بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله یک روش جهت تخصیص تلفات انتقال پیشنهاد شده است که قابل بکارگیری در انواع مدل های بازار برق می باشد. روش ارائه شده در این مقاله از روابط اصلی موجود در شبکه و توپولوژی شبکه برای تخصیص عادلانه تلفات استفاده می کند. در روش مذکور از فرض های ساده کننده ای همانند در نظر گرفتن شین یا شین های خاصی به عنوان تامین کننده تلفات صرف نظر شده است.
از طرفی در این مقاله با بکارگیری ماتریس ژاکوبین برای بدست آوردن ضرایب نرخ تغییرات تلفات، تخصیص عادلانه تلفات با استفاده از این ضرایب انجام می گیرد. روش پیشنهادی علاوه بر سادگی، تخصیص منصفانه و مناسب را با توجه به ضرایب نرخ تغییرات تلفات هر شین شبکه، در بین شین های شبکه انجام می دهد. و در پایان این روش بر روی شبکه نمونه 14 باسه IEEE تست و نتایج آن با سایر روش های ارائه شده مقایسه شده است.
-1 مقدمه
با به بوجود آمدن تجدید ساختار در صنعت برق و جدا شدن اجزائ سیستم قدرت و تشکیل شخصیت های مدیریتی و حقوقی مجزا ، مباحث گوناگونی وارد سیستم قدرت و صنعت برق گردید و بحث شفاف سازی هزینه های تلفات انتقال در شبکه نیز یکی از این موضوعات می باشد. علی رغم اهمیت بحث تخصیص تلفات به بازیگران بازار برق، محاسبه آن دارای مشکلات متعددی می باشد، زیرا تلفات در شبکه با توجه به تزریق جریان در شبکه و توپولوژی شبکه بصورت یک تابع غیر خطی از متغیر های حالت شبکه بیان می شود. در حقیقت به علت غیر خطی بودن تابع تلفات بر حسب متغیر های حالت شبکه، قطعیت محاسبات تخصیص تلفات مشکل باشد و نتوان آنرا بطور منصفانه در بین شرکت کنندگان در بازار تقسیم نمود. از طرفی تلفات در شبکه انتقال در حدود 3 تا 5 درصد کل توان شبکه می باشد که هزینه آن در حدود میلیونها دلار می باشد که باید در بین اسثفاده کنندگان از شبکه تقسیم شود.
در طی سال های اخیر روش ها ی گوناگونی برای تخصیص سهم تلفات هر کدام از اجزائ شبکه معرفی شده است. ولی هرکدام از این روش ها دارای یک سری مزایا ومعایب می باشند. ولی تاکنون هیچ روش جامع و منصفانه ای جهت محاسبه تعیین سهم هر کدام از بازیگران بازار از تلفات انتقال معرفی نشده است. روش های ارائه شده در هر کدام از مقالات گذشته در مورد تخصیص تلفات دارای مزایا و معایبی هستند که نشان می دهد هنوز روش جامع و منصفانه ای برای تخصیص تلفات ارائه نشده است.
یکی از این روش ها روش مرجع [1] می باشد، این روش که به روش پروراتا معروف است، سهم هر یک از باس های شبکه را از تلفات به صورت میزان استفاده از شبکه بیان می کند. در این روش تلفات کل شبکه به دو بخش کاملا" مساوی بین ژنراتورها و بارهای شبکه تقسیم می شود، سپس بر اساس میزان توانی که از شبکه دریافت یا به شبکه تزریق می کنند، تخصیص تلفات انجام می گیرد. روش دیگر روش ردیابی توان می باشد.[2] این روش مبتنی بر قانون جریان کیرشهف می باشد و از این فرض استفاده می کند که توان ورودی به یک شین از یک شاخه مشخص، در بین سایر شاخه ها که توان را خارج می سازند به طور متناسب با پخش بار در آنها تقسیم می شود.
در این روش با تعیین سهم هر کدام از بارها و ژنراتورهای شبکه از جریان عبوری از خطوط، به توجه به این سهم، تلفات بین ژنراتورها و بارها تقسیم می شود. مرجع [3] با اسثفاده از تئوری بازی سهم هر کدام از اجزائ شبکه از تلفات انتقال را تعیین می کند، در واقع با مینیمم سازی تابع هدف در این مرجع تخصیص تلفات انجام می گیرد. روش های متفاوت دیگری مانند استفاده از شبکه های عصبی نیز استفاده می شود.[4] ولی روش Z-bus در میان همه ی این روش ها به دلیل استفاده از توپولوژی شبکه و معادلات موجود در سیستم های قدرت در واقع یک روش بهتر و منطقی تر جلوه می کند.[5] اما اشکال این روش در این است که سهم هر کدام از شین های شبکه از تلفات بصورت منصفانه تقسیم نمی شود.
با توجه به مقالات و تحقیقات انجام گرفته در این زمینه یک روش تخصیص هزینه تلفات انتقال باید دارای معیار ها وشاخص هایی زیر باشد تا یک تخصیص منصفانه را در بین اسثفاده کنندگان از شبکه انجام دهد:
الف - توپولوژی شبکه و موقعیت شین های شبکه را در نظر بگیرد.
ب - از فرضیات ساده کننده اسثفاده نکند.
ج - اندازه توان و جریان های تزریقی هر شین را در نظر بگیرد.
د - شین یا شین مرجع تاثیری در نتایج آن نداشته باشد.
در این مقاله در بخش بعد معادلات مداری مورد نیاز برای تخصیص تلفات معرفی می شود و از این معادلات یک ماتریس تحت عنوان ماتریس تلفات معرفی می شود، سپس در بخش سوم با استفاده از این معادلات و ماتریس تلفات شبکه، سهم هر کدام از باس های شبکه از تلفات انتقال توسط ضرایب نرخ تغییرات تلفات تعیین می شود. و در بخش چهارم این روش بر روی سیستم 14 باس IEEE بررسی می شود، و در پایان نتجه گیری از مطالعات ارائه می شود.
-2 محاسبه ماتریس تلفات شبکه
در محیط های تجدید ساختار شده جهت تخصیص هزینه تلفات انتقال به بازیگران بازار برق باید ما نحوه استفاده آنها از شبکه را مد نظر قرار دهیم. بعنوان مثال در یک بازار حوضچه ای بعد از دریافت پیشنهادات قیمت دیگر بازیگران با توجه به این پیشنهادات یک پخش بار اقتصادی را برای مینیمم سازی هزینه بهره برداری از سیستم اجرا می کند. از طرفی در مسئله تخصیص تلفات ما تلاش می کنیم که هزینه تلفات را بین همه اجزا شبکه بطور منصفانه تقسیم کنیم، بطوریکه این تخصیص هزینه بعد از اجرای یک پخش بار کامل انجام می شود.
با فرض حل مسئله پخش بار اقتصادی، همانطور که می دانیم در یک شبکه n باسه تلفات کل در شبکه بصورت رابطه زیر قابل بیان است:
در حالیکه R مولفه مقاومت ماتریس امپدانس وX مولفه راکتانسی ماتریس امپدانس می باشد. با جایگذاری این معادله در معادله - 1 - و ساده ساری تلفات کل را می توان بصورت زیر نوشت:
از طرفی جریان های تزریقی شین ها را می توان بصورت مولفه های حقیقی و موهومی جداسازی کرده و بصورت زیر نوشت:
که در این رابطه I x مولفه حقیقی جریان و I y مولفه موهومی جریان می باشد، با جایگذاری این رابطه در رابطه - 3 - داریم:
با توجه به معادله - - 6 و استخراج مقادیر I x و I y بر حسب متغیر های حالت شبکه یعنی Pi ، Qi ، V i، i از حل معادله - 6 - داریم:
با استفاده از معادله بالا می توان سهم هر کدام از دو باس k و j از تلفات متقابل مربوط به درایه k و j را بصورت زیر نوشت:
در اینجا جداسازی تلفات هر شین از عنصرتلفات متقابل بر اساس ضرایب معادله - - 8 انجام گرفته است. با توجه به معادلات بالا سهم شین k از تلفات کل شبکه بصورت زیر قابل بیان است:
-3 مطالعه عددی
در این مقاله سیستم 14 باس IEEE برای نشان دادن نتایج روش پیشنهادی در کنار دیگر روش ها برگزیده شده است.[8] همانطور که در شکل 3 می بینیم سیستم 14 باس IEEE دارای 5 باس کنترل شده با ولتاژ با دو ژنراتور که باس شماره 1 به عنوان باس مرجع در نظر گرفته می شود.
شکل - - 2 - سیستم 14 باس IEEE
با توجه به نتایج پخش بار حدول 1 مشاهده می شود که 13,4 مگاوات تلفات توسط باس شماره یک تامین می شود که باید بین مشترکین بازار تقسیم شود. جدول شماره 2 نتایج روش پیشنهادی را در مقابل دیگر روش ها نشان می دهد.
