بخشی از مقاله
چکیده
با روند رو به رشد استفاده از تولیدات پراکنده1 بررسی اثرات بکارگیري این تولیدات کوچک بر سیستم قدرت بخصوص شبکه هاي توزیع لازم و ضروري است.در این مقاله ابتدا اثرات ناشی از بکارگیري تولیدات پراکنده در سیستمهاي توزیع بررسی شده و سپس نحوه تاثیر گذاري آن بر روي قابلیت اطمینان به تفصیل بحث میشود.همچنین براي تعیین اندازه و محل بهینه تولیدات پراکنده جهت حداکثر آزاد سازي در ظرفیت سیستم،به منظور پاسخگویی به رشد بار، الگوریتمی پیشنهاد شده است.در پایان این الگوریتم براي یک شبکه توزیع شعاعی پیاده سازي شده است. براي حل مساله بهینه سازي مورد نظر از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است.
مقدمه
در شبکه هاي توزیع امروزي، بخصوص با روند رو به رشد خصوصی سازي و رقابتی شدن بازار برق، هدف اولیه شرکتهاي توزیع پایین آوردن هزینه هاي مربوط به بهره برداري, نگهداري و ساخت شبکه خود، و همزمان بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه و مشترکین میباشد.یکی از مؤثرترین روشها براي پاسخگویی به رشد بار و نیز تأمین سطح مشخصی از قابلیت اطمینان، استفاده از تولیدات پراکنده میباشد. تولیدات پراکنده به تولیدات تا سقف 10 مگاوات اطلاق میشود که قابلیت وصل شدن به شبکه توزیع را داشته باشند.
طبق آمارهاي منتشر شده تا سال 2010 حدود 20 درصد از کل انرژي الکتریکی دنیا توسط تولیدات پراکنده تامین خواهد شد. تولیدات پراکنده داراي انواع مختلفی میباشد که بسته به نوع آن، ظرفیت نامی و نیز قیمت آن متفاوت است.توربینهاي گازي کوچک با ظرفیت 500کیلو وات تا 20 مگاوات و بازده حدود25 تا 40 درصد و پیلهاي سوختی با ظرفیت حدود 50 کیلو وات تا 3 مگاوات و بازده حدود 45 تا 55 درصد به تدریج در شبکه هاي توزیع و مصارف صنعتی و تجاري مورد استفاده قرار میگیرند.سایر تولیدات پراکنده مثل میکرو توربینها،سلولهاي خورشیدي فتوولتاییکها وتوربین هاي بادي... هم در حال گسترش هستند.
تعیین اندازه و محل بهینه تولیدات پراکنده به منظور افزایش بارگذاري سیستم
محدودیتهاياتصالتولیداتپراکنده به شبکه توزیع در شبکه هاي توزیع شعاعی هنگام طراحی، امکان اتصال یک ژنراتور یا یک مولد در سمت بار در نظر گرفته نشده است. یعنی کل شبکه بعد از پست فوق توزیع یا همان فیدر به عنوان یک مدار پسیو در نظر گرفته شده است.لذا نصب تولیدات پراکنده در سمت بار یا در طول فیدر تأثیر قابل توجهی بر توان عبوري،ولتاژ نقاط مختلف و... خواهد داشت.این تأثیرات میتواند در جهت بهبود وضعیت شبکه یا عکس آن باشد.
به همین دلیل لازم است قبل از نصب تولیدات پراکنده تأثیر آن بر روي پروفیل ولتاژ،جریان خطوط،جریان اتصال کوتاه،میزان هارمونیک تزریقی،قابلیت اطمینان و ... بررسی گردد. نصب تولیدات پراکنده، ولتاژ نقاط مختلف را تحت تأثیر قرار میدهد.به همین منظور باید حداکثر توان قابل تزریق توسط تولیدات پراکنده در یک باسبار را به نحوي که ولتاژ همه نقاط در محدوده مجاز باشد تعیین کرد.نصب تولیدات پراکنده میتواند در باس محل نصب و یا در ابتداي فیدر باعث ایجاد اضافه ولتاژهاي غیر مجاز شود.
لذا باید در هنگام تعیین اندازه تولیدات پراکنده این عامل به عنوان یکی از عاملهاي محدودکننده در نظر گرفته شود.تغییر توان عبوري خطوط توسط نخ ،جریان خطوط یا قسمتهاي مختلف فیدر را تغییر خواهد داد. به همین منظور میتوان مقدار جریان عبوري از سکشنهاي مختلف فیدر را به صورت تابعی از توان تزریقی در باسها به دست آورد.حداکثر توان تزریقی جایی است که جریان حداقل یکی از سکشنهاي فیدر به حد مجاز خود برسد. اتصال تولیدات پراکنده به شبکه توزیع باعث افزایش سطح جریان اتصال کوتاه میشود. لذا باید حداکثر توان قابل تزریق در باسها را طوري محاسبه کرد.
که سطح جریان اتصال کوتاه در نقاط مختلف از سطح جریان اتصال کوتاه تجهیزات فراتر نرود.عوامل دیگري نظیر ضریب قدرت نخومیزان هارمونیک تزریقی توسط نخ ، درمحدود کردن اندازه نخ دخیل هستند که تأثیرات آنها نیز باید مورد مطالعه قرار گیرد.
اهداف استفاده از تولیدات پراکنده
اهداف استفاده از تولیدات پراکنده از دید شرکت توزیع و از دید مشترك متفاوت است.در واقع اگر مالک نخ شرکت توزیع باشد اهداف مورد نظر میتواند آزاد سازي ظرفیت شبکه توزیع، بهبود قابلیت اطمینان سیستم ،.بهبود کیفیت توان و پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات باشدحاگر مالکیت نخ در اختیار مشترك باشد این اهداف میتواند فروش برق و شرکت در بازار انرژي ، فروش برق به عنوان سرویس جانبی، بهبود قابلیت اطمینان خود و یا تشویقهاي دریافتی از شرکت توزیع و ... باشد.
متاسفانه چون مالکیت بیشتر تولیدات پراکنده در اختیار مشترکین میباشد لذا شرکتهاي توزیع کنترل کمتري روي اندازه و محل نصب تولیدات پراکنده دارند .در نتیجه براي جلوگیري از تأثیرگذاري منفی تولیدات پراکنده بر پارامترهاي مختلف سیستم، باید یک استاندارد کلی و جامع براي کنترل، نصب و جایابی این تولیدات وجود داشته باشد.در هر حال بسته به اینکه ما به عنوان شرکت توزیع کدامیک از اهداف فوق را انتخاب کنیم تابع هدف فرق خواهد کرد.
نحوهتأثیرگذاريتولیداتپراکندهبر قابلیت اطمینان
یکی از اهداف بکارگیري تولیدات پراکنده بهبود قابلیت اطمینان سیستم است اما این بدان معنی نیست که ما به عنوان یک هدف مستقل به آن نگاه کنیم.چون ما نخ را به هر منظور که استفاده کنیم قابلیت اطمینان را تحت تأثیر قرار خواهد داد. البته شاید بتوان در کل همه این اهداف را براي یک شبکه توزیع زیر مجموعه اي از قابلیت اطمینان سیستم دانست. بهبود پروفیل ولتاژ،کیفیت توان،آزاد سازي ظرفیت سیستم،کاهش میزان قطعی مشترکین به منظور کاهش هزینه هاي تحمیلی به شرکت توزیع و ... در واقع جزیی از مسایل قابلیت اطمینان شبکه قرار خواهند گرفت .
یعنی میتوان در جایابی نخء اهداف مختلفی را دنبال کرد که همگی در مجموع جزیی از قابلیت اطمینان شبکه توزیع خواهد بود. چون از اهداف عمده استفاده از نخءبه تاخیر انداختن هزینه هاي ناشی از ساخت شبکه جدید و نیز کاهش هزینه هاي تعیین اندازه و محل بهینه تولیدات پراکنده به منظور افزایش بارگذاري سیستم قطعی مشترکین میباشد بنابر این حداکثر آزادسازي در ظرفیت سیستم و نیز رسیدن به سطح مشخصی از حداقل انرژي تغذیه نشده میتواند به عنوان دو هدف عمده در جایابی بهینه تولیدات پراکنده مورد استفاده قرار بگیرد.
اهداف دیگري نظیر کاهش تلفات و ... هم میتواند به عنوان تابع هدف قرار بگیرد.اما همانطور که ذکر شد انتخاب آزاد سازي ظرفیت سیستم و نیز رسیدن به سطح مشخصی از حداقل انرژي تغذیه نشده به عنوان تابع هدف، با فلسفه استفاده از تولیدات پراکنده سازگاري بیشتري دارد. نخ میتواند به طرق زیر قابلیت اطمینان را بهبود دهد: -1اضافه کردن ظرفیت در سمت بار جهت تغذیه پیوسته بار و یا به عنوان تغذیه پشتیبان در مواقع قطعی. -2 زیاد کردن ظرفیت نصب شده سیستم و یا بالا بردن میزان رزرو سیستم. -3 آزاد کردن ظرفیت تولید،انتقال و توزیع. -4 رفع گرفتگی خطوط انتقال و توزیع. -5 کمک کردن به سیستم در هنگام نگهداري و نیز عملیات بازیابی سیستم . -6 بهبود پروفیل ولتاژ فیدر.
با این حال ممکن است به دلیل جایابی غلط و یا بیشتر بودن ظرفیت نخ از حداکثر توان قابل تزریق در باس بارها، در بعضی شبکه ها تاثیر منفی روي قابلیت اطمینان داشته باشد. -5جزیرهاي کردنDG 2 بهمنظوربهبودقابلیت اطمینان جزیره اي شدن زمانی اتفاق می افتد که نخ یا گروهی از نخ ها به تنهایی بخشی از سیستم را که از سیستم اصلی قطع شده تغذیه کنند.این جدا شدن میتواند به دنبال عملکرد بریکر،فیوز و یا تجهیزات سوییچینگ ما قبلنخ رخ دهد.
در بیشتر حالات جزیره اي شدن مطلوب و مفید نیست.چون منجر به ایجاد مسایل کنترل فرکانس و نیز مسایل کیفیت توانی میشود که روي بارها و سیستم تأثیر منفی خواهد گذاشت.بخصوص زمانی که بریکر داراي رله رکلوز باشد.یعنی اول که کلید باز می شود نخ شبکه را ندیده و بار را خواهد دید لذا به نوعی سنکرون بودن خود را با شبکه از دست میدهد به محض اینکه بریکر وصل مجدد میکند - به شرطی که رله بریکر اجازه بدهد - آسیبهاي جدید به بار،نخ،و سیستم وارد خواهد شد. یکی از دیگر بدیهاي جزیره اي شدن افزایش زمان تعمیر است.
با این حال در اغلب موارد ما میخواهیم با جزیره اي کردن نخ، از قطعی بار جلوگیري کنیم از این نظر جزیره اي کردن نخ قابلیت اطمینان را بهبود خواهد داد.در اینجا ما فرض کرده ایم که جزیره اي شدن نخ مجاز است. -6بررسی تأثیر محل و اندازه DG در قابلیت اطمینان بسته به اینکه تولیدات پراکنده به چه منظور استفاده می شود اندازه و محل تولیدات پراکنده متفاوت خواهد بود. در اینجا کارهاي مختلفی که راجع به جایابی تولیدات پراکنده از دید قابلیت اطمینان انجام شده مرور می شود.
در مراجع به 3،2،1م درباره نحوه تاثیرگذاري تولیدات پراکنده بر بخشهاي مختلف سیستم قدرت و همچنین محدودیتهاي اتصال تولیدات پراکنده به سیستم توزیع بحث شده است. ولی راجع به تاثیر آن بر اندیسهاي قابلیت اطمینان بحثی نشده است.در مرجعب4م براي بررسی قابلیت اطمینان تولیدات پراکنده از یک مدل دو حالته استفاده شده است.در این مرجع براي توسعه آینده سیستم توزیع، در کنار گزینه هاي دیگر، نخ هم به عنوان یک گزینه در نظر گرفته شده است.
در این مرجع بطور خیلی ساده، براي تعیین اندازه تولیدات پراکنده از اندیس انرژي تغذیه نشده استفاده شده اما نحوه تعیین اندازه و محل نخ و نیز تأثیر ایندو در اندیس قابلیت اطمینان - حشغغ - در
نظر گرفته نشده است.در سایر مراجع نیزب6,5م درباره نحوه تعیین اندازه و محل نخ بحثی نشده است.
