بخشی از مقاله

چکیده-

پایداری استاتیکی ولتاژ و قدرت بازار توان راکتیو به ترتیب به عنوان یک شاخص فنی و اقتصادی مورد بررسی این مقاله قرار گرفته است. پایداری استاتیکی ولتاژ در واقع حد بارپذیری شبکه را نشان میدهد و بیان میکند که شبکه مورد نظر تا چند برابر بار فعلی خود را میتواند تامین نماید. قدرت بازار توان راکتیو نیز میزان ناکارامدی رقابت در کالای مد نظر را مشخص میکند.

به منظور مطالعه پایداری استاتیکی ولتاژ و قدرت بازار توان راکتیو به ترتیب روش پخش بار تداومی و شاخص RMRI به عنوان بهترین شاخصها در نظر گرفته شده-اند، که کارایی بالایی را از خود نشان دادهاند. با در نظر گرفتن شاخصهایی که معرفی شد، شبیهسازیهایی به منظور جایابی بهینه SVC و TCSC به منظور بهبود این دو شاخص انجام گرفت که نتایج مطلوبی را به نمایش گذاشت. در این مقاله مکان و ظرفیت بهینه این دو تجهیز به منظور بهبود توابع هدف در دو رویکرد فنی و با محاسبه هزینههای اقتصادی تعیین شد که منجر به بهبود شاخصهای مدنظر گردید.

-1 مقدمه

محدودیتهای تولید توان راکتیو در شبکه منجر به مشکلات پایداری ولتاژ شده است .[ 1] فروپاشی ولتاژ فرایندی است که از توالی رویدادهایی همراه با ناپایداری ولتاژ تشکیل شده است که منجر به پروفیل ولتاژ بسیار پایین غیرقابل قبول در بخش بزرگی از شبکه میشود. در شرایط اضطرار تقاضای توان راکتیو در شبکه به طور ناگهانی افزایش مییابد که میبایست توسط ذخیره توان راکتیو ژنراتورها یا خازنها جبران شود. در صورت کمبود رزرو ناپایداری ولتاژ رخ میدهد و پدیده فروپاشی ولتاژ اتفاق میافتد.

در محیط مقررات زدایی شده معمولا سیستم تحت استرس است [2] و سیستم تحت استرس پتانسیل بیشتری به منظور ناپایداری ولتاژ دارد. چندین مشکل ناپایداری ولتاژ اخیرا در نقاط مختلف جهان نظیر فرانسه، ژاپن و ایالات متحده رخ داده است که این مسئله پرداختن به مسئله پایداری ولتاژ را بسیار ضروری کرده است

پایداری ولتاژ یکی از ضروریترین فاکتورهایی است که میبایست در مراحل مختلف برنامهریزی، بهرهبرداری و کنترل سیستم قدرت به منظور دورماندن از فروپاشیهای ولتاژ و خاموشیهای گسترده در نظر گرفته شود .[5] در دهههای اخیر ادوات FACTS به منظور بهبود پایداری ولتاژ پیشنهاد و بکارگرفته شده اند.

یکی دیگر از موضوعاتی که پس از تجدیدساختار در صنعت برق چالشزا شد پدیده قدرت بازار در تجارت توان اکتیو و راکتیو بود. در این مقاله به دنبال آن هستیم تا علاوه بر بهبود پایداری استاتیکی ولتاژ تا حد امکان قدرت بازار توان راکتیو را نیز کاهش دهیم. قدرت بازار وقتی بوجود می آید که یک شرکت تولیدی توانایی تغییر قیمت را، فراتر از سطح رقابتی آن، به نفع خود داشته باشد. به عبارت دیگر، توانایی واحدهای تولیدی در بالا بردن قیمت بازار فراتر از سطح رقابتی آن، قدرت بازار نامیده می شود

برای سنجش میزان قدرت بازار، در بازار توان راکتیو شاخصهایی در مقالات مختلف ارائه شده است که از آن جمله میتوان شاخص میزان تراکم سهم بازار [7]، شاخص [8] HHI1، شاخص ضریب بینظمی [9]، شاخص لرنر [7] و شاخص RMRI2 اشاره کرد .[ 10] بنابراین هدف این مقاله تخصیص بهینه SVC3 و TCSC4 به منظور بهبود پایداری استاتیکی ولتاژ و کاهش قدرت بازار توان راکتیو است که به همراه تحلیل اقتصادی ارائه شده است.

در ادامه فرمولبندی مسئله شامل روابط مد نظر، توابع هدف و قیود و همچنین نتایج شبیهسازیها شامل تحلیلهای فنی و اقتصادی ارائه شده است. در انتها نیز جمعبندی صورت گرفته است.

-2 فرمول بندی مسئله

تابع هدف مسئله بهینهسازی این مقاله در رویکرد فنی شامل دو بخش است؛ پایداری استاتیکی ولتاژ یا بارپذیری شبکه [11] و قدرت بازار توان راکتیو [6] که در روابط - 1 - تا - 3 - به آنها و نحوه برخورد با آنها اشاره شده است.

تابع هدف اول شاخص بارپذیری شبکه یا حد پایداری استاتیکی ولتاژ است. هر چه میزان این شاخص بیشتر باشد به همان اندازه از فروپاشی ولتاژ دور شدهایم، بنابراین میبایست تا حد امکان مقدار آن بیشتر گردد. از اینرو هدف از حل مسئله در این مقاله ماکزیممسازی این شاخص است. ضریبی از میزان بارپذیری باسها را نشان میدهد. این شاخص که خروجی پخش بار تداومی است در رابطه - 4 - تعریف شده است.

PD 0 میزان بار شبکه در حالت کار نرمال شبکه را نشان میدهد و PD میزان بارپذیری نهایی شبکه را نشان میدهد. تابع هدف دوم نیز تابع هدف قدرت بازار توان راکتیو سیستم است که مجموع قدرت بازار توان راکتیو نرمالیزهشده تکتک ژنراتورهای شبکه است. در رابطه R MR sI y s   - 3 - شاخص قدرت بازار توان راکتیو شبکه است. این شاخص مجموع شاخصهای قدرت بازار توان راکتیو ژنراتورهای شبکه است

مقدار این شاخص برای هر یک از ژنراتورها نیز از نرمالیزهکردن مقدار آن با تقسیم این شاخص بر محدوده توان راکتیو ژنراتورها به دست آمده است. هدف از این تابع هدف نیز مینیممسازی آن است. به عبارت دیگر SVC و TCSC به نحوی میبایست در شبکه نصب گردند که مقدار این تابع هدف را به کمترین مقدار ممکن برسانند. در این مقاله SVC به صورت بار راکتیو منفی در حالت خازنی و بار راکتیو مثبت در حالت سلفی و TCSC به صورت راکتانس سری با راکتانس خط مدل شدهاند.

در ادامه مباحث مربوط به هزینههای این دو تجهیز نیز ارائه شده است. هزینههای این تجهیزات نیز در فرایند حل مسائل بهینه سازی مربوط به این مقاله در نظر گرفته شده است. این هزینهها در دو بخش در ادامه ارائه شده است.

بخش اول: هزینههای سرمایهگذاری به منظور نصب SVC در شبکه رابطه - 5 - این هزینه را نشان میدهد. واحد رابطه زیر دلار بر کیلووار است

در این رابطه  CSVCهزینه یک کیلووار SVC و  SSVC   توان این تجهیز به مگاوار است. به منظور تبدیل یکای رابطه - 5 - به دلار از رابطه - 6 - استفاده شده است. در این رابطه CtSVC هزینه کل تجهیز به دلار است.

بخش دوم: هزینههای سرمایهگذاری به منظور نصب TCSC در شبکه رابطه - 7 - این هزینه را نشان میدهد. واحد  
در این رابطه هزینه یک کیلووار TCSC و توان این تجهیز به مگاوار است. CtTCSC نیز هزینه کل تجهیز به دلار است. قیود مربوط به مسئله بهرهبردار شبکه نیز در رابطه - 9 - بیان شده است. این قیود به ترتیب قید تعادل توان در یک شین، قید تعادل توان در شبکه، قیود تولید توان اکتیو و راکتیو ژنراتورها، قید ولتاژ، قید توان انتقالی خطوط و قیود محدوده مجاز توان راکتیو SVC و TCSC هستند.

به منظور حل مسئله نیز از الگوریتم اشتراک اطلاعات استفاده شده که در مرجع [14] به طور کامل ارائه شده است. این الگوریتم از مطالعه دستهجمعی دانشجویان به منظور حل مسائل بهینهسازی بهره گرفته است. نتایج پیادهسازی این الگوریتم در سایر مسائل بهینهسازی نشان داده است که از توانایی کافی به منظور حل مسئله بهینهسازی مد نظر مقاله برخوردار است.

3 نتایج شبیه سازیها

در این بخش نتایج شبیهسازیهای انجام شده ارائه شده است. به منظور انجام مطالعهای جامع در زمینه موضوع مد نظر مقاله شبیهسازیها به شرح زیر در نظر گرفته شده است:

·    تخصیص بهینه SVC به منظور بهبود بارپذیری شبکه به صورت جداگانه

·    تخصیص بهینه TCSC به منظور بهبود بارپذیری شبکه به صورت جداگانه

·    تخصیص بهینه SVC به منظور کاهش قدرت بازار توان راکتیو به صورت جداگانه

·    تخصیص بهینه TCSC به منظور کاهش قدرت بازار توان راکتیو به صورت جداگانه

·    تخصیص بهینه و همزمان SVC و TCSC به منظور بهبود بارپذیری شبکه

·    تخصیص بهینه و همزمان SVC و TCSC به منظور کاهش قدرت بازار توان راکتیو

·    تخصیص بهینه و همزمان SVC و TCSC به منظور کاهش همزمان قدرت بازار توان راکتیو و بهبود بارپذیری شبکه

شبیه سازیهای مقاله نیز بر روی شبکه 118 شین استاندارد IEEE انجام شده است .[15] در ادامه هر یک از بخشهای مذکور ارائه و نتایج آنها بیان شده است. نتایج هر بخش شامل اطلاعات تخصیص بهینه تجهیزات و مقادیر توابع هدف مد نظر و همچنین میزان هزینه لازم به منظور پیادهسازی و نصب این تجهیزات است.

-1-3 تخصیص بهینه SVC به منظور بهبود بارپذیری شبکه به صورت جداگانه

در این بخش به دنبال تعیین مکان و ظرفیت بهینه SVC به منظور بهبود بارپذیری شبکه به صورت جداگانه هستیم. بنابراین متغیرهای تصمیم مسئله در این بخش شامل مکان و ظرفیت SVC و خروجیهای مسئله مکان و ظرفیت بهینه این تجهیز و میزان تابع هدف بارپذیری شبکه یا پایداری استاتیکی ولتاژ است.

نتایج شبیه سازی در جدول - 1 - نمایش داده شده است. همانطور که از این جدول مشخص است بهترین مکان به منظور نصب تجهیز، شین شماره 43 و با ظرفیت 2 مگاوار به صورت خازنی است که منجر به بهبود تابع هدف مسئله به میزان 2/53 درصد شده است. همانطور که بیان شد به منظور بهبود تابع هدف مسئله 2 مگاوار از تجهیز مد نظر نصب شد که هزینهای معادل با 253542 دلار به همراه داشت.

جدول :1 نتایج تخصیص بهینه SVC به منظور بهبود پایداری استاتیکی ولتاژ

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید