بخشی از مقاله
چکیده
نصب منابع جبران کننده و منابع تولید پراکنده در سیستم های توزیع باعث کاهش تلفات شبکه، بهبود عملکرد شبکه، به تاخیر انداختن سرمایه گذاری، افزایش قابلیت اطمینان، پیک سایی، کاهش نرخ انرژی الکتریکی و همچنین بهبود پروفیل ولتاژ می شود. برای رسیدن به بیشترین کارایی و بازده مطلوب، نیاز به مکانیابی و تعیین ظرفیت بهینه آن ها وجود دارد. در این مقاله با استفاده از الگوریتم ICA به جایابی بهینه DG، خازن و ادوات FACTS بر روی سیستم استاندار 33 باس IEEE با تابع هدف کاهش تلفات توان و انرژی و هزینه پرداخته می شود. شبیه سازی های لازم در نرم افزار متلب اجرا شده است.
-1 مقدمه
در سیستمهای قدرت مهمترین وظیفه بعد از تولید انرژی، توزیع این انرژی بین مصرف کنندهها به شیوه ای است که رگولاسیون ولتاژ بهینه، قدرت مناسب و قابلیت اطمینان معقول به فراخور هر مصرف کننده در دسترس وی قرار گیرد. برآورده ساختن این هدف نیازمند طراحی یک سیستم توزیع مناسب خواهد بود. گستردگی شبکه توزیع و حجم بالای خاموشیهای ناخواسته در سیستم قدرت موجب کاهش قابلیت اطمینان این سیستم ها و عدم تأمین برق مداوم، مطمئن و باکیفیت به متقاضیان و مشترکین میگردد.
نصب ادوات FACTS و منابع تولید پراکنده و همچنین جبرانسازها در سیستم های توزیع باعث کاهش تلفات شبکه، بهبود عملکرد شبکه، به تأخیر انداختن سرمایه گذاری، افزایش قابلیت اطمینان میشود. ادوات مختلفی تاکنون در شبکه برق مورد استفاده قرارگرفته است که از جمله این ادوات DSTATCOM است. این تجهیز یک مبدل منبع ولتاژ است که به صورت موازی به شبکه توزیع متصل میشود برای افزایش کیفیت توان شبکه توزیع بکار میرود. این المان در زمان نشست ولتاژ - Voltage Sag - و اضافهبار - Over loading - با تزریق جریان جبران کننده باعث تنظیم ولتاژ میشود.
این جریان با توجه به ولتاژ باس و میزان توان راکتیو موردنیاز سنجیده میشود. این جریان باعث تعادل و تنظیم ولتاژ در محدوده مطلوب میشود. در این مقاله از الگوریتم ICA برای حل مسئله نصب DSTATCOM ومنابع تولید پراکنده و خازن در شبکه در حالت پایدار استفاده شده است.
با افزایش تقاضا در کشور و کل جهان باید تمهیدی اندیشید تا از صرف هزینه اضافی برای تولید، انتقال و توزیع جلوگیری شود. از آنجاکه در شرکت های برق منطقه ای و ارگان های متولی بهره برداری از شبکه های توزیع مسئله ی هزینه و کاهش آن یکی از فاکتور های کلید اجرای طرح ها می باشد، لذا نصب این چنین ادواتی در سیستم نیاز به مطالعاتی دارد تا بتوان ادوات مورد نظر را با بهترین کارایی و کمترین هزینه در سیستم نصب نمود
از این رو ضرورت دارد تا مسئله جایابی این ادوات را توسط روشی که بتواند خواسته های فنی و مالی طرح را برآورده نماید، تا طرح بتواند به لخاظ فنی اجرایی و ممکن باشد از این رو در این مقاله به این مسئله پرداخته شد. از طرفی چنین موردی که اثر حضور همزمان ادوات جبرانساز این چنینی را همزمان با ادوات تولیدکننده را بررسی نماید تا کنون کم کار شده است
تا کنون بر روی ادوات FACTS، جبرانساز ها و منابع تولید پراکنده تحقیقات متعددی انجام شده است. روش کنترل حلقه آبشاری جدید برای تنظیم و تعادل ولتاژ در باس تنظیم و با استفاده از DSTATCOM از طریق پیشنهاد میشود اصول طراحی و عملیاتی و ویژگیهای DSTATCOM و روش اصلی کنترل در [3] شرح داده میشوند. اجرا و جزئیات تجربی شبیهساز دیجیتالی زمان واقعی که برای نمایش DSTATCOM طراحیشده است و با کنترل دیجیتالی دارای فصل مشترک است، از طریق [4] شرح داده میشود.
تعدادی از تحقیقات [7-5] در مکان بهینه STATCOM با استفاده از روش هایی مثل بهینه سازی ازدحام ذرات - PSO - و الگوریتم ژنتیک - GA - بررسی شدند. در مرجع [8] الگوریتم تکامل دیفرانسیلی برای تخصیص DSTATCOM بهینه در سیستم توزیع شعاعی با بررسی پیکربندی مجدد نشان داده میشود. مرجع [9] الگوریتم ایمنی دومرحله ای را پیشنهاد میکند که برنامه نویسی سازگاری را برای اجرای جایابی خازن بهینه چندمنظوره در آنجا دارد. روش جدید با استفاده از الگوریتمهای ایمنی برای حل مسائل زمانبندی نسل حرارتی در [10] پیشنهادشده است.
-2 شرح سیستم
ازنقطه نظر مصرفکننده، کاهش اتلاف توان، یکی از موضوعات مهم برای بهبود کل کار آیی ارائه توان است. برای حل کامل این موضوع نیاز است از تجهیزات بسیار پیشرفته برای کاهش اتلاف توان در شبکه توزیع استفاده کرد. این تجهیزات بانک خازن، موازی و راکتورهای مجموعه، تنظیمکننده ولتاژ خودکار - AVR - یا انتقال AC انعطافپذیر توزیع مثل جبران کننده استاتیک توزیع - - DSTATCOM ، نرمکننده جریان توان یکسان شده - UPQC - و جبرانکننده مجموعههای همزمان استاتیک - SSSC - هستند. در ادامه به صورت مختصر به هر یک از ادوات ذکر شده پرداخته می شود.
DSTATCOM از سه مبدل منبع جریان - VSC - پل H متصل به یک خازن ذخیره انرژی dc تشکیلشده است. هر VSC از طریق یک ترانسفورماتور به شبکه متصل است.
به لحاظ تکنولوژیکی و اقتصادی میتوان منابع تولید پراکنده را به سه دسته سنتی، تجاری وآینده تقسیم بندی کرد که تکنولوژی سنتی شامل موتور های رفت وبرگشتی و توربین های بخار صنعتی وتوربین های کوچکی است که مدت زیادی رایج بوده وهنوز هم استفاده می شود. دسته دوم که تحت عنوان انرژیهای نودسته بندی می شوند شامل سیستم های خورشیدی حرارتی، میکروتوربین ها، توربینهای بادی وآبی کوچک، بیوماس وزمین گرمایی می باشند. اما تکنولوژیهای آینده که دور نمای آن بسیار روشن به نظر می رسد شامل سیستمهای فتوولتاییک وپیل های سوختی وموتور استرلینگ انرژی جزرومد وانرژی امواج خواهد بود.
خازن از مواد دی الکتریک ساخته شده است و بخش متخرک ندارد که با اعمال ولتاژ الکتریکی کار می کند. خازن های قدرت در 30 سال اخیر بهبود زیادی یافته اند که هم به علت بهبود مواد دی الکتریک هم به علت بهبود در تکنیک های فرآیند ساخت آن ها بوده است. اندازه خازن ها از پهنه 25-15kvarبه پهنه- 100kvar 300 افزایش یافته است - گروه خازن ها در اندازه 300kvar تا 4000kvar عرضه می شوند - خازن های قدرت در دسترس شرکت های برق رسانی نسبت به 30 سال گذشته بازده بیشتر و هزینه بر کیلو وار کمتری دارند.
امروزه به علت مسائل اقتصادی خازن ها مورد توجه قرار گرقته اند تکنولوژی خازن ها به سمت طرح های بسیار کم تلفات متحول شده است. در نتیجه شرکت های برق رسانی می توانند انتخاب خود را بر اساس ارزیابی اقتصادی اتلاف تکنولوژی ها خازنی موجود انجام دهند.
الگوریتم ICA
در این الگوریتم، ابتدا آرایه ای از متغیرهای بهینه سازی تشکیل می شوند. در الگوریتم معرفی شده، این آرایه تحت عنوان ”کشور“ شناخته می شود.
برای شروع الگوریتمNc، تعداد کشور اولیه را ایجاد می کنیمNimp تا از بهترین اعضای کشورهای دارای کمترین مقدار تابع هزینه را به عنوان امپریالیست انتخاب می کنیم جمعیت باقیمانده Ncol تا از کشورها، مستعمراتی را تشکیل می دهند که هرکدام به یک امپراطوری تعلق دارند. امپریالیستها با پیگیری سیاست همگون سازی، تلاش بسیاری را برای جذب مستعمرات می کنند
فرایند استعمار درالگوریتم بهینه سازی، به صورت حرکت مستعمرات به سمت کشور امپریالیست، مدل می شود. در حین حرکت مستعمرات به سمت کشور استعمارگر، ممکن بعضی از این مستعمرات به موقعیتی بهتر از امپریالیست برسند - به نقاطی در تابع هزینه برسند که هزینه کمتری را نسبت به مقدار تابع هزینه در موقعیت امپریالیست، تولید می کنند. در این حالت، کشور استعمارگر وکشور مستعمره، جای خود را با همدیگر عوض کرده و الگوریتم با کشور استعمارگر در موقعیت جدید ادامه یافته و این این بار این کشور امپریالیست جدید است
امپراطوری های ضعیف، مستعمرات خود را ازدست داده و امپراطور یهای قویتر، این مستعمرات را تصاحب کرده و بر قدرت خویش می افزایند برای مدل سازی رقابت میان امپراطوری ها برای تصاحب این مستعمرات، ابتداحتمال تصاحب هر امپراطوری که متناسب با قدرت آن امپراطوری می باشد، را با در نظر گرفتن هزینه کل امپراطوری، به ترتیب زیر محاسبه می کنیم. ابتدا از روی هزینه کل امپراطوری، هزینه کل نرمالیزه شده را تعیین می شود.
N .T .C n max T .C i T .C n :T.Cn معادل هزینه کل یک امپراطوری
: N.T.Cn قدرت کل یک امپراطوری
احتمال - قدرت - تصاحب مستعمره رقابت، توسط هر امپراطوری، به صورت زیر محاسبه می شود.
در جریان رقابت های امپریالیستی، ، امپراطوریهای ضعیف به تدریج سقوط کرده و مستعمراتشان به دست امپراطوری های قوی تر می افتد.. در الگوریتم پیشنهاد شده، یک امپراطوری زمانی حذف شده تلقی می شود که مستعمرات خود را از دست داده باشد .[13]
-3 تابع هدف
مسئله دارای قیود تساوی، حفاظتی و عملکردی می باشد که در ادامه معرفی می شوند. رابطه زیر تابع هدف را توصیف می کند در این رابطه Ploss تلفات توان حقیقی است.
حضور چنین ادواتی در شبکه باید به گونه ای باشد که تمام متغییرهای کنترلی و متغییر های سیستم در معادلات پخش بار شبکه صدق نمایند. توان اکتیو و راکتیو را با توجه به معادلات معروف پخش بار در روابط زیر نشان داده شده اند.
