بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بازآرايي چند هدفه سيستم هاي توزيع قدرت با در نظرگرفتن شاخص هاي تلفات قدرت و تعادل بار به روش پيشنهادي
خلاصه
بيش از ٨٠ درصد تلفات سيستم قدرت مربوط به شبکه هاي توزيع ميباشد. تجديد آرايش شبکه هاي توزيع بعنوان يکي از روش هاي موثر و کم هزينه جهت کاهش تلفات ميباشد. بازآرايي سيستم توزيع شامل تغيير وضعيت کليدهاي موجود در شبکه توزيع ميباشد در ضمن مي توان همزمان اهداف کاهش تلفات ، بهبود پروفيل ولتاژ، تعادل بار و .... با نسبتي خاص نسبت به هم بدست آورد و تمام محدوديت هاي مسئله رعايت شود. در اين مقاله ، روشي برمبناي الگوريتم غذايابي باکتري جهت بازآرايي همزمان شبکه توزيع با اهداف کاهش تلفات و بهبود تعادل بار مطرح شده است . در اين مقاله يک روش کدبندي جديد جهت تشخيص و حفظ حالت شعاعي طي مراحل تکرار الگوريتم تکاملي مطرح شده است که آن را روش حذف حلقه هاي ترميمي ميناميم . به منظور اثبات کارائي الگوريتم و تکنيک هاي مطرح شده ، آنها برروي يک شبکه توزيع آزمايشي ٣٣ باسه استاندارد EEE، بصورت تک هدفه و دوهدفه ، و با حضور توليدات پراکنده ، پياده سازي شده اند و نتايج با برخي از کارهاي گذشته در اين زمينه مقايسه شده است . همچنين يک روش پيشنهادي در محاسبه شاخص تعادل بار ارائه شده است .
کلمات کليدي: حداکثر بازآرايي شبکه توزيع ، الگوريتم غذايابي باکتري، سيستم توزيع ، کاهش تلفات توان ، بهينه سازي چندهدفه ، تعادل بار
١. مقدمه
شبکه توزيع به عنوان رابط بين مصرف کننده و انتقال و توليد به دليل بالا بودن سطح جريان ، تلفات توان و افت ولتاژ در اين شبکه بسيار رايج است . بازارآيي شبکه توزيع به علت هزينه کم و سهولت اجرا يکي از کارآمدترين روشها براي از بين 1 بردن مشکلات فوق ميباشد. بطور کلي دونوع کليد در سيستم هاي توزيع استفاده شده است : ١- کليدهاي تقسيم کننده هر فيدر که درحالت عادي بسته اند. ٢- کليدهاي ارتباط دهنده ٢ فيدرها که درحالت عادي باز ميباشند و جهت انجام مانور در شبکه بکار مي روند. تغيير حالت اين کليدها آرايش هاي مختلفي در سيستم توزيع ايجاد ميکند که انتخاب بهينه ترين آنها با معيار کاهش تلفات و معيارهاي ديگر، بعنوان بازآرايي سيستم هاي توزيع شناخته ميشود[ ١]. هدف ما در اين مقاله بررسي چند هدفه مسئله بازآرايي شبکه توزيع با استفاده از الگوريتم غذايابي باکتري مي باشد. نخستين بار مسئله بازارايي توسط Merlin و Back در سال ١٩٧٥جهت کاهش و بهبود تلفات توان اکتيو با يک روش ابتکاري انجام شد. در اين روش براي رسيدن به آرايش بهينه پس از بسته شدن تمام کليدها شروع به باز کردن يک به يک کليدها ميشود که جريان کمتري دارند [١]. پس از آن روش هاي ديگري شامل تکنيکهاي ابتکاري و بهينه سازي کلاسيک انجام شدند[٢]-[٥].
علاوه بر تکنيک هاي ابتکاري الگوريتم هاي هوشمندي نيز جهت يافتن آرايش بهينه مورد استفاده قرار گرفتند. که از آن جمله ميتوان الگوريتم هاي ژنتيک الگوريتم کلوني مورچه گان ، الگوريتم تابو سرچ ، الگوريتم باز پخت فلزات و شبکه عصبي اشاره کرد [٦]-[١٠]. تمام اين الگوريتم ها بر اساس الهام گيري از يک پديده اي در طبيعت توانستند به يک مدل رياضي دست يابند که بتوان از آن جهت بهينه سازي مسائل از جمله بازآرايي شبکه توزيع استفاده کرد. در اين مقاله از الگوريتم غذايابي باکتري که در سال ٢٠٠٢ معرفي شده است [١٣] و ذاتا يک الگوريتم پيوسته است ، جهت حل مسئله بازآرايي که ذاتا مسئله اي با فضاي گسسته ميباشد استفاده شده است .
٢. الگوريتم غذايابي باکتري
جديدترين الگوريتم بهينه سازي که توجه بسياري از محققين را درحل مسائل بهينه سازي مهندسي در سال هاي اخيرجلب کرده است ، الگوريتم غذايابي باکتري(BF) مي باشد. الگوريتم BF در سال ٢٠٠٢ توسط Passino براي حل مسائل کنترل و بهينه سازي توزيع شده معرفي شده است [١٣]. ايده ي اصلي الگوريتم غذايابي باکتري مبتني بر اين حقيقت استوار است که انتخاب طبيعي تمايل به حذف حيواناتي با روش هاي غذايابي ضعيف و کمک به زيادشدن نسل حيواناتي با روش غذايابي موفق دارد. باکتري E.coil که در روده ي انسان زندگي ميکند بهترين ميکرو ارگانيسم شناخته شده ميباشد که رفتار غذايابي آن مورد بررسي قرار گرفته است و BF نيز از اين رفتار الهام گرفته شده است . همچنين در سال ٢٠٠٢ از اين الگوريتم در جهت بازارايي تنها با هدف تلفات شبکه توزيع استفاده شده است [١٤].
٣. فرموله بندي مسئله
براي مسئله بازآرايي در اين مقاله [٢] تابع هدف در نظر گرفته شده است . اصلي ترين و مهم ترين هدف در بازآرايي شبکه هاي توزيع ، کاهش تلفات مي باشد. اين هدف بصورت زير فرمول بندي مي شود. [٨]
Vi
در اين فرمول n تعداد کل شاخه هاي شبکه ، ri مقاومت شاخه iام ، pi توان اکتيو شاخه iام ، Qi توان راکتيو شاخه ، و ولتاژ شاخه iام مي باشد. هدف ديگر مربوط به شاخص تعادل بار* مي باشد که بصورت زير فرمول بندي مي شود[٤٩].
که Si توان مختلط جاري در شاخه حداکثر ظرفيت توان عبوري از شاخه i ام ، n تعداد کل شاخه هاي شبکه ، pi توان اکتيو شاخه iام ، Qi توان راکتيو شاخه iام ، و k يک عدد ثابت مي باشد.
٣-١. قيد شعاعي بودن شبکه
در تمام آرايشات بدست آمده شبکه بايد آرايش شعاعي خود را حفظ کند.
٣-٢. محدوديت ولتاژ گره ها ( باس هاي سيستم )
که بترتيب ماکزيمم و مينيمم ولتاژ باس هاي شبکه توزيع مي باشند که براي مثال مقاديري مانند ١.١ و ٠.٩ ، بترتيب ، دريافت مي کنند
. ب ) محدوديت جريان عبوري
از شاخه ها توان عبوري از خطوط و همچين جريان خطوط و ولتاژ باس ها از اجراي برنامه پخش بار حاصل مي شود که در پخش بار ac معادلات توان بصورت زير مي باشند. معادلات اصلي پخش بار بصورت زير فرمول بندي مي شود.
که بترتيب ، توان راکتيو و اکتيو عبوري از خطوط بين باس هاي i ام وj ام مي باشد. بترتيب بيانگر اندازه و زاويه ولتاژ باس i ام مي باشد. اندازه و زاويه ادميتانس شاخه بين باس هاي مي باشد
٣-٤. محدوديت ايزولاسيون
تمام گره هاي شبکه بايد طي آرايشهاي مختلف برقدار باشند و هيچ گره ي تنهايي ايجاد نشود.
يکي از مهمترين قسمت هاي مسئله بازآرايي چگونگي رعايت کردن قيد شعاعي بودن براي راه حلهاي ارائه شده مي باشد.
در مرحله ساخت پاسخها با رعايت سه نکته ميتوان از ايجاد جوابهايي که قيد شعاعي بودن و هميشه برقدار بودن همه گره ها را نقص مي کنند جلوگيري کرد.
١- حلقه ها در مورد برخي از کليدها باهم اشتراک دارند. لذا نبايد شماره کليدي بين متغيرها بيش از يکبار انتخاب شود.
٢- در مورد حلقه هايي که چند کليد مشترک باهم دارند فقط يکي از متغيرها ميتواند از اين کليد ها انتخاب شود.
٣- تمام کليدهاي انتخاب شده در يک راه حل نبايد از کليدهاي مشترک بين حلقه ها انتخاب شده باشند.
٣-٥- روش حذف حلقه ها
هر آرايش شبکه توزيع با مشخص شدن وضعيت همه کليدها در شبکه ايجاد مي شود. اما در اين مقاله به جاي استفاده از همه کليدها براي هر آرايش ، تنها از کليد هاي باز به عنوان متغيرهاي مسئله استفاده ميشود. بنا بر اين هر جواب و راه حل ممکن براي مسئله از مشخص شدن شماره کليدهايي که بايد باز باشند بدست ميآيد. لذا ساير کليدها که به عنوان متغير مسئله در نظر گرفته نشده اند بسته مي باشند. پس هر متغير ميتواند يک عدد صحيح باشد که شماره ان کليد در شبکه مي باشد. براي تعيين کليدهاي باز براي هر آرايش ابتدا همه کليدهاي شبکه بسته فرض ميشوند. در اين حالت به علت طراحي حلقوي شبکه چند حلقه در شبکه ايجاد مي شود. سپس به شرطي که ساختار شعاعي شبکه حفظ شود از هر حلقه يک کليد باز مي شود. به اين ترتيب يک آرايش از شبکه با يافتن کليد هاي باز بدست مي آيد[١]-[٤].
نحوه تست شعاعي بودن آرايش ها يکي از مهمترين قسمت هاي مسئله بازآرايي چگونگي رعايت کردن قيد شعاعي بودن براي راه حلهاي ارائه شده ميباشد. در مرحله ساخت پاسخها با رعايت سه نکته مي توان از ايجاد جوابهايي که قيد شعاعي بودن و هميشه برقدار بودن همه گره ها را نقص ميکنند جلوگيري کرد.
حلقه ها در مورد برخي از کليدها با هم اشتراک دارند. لذا نبايد شماره کليدي بين متغيرها بيش از يکبار انتخاب شود.
در مورد حلقه هايي که چند کليد مشترک با هم دارند فقط يکي از متغيرها ميتواند از اين کليدها انتخاب شود. تمام کليدهاي انتخاب شده در يک راه حل نبايد از کليدهاي مشترک بين حلقه ها انتخاب شده باشند.
٣-٦- گسسته کردن الگوريتم باکتري
الگوريتم غذايابي باکتري يک الگوريتم پيوسته است در حالي که مسئله بازآرايي شبکه توزيع يک مسئله گسسته ميباشد. براي رفع اين مشکل از تبديل متغيرهاي حقيقي به متغيرهاي صحيح استفاده شده است . اين کار با استفاده از تابع رياضي جزء صحيح انجام مي شود. [١٨]
در فرمول (٧) بردار مختصات در فضاي ٥ بعدي را ملاحظه ميکنيد، xها متغير حقيقي بين دو عدد a و b مي باشد a و b دوعدد صحيح متوالي در فضاي ٥ بعدي هستند و k عدد صحيح ناشي از اعمال جزء صحيح بروي بردار x است . اين فرمول مشکل پيوسته بودن الگوريتم باکتري براي حل مسئله گسسته بازارايي شبکه توزيع را برطرف مي کند.
٤.روش پيشنهادي جديد تعادل بار
همانطور که در [٢] توضيح داده شد براي بدست آوردن شاخص تعادل بار از فرمول زير استفاده شد.
و در [١٥] براي از روش ثابت استفاده شده است . يعني همه ها را به اين صورت يعني ٣.٢٢٨٣ مگاوات انتخاب کرده است . و با گرفتن واريانس از توان نرماليزه شده همه شاخه ها شاخص تعادل بار را بدست آورده است . بهترين شاخص تعادل بار، بهترين واريانس ، يعني صفر ميباشد. ولي در اين مقاله از يک روش ديگر که روش صحيح بدست آوردن تعادل بار ميباشد استفاده کرديم . شکل (١) يک شبکه شعاعي را نشان ميدهد که به باسهايB,C,D,E,F,G,H,K,A برق رساني ميکند و بهترين توزيع توان عبوري در آن صورت گرفته است . پس بايد نتيجه واريانس توان عبوري نرماليزه شده شاخه ها صفر باشد. حال ما اگر توان شاخه ها را بر يک عدد خاص تقسيم کنيم و از بردار بدست آمده واريانس بگيريم آيا حاصل واريانس صفر خواهد شد؟
و نتيجه واريانس ميباشد. سوال اين است که چرا نتيجه واريانس صفر نشد؟ پاسخ اينجاست که در اين روش يعني Simax ثابت ، زماني صفر ميشود که ما براي هر باس يک خط با يک کليد بکشيم به مانند شکل (٢) که مشاهده مي کنيد.
