بخشی از مقاله
چکیده
نصب ادوات FACTS در سیستم قدرت مزایاي فراوانی بهمراه خواهد داشت که در تحقیقات انجام شده تاکنون، به آن پرداخته شده است. در این مقاله هدف بررسی اقتصادي نصب ادوات FACTS در سیستم قدرت از منظر تراکم شبکه انتقال است. آنالیز هزینه-فایده در نصب هر تجهیز از سه دیدگاه سرمایهگذار، مصرف کننده و بهرهبردار مستقل شبکه در بازار برق انجام میشود. نصب ادوات FACTS در سیستم قدرت علاوه بر انعطاف پذیر نمودن آن و مزایاي فنی، همراه با سیگنالهاي اقتصادي مثبتی در جهت افزایش رقابت و کارآیی بازار انرژي خواهد بود.
منظور از بررسی اقتصادي نصب ادوات FACTS در سیستم، سنجش توجیهپذیري اجراي پروژه نصب ادوات از دیدگاه سرمایهگذار، مصرف کننده و بهرهبردار مستقل شبکه است و بدین ترتیب تمایل یا عدم تمایل هر گروه از ذینفعان به شرکت در پروژه نصب مشخص میگردد. تحلیلهاي اقتصادي روي دو شبکه استاندارد 3 و 9 باسه انجام شده و هزینه تخصیص یافته به مشترکین و نیز هزینه سرمایهگذاري و بهره برداري ادوات بصورت مستقل محاسبه شده و با میزان سود ذینفعان مقایسه و توجیه پذیري مسئله بررسی میگردد.
-1 مقدمه
یکی از مهمترین اهداف تجدید ساختار در سیستم، افزایش بهرهوري و رقابت در صنعت برق است. مشکلات متعددي در این راه وجود دارد که تراکم1 سیستم انتقال از کلیديترین آنهاست. تراکم در شبکه انتقال زمانی رخ میدهد که بار سیستم بطور پیوسته افزایش یابد و سیستم توسط محدودیتهاي فیزیکی مقید شود و میتواند منجر به بالا رفتن قیمتها در سیستم قدرت گردد.
هرچند افزایش قابلیت انتقال و از بین بردن تراکم از طریق توسعه شبکه انتقال امکانپذیر است، اما با مشکلات اقتصادي و زیست محیطی بسیاري روبروست. راهکاري دیگر براي حل این معضل استفاده از ادوات FACTS در مدیریت تراکم است. نصب این ادوات بعنوان راهکاري مقرون به صرفه در کاهش تراکم شبکه انتقال و قیمت برق در باسهاي آن مطرح است
مراجع [5-3]به تعیین اندازه، نوع مناسب و جایابی بهینه ادوات در سیستم جهت رفع تراکم در سیستمهاي قدرتFACTS تحلیل اقتصادي نصب ادوات قدرت پرداختهاند. نصب ادوات FACTS در سیستم همراه با هزینههاي سرمایهگذاري و بهرهبرداري بوده و از سوي دیگر نیز منافع اقتصادي را بدنبال خواهد داشت.
در [8-6] تحلی هاي متنوع اقتصادي روي ادوات نصب شده انجام گرفته است.
هم اکنون دو مکانیزم براي قیمتگذاري انرژي در سیستمهاي قدرت موجود است : قیمت گذاري یکنواخت و غیر یکنواخت.[9] در روش اول، هزینه پرداختی به ژنراتور با توجه پیشنهاد قیمت آخرین ژنراتور برنده، در صورت عدم وجود تراکم است. این قیمت، قیمت تسویه بازار - MCP1 - نامیده میشود. در مدل دوم، پرداختی به هر ژنراتور و دریافتی از هر بار متناسب با قیمت پیشنهادي در باس مورد نظر است.
بهاي تراکم براي یک مسیر مشخص میتواند مساوي حاصلضرب توان انتقالی مسیر و اختلاف قیمت بین دو انتهاي مسیر - - LMP2 باشد. LMP در یک باس بعنوان هزینه تولید آخرین مگاوات توان بدون تغییر در محدودیتهاي خط است.
LMP شامل سه جزء اصلی است :
= LMP هزینه نهایی تولید + هزینه تراکم + هزینه تلفات نهایی
با استفاده از LMP خریداران و فروشندگان قیمت واقعی تحویل انرژي به نقاط موجود در سیستم انتقال را تجربه می- کنند. اختلاف بین LMP ها نتیجه وجود تلفات و قیود انتقال است و اصطلاحاً NCP3 نامیده میشود. در واقع بدون حضور این عوامل قیمت در تمام باسها یکسان خواهد بود که این، هزینه افزایشی گرانترین واحد تولید در مدار است و بعنوان قیمت تسویه بازار، عمل میکند.
در این مقاله هدف بررسی اقتصادي نصب ادوات FACTS در سیستم قدرت از منظر تراکم انتقال است. آنالیز هزینه- فایده در نصب هر تجهیز از دیدگاههاي مختلفی در بازار برق انجام میشود. در واقع توجیهپذیري اجراي پروژه نصب ادوات از دیدگاه سرمایهگذار، مصرف کننده و بهرهبردار مستقل شبکه انجام شده و تمایل یا عدم تمایل هر گروه از ذینفعان، به شرکت در پروژه نصب مشخص میگردد.
بخشهاي مختلف مقاله عبارتند از : معرفی پارامترهاي اقتصادي در سیستم قدرت، مدلسازي تراکم در شبکه انتقال و مشاهده تأثیرات اقتصادي آن، مدلسازي ادوات و استفاده از آنها در رفع تراکم سیستم انتقال، تحلیل اقتصادي در مورد هر تجهیز از سه دیدگاه مجزا ومستقل.
-2 محاسبه ضرایب لاگرانژ :
مسئله بهینه سازي زیر را در نظر میگیریم :
f تابع هدف، g قیود تساوي، h قیود نامساوي و x بردار متغیرهاي حالت مسئله هستند. تابع لاگرانژ طبق تعریف عبارتست از :
در نقطه بهینه مجموعهاي از ضرایب لاگرانژ براي متناظر با μ, λبرآوردهسازي شرایط کوهن-تاکر وجود دارند. ضرایب قیود مساوي و قیود نامساوي هستند. این ضرایب داراي اطلاعات مربوط به قیمت در سیستم قدرت هستند و میتوانند جهت ارزیابی اقتصادي در شبکه انتقال بکار روند.
محدودیت ولتاژ
که در آن CS بردار پیشنهاد قیمت در سمت عرضه است QG . توان راکتیو ژنراتور، V ,δ فاز و اندازه ولتاژ
هر باس، Pij و Pji توان عبوري خطوط در هر دو جهت، که براي مدل کردن امنیت سیستم از طریق محدودیت توانهاي انتقالی خطوط بهمراه قیود حرارتی و ولتاژ باسها بکار میروند. PS مقدار توان پیشنهادي در سمت عرضه - MW - میباشد.
در این مدل که اصطلاحا موسوم به SCOPF1 است، مقدار Pijmax , Pjimax بصورت Off-Line و از طریق مطالعات پایداري ولتاژ بدست میآیند. حل این مسئله بهینه سازي غیر خطی بر اساس روش لاگرانژ انجام میشود و همانطور که ذکر شد، ضرائب لاگرانژ در این مسئله داراي مفهومی اقتصادي میباشند. در واقع میتوان بر اساس آنها قیمت حدي محلی باسهاي مختلف شبکه را مشخص نمود.
منشا محاسبه LMP ضرایب لاگرانژ قید تعادل توان اکتیو در باسها است.
ضرایب لاگرانژ قیود نامساوي هنگامی داراي مقدار غیر صفر میشوند که قید مربوطه فعال شود یا بعبارتی به محدوده قید رسیده باشیم. بدین ترتیب ضرایب لاگرانژ مربوط به توان خطوط هنگامیکه تراکم رخ دهد مقداري غیر از صفر خواهند داشت. عدد بزرگتر در این ضرایب نشاندهنده شدت بیشتر تراکم در سیستم است.
-3 مدلسازي تراکم در سیستم قدرت :
با ارائه یک مثال عملی تراکم و اثرات آن در تراکنشهاي مالی شبکه مدلسازي میشوند. یک شبکه 3 باسه [6]، مطابق شکل - 1 - با مشخصات ذیل جهت انجام شبیهسازیها انتخاب میشود.
شکل : - 1 - دیاگرام شبکه تست 3 باسه
نمونه - - 1 - فرضیات :
بار : 200 و 400 مگاوات
G1 300MW @ $10 / MW
ژنراتورها : G2 300MW @ $20 / MW
خطوط انتقال : ظرفیت خطوط انتقال باندازه کافی بزرگ فرض میشود.
نتایج پخش بار بهینه در این سیستم بشکل جدولهاي - 1 - و - 2 - است.
جدول : - 1 - نتایج نمونه - 1 - با بار 200 مگاوات
جدول : - 2 - نتایج نمونه - 1 - با بار 400 مگاوات
• در شرایطی که بار 200 مگاوات باشد، بدلیل عدم وجود قیود انتقال تمام بار توسط ژنراتور ارزانتر تأمین شده و قیمت حدي برابر پیشنهاد قیمت این ژنراتور و در تمام شبکه یکسان است.
• در شرایطی که بار 400 مگاوات باشد، ژنراتور گرانتر نیز بخشی از بار را تأمین نموده و بدین ترتیب قیمت تسویه بازار برابر قیمت حدي آخرین ژنراتور منتخب براي تولید توان خواهد بود.
