بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله، هدف مشخص کردن مکان و اندازه بهینه خازنهای موازی میباشد که در سیستم توزیع شعاعی قرار داده می شود تا تلفات انرژی و هزینه خازنها مینیمم گردد. برای این هدف یک روش دو مرحلهای استفاده میشود. در مرحله اول، بر روی سیستم توزیع اولیه، پخش بار انجام میشود. بر اساس جوابهای پخش بار، ضرایب حساسیت تلفات که مشخص کننده مکانهای مستعد جبرانسازی میباشد، محاسبه میشوند. در مرحله دوم بهمنظور تعیین اندازه خازنها جهت مینیمم شدن هزینه تلفات انرژی و هزینه خازن ها، الگوریتم بهینه سازی تهاجمی علف هرز - - IWO استفاده می شود.
-1 مقدمه
شبکه برق سیستم بهم پیوسته وسیعی از تولید، انتقال و توزیع میباشد. معمولا سوختهای فسیلی یا انواع دیگر انرژی در مراکز تولید و نیروگاههای واقع در خارج از شهرها و دور از مراکز مصرف به انرژی برق تبدیل میشود و برق تولیدی توسط خطوط طولانی انتقال و فوق توزیع به حومه شهرها انتقال یافته و وارد پستهای فوق توزیع میشوند. سپس توسط خطوط 20، 33 یا 11 کیلوولت به داخل شهرها وارد و در مراکز مصرف توزیع می-شوند.[1] باتوجه به دور بودن مراکز تولید از مراکز مصرف، انرژی و توان تولیدی تلفاتی خواهد داشت که در حال حاضر تلفات شبکه برق در حدود 18درصد می باشد که حدود70 درصد این تلفات مربوط به سیستم توزیع میباشد.
[2] ازآنجایی که منابع سوختهای فسیلی رو به کاهش است و تبدیل این منابع به انرژی الکتریکی باعث آلودگیهای زیست محیطی میشود، لذا تحقیقات در زمینه کاهش تلفات به خصوص در شبکه توزیع از اولویتهای مهم سیاستگذاران و متولیان امر انرژی برق میباشد. یکی از بهترین و به صرفهترین راههای کاهش سرمایهگذاریهای تولید، تحقیق و اجرایی نمودن راهکارهای کاهش تلفات توزیع می-باشد.
[3] عوامل مختلفی بر ایجاد تلفات در شبکه توزیع دخالت دارند که از مهمترین آنها : غیر مهندسی بودن طراحی و اجرای شبکه توزیع، واقع نشدن پستهای توزیع در مراکز بار، نامناسب بودن سطح مقطع هادیها، عدم تقسیم بار بین ترانسفورماتورها و توزیع شبکه به صورت تکفاز و... میباشد.[4] اغلب مواقع در زمانهای اوج مصرف، پستهای واقع در انتهای شبکههای انتقال و فوق توزیع دچار افت ولتاژ میشوند که با نصب بانکهای خازنی داخل پستها و وارد شدن پلهای به مدار بر اساس نیاز، مشکل ضعف ولتاژ تاحدود خیلی زیادی مرتفع میگردد، اما در شبکه توزیع به علت ماهیت و پراکندگی بسیار زیاد شبکه، نصب بانکهای خازنی در داخل پستهای توزیع به تنهایی امکانپذیر نیست، لذا جهت حل مشکل، نیاز به مطالعات گسترده و تعیین مکانهای مناسب نصب خازن و اندازه بهینه آنها وجود دارد.
خازنهای مورد استفاده بایستی عملکرد دینامیکی داشته باشند بدین معنی که در زمانهای اوج بار و وجود افت ولتاژ بهصورت پلکانی وارد مدار شده و در زمانهای کمباری از مدار خارج شده تا باعث ازدیاد ولتاژ مشترکین نشوند. لذا تعیین مکان و اندازه خازنها از لحاظ فنی و اقتصادی مطالعات بسیاری را میطلبد . در این مقاله از روش بهینهسازی الگوریتم تهاجمی علف هرز - Invasive Weed Optimization - جهت بهینهسازی مسئله استفاده میشود.
-2 اهداف خازن گذاری موازی
اهداف مختلف خازنگذاری شامل موارد زیر میباشد:
- کنترل توان راکتیو: امروزه توان راکتیو یکی از فاکتورهای مهم در طراحی و بهرهبرداری از سیستمهای قدرت الکتریکی میباشد. در گذشته توجه کمی به مطالعه توان راکتیو و اثر آن روی عملکرد کل سیستم شده است. این کم توجهی شاید به این دلیل باشد که شرکتهای تولید کننده برقمعمولاً از مشترکین خود فقط هزینه انرژی مصرفی - MWh - را میگیرند. تنها در بعضی موارد است که هزینه برق راکتیو - MVArh - از مصرفکننده دریافت میشود.
از آنجایی که انرژی از سوخت به دست میآید و سوخت رابطه مستقیم با هزینه دارد پرداخت هزینه برای انرژی - MWh - معقول به نظر میرسد. در حالی که برای تولید توان راکتیوعموماً از تغییر جریان تحریک ژنراتور استفاده می شود و هزینه تولید آن چنانکه هزینه تولید انرژی را میتوان حساب نمود، قابل محاسبه نیست. چرا که سیستم تحریک ژنراتور حتی برای تولید انرژی با ضریب توان واحد نیز لازم است. چیزی که باید مشخص شود، هزینه اضافی مربوط به واحد تولید انرژی با قدرت راکتیو تولیدی بیشتر است چرا که نیاز به ژنراتوری با اندازه و حجم بیشتری میباشد.
- آزادسازی ظرفیت تولید یا استفاده بهینه از توان تولیدی نیروگاهها
- آزادسازی ظرفیت خطوط انتقال
- آزادسازی ظرفیت پستهای فوق توزیع
- مزایای اضافی در پستهای توزیع
-1-2 پخش بار سیستم توزیع شعاعی
روشی که پخش بار را برای سیستم توزیع در شرایط بار متعادل که از مدل بار توان ثابت بهره میبرد، انجام می دهد، میتواند با استفاده از نکات زیر قابل فهم گردد:
-1 تزریق جریان معادل
-2 فرمولاسیون ماتریس BIBC
-3 فرمولاسیون ماتریس BCB
-3-2 الگوریتم پخش بار برای سیستم توزیع
مراحل مختلف الگوریتم حل پخش بار سیستم توزیع به شرح زیر میباشد:
-1 اطلاعات خط و اطلاعات بار مربوط به سیستم توزیع خوانده میشود.
-2 ماتریس BIBC مربوط تشکیل میگردد. . - [B]=[BIBC][I] -
-3 ماتریس BCBV تشکیل داده میشود.
-2-2 روش حل
در مراجع [11-10] روش تشکیل ماتریسهای BIBC و BCBV توضیح داده شد است. این ماتریسها ساختار سیستمهای توزیع را بیان میکنند. ماتریس BIBC ارتباط بین جریان تزریق شده به باسها و جریان شاخهها را نشان میدهد. با هرگونه تغییر در جریان تزریقی باسها، متناظرا تغییرات جریان در شاخهها از طریق این ماتریس بدست میآید. ماتریس BCBV ارتباط بین ولتاژ باسها و جریان شاخهها را نشان میدهد. هرگونه تغییر در جریان شاخهها منجر به تغییر ولتاژ باسها میگردد و مستقیما از طریق این ماتریس می تواند محاسبه گردد.
-3 تابع هدف
در این مقاله، هدف یافتن محل و اندازه خازنهای موازی میباشد بطوریکه با کاهش تلفات انرژی برای یک بازه زمانی مشخص با در نظر گرفتن هزینه خازنهای موازی، انرژی خالص ماکزیمم گردد. بنابراین تابع هدف شامل دو قسمت اصلی میباشد: یکی هزینه تلفات انرژی و دیگری هزینه خازنها. فرمولاسیون ریاضی مربوط به این دو بخش تابع هدف در ادامه بیان میشود.
