بخشی از مقاله
چکیده-
یکی از راهکارهاي موثر براي ارتقاء قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان، استفاده از منابع تولید پراکنده مبتنی بر انرژيهاي نو است. در این مقاله، جایابی سلول خورشیدي براي بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان در سیستمهاي توزیع مورد بررسی قرار گرفته است. دو شاخص قابلیت اطمینان در تابع هدف گنجانده شده است که عبارتند از:
شاخص متوسط مدت زمان خاموشی سیستم - - SAIDI و شاخص متوسط تعداد خاموشی سیستم - . - SAIFI براي مسالهي فوق دو تابع هدف تعریف شده است. در هر دو تابع، هدف نهائی بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان سیستم توزیع است. این مساله با استفاده از الگوریتم بهینهسازي جستجوي گروهی - - GSO کمینهسازي شده است. مدل روي یک شبکهي توزیع واقعی پیاده شده و چندین سناریو و حالت بر مبناي تغییر تعداد واحدهاي جایابی شده، تعریف شده و کارائی مدل و الگوریتم پیشنهادي مورد ارزیابی قرار گرفت.
١. مقدمه
افزایش روز افزون تقاضاي انرژي و لزوم بهبود کیفیت برق و قابلیت اطمینان شبکه باعث شده است که سازمانهاي متولی تامین برق مشترکین در سراسر دنیا علاوه بر ساخت و توسعه نیروگاه هاي بزرگ راهکارهاي دیگري مانند تولید پراکنده را در برنامهریزي خود در نظر گیرند.
از آنجا که مصرفکنندگان، مشتاقانه تقاضاي هزینههاي کمتر و قابلیت اطمینان بالاتري را در فضاي رقابتی جدیددارند، وظیفه شرکت برق تقلیل افت سرمایهگذاري، کاهش هزینههاي عملکرد و نگهداري و به دنبال آن کاهش هزینه برق مصرفی است
استفاده از ژنراتورهاي کوچک با قابلیت به کارگیري در نیروگاههاي کوچک و استفاده از انرژيهاي نو و همچنین امکان کنترل توان اکتیووراکتیو، سبب افزایش استفاده از آنها به عنوان نیروگاههاي کوچک تولید پراکنده شده است. نیروگاههاي تولید پراکنده شامل انواع مختلفی با تکنولوژيهاي متفاوت هستند. مثالهاي متداول آنها از قبیل ژنراتورها با کوپل موتورهاي گازسوز، توربین بادي، پیل سوختی، سامانه هاي فتوولتاییک و میکرو توربینها است و از مزایاي تولید پراکنده میتوان به افزایش قابلیت اطمینان سیستم، کاهش تلفات شبکه و کاهش هزینه توسعه، اشاره کرد.
امروزه، بحرانهاي سیاسی،اقتصادي ومسائلی نظیرمحدودیت دوام ذخایر فسیلی نگرانیهاي زیست محیطی، ازدحام جمعیت، رشداقتصادي و ضریب مصرف، همگی مباحث جهان شمولی هستندکه باگستردگی تمام، فکر اندیشمندان رادریافته راهکارهاي مناسب درحل مناسب معضلات انرژي درجهان، به خصوص بحرانهاي زیست محیطی، به خودمشغول داشته است. بدیهی است امروزه پشتوانه اقتصادي و سیاسی کشورها، بستگی به میزان بهرهوري آنهاازمنابع فسیلی داردو تهی گشتن منابع فسیلی، نه تنها تهدیدي است براي اقتصادکشورهاي صادرکننده، بلکه نگرانی عمدهاي را براي نظام اقتصادي ملل واردکننده به وجودآورده است.
دامنه ظرفیت DG از 1 کیلووات براي سلولهاي فوتوولتائیک، 1 مگاوات براي ژنراتورهاي احتراقی تا 1000 مگاوات براي مزرعههاي بادي ساحل دریا تغییر میکند. همچنین بر اساس ظرفیت، میتوان این تولیدات را در چهار سطح طبقه بندي کرد:
میکرو :DG با قدرت 1 تا 5 کیلووات
DG کوچک: 5 کیلو تا 5 مگا وات
DG متوسط: 5 مگا تا 50 مگا وات
DG بزرگ: 50 مگا تا 300 مگا وات
٢.٢. تکنولوژی بکار رفته در واحد
اساسا سه نوع تکنولوژي در ساختار DG براي تولید توان بکار میرود:
تجدیدپذیر: واحدهاي DG مبتنی بر منابع انرژي تجدیدپذیر قادر به ذخیرهي مجدد بوده و دوست دار محیط زیست بشمار میآید.
مدولار:1 این نوع تولید پراکنده به واحدهائی اشاره دارد که قادر به ساخت و قرارگیري در یک دورهي زمانی کوتاه مدت بوده و میتواند با هم - مانند واحدهاي مجزا - براي بدست آوردن ظرفیتهاي بزرگتر، کار کند.
توان و حرارت مرکب: 2 این واحدها انرژي الکتریکی را با استفاده از احتراق در ابعاد کوچک تولید میکنند.
٣.٢. تکنولوِی ھای تولید پراکنده
تکنولوژیهاي DGعبارتند از :
میکروتوربینها موتورها و ژنراتورهاي احتراق داخلی سلولهاي خورشیدي ژنراتورهاي بادي
٣. بیان مساله مقاله
شبکهي توزیع آخرین بخش از سیستم قدرت است که در ارتباط مستقیم با مصرفکنندگان قرار دارد. این بخش داراي چالشهاي بسیاري به ویژه بالا بودن تلفات توان و پائین بودن قابلیت اطمینان است. یکی از راهکاري موثر براي ارتقاء قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان، استفاده از منابع تولید پراکنده3 مبتنی بر انرژيهاي نو4است. این منابع به دلیل هزینهي نصب مناسب و هزینهي بهرهبرداري بسیار کم یکی از راهکارهاي تامین انرژي در مواقع بروز قطعی و جلوگیري از بوجود آمدن جزیره در شبکه است. مسالهي اصلی در استفاده از این منابع، تعیین مکان و ظرفیت مناسب براي این منابع در شبکه است چرا که عدم تعیین مناسب مکان و ظرفیت این منابع نه تنها مزیتی براي شبکه نداشته بلکه احتمال مشکلاتی نیز براي شبکه دارد.
سلول خوشیدي - SC - 5 و یا فتوولتائیک - PV - 6 مستقیما فوتونهاي حاصل از نور خورشید را به انرژي الکتریکی تبدیل میکند. تولید انرژي خورشیدي داراي عملکرد نسبتا سادهاي است. هنگامیکه انرژي خورشید به پانل برخورد میکند، الکترونی آزاد میشود.الکترونها در یک نقطهي اشباع جمع شده و به سمت سیستم سیمکشی حرکت میکنند، جائیکه در آن وارد مدار DC میگردند. توان در این مرحله یا به صورت DC استفاده شده و یا اینکه با استفاده از اینورترها به AC تبدیل میگردد. توان، معمولا مستقیما در سیستم باتري ذخیره شده یا یک شبکهي الکتریکی را تغذیه مینماید.
در این مقاله، جایابی سلول خورشیدي براي بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان در سیستمهاي توزیع مورد بررسی قرار گرفته است. دو شاخص قابلیت اطمینان در تابع هدف گنجانده شده است که عبارتند از: شاخص متوسط مدت زمان خاموشی سیستم7 - SAIDI - و شاخص متوسط تعداد خاموشی سیستم. - SAIFI - 8 براي مسالهي فوق دو تابع هدف تعریف شده است.
در هر دو تابع، هدف نهائی بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان سیستم توزیع است. در تابع هدف اول، کمینهسازي هزینههاي کل شبکه در اولویت بوده در حالیکه در تابع هدف دوم با نرمالیزه کردن مقادیر، کمینهسازي به صورت پارامتریک انجام شده است. این مساله با استفاده از الگوریتم بهینهسازي جستجوي گروهی - GSO - 9 کمینهسازي شده است. مدل روي یک شبکهي توزیع واقعی پیاده شده و چندین سناریو و حالت بر مبناي تغییر تعداد واحدهاي جایابی شده، تعریف شده و کارائی مدل و الگوریتم پیشنهادي مورد ارزیابی قرار گرفته است.
۴. نو آوری مقاله
مقاله پیشرو داراي دو نوآوري اصلی است:
-1 الگوریتم حل مساله
تکنیک حل مساله پیشنهادي براي حل مساله جایابی و تعیین ظرفیت بهینهي منابع خورشیدي انحصارا و براي اولین بار توسط این تحقیق در سیستمهاي قدرت مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
-2 تابع هدف مساله براي حل مساله، تابع هدف نوینی متشکل از عبارتهاي تلفات توان و قابلیت اطمینان استفاده شده است. این عبارتها داراي واحد و مقیاسهاي متفاوتیاند که در این تحقیق با استفاده از تکنیک نوینی مبتنی بر نرمالیزه کردن مقادیر، تابع هدف فرمولبندي خواهد شد.
۵. مفهوم پایهای قابلیت اطمینان
احتمال موفقیت، یا احتمال اینکه سیستم بدون وقوع خرابی به وظایف معین با محدودیتهاي مشخص در طراحی - مانند محدوده زمانی و مکانی عمل سیستم - عمل کند.
براي هر سیستمی و در هر پروژهاي، اولین قدم در مهندسی قابلیتاطمینان، مشخص کردن ملزومات قابلیتاطمینان آن میباشد. مهندسی قابلیت اطمینان باید ملزومات وظایفی که در راستاي تامین قابلیتاطمینان سیستم انجام میگیرند، مستندسازي مراحل طراحی و توسعه سیستم، تستها، تولید و عملکرد را مشخص نماید. در مطالعات قابلیت اطمینان سیستمهاي مهندسی عملاً بیشتر از روشهاي تحلیلی استفاده میشود.
در این مقاله نیز مطالعات مربوط به قابلیت اطمینان مبتنی بر روش تحلیلی است. این روش تحلیلی ارزیابی قابلیت اطمینان بر پایه مدهاي خطا و بررسی اثر آنهااست. ارزیابی قابلیت اطمینان شبکهي توزیع توسط شاخصهاي مربوطه استاندارد شماره آنها را ارائه کرده، انجام میشود.
