولیدات پراکنده در کنار مسئله پیکربندی مجدد شبکه حائز اهمیت می باشد. در این مقاله از الگوریتم رقابت استعماری استفاده شده است تا به طور همزمان پیکربندی مجدد و مکان های بهینه را برای نصب واحدی های DG در یک شبکه توزیع انجام دهد.
همچنین در کنار الگوریتم مورد استفاده شده، روش آنالیز حساسیت نیز به کار گرفته شده است. روش آنالیز حساسیت، شین های کاندید برای نصب DG را شناسایی و از طریق الگوریتم، ظرفیت و مکان بهینه برای نصب DG تعیین می شود.در این مقاله تعداد، اندازه و مکان مناسب منابع تولید پراکنده در شبکه 33 شینه استاندارد IEEE بررسی شده است. جایابی منابع تولید پراکنده در آرایش های مختلف شبکه انجام شده و

تاثیر آرایش شبکه بر مکان و اندازه منابع تولید پراکنده بررسی و روش پیدا کردن بهترین آرایش برای جایابی منابع تولید پراکنده معرفی شده است. در پایان اثر افزایش تعداد منابع تولید پراکنده و افزایش ظرفیت آن ها بر کاهش تلفات سیستم بررسی شده است. نتایج به دست آمده تاثیر روش پیشنهادی در بهبود وضعیت سیستم را نشان می دهد.

کلید واژه- الگوریتم رقابت استعماری، بهینه سازی شبکه توزیع، پیکربندی شبکه، کاهش تلفات، جایابی منابع تولید پراکنده.

-1 مقدمه

سیستم های توزیع انرژی الکتریکی شامل مدارهای شعاعی به هم پیوسته ای می باشند که از طریق تعدادی سوئیچ حالت عادی باز و تعدادی سوئیچ حالت عادی بسته به هم مرتبط می باشند. وجود این سوئیچ ها باعث می شود تا امکان تغذیه باس ها از مسیرهای متفاوت ممکن شود. به سبب عدم قطعیت بارهای سیستم بر روی فیدرهای تغذیه ی مختلف، که از زمانی به زمان دیگر متغیر است، عملیات و کنترل سیستم های توزیع پیچیده می باشد، خصوصا در محدوده هایی که چگالی بار بالا باشد. تلفات در یک شبکه توزیع برای یک پیکربندی ثابت برای تمامی موارد بارهای متغییر، حداقل نخواهد بود. از این رو، گاه به گاه نیاز به پیکربندی مجدد شبکه احساس می شود .[1] پیکربندی مجدد در شبکه های توزیع در واقع تغییر توپولوژی شبکه است، که با حفظ ساختار شعاعی شبکه به منظور بهبود وضعیت در

سیستم صورت می گیرد، که با تغییر مناسب وضعیت کلیدهای سیستم می توان به آن هدف رسید. پس در نتیجه، پیکربندی مجدد در شبکه توزیع به منظور کم کردن تلفات عبارت است از، تغیییر ساختار شبکه توزیع به گونه ای که اولا تلفات توان در شبکه کم گردد، و ثانیا ساختار شعاعی شبکه حفظ گردد.

در مرجع [1] یک روش پیشرفته بر مبنای الگوریتم ژنتیک اصلاح شده برای مطالعه باز آرایی شبکه توضیح ارائه شده است. در این مقاله حضور منابع تولید پراکنده در نظر گرفته نشده است. همچنین تابع هدف ارائه شده در این مقاله محدودیت های لازم برای جریان خطوط را در نظر نگرفته است. در مرجع [2] بازآرایی شبکه توزیع با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شده است. برای کد کردن باز آرایی همه کلیدهای بسته در رشته های الگوریتم ژنتیک وارد شده اند. بنابراین رشته ها بسیار طولانی شده و مقایسه آن ها با هم کمی مشکل است. در مرجع [3] با یک روش ابتکاری بازآرایی شبکه توزیع شعاعی با الگوریتم ژنتیک اجرا شده است. در این مقاله ارزیابی هر جواب به اطلاعات

زذتل خغ1سکطغکطکسغپه

غلذل شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص

PLOSS (i,j)
به دست آمده از همه جواب های قبلی وابسته است . در مرجع[4] باز آرایی شبکه با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات باینری تعیین شده است. در شبکه های بزرگ استفاده از روش باینری موجب طولانی شدن رشته شده و اجرای عملیات را کمی مشکل می کند. در مرجع [5] باز آرایی به صورت مستقل از هم انجام شده و اثر اجرای هم زمان آن ها در نظر گرفته نشده است. در مرجع [6] تعیین اندازه و مکان بهینه چند منبع تولید پراکنده با در نظر گرفتن الگوهای باری متفاوت انجام شده است. به وضوح نشان داده شده است که اگر الگوی بار می تواند بر مکان و اندازه منابع تولید پراکنده اثر داشته باشد. در این مقاله در مورد تاثیر آرایش شبکه بر مکان و اندازه منابع تولید پراکنده صحبتی نشده است. در مرجع [7] با استفاده از باز آرایی شبکه توزیع و جایابی منابع تولید پراکنده تلفات سیستم کاهش یافته و بارها متعادل شده اند. در این مقاله درباره نحوه پیدا کردن تعداد مناسب منابع تولید پراکنده و ظرفیت آن ها صحبتی نشده است.

در این مقاله درباره الگوریتم رقابت استعماری و روش پیاده سازی مسئله صحبت می شود. سپس تابع ارزیابی مورد استفاده در الگوریتم بهینه سازی معرفی و روش پخش بار مناسب شرح داده می شود. در ادامه در مورد شبکه مورد مطالعه صحبت می شود و روش تشخیص آرایش های شعاعی مناسب بیان می شود، سپس تعداد مناسب منابع تولید پراکنده تعیین می شود. با در نظر گرفتن حالت های مختلف، باز آرایی و جایابی مستقل بیان می شود و واثر تقدم و تاخر اجرای آن ها بررسی می شود. سپس بازآرایی، جایابی و اندازه یابی همزمان با هم و به صورت یک مسئله بهینه سازی واحد ( روش پیشنهاد شده در این مقاله) اجرا می شود. درپایان درباره اثر افزایش تعداد و ظرفیت منابع تولید پراکنده بر کاهش تلفات سیستم صحبت می شود و همه نتایج با هم مقایسه می شوند. برای اجرای شبیه سازی از نرم افزار MATLAB استفاده می شود.

-2 فرمول بندی مسئله

هدف اصلی در این مقاله ارائه طراحی مناسب برای تعیین مکان و ظرفیت بهینه تولید پراکنده به همراه تجدید پیکربندی در شبکه توزیع می باشد، به نحوی که تابع هدف مسئله حداقل گردیده و قیود آن رعایت شود. پس برای تعریف مسئله باید بخش های عمده به خوبی مشخص شده و با روابط دقیق ریاضی به صورت مناسب مدل سازی شوند. پس از تعریف مسئله به صورت ریاضی، می توان مسئله مورد نظر را به وسیله ی یکی از روش های بهینه

سازی حل کرد. که در این تحقیق از آنالیز حساسیست به منظور پیدا کردن شین کاندید برای نصب DG و از الگوریتم رقابت استعماری در تعیین ظرفیت تولید پراکنده و ایجاد پیکربندی بهینه در شبکه توزیع استفاده شده است.

-1-2 تابع هدف

تابع هدف مورد استفاده در این مقاله شامل مینیمم کردن تلفات توان اکتیو و بهبود پروفیل ولتاژ می باشد که در رابطه زیر آورده شده است.

 F  Min αF1  βF2  
(1) n N b 
 V i V nom , j  β αpLossi

 i 1 i 1 

در رابطه بالا نشان دهنده تلفات در خط رابط

شین i و j می باشد. همچنین n تعداد کل شین در سیستم، Nb نشان دهنده تمام خطوط در شبکه، Viولتاژ هر باس بر حسب پریونیت، Vnom ولتاژ نامی مرجع، α و β ضرایب وزنی می باشند.

-2-2 قیود و محدودیت های مسئله

اضافه کردن DG به شبکه باید بگونه ای باشد که کارکرد شبکه را دچار مخاطره نکند. همچنین پیکربندی دوباره باید بگونه ای صورت گیرد که ساختار شعاعی شبکه حفظ گردد. این کار مستلزم این می باشد که کلیه الزامات مورد نیاز برای رسیدن به بهترین نتیجه در مسئله لحاظ گردد. قیود در نظر گرفته شده در این مقاله شامل موارد زیر می باشد.

قید تعادل بار: برای هریک از باس ها باید مقدار توان تزریقی با مصرفی برابر باشد.[8]

P p n n P
(2)   P
T ,Loss Li DGi Slack
i 1 i 1
که در آن Pslack توان اکتیو تولیدی در شین اسلک می باشد. PDG توان اکتیو تولیدی توسط DG در باس i، PLi توان اکتیو تقاضا شده در باس i،PT,LOSS تلفات اکتیو شبکه می باشند.

محدودیت ولتاژ باس ها: ولتاژ باس ها نباید از حد پایین و بالا مجاز شبکه تجاوز کند .[9]
(3) max Vi  Vi min  Vi

محدودیت حداکثر جریان خروجی از خطوط: جریان عبوری از خطوط باید به گونه ای باشد که از حداکثر ظرفیت گرمایی خطوط شبکه تجاوز نکند.

زذتل خغ1سکطغکطکسغپه

هلذل شAلع ,لاهلاکغهعطکل y,هق ذصستص

Nvar
(4) max Iij  I ij

محدودیت توان اکتیو تولیدی توسط :DG
(5) PDGimin  PDGi  PDGimax
محدویت تلفات بعد از نصب :DG تلفات در حضور DG باید
کمتر از حالتی باشد که DG در شبکه حضور ندارد.
(6) LossiwithDGLossiwithDG

ساختار شعاعی شبکه:
detA  1 or radial system 
(7) det A   0not radial 

-3 آنالیز حساسیت برای نصب DG

آنالیز حساسیت برای محاسبه ضریب حساسیت تلفات در هر شین استفاده شده است تا شین های کاندید برای نصب DG شناسایی گردد. تعیین این شین ها به کاهش فضای جستجو برای روند بهینه سازی کمک می کند. یک بخش خطی را شامل یک امپدانس Rij+jXij و یک بار PLjeff+jQLjeff می باشد، و بین شین های i و j متصل شده است را درشکل 1 نشان داده شده است.[10]

شکل:1 نمودار تک خطی شین نمونه
تلفات اکتیو در خط بین شین های i و j بدینصورت محاسبه می شود:
(8) , eƒƒ Rij PLj2  P
V j2
Lineloss
که در اینجا PLjeff و QLjeffبارهای اکتیو وراکتیو در شین jام، Rijمقاومت خط واصل شین i و j می باشد.

حال فاکتور حساسیت تلفات (LFS) را می توان از معادله زیرین بدست آورد.
2*PLj,eƒƒ * Rij  P
(9) Lineloss
V2 P
j Lj,eƒƒ

فاکتور حساسیت تلفات، از طریق رابطه (9) و با استفاده از پخش بار برای تمام شین ها محاسبه می گردد و سپس از طریق

روش بهینه سازی ارائه شده، حساس ترین شین برای نصب DG انتخاب گشته و ظرفیت بهینه آن نیز محاسبه می گردد.

-4 الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری ICA

این الگوریتم ( Imperialist Competitive Algorithm –
(ICA یک الگوریتم جدید در زمینه محاسبات تکاملی است که بر مبنای تکامل اجتماعی – سیاسی انسان پایه گذاری شده است که در شکل 2 نشان داده شده است. همانند دیگر الگوریتم های تکاملی، این الگوریتم نیز با تعدادی جمعیت اولیه تصادفی که هر کدام از آن ها یک کشور نامیده می شوند، شروع می شود. تعدادی از بهترین عناصر به عنوان استعمارگر انتخاب و باقیمانده جمعیت نیز به عنوان مستعمره، در نظر گرفته می شوند. در یک
مسئله ی بهینه سازی بعدی، یک کشور، یک آرایه

یNvar*1 است. این آرایه به صورت زیرتعریف می شود.
(10)  P , P , P , ..P Country 
N var 1 2 3
هزینه یک کشور با ارزیابی تابع f به ازای متغیرهای رابطه
(10) یافته می شود. بنابراین داریم
(11) countryi Costi  f
,, P , P , P P  f
iN var  i 3 i 2 i 1
برای شروع الگوریتم، تعداد Ncountryکشور اولیه ایجاد می شود و Nimpتا از بهترین اعضای این جمعیت به عنوان امپریالیست انتخاب می گردد. باقیمانده Ncolتا از کشورها، مستعمراتی را تشکیل می دهند که هر کدام به یک امپراطوری تعلق دارند.[11]