بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، مسئله تجدید آرایش شبکه توزیع همزمان با مکانیابی و ظرفیت یابی منابع تولید پراکنده از نوع بادی و جایابی خازن در آن، بصورت همزمان صورت میگیرد. از انجا که مسئله مذکور در قالب یک مسئله بهینه سازی تعریف می شود، برای حل آن از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. چندین تابع هدف در نظر گرفته شده که به صورت مجموع هزینه نصب و بهره برداری منابع تولید پراکنده، هزینه نصب خازن، هزینه بازآرایی شبکه، هزینه تلفات توان و هزینه خرید انرژی از شبکه بالادستی می باشد. که مجموع این هزینه ها باید نسبت به هزینه بهره برداری شبکه اصلی بهبود یابد. علاوه بر این، به منظور یافتن راه حلی نزدیک به واقعیت؛ ماهیت متناوبی منابع تجدید پذیر انرژی، عدم قطعیت بار و رشد بار در طول مدت برنامهریزی در نظر گرفته شده است. شایان ذکر است که حل مسئله فوق نیازمند برقراری تمام محدودیت های شبکه اعم از محدودیت های ولتاژ و حد گرمایی خطوط است. به منظور نمایش کارایی، مسئله طراحی فوق در شبکه توزیع 33 باسه شعاعی انجام شده است.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر اتوماسیون توزیع - DA - بهعنوان یک امر مهم بسیار مورد توجه محققان و مهندسان برق، قرار گرفته است و این باعث شده است تا شبکههای هوشمند به عنوان یک مسله مهم گسترش و پیشرفت نماید .[1] یکی از مهمترین عملگرهای DA تجدید ساختار شبکه یا DSR است که اهدافی از قبیل: کاهش تلفات اکتیو؛ ایجاد تعادل بار یا حل مشکل اضاف بار، نگهداری قابلیت اعتماد سیستم و ... میباشد 13- 5 . [2] درصد از تلفات توان تولیدی در سیستمهای توزیع میباشد که تجدید ساختار شبکه، جایابی خازن و مکانیابی انواع DG ها به کاهش این تلفات کمک چشمگیری میکند .[5-3] DSR یک مسله چند هدفه و غیر خطی است که شامل ملاحظات ساختاری، شرایط بهره برداری و الکتریکی ، در نظر گرفتن مسایل اقتصادی و ... میباشد و روشهای متفاوتی برای حل این مسله غیر خطی در مقالات ارایه شده است .[15-6] اکثر این مقالات بر روی مسله بهینه سازی و الگوریتمهای متفاوت تمرکز دارند. پارامترهای فنی شبکه، همچنین میتواند تحت تاثیر حضور DG ، منابع انرژی تجدیدپذیر و جایگذازی خازن باشد. در این راستا کاهش جریان عبوری را می توان به عنوان مزیت عمده برشمرد.
براین اساس، تلفات شبکه توزیع و همچنین ولتاژ خطوط نیز کمتر خواهد شد و در نتیجه آن پروفایل ولتاژ و کیفیت توان نیز بهبود خواهد یافت . از دیگر مزایای نصب DG در شبکه توزیع کاهش آلودگیهای زیست محیطی میباشد... [19-16 ] همچنین وجود خازن نیز در شبکههای قدرت مزایای زیادی دارد و نقش مهمی در سیستم توزیع ایفا میکند. .[23-20] تلفات توان اکتیو در یخشهای متفاوت سیستم قدرت وجود دارد که 13-5 درصد از تلفات توان تولیدی در سیستمهای توزیع میباشد که تجدید ساختار شبکه، جایابی خازن و مکانیابی انواع DG ها به کاهش این تلفات کمک چشمگیری میکند -24] .[26 با در نظرگرفتن رشد روز افزون تقاضای بار الکتریکی، رشد و گسترش شبکههای توزیع نیز امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. بنا به این گسترش و توسعه روز افزون، نیاز به طراحی دقیق شبکه توزیع در کمترین هزینه ممکن و بهبود پارامترهای فنی کاملا محسوس میباشد.
با مرور مطالعات پیشین در قسمت قبل، متوجه خواهیم شد که با توجه به تحقیقات فراوان محققان در زمینههای متفاوت، از قبیل تجدید ساختار شبکه توزیع، جایابی و ظرفیت یابی خازن و DG و یا ترکیب برخی از این تحقیقات، هیچکدام به ترکیب بازآرایی شبکه، جایابی و ظرفیتیابی خازن، و DGها و منابع انرژی تجدیدپذیر بطور همزمان و با در نظر گرفتن عدمقطعیتها نپرداختند. با توجه به این که هزینه بهره برداری از شبکه توزیع نقش تاثیرگذار در دنیای امروز دارد همواره تصمیم گیران سعی بر ان دارند تا شبکه توزیع را در کمترین هزینه بهره برداری کنند. علاوه بر این، بهره بردار شبکه توزیع مسئول کیفیت توان تحویلی به مشترکین نیز هست. بنابراین در این تحقیق سعی بر ان داریم تا استراتژی پیشنهاد دهیم تا شبکه توزیع بتواند در کمترین هزینه به نیاز مشترکین پاسخگو باشد و نیز کیفیت توان مطلوبی ارائه دهد. در این میان با توجه به مزایای برشمرده شده برای تک تک راهکارهای موجود؛ تجدید آرایش شبکه، مکانیابی و ظرفیت یابی منابع تجدید پذیر انرژی و مکانیابی و ظرفیت یابی خازن؛ روشی ارائه خواهیم داد تا با ترکیب راهکارهای فوق و نیز با در نظر گرفتن عدم قطعیت ناشی از منابع تولید انرژی متناوب، هزینه های DisCo را کاهش داده و پارامترهای فنی را بهبود دهد.
-2 مدلسازی مسئله
در این مقاله چندین تابع هدف در نظر گرفته شده که به صورت مجموع هزینه نصب و بهره برداری منابع تولید پراکنده، هزینه نصب خازن، هزینه بازآرایی شبکه، هزینه تلفات توان و هزینه خرید انرژی از شبکه بالادستی می باشد. که مجموع این هزینه ها باید نسبت به هزینه بهره برداری شبکه اصلی بهبود یابد. حل مسئله فوق به صورت حل مسئله بهینه سازی صورت خواهد گرفت. به منظور نمایش کارایی، مسئله طراحی فوق در شبکه توزیع 33 باسه شعاعی انجام شده است. شایان ذکر است که حل مسئله فوق نیازمند برقراری تمام محدودیت های شبکه اعم از محدودیت های ولتاژ و حد گرمایی خطوط است که به منظور آن باید از پخش بار AC بهره گرفت. علاوه براین از تئوری مجموعه فازی برای مدلسازی این قیود استفاده شده است. نمای کلی از شبکه 33 باس شعاعی استاندارد IEEE در شکل زیر نمایش داده شده است.
می دانیم که شبکه توزیع از مجموع کلیدهای جداکننده - Sectionalizing Switches - و کلید های مانور - Tie - Switches تشکیل شده است. کلید های جدا کننده به صورت طبیعی بسته و کلید های مانور به صورت طبیعی باز هستند. می دانیم که شبکه توزیع به صورت حلقوی طراحی و به صورت شعاعی بهره برداری می شود . در این راستا، بازآرایی شبکه توزیع فرایندی است که با تغییر وضعیت کلیدهای اشاره شده، ساختار شبکه توزیع را به منظور بهبود شارش توان بدون نقض کردن محدودیت های بهره برداری تغییر می دهد. به عبارت ساده تر، بازارایی شبکه توزیع، یافتن بهترین شبکه شعاعی از میان طرح حلقوی موجود است که به موجب آن هدفی از پیش تعیین شده، تامین می شود. بازآرایی شبکه توزیع می تواند منجر به کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه شود. در کنار بازآرایی شبکه توزیع، حضور منابع تولید پراکنده در شبکه توزیع و نزدیک به محل مصرف علاوه بر کم کردن هزینه های بخش دولتی و به تعویق انداختن سرمایه گذاری های مورد نیاز، باعث ارتقا پارامترهای فنی شبکه نیز می شود. از این جمله می توان به بهبود پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات، کاهش انرژی تامین نشده و آزاد کردن ظرفیت خطوط شبکه اشاره کرد. علاوه بر اینها با استفاده از منابع تولید پراکنده، مشترکین غیر از هزینه تولید دیگر مجبور به پرداخت هزینه های انتقال و توزیع انرژی و نیز به طور غیر مستقیم هزینه های مربوط به ضایعه سلامتی و پاک سازی محیط نیستند. نصب خازن در شبکه نیز موجب کاهش جزیان خطوط و در نتیجه کاهش افت ولتاژ و تلفات توان می شود. علاوه بر این، دامنه ولتاژ بهبود می یابد.
-1-2 مدلسازی خازن
متناسب با نوع خازن، میزان توان راکتیو تزریقی می تواند ثابت یا متغیر با مقادیر عددی صحیح باشد. معمولا، خازن های موجود تجاری به صورت مضرب صحیحی از یک مقدار پایه می باشند. بنابراین دارای ظرفیت های مشخص استاندارد هستند. با این وجود در بعضی از مواقع، در جریان بهینه سازی ظرفیت خازن ها به صورت اعداد حقیقی در نظر گرفته شده و سپس عدد بدست امده به نزدیک ترین ظرفیت موجود گرد می شود. این امر ممکن است منجر به بهینه ترین جواب نشود. بنابراین بهتر است که با مسئله جایابی خازن به صورت مسئله برنامه ریزی عدد صحیح رفتار شود.فرمول زیر نمایش دهنده ان است که حداکثر ظرفیت خازن ثابت محدود می باشد:
Qcmax LQ0c - 1 -
