بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، سعی شده است تا با استفاده از روشهاي بهینه سازي هوش مصنوعی مثل الگوریتم ژنتیک GA و PSO مسئله تعیین همزمان تعداد و مکان بهینه کلیدهاي خودکار کتنرل از راه دور در شبکه هاي توزیع شعاعی با وجود منابع تولید پراکنده به منظور کاهش خسارات ناشی از خاموشی ها حل شود. در انجام این مطالعات، سعی شده است تا با تکیه بر اصل ایجاد جزیره عمدي در شبکههاي توزیع براي بازیابی سرویس توسط منابع تولید پراکنده، اثر تولیدات پراکنده بر روي مسئله مکان یابی کلیدها از جهات مختلف مورد بررسی قرار گیرد.
در انجام این کار، تمامی عوامل اقتصادي موثر شامل هزینه هاي عدم تامین برق براي مشترکین مختلف، هزینه کلیدها، هزینه بهره برداري و نگهداري شبکه و همچنین مباحث فنی تاثیر منابع تولید پراکنده از جهات مختلف جهت رسیدن به ماکزیمم سود براي شرکتهاي توزیع به طور همزمان لحاظ شده است. در این مقاله جهت مدلسازي تولیدات پراکنده و مطالعات مربوط به آن مثل تعیین محدوده جزیره اي عمدي این منابع به هنگام بازیابی سرویس پس از وقوع خطا، از نرم افزار DIgSILENT® و براي حل مسئله مکانیابی از برنامههاي نرم افزاري تهیه شده در محیط نرم افزار MATLAB® استفاده شده است.
-1 مقدمه
در یک شبکه توزیع همانگونه که تلفات انرژي موجب زیان شرکتهاي توزیع میشود، عدم فروش انرژي در اثر بروز خطا در سیستم و قطع برق مشترکین نیز میتواند باعث کاهش سود حاصل از فروش برق شود و ضرري اقتصادي را به شرکتهاي توزیع تحمیل نماید. لذا در اعمال اتوماسیون سیستم توزیع، استفاده از کلیدهاي خودکار قابل کنترل از راه دور، براي انجام عملیات کلیدزنی سریع با هدف محدود سازي ناحیه خطا دیده و انجام مناسب عملیات بازیابی سرویس - ایجاد جزیره عمدي در حضور - 1DG و در نهایت کاهش خسارات ناشی از خاموشی ها اجتناب ناپذیر است.
مهمترین موضوع در خصوص بکارگیري این تجهیز، تعیین وضعیت بهینه ي قرارگیري آن در شبکه توزیع میباشد چرا که تغییر در تعیین تعداد و مکان بهینه کلیدهاي خودکار در اتوماسیون شبکه توزیع درحضور تولید پراکنده با استفاده از الگوریتمهاي بهینهسازي GA و PSO موقعیت این تجهیز روي فیدرهاي توزیع نتایج متفاوتی را از دیدگاه قابلیت اطمینان فراهم میآورد. لذا بایستی به طریقی، تعداد و مکان بهینه کلیدها را انتخاب کرد تا هم از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد و هم به رضایت مندي مشترکین منجر شود.
در حل مسئله تعیین مکان بهینه کلیدها در شبکه توزیع بدلیل گستردگی و بزرگی فضاي جستجو میتوان از روشها و الگوریتم هاي بهینه سازي با هوش مصنوعی مثل الگوریتم ژنتیک و الگوریتم PSO و ... استفاده کرد. در واقع بهره گیري از متدهاي بهینه سازي با معیارهاي چندگانه این امکان را فراهم میآورد تا با در نظر گرفتن نظرات طراح بتوان میان اهداف متضاد مسئلهي تعیین تعداد و مکان کلیدها در سیستم توزیع مصالحه انجام شود.[1]
از طرفی در سالهاي اخیر استفاده از منابع تولید پراکنده DG در شبکه هاي توزیع روندي رو به رشد پیدا کرده است. در واقع ورود واحدهاي تولیدي کوچک مرسوم به تولید پراکنده در سیستمهاي توزیع تا حدود زیادي مطالعات مرتبط با این سیستمها را تحت تاثیر قرار میدهد، زیرا بسیاري از مطالعات این بخش از سیستم قدرت با توجه به تغذیه این سیستمها تنها از طریق پستهاي فوق توزیع و عدم وجود منابع تامین انرژي الکتریکی در سیستم تدوین شدهاند. تعیین مکان کلیدها نیز یکی از مطالعات مرتبط با طراحی سیستمهاي توزیع است که حضور واحدهاي تولید پراکنده در این سیستمها میتواند در آن اثر گذار باشد.
در زمینهي مکانیابی بهینهي کلیدها در شبکه هاي توزیع تاکنون مطالعات محدودي انجام گرفته است. از آن جمله در مرجع [3] روشی مبتنی بر الگوریتم سخت کاري فولاد جهت مکان یابی سکسیونرها در شبکه هاي توزیع ارائه شده است که در آن هزینههاي ناشی از انرژي توزیع نشده منظور گردیده است. در مرجع [4] الگوریتمی جهت جایابی سکشنالایزرها بر پایه برنامه ریزي پویا پیشنهاد شده است و در آن کمینه سازي هزینه هاي سرمایه گذاري و انرژي توزیع نشده به عنوان هدف مسئله بیان شده است.
در مرجع [13]مسئله مکان یابی سکسیونرها با توجه به هزینههاي سرمایه گذاري و هزینه انرژي توزیع نشده با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شده است. در مرجع [10]روشی جهت مکان یابی تجهیزات حفاظتی بر اساس کمینه سازي شاخص متوسط تعداد خاموشی ها در سیستم ارائه و با توجه به این شاخص مکان ریکلوزرها مشخص شده است. در مرجع [12]به مسئله مکان یابی ریکلوزرها در شبکه توزیع داراي DG به منظور بهبود اندیس هاي قابلیت اطمینان میپردازد.
-2 مدلسازي اثر تولیدات پراکنده بر روي قابلیت
اطمینان شبکه توزیع
در روش تحلیلی محاسبه شاخص قابلیت اطمینان که در این مقاله از آن استفاده شده است، ابتدا مدهاي خطایی در هر یک از نقاط بار - پستهاي توزیع - و همه سکشنها آزمایش میشود و با ارزیابی اثر آنها بر روي نقاط مختلف فیدر، شاخص هاي قابلیت اطمینان در هر یک از نقاط بار قابل محاسبه است. در این میان نکته مهم و قابل توجه آنست که هر یک از مدهاي خطا میبایست تاثیر ساختار شبکه، وجود کلیدها، مکان قرارگیري کلیدها و امکان تغذیه بارهاي خاموش شده از منبع اصلی یا دیگر منابع مثل واحدهاي تولید پراکنده DG به طور صحیح مدلسازي شود. براي توضیح و بررسی نحوه مدلسازي واحدهاي تولید پراکنده در ارزیابی قابلیت اطمینان شبکههاي توزیع، شکل - 1 - را در نظر میگیریم.[2] به طور کلی میتوان گفت در هر مد خطا در شبکه توزیع داراي تولید پراکنده DG، نقاط مصرف در یکی از دسته هاي زیر قرار خواهند گرفت [3]:
F = A + B + H
تعیین تعداد و مکان بهینه کلیدهاي خودکار در اتوماسیون شبکه توزیع درحضور تولید پراکنده با استفاده از الگوریتمهاي بهینهسازي GA و PSO
- 1 نقاط بار موجود در ناحیه اي که خطا در آن رخ داده و می بایست تا پایان تعمیرات بی برق باقی بمانند - نقاط بار با مدت زمان خاموشی متوسط زمان تعمیرات - . زمان خاموشی این دسته از نقاط بار برابر متوسط زمان مکان یابی خطا بعلاوه متوسط زمان لازم براي انجام تعمیرات خواهد بود . - tr -
- 2 نقاط باري که پس از مکان یابی خطا امکان تغذیه آنها از طریق نقاط مانور یا منبع اصلی فیدر وجود دارد. زمان خاموشی این گروه از نقاط مصرف برابر متوسط زمان لازم براي مکانیابی خطا و انجام عملیات مانور و کلیدزنی خواهد بود . - ts -
3 - نقاط باري که پس از مکان یابی خطا امکان تغذیه آنها از طریق واحد تولید پراکنده DG وجود دارد که زمان خاموشی آنها برابر متوسط زمان مکان یابی خطا بعلاوه متوسط زمان کلیدزنی واحد تولید پراکنده و ورود آن به سیستم خواهد بود . - ts -
- 4 نقاط مصرفی که با وجود عدم قرارگیري در ناحیه ي آسیب دیده، به علت ساختار فیدر یا محدودیتهاي بهره- برداري از تجهیزات، امکان برقراري تغذیه آنها از طریق منابع تولید پراکنده وجود ندارد. زمان خاموشی این دسته از بارها نیز مانند گروه اول خواهد بود . - tr - پس از بررسی هر یک از مدهاي خطا و شبیه سازي تأثیر ساختار شبکه و وجود امکان تغذیه نقاط بار خاموش از طریق منبع اصلی و یا واحدهاي تولید پراکنده DG، شاخصهاي قابلیت اطمینان مربوط به هر یک از نقاط مصرف براحتی قابل محاسبه میباشند.
پس در روش تحلیلی محاسبه قابلیت اطمینان شبکه توزیع به بررسی اثر هر مد خطا بر روي تک تک سکشنهاي یک فیدر پرداخته میشود تا به این روش سکشن ها در دوگروه کلی نقاط با خاموشی به مدت زمان کلیدزنی اتوماتیک و نقاط با خاموشی به مدت زمان تعمیرات دسته بندي شوند. مهمترین خصوصیت DG براي شرکت در عملیات بازیابی بار، قابلیت جزیره شدن یک قسمت از فیدر میباشد.
اما نکته قابل توجه این است که در شرایط واقعی براي این که منطقه جزیرهاي تشکیل شود، لازم است تا تعادل بین تولید و مصرف در منطقه جزیرهاي برقرار باشد یعنی اگر در منطقه جزیرهاي بارمصرفی کمتر از تولید DG باشد، DG بطور خودکار تریپ میدهد و قطع میشود و امکان بازیابی سرویس وجود ندارد. در صورتی که بار مصرفی بیشتر از تولید DG باشد، باید عملیات قطع بار1 در منطقه جزیره اي صورت گیرد تا امکان بازیابی سرویس با DG وجود داشته باشد. لذا این موضوع در انجام مکان یابی کلیدها، به عنوان یک قید در مسئله لحاظ می شود. یعنی ایجاد منطقه جزیرهاي با حضور DG در فیدر فقط در بعضی موارد مفید خواهد بود و فقط در بعضی مدهاي خطا، می توان با ایجاد منطقه جزیره عمدي، خاموشی فیدر را کاهش داد.
-3 مدلسازي ریاضی
در روش پیشنهادي مسئله تعیین تعداد و مکان بهینه کلیدها در سیستم توزیع به صورت یک مدل تابع هدف که خود شامل دو هدف اصلی میباشد، فرموله بندي شده است :
• بهبود قابلیت اطمینان سیستم
• کاهش تعداد کلیدها
در این تحقیق، میبایست تعداد و مکان کلیدها بنحوي تعیین گردد که هزینه هاي نصب و احداث این تجهیزات، هزینه خاموشی ها و هزینه هاي بهره برداري و نگهداري تجهیزات نصب شده کمینه گردد. با این توضیح، مدل ریاضی تابع هدف کلی را میتوان به صورت زیر نشان داد :
رابطه - 1 - که در آن :
: A میزان کلی هزینه انرژي توزیع نشده در طول دوره
مطالعه
: B هزینههاي سرمایه گذاري کلیدها
: H هزینههاي تعمیرات و نگهداري کلیدها
