بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی مقایسه ایی شاخص های قابلیت اطمینان میکروگریدها در حالت جزیره ای در سیستم توزیع با استفاده از روش مونت کارلو
خلاصه
هدف این پژوهش معرفی مجموعه ای از معیارهای جدید برای ارزیابی قابلیت اطمینان میکروگریدها در حالت جزیره ای در سیستم توزیع است. این معیارها شامل پارامترهای قابلیت اطمینان میکروگریدها در حالت جزیره ای میباشد که شاخصی برای نشان دادن ویژگی های بار در میکروگرید، شاخص های بهینه سازی، تولیدات پراکنده(DG)4، شاخص های مصرفی قابلیت اطمینان در میکروگرید را شامل میگردد. . به همین منظور از شبکه استاندارد IEEE-RBTS 2Bus به منظور پیاده سازی و مقایسه شاخصها جدید، به منظور بهبود شاخص ها قابلیت اطمینان استفاده شده است. در این مقاله به معرفی شاخصهای جدید قابلیت اطمینان میکروگریدها در حالت جزیره ای پرداخته و به منظور ارزیابی این شاخص ها در سیستم توزیع، به بررسی شبکه سیستم توزیع مورد نظر به دو صورت قرار گرفته شده است:
-1 شبکه سیستم توزیع با میگروگرید
-2 شبکه سیستم توزیع بدون میکروگرید نتایج بدست آمده از شبیه سازی شبکه سیستم توزیع، مورد مقایسه قرار داده شده است. روش شبیه سازی مونت کالو دو
مرحلهای(MCS)5 برای ارزیابی قابلیت اطمینان میکروگرید با منابع تولید پراکنده در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته شده است.
کلمات کلیدی: تولید پراکنده، میکروگرید، ارزیابی قابلیت اطمینان
.1 مقدمه
از آنجایی که شبکه های توزیع بیشترین سهم را در وقوع خاموشی مشترکین دارند، بیشترین تمرکز بهره برداران و طراحان شبکه الکتریکی، افزایش سطح قابلیت اطمینان در سیستم های توزیع است. این مشکلات منجر به تمایل به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع توسط منابع انرژی تجدیدپذیر/غیر مرسوم مثل گاز طبیعی، انرژی باد، سلولهای فتوولتاییک خورشیدی، میکروتوربین و استفاده از مجموع آنها در یک شبکه توزیع واحد می گردد. این نوع از تولید انرژی را تولید پراکنده (DG) مینامند و منابع تولید آن به منابع تولید پراکنده(DERs) 1 مشهورند.
از انجایی که شبکه های توزیع در تامین بارهای خود دچار مشکل هستند لذا برای تامین بارهای خود میتوان از DGها با منابع تجدیدپذیر یا میکروگرید استفاده کرد. میکروگریدها توسط چند منبع تولیدپراکنده سازمان یافته و به عنوان بخشی از سیستم توزیع معرفی می شود. میکروگریدها می تواند در صورت بروز خطا در سیستم توزیع از آن جدا و به صورت جزیره ای بار های خود را تغذیه نماید که در این حالت قابلیت اطمینان سیستم توزیع افزایش می یابد. علاوه بر این با گسترش انواع مختلف منابع تولید پراکنده و استفاده از انها میتواند باعث بهبود بخشیدن به انرژی بازیافتی شود.
ارزیابی و تقویت قابلیت اطمینان سیستمهای قدرت به عنوان یک مسئولیت مهم برای طراحان و بهرهبرداران شبکههای الکتریکی مطرح است. میکروگریدها حداقل از یک منبع تولید پراکنده و بارهای متصل به آن تشکیل شده و در حالت بهره برداری مناسب و بهینه دارای منافع زیادی برای مشترکین و شرکت ها خواهند بود. بارها و منابع تولید انرژی میکروگریدها به راحتی می توانند بدون آنکه قطعی و یا اختلالی در شبکه رخ دهد، به شبکه وصل و یا از آن جدا شوند و بطور مستقل عمل نمایند . شاخص های قابلیت اطمینان در سیستم توزیع نظیر EENS، SAIFI، SAIDI، CAIDI که میتوان مستقیما در میکروگرید هایی که بصورت تکی جهت تامین بار مشترک به شبکه اتصال داده می شود و سیستم توزیع مورد استفاده قرار گیرند. ولی برای ارزیابی قابلیت اطمینان در حالت اتصال جزیره ای میکروگریدها به شبکه با منابع انرژی تجدیدپذیر نیاز به معرفی شاخص های جدیدی خواهیم بود. زیرا این شاخص ها سه ضعف عمده ای دارند:[1]
-1 آنها نمیتواند بین قطع برق بارهای کوچک و بزرگ تمایز قائل شوند.
-2 آنها اثرات ناشی از رشد بار در حضور مشترکین کنونی یا اضافه شدن بارهای جدید را تشخیص نمیدهند.
-3 آنها نمی توانند برای مقایسه طرحهای مختلف جهت بهبود سیستم بکار روند و همچنین برای تعیین زمان انجام چنین طرحهایی مفید نیستند.
در این پژوهش معیارهای جدیدی برای تسهیل قابلیت اطمینان و بهینه سازی میکروگریدها در حالت جزیره ای مطرح شده است. برخی از این شاخص ها نظیر: میزان جربان بار جزیره ای((ILSR، احتمال هدر رفتن بار در حالت جزیره ای((ILOLP، میزان انرژی قطع شده در حالت جزیره ای((IEEI و... می باشد. روش مورد مطالعه در این مقاله روش شبیه سازی دو مرحله ای مونت کالو((MCS می باشد که برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم توزیع و میکروگریدها در حالت جزیره ای استفاده شده است. در مرحله اول به بررسی قابلیت اطمینان سیستم توزیع با میکروگریدها در حالی که میکروگریدها تولیدی بصورت بار اتصال یافته به یک نقطه اتصال مشترک((PCC2 هستند ارزیابی می شوند. در مرحله دوم، از دیدگاه میکروگریدها میباشد به این صورت که، میکروگریدها به همراه منابع تولید و بار های خود به صورت شبکه متصل یافته می باشند و شبکه سیستم توزیع بصورت یه ژنراتور معادل مدلسازی و به نقطه اتصال مشترک (PCC) متصل شده و به ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم می پردازیم. معیارهای مطرح شده بطور موثری در قابلیت اطمینان میکروگریدها
در سیستم توزیع و عمل سوئیچینگ جزیره ای تاثیر خواهد داشت. در پژوهش با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو به معرفی کامل شاخص های جدید در حالت جزیره ای پرداخته و سپس در همین راستا ضمن تهیه یک برنامه کامپیوتری در محیط مطلب به بررسی و مقایسه شاخص های قابلیت اطمینان در سیستم توزیع در دو حالت: -1 بدون میکروگرید -2 میکرو گریدها درحالت جزیره ای در سیستم توزیع با منابع انرژی تجدیدپذیر پرداخته شده و نتایج بدست آمده در هر حالت را مورد مقایسه و ارزیابی قرار خواهیم داد.
-2 معرفی شاخص های جدید قابلیت اطمینان در حالت جزیره ای
این مقاله در پی شرح روشی برای ارزیابی تأثیر عدم موفقیت سیستم توزیع و ماهیت قابلیت اطمینان DG با انرژی تجدیدپذیر و استفاده اقتصادی از میکروگریدها با استفاده از معیار هایی که در این بخش بحث می شود. میکروگرید های مطرح شده در این مقاله در سمت بار ترانسفورماتور توزیع در نقطه بار 16 موجود در شبکه سیستم توزیع استاندارد IEEE-RBTS Bus 2 واقع شده است. همه منابع انرژی توزیع و بارهای فرض شده به یک باس که، باس مورد نظر در سیستم توزیع به نقطه pcc مطابق شکل (1) متصل شده است.
شکل((1 شبکه سیستم توزیع را با میکروگرید نشان می دهد .
بارها در یک سیستم توزیع به دو نوع تقسیم شده است: بارهای درون میکروگرید و بارهای بیرون میکروگرید، مدل ژنراتور معادل در این پژوهش برای اعمال تأثیر عدم موفقیت سیستم توزیع در میکروگرید بحث شده است. روش دو مرحله ای MCS برای بدست آوردن و ارزیابی قابلیت اطمینان میکروگرید، مورد استفاده قرار گرفته است. شکل (2) نمایانگر خلاصه ای از روش ارزیابی قابلیت اطمینان است.
استاندارد IEEE 1366-2001 به عنوان مجموعه ای از شاخص های قابلیت اطمینان در سیستم توزیع برق استفاده می شود. با بکارگیری میکروگریدها و DG ها عنوان شده است.
برخی شاخص های قابلیت اطمینان برای ارزیابی قابلیت اطمینان میکروگرید در [2] و [3] مطرح شده است. در این مقاله شاخص های جدیدی برای ارزیابی قابلیت اطمینان میکروگرید با شرح جنبه های مبنی بر بهینه سازی و قابلیت اطمینان میکروگرید اعمال تاثیر می کنند، مطرح گشته اند. باید تاکید شود که شاخص های قابلیت اطمینان نظیر EENS، SAIFI، SAIDI و CAIDI می توانند مستقیما برای میکروگریدها که بصورت مجزا استفاده میشود بکار رود. شاخص های جدید در این پژوهش نشانگر شاخص های قابلیت اطمینان در حالت جزیره ای هستند و این شاخص ها بیانگر شاخص های قابلیت اطمینان مصرفی و بهینه سازی میکروگرید هستند که شاخص های قابلیت اطمینان موجود را با ارزیابی جنبه های خاصی که بر عملکرد میکروگرید تاثیر می گذارد را در بر گرفته شده است.
-1-2 شاخص های قابلیت اطمینان در حالت جزیره ای
· میزان تشکیل و ایجاد متوسط حالت جزیره ای( (AIFR (سال/رخداد):
تعداد متوسط دفعات سوئیچ شدن یک میکروگرید حالت جزیره ای در یک سال می باشد..
· متوسط بازه زمانی حالت جزیره ای((AID (سال/رخداد):
متوسط بازه زمانی حالت جزیره ای در میکروگرید در طی یک سال می باشد.
· متوسط زمان سالانه جزیره ای )(AAIT) سال/ساعت): متوسط زمان سالانه مساوی با AID× AIFR می باشد.
· میزان موفقیت عملکرد جزیره ای(:(PU)(IOSR
احتمال یک میکروگرید برای گردش موفق از حالت میکروگرید به حالت جزیره ای می باشد و از معادله (1) بدست می آید.
· احتمال عملکرد میکروگرید در حالت جزیره ای :(PU) (MIOP)
کسری از زمان که میکروگرید در حالت جزیره ای عمل می کند و از معادله (2) بدست می آید .
· احتمال از دست دان جزیره ای در بارگیری(:(PU)(ILOLP
کسری از زمان که تقاضای بار در حین حالت جزیره ای میکروگرید را با عدم موفقیت همراه می کند و از معادله (3) بدست می آید.
· کمبود انرژی مورد انتظار جزیره ای()(IEED رخداد:( KWH/
متوسط کمبود میزان انرژی حین حالت جزیره ای با توجه به ساعت هایی که حالت جزیره ای برق مورد نیاز دارد و از معادله (4) بدست می آید.
(4) IEED =
:NDتعداد بازه های زمانی که خروجی تولیدی نمی تواند تقاضای بار کلی در طی یکسال را فراهم اورد.
: تقاضای بار در واحد کیلو وات هستند.
:مدت زمان بخش TS در واحد ساعت.
: تعداد دفعات جزیره ایجاد شده در طی یکسال.
· میزان انرژی قطع شده مورد انتظار در حالت جزیره ای()(IEEI رخداد/کیلو وات ساعت):
میزان انرژی قطع شده بار حین حالت جزیره ای در میکروگرید با توجه به میزان کمبود برق می باشد و از معادله (5) بدست می آید.
: میزان قطعی بار بر اساس کیلو وات با توجه به میزان کمبود برق در زمان TS است.
· میزان جریان بار مورد انتظار حالت جزیره ای((ILSE (رخداد/ کیلو وات ساعت):
میزان متوسط بار بر حسب کیلو وات که در زمان قطع در حالت جزیره ای وجود دارد و از معادله (6) بدست می آید.
· بازه زمانی بارگیری در حالت جزیره ای()(IALSDساعت):
متوسط بازه زمانی قطع بار در حالت جزیره ای می باشد و از معادله (7) بدست می آید.
· میزان جریان بار حالت جزیره ای(:(PU)(ILSR
این شاخص کاملا مرتبط با ILSE بوده که با استفاده از میزان تقاضای متوسط بار در حالت جزیره ای بدست امده و نشانگر شدت جریان بار در حالت جزیره ای است و از معادله (8) بدست می آید.
-2-2 شاخص های منعکس کننده تولید پراکنده((DGو ویژگیهای بار در یک میکروگرید:
· کل ظرفیت موجود(:(KW)(TIC
مجموع میزان برق در تمامی واحدهای DG در یک میکروگرید.
· میزان نفوذ انرژی تجدیدپذیر(:(PU)(REP
درصد تقاضای ایجادشده با انرژی تجدیدپذیر در یک میکروگرید در طی یکسال می باشد و از معادله (9) بدست می آید.
· میزان انرژی تجدیدپذیر ارسالی(:(PU)(REDR
حداکثر انرژی تجدیدپذیر تولیدی ،ارسالی جهت حفظ و پایداری میکروگرید.
· میزان انرژی مورد انتظار(:(MWh/yr)(EES
میزان انرژی مورد انتظار برای تعدادی یا تمامی DGها طی یکسال با بررسی میزان عدم موفقیت و محدودیت های عملکردی میکروگرید.
· میزان میانگین بار تولیدی(:(PU)(AGLR
میانگین میزان برق خروجی DG در زمان اوج تقاضا بار در یک میکروگرید.
· میانگین اختلاف بار تولیدی(:(KW)(AGLD
تقاوت بین میانگین برق خروجی DG و میانگین تقاضای بار در یک میکروگرید.
· میزان نفوذ برق موجود در میکروگرید(:(PU)(MCPP
قسمتی از برق موجود در متوسط بارگیری در یک میکروگرید و از معادله (10) بدست می آید.
· میزان ظرفیت ذخیره ای موجود(:(Ah)(ISC
مجموع تمام ظرفیت دستگاه های ذخیره ساز موجود می باشد و از معادله (11) بدست می آید .
· میزان انرژی در دسترس مورد انتظار(:(Kwh)(EASE
کل میزان انرژی ذخیره ای که ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.
· بازه زمانی ذخیره سازی(:(Hr)(SD میزان EASE در اوج بارگیری. [18 ]
SD بیانگر حداکثر بازه زمانی حالت جزیره ای در یک میکروگرید تحت اوج بارگیری که می تواند با دستگاه های ذخیره ای ، همانند یک منبع انرژی باشد و نشانگر قابلیت دستگاه های ذخیرساز برای فراهم اوردن برق موقتی است و از معادله (12) بدست می آید.
-3-2 شاخص های بهینه ساز میکروگرید:
· احتمال خرید(:(PU)(PP
مدت زمانی که یک میکروگرید متصل به شبکه سیستم توزیع، برق خریداری می کند و از معادله (13) بدست می آید.
· انرژی خریداری شده(:(Mwh/yr)(EP
مقدار انرژی که انتظار می رود که یک میکروگرید برای دستگاهای خود در طی یکسال خریداری کند.
· احتمال فروش(:(PU)(SP
مدت زمانی که میکروگرید می تواند در حالت متصل به شبکه سیستم توزیع برق بفروشد و از معادله (14) بدست می آید.
· انرژی فروخته شده(:(MWh/yr)(ES
میزان انرژی مورد انتظار که یک میکروگرید می تواند برای کارکردهای توزیعی طی یکسال بفروشدو نشانگر میزان متوسط ظرفیت DGهای متصل به شبکه است.
· میانگین هزینه تولید :($/KWh)(APGC)DG
متوسط فروش انرژی برحسب کیلو وات ساعت در انواع DGها در شرایط محیطی داده شده و حالت عملکردی DG می باشد و از معادله (15) بدست می آید.
