بخشی از مقاله
چکیده
جایابی و برآورد اندازه تولیدات پراکنده - DG - و خازن های موازی در شبکههای توزیع، برای هدف کمینهسازی تلفات توان حقیقی این روزها توجه بسیاری از تسهیلات و تأسیسات الکترونیک قدرت را به سمت خود کشیده است. برخی از مزایای اصلی کمینهسازی تلفات توان عبارتاند از: کاهش توان عبوری در خطوط تغذیهکننده، آزادسازی تنشها در بارگذاری فیدرها و در نتیجه آن، افزایش عمر تجهیزات، فرصت بیشتر برای استفاده از تأسیسات موجود برای تغذیه هرگونه تقاضای بار افزایشیافته، اجتناب از خرید توان از شبکه و همچنین پرهیز از هزینه وسایل جبران ساز توان، کاهش در قبض مشترکان و غیره.
در این مقاله، شیوهای مبتنی بر روش تحلیلی برای تخصیص بهینه - اندازه و مکان - منابع تولید پراکنده و خازن با هدف حداقل کردن مجموع تلفات توان حقیقی مقید به قیود تساوی و نامساوی در شبکه توزیع ارائهشده است. یک تکنیک آنالیز حساسیت برای تعیین مکانهای بهینه کاندید برای قرار دادن DG و خازن استفادهشده است و از بیان تحلیلی و ابتکاری برای تعیین ظرفیت بهینه آنها در شبکه بهره گرفتهشده است. روش پیشنهادی، به روی سیستمهای توزیع 12 باس و 33 باس IEEE اعمالشده است. نتایج بهدستآمده از شبیهسازی و مقایسه حالتهای مختلف در نظر گرفتهشده مشخص کرد که نتایج تخصیص ترکیبی DG و خازن کاهش تلفات قابلملاحظهای به همراه بهبود پروفیل ولتاژ و همچنین آزادسازی بارگذاری خط در شبکههای توزیع قدرت را به همراه داشته است. هم چنین روش ارائه شده در این مقاله باعث بهبود پروفیل ولتاژ بدون استفاده از جستجوی کامل و صرف هزینه محاسباتی بالا می شود.
-1 مقدمه
شبکههای توزیع توان الکتریکیمعمولاً در ولتاژ پایین کار میکنند و متصل به سیستمهای انتقال ولتاژ بالا هستند و درنهایت توان را در ولتاژ پایین به مصرفکننده تحویل میدهند. مجموع تلفات توان در خطوط شبکه توزیع، به دلیل ولتاژ پایینتر و جریان بالاتر نسبت به شبکه ولتاژ بالا، زیاد است، که درواقع باعث افزایش هزینه توان و پروفیل ولتاژ ضعیف در طول فیدر توزیع میشود .[1] مجموع تلفات توان در شبکه توزیع از دو قسمت تشکیلشده است: تلفات توان اکتیو و راکتیو. تلفات حقیقی به علت شارش مؤلفه اکتیو جریان موردنیاز بار و تلفات موهومی، به علت شارش مؤلفه موهومی جریان موردنیاز برای جبران توان راکتیو موردنیاز اجزای شبکه به وجود میآیند. میان این تلفات، تأثیر تلفات توان اکتیو بسیار مهم است، زیرا بازده انتقال توان را کاهش میدهد و پروفیل ولتاژ را خراب میکند. بنابراین، حداقل سازی تلفات توان حقیقی در شبکههای توزیع در مقایسه با سیستمهای انتقال از اهمیت بیشتری برخوردار است.
اغلب اجزای شبکههای توزیع مانند موتورها و ترانسفورماتورها بهطور طبیعی القایی هستند. به همین دلیل ضریب قدرت شبکه پس فاز خواهد بود و باعث کاهش ظرفیت سیستم، افزایش تلفات سیستم و کاهش ولتاژ میشود . [2 ] خازنهای موازی برای کم کردن برخی از این مشکلات استفاده میشوند. صرفنظر از کاهش تلفات توان، خازنهای موازی پروفیل ولتاژ را افزایش داده، ضریب توان و پایداری ولتاژ سیستم را بهبود میدهند. واحدهای تولید پراکنده - DG - نیز میتوانند نقشی اساسی در طراحی سیستمهای توزیع ایفا کنند. بهطور مثال یکپارچگی DG با سیستمهای توزیع، پیشرفت سیستم اصلی را به تعویق میاندازد، تلفات انرژی کل را کاهش میدهد و کیفیت و قابلیت اطمینان عرضه را بهبود میبخشد. مهم است که یادآوری کنیم که واحدهای DG باید به روشی مؤثر بدون تخریب قابلیت اطمینان، عملکرد سیستم و کیفیت تولید اجرا شوند. از سوی دیگر، خازنهای موازی، کهمعمولاً برای جبران توان راکتیو قرار داده میشوند، میتوانند بهصورت موازی با واحدهای DG نیز برای طراحی توسعه سیستم توزیع در نظر گرفته شوند .[3]
اکثر روشهای ارائهشده تاکنون تنها تخصیص بهینه DG را مدل میکنند. اگرچه، روشهای بسیار کمی تخصیص بهینه مرکب DG و خازن را در نظر میگیرند .[4] مقالهی پیش رو تخصیص بهینه همزمان DG و خازن را در نظر میگیرد. تخصیص بهینه DG و خازن باهدف مهم و کلیدی حداقل سازی تلفات توان حقیقی در کنار ارضای قیود شبکه توزیع ارائه شده است. آنالیز حساسیت ابتکاری برای تعیین مکانهای کاندید بهینه برای قرار دادن DG و خازن استفاده شده است، و یک بیان تحلیلی برای تعیین ظرفیت بهینه آنها در شبکههای توزیع بکار گرفته شده است.
-2 فرمولبندی مسئله
مسئله تخصیص مرکب DG و خازن در شبکه توزیع با اندازه مناسبشان بسیار مهم است، زیرا تخصیص نادرست آنها باعث افزایش تلفات توان سیستم و هزینههای بهرهبرداری و کاهش بازده انرژی میشود. هدف اصلی، حداقل سازی تلفات توان حقیقی مجموع - PL - در شرایط بار پیک در شبکه توزیع میباشد. در جریان تخصیص DG، ولتاژ در باسهای مختلف باید در محدوده مناسب برای بهرهبرداری امن و قابلاطمینان سیستم توزیع توان حفظ شود و شارش جریان در خط شبکه باید در محدوده مجاز باشد. یک شاخه متصل بین دو گره p و q شبکه توزیع شعاعی نشان دادهشده در شکل - 1 - را در نظر بگیرید .[1]
- 1-2 قیود
- X - R مقاومت - راکتانس - سری خط، pq بار اکتیو و راکتیو در باس q هستند. S نیز B Q C توان راکتیو تزریقی خازن و - Q F - P Fمجموعه باسها شامل تمام باسهای سیستم است.
معادلات - 3 - و - 4 - و - 5 - میتوانند بهعنوان قیود تساوی در تابع هدف منظور شوند. دیگر قیود میتوانند بهصورت زیر بیان شوند:
ولتاژ باس: ولتاژ در هر باس باید در محدوده از قبل مشخص شده باشد.
-3 روش حل
آنالیز حساسیت بر پایه روش ابتکاری برای کاهش فضای جستجو بهوسیله انتخاب تنها حساسترین باسها برای تعیین مکان DG و خازن استفادهشده است و برای پیدا کردن اندازه، از بیان تحلیلی استفادهشده است. جزییات گامهای روش پیشنهادی در زیر آمده است: الف - مکان بهینه DG و خازن برای تعیین مکان بهینه DG و خازن ترکیبی، گامهای زیر استفاده میشود:
1. تعیین حساسیت تلفات توان نسبت به توان اکتیو و راکتیو تزریقی در هر باس
2. مرتب کردن باسها به ترتیب نزولی حساسیتشان
3. باسی که بیشترین حساسیت تلفات توان حقیقی نسبت به توان حقیقی تزریقی را دارد، باس کاندید برای قرار دادن DG است و باسی که بیشترین حساسیت تلفات توان حقیقی نسبت به توان راکتیو تزریقی دارد، باس کاندید برای قرارگیری خازن در نظر گرفته میشود.
ب - اندازه بهینه DG و خازن
برای به دست آوردن اندازه بهینه خازن و DG ترکیبی، گامهای زیر اتخاذ میشود:
