بخشی از مقاله
چکیده
محیط تجدید ساختار یافته نیازمند یک راه کار مناسب جهت مدیریت توان راکتیو می باشد. آنچه که در برنامهریزي بهینه توان راکتیو باید مد نظر قرار گیرد عبارت از: حداقل کردن تلفات اکتیو شبکه، حداقل کردن مجموع مربعات انحراف دامنه ولتاژها از مقادیر استاندارد خود، ایجاد پروفیل ولتاژ مسطح در شبکه، تضمین امنیت ولتاژ و تضمین سرمایه بازار میباشد. در این مقاله مدلی ارائه شده که از دیدگاه اقتصادي با هدف کمینه کردن قیمت، حداکثر قراردادهاي توان اکتیو، مورد پذیرش قرار گیرد و از نظر فنی حاشیه پایداري ولتاژ به عنوان قید تضمین کننده امنیت بهره برداري در مدل بازار توان راکتیو پیادهسازي شده است. جهت معتبر سازي مدل پیشنهادي عملکرد آن در سیستم 14 شینه IEEE آزمایش شده است و نتایج شبیه سازي توسط الگوریتم ژنتیک بیانگر صلاحیت این الگوریتم جهت تخصیص بهینه توان راکتیو در زمان بهرهبرداري با وجود محدودیتهاي محیط بازار میباشد.
-1 مقدمه:
طی تجدید ساختار در صنعت برق، سیستمهاي قدرت به سه بخش اصلی تقسیم میشوند: شرکتهاي تولیدکننده - GenCo - ، شرکتهاي انتقال - TransCo - و شرکتهاي توزیع - DisCo - که توسط اپراتور مستقل سیستم - ISO - که وظیفه اصلی آن تامین الکتریسیته مورد تقاضا میباشد، هماهنگ میشوند.[1] توان اکتیو مهمترین کالاي مورد مبادله در بازار برق میباشد. بهره بردار مستقل شبکه وظیفه دارد تا شرایط لازم براي تحقق قراردادهاي انرژي بر روي شبکه انتقال را در هر لحظه فراهم نماید. تمهیداتی که جهت تولید و تحویل انرژي به مصرف کننده اندیشیده میشود، خدمات جانبی گفته می شود.
در میان خدمات جانبی گوناگون مورد نیاز در بازار برق رقابتی، خدمات توان راکتیو براي کنترل ولتاژ باس از مهمترین خدماتی است که توسط اپراتور سیستم تامین میشود.[2] کمبود توان راکتیو در شبکه یکی از عواملی است که تحقق قراردادهاي انرژي را با محدودیت مواجه می سازد و حتی می تواند امنیت و پایداري ولتاژ در شبکه را به خطر بیاندازد.[3] برنامه ریزي و مدیریت
توان ر اکتیو از دو جنبه حائز اهمیت است.
یکی برنامه ریزي تخصیص بهینه توان راکتیو با تاکید بر پایداري ولتاژ در محیط تجدید ساختار یافته بلند مدت توان راکتیو که هدف اصلی آن تعیین محل و میزان ظرفیت راکتوري است که باید براي تقویت سیستم از دیدگاه پایداري ولتاژ، در شبکه نصب گردد. دیگري برنامه ریزي و مدیریت کوتاه مدت توان راکتیو در شبکه است و فرض بر آن است که ذخایر راکتیو نصب شده در شبکه مشخص است و لذا بیشتر به نحوه توزیع بهینه انرژي و رزرو راکتیو در کوتاه مدت توجه می شود.
نتیجه بازار از دید بازیگر از دو بخش تشکیل شده است: مقدار کالا و قیمت آن. اما از دید بهره بردار بیشتر تامین امنیت شبکه اهمیت دارد. مسئله مهمتر آنکه مدل به کار گرفته شده باید قادر باشد تا در صورت کافی نبودن ظرفیت راکتیو پیشنهادي به بازار، از طریق یک مکانیزم شفاف برخی از قرارداد هاي انرژي را کاهش داده و یا قطع کند. به عبارت دیگر باید ارتباط بین بازار توان ر اکتیو و بازار انرژي مشخص باشد.
بررسی دقیق مدلهاي کنونی خرید توان راکتیو در کشورهاي مختلف دنیا [5,4] نشان میدهد که در اکثر موارد تامین ظرفیت توان راکتیو مورد نیاز از سوي شرکتکنندگان در بازار، اجباري است. از طرف دیگر بازارهاي موجود رقابتی نمیباشند. کلیه ي طرح هاي موجود براي خرید توان راکتیو به صورت مشترك دو هدف را دنبال میکنند، یکی ایجاد انگیزه در تولییدکنندگان جهت مشارکت هرچه بیشتر در تامین توان راکتیو مورد نیاز شبکه و دیگري ایجاد هماهنگی مناسب بین مسائل فنی شبکه و مسائل اقتصادي بازیگران است.[7,6]
در مرجع [7-10] با ثابت فرض کردن نتایج بازار توان اکتیو پخشبار بهینه راکتیو انجام میشود. ضمنا چنانچه در تثبیت قراردادهاي انرژي با محدودیت منابع راکتیو مواجهه شویم مدل ارائه شده قادر به ارائه راهحل شفاف نمیباشد. شرکت در بازار براي کلیه ظرفیتهاي نصبشده در شبکه اجباري است. این مدل همواره ژنراتور را جهت تامین توان راکتیو که براي تثبیت انرژي اکتیو خود مورد نیاز است، مستحق دریافت هزینه میداند. چنین ساختاري فاصله زیادي از اصول اولیه بازار رقابتی دارد.
مرجع [11] نمیتواند رقابت شفافی در بین تولیدکنندگان توان راکتیو ایجاد کند. مدیریت توان راکتیو تنها براي حالت نرمال شبکه دیده شده است و وقوع حوادث مختلف مهم در آن بیتاثیر میباشد و توجهی به مسائل پایداري ولتاژ نشده است.در مرجع [12] که روشی براي مدلسازي پایداري ولتاژ ارائه میدهد، درباره تعیین نقطه کار با توجه به حاشیه پایداري بحثی به میان نیامده و فاقد تضمین
براي حفظ پایداري ولتاژ شبکه است.
مرجع [13] مدلی ارائه کرده که مجموع هزینههاي تولید توان اکتیو و راکتیو را همزمان حداقل کند، از آنجاکه هزینه تولید توان اکتیو در مقایسه با هزینه تولید توان راکتیو از سهم بسیار بالایی برخوردار میباشد [11,10] از اینرو به اهمیت رفتار بازیگران در بازار راکتیو کمتر توجه خواهد شد. به مسئله پایداري ولتاژ توجهی نشده است. در این مقاله مدلی جهت تخصیص بهینه توان راکتیو ارائه شده که در آن علاوه بر توجه به حفظ دامنه ولتاژها در محدوده مجاز خود به قید پایداري ولتاژ در زمان بهرهبرداري نیز توجه دارد.
در این مقاله از مدل مزایده مقطع ژنراتورها [14]و توابع هزینه جبرانسازهاي استاتیک استفاده شده است و علاوه بر تعیین توان اکتیو و راکتیو ژنراتورها، مقدار توان راکتیو جبرانسازها و تغییرات تپ ترانسفورمرها و هزینه آنها ارائه میشود. در این روش برخلاف نتایج بازار توان اکتیو ثابت فرض نشده و و در حین بهینه سازي پخش بار اکتیو و راکتیو انجام می شود. با توجه به اینکه هر یک از تولیدکنندگان توان راکتیو قابلیت توان تولیدي و هزینه آن را توسط رابطه اي ارائه می کنند بانابراین رقابت شفافی بین تولیدکنندگان ایجاد میشود. ضمن اینکه در این مقاله افزایش و تغییر بار شبکه نیز در زمان بهره برداري مورد توجه قرار گرفته و حاشیه پایداري ولتاژ توسط مکانیزمی تعیین میگردد.
-2 مدل بازار توان راکتیو مطلوب:
با بررسی مدلهاي مطرح بازار توان راکتیو در مییابیم که ساختار بازار ساختار بازار توان راکتیو باید قادر باشد تا شرایط لازم براي شرکت تولیدکنندگان مستقل توان راکتیو در بازار را فراهم کند و در صورت کمبود منابع راکتیو و یا حتی تخصیص بهینه توان راکتیو با تاکید بر پایداري ولتاژ در محیط تجدید ساختار یافته محدودیتهاي فنی شبکه، قابلیت تعدیل قراردادهاي انرژي را داشته باشد. مدل باید بگونهاي طراحی شود که در آن امکان رقابت براي تثبیت قراردادهاي انرژي وجود داشته باشد. در ساختار بازار توان راکتیو باید به نحو مناسبی به مسائل پایداري ولتاژ شبکه توجه گردد. در غیر این صورت تنها به دست آوردن یک نقطه بهینه به عنوان نتیجه بازار توان راکتیو نمیتواند تضمینکننده عملکرد پایدار شبکه در زمان بهرهبرداري باشد.[15]
-3 شاخص حاشیه پایداري ولتاژ
امروزه بنا به دلایل اقتصادي انگیزه زیادي براي استفاده از کل ظرفیت سیستمهاي قدرت وجود دارد. از آن جایی که افزایش تولید و مصرف توان، شبکه را به مرز ناپایداري میبرد، آنچه از دید بهرهبردار مستقل شبکه مهم است آگاهی از وضعیت پایداري و فاصله تا مرز ناپایداري شبکه می باشد. در تصمیمگیريها شاخصی مطلوب است که بتواند معیاري از فاصله مطلق تا مرزهاي ناپایداري سیستم در اختیار بهرهبردار شبکه قرار دهد. تنها شاخصی که این ویژگی را دارد، شاخص حد بارگذاري شبکه است که قادر است با مشخص شدن راستاي افزایش بار و تولید، فاصله تا مرز ناپایداري شبکه را بر حسب مگاوات محاسبه کند. در این مقاله فرض شده مقادیر تولید و بار به نسبت مقادیر اولیه خود افزایش پیدا میکنند. حداکثر شاخص بارگذاري شبکه میتواند به عنوان معیاري از حداکثر حاشیه پایداري ولتاژ مورد توجه قرار گیرد.[16]
-4 مدل برنامهریزي بهینه توان راکتیو
در سیستمهاي تجدیدساختاریافته تمرکز بر خرید بهینه توان راکتیو جهت حداقل نمودن هزینههاي مدیریتی مرتبط با آن میباشد. در این قسمت، مدیریت توان راکتیو در زمان بهرهبرداري مورد توجه قرار میگیرد. موقعیت و میزان تولید توان اکتیو در شبکه، آرایش سیستم انتقال و نیز موقعیت مکانی تجهیزات تامینکننده توان راکتیو از عواملی هستند که در پایداري ولتاژ نقش دارند. با توجه به این نکات در این قسمت سعی شده مدلی براي توزیع بهینه توان راکتیو ارائه گردد که در آن علاوه بر توجه به حفظ دامنه ولتاژها در محدوده مجاز خود به قید پایداري ولتاژ در زمان بهرهبرداري نیز توجه شود.
