بخشی از مقاله
چکیده
قابلیت هایی همچون حضور اپراتور و وجود سیستمهاي کنترل و نظارت در پستهاي فوقتوزیع، این پستها را به مکان مناسبی براي احداث منابع تولید پراکنده مبدل نموده است.
در این مقاله روشی براي تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده جهت نصب در پستهاي فوقتوزیع ارائه شده است. در همین راستا ابتدا هزینهها و منافع اقتصادي ناشی از احداث این منابع به صورت ریاضی مدلسازي شده و از ترکیب آنها تابع هدف مسأله فرموله بندي شده است. همچنین محدودیتهاي بهرهبرداري از منابع تولیدي مبتنی بر ژنراتورهاي سنکرون که سهم عمدة فناوريهاي مرسوم تولیدات پراکنده را به خود اختصاص دادهاند، در مدلسازي منظور شده است.
مدلسازی پیشنهادي به گونهاي است که استراتژي بهینه بهرهبرداري از واحد تولیدي نیز مشخص میگردد. در انتها با انجام آزمایشهایی کارایی مدل پیشنهادي نشان داده شده است.
-1 مقدمه
تغییر ساختار در صنعت برق موجب دگرگونی قوانین و معیارهاي اقتصادي در سیستم قدرت شده است. این تغییرات فرآیند طراحی و بهرهبرداري از سیستم را تحت تأثیر قرار داده و موجب گردیده است که اهداف، معیارها و محدودیتهاي جدیدي در این پروسهها وارد شود. یکی از پدیدههایی که تجدید ساختار در صنعت برق نقش مهمی در حضور آن داشته است، پیدایش واحدهاي تولیدي کوچک موسوم به تولید پراکنده - DG - 1 در سیستم قدرت میباشد.
با پیشرفت تکنولوژي، افزایش راندمان و کاهش قیمت فناوريهاي مرتبط با تولیدات پراکنده و نیز هماهنگی این تولیدات با معیارهاي اقتصادي سیستمهاي قدرت تجدید ساختار شده مانند ریسکپذیري پایین، انتظار میرود DG نقش فزایندهاي را در صنعت برق بازي کند
با توجه به ماهیت تولید پراکنده، شبکههاي توزیع مناسبترین بخش جهت اتصال آن به سیستمقدرت محسوب میشوند
مهمترین گام در بکارگیري منابع تولید پراکنده در این تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده براي نصب در پستهاي فوق توزیع شبکهها، مطالعه اقتصادي و فنی جهت تعیین مکان و ظرفیت مناسب آنهاست. قطعاً بدون شناخت دقیق و انجام مطالعات امکانسنجی نمیتوان به قابلیتهاي بالقوة این تولیدات در شبکههاي توزیع و منافع اقتصادي حاصل از آن دست یافت.
تاکنون مطالعات متعددي در زمینه مکانیابی منابع DG در شبکههاي توزیع انجام شده است که در آنها کاهش هزینههاي مرتبط با تلفات، قابلیت اطمینان و هزینه احداث واحدهاي تولیدي به عنوان هدف طراحی مورد نظر بوده است.
در مرجع [4] روشی براي شناسایی مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده در فیدرهاي توزیع در قالب یک مدل فازي ترکیب شده با الگوریتم ژنتیک ارائه شده است.
در مرجع [5] ضمن بررسی تأثیر منابع DG روي تلفات اهمی و ظرفیت سیستم توزیع، الگوریتمی براي یافتن پاسخ تقریبی مکان منابع DG روي خطوط به جهت کاهش تلفات سیستم پیشنهاد شده است. مسأله جایابی منابع تولید پراکنده در فیدرهاي شبکه توزیع با هدف کاهش تلفات توسط الگوریتم ژنتیک نیز حل شده است.
در این مطالعه محدودیتهاي فنی همچون افت ولتاژ، بارگذاري خطوط و جریان اتصال کوتاه در شبکه مورد توجه قرار گرفته است. روشی تحلیلی نیز براي مکانیابی منابع DG با هدف کاهش تلفات در [7] ارائه شده است.
روش دیگري براي حل مسأله مبتنی بر قواعد سادة سرانگشتی در مرجع [8] آمده است.
اصول این روش مطابق »قانون «2/3 است که اغلب براي خازنگذاري در شبکه توزیع با فرض بار توزیع شدة یکسان در طول فیدر مورد استفاده قرار میگیرد
طبق این روش بهترین مکان احداث واحد DG با ظرفیت 2/3 بار کل فیدر روي خطوط در فاصله 2/3 از ابتداي آن است. در مراجع [9] و [10] با فرض امکان نصب DG در تمام باسهاي مصرف در سیستم، روشی مبتنی بر پخش بار براي یافتن ظرفیت منابع DG در هر باس پیشنهاد شده است.
مسأله جایابی منابع DG روي فیدرها در قالب بهینهسازي چند منظوره در مرجع [11] مدلسازي و حل شده است. در این مطالعه کاهش هزینههاي ثابت و متغیر سیستم در قالب اهداف مدل منظور شده است. در مرجع [12] جایابی منابع تولید پراکنده در پستهاي سیستم انتقال در کنار دیگر گزینههاي ممکن براي توسعه شبکه انتقال همچون احداث و یا تقویت خطوط و پستها مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق مسأله مکانیابی واحدهاي تولیدي از دیدگاه طراحی سیستم انتقال مورد توجه قرار گرفته و منافع اقتصادي شبکههاي توزیع مورد نظر نبوده است.
در [13] مسأله تعیین مکان و ظرفیت منابع DG روي فیدرهاي فشارمتوسط در محیط تجدیدساختار شده مطرح و با بکارگیري یک الگوریتم جستجوي ابتکاري حل شده است. در این تحقیق حداقلسازي سرمایهگذاري و هزینههاي بهرهبرداري شامل تلفات و تأمین انرژي مورد نیاز شبکه، به عنوان هدف مورد توجه قرار گرفته است.
علاوه بر فیدرهاي توزیع که تقریباً تمامی تحقیقات انجام شده در زمینه جایابی منابع تولید پراکنده به آنها اختصاص داده شده است، پستهاي فوق توزیع نیز از دیدگاه شرکتهاي توزیع میتوانند مکان مناسبی براي احداث این تولیدات باشند
- شکل . - 1 این پستها به عنوان نقاط اتصال شبکههاي توزیع
به سیستم انتقال و تزریق توان به فیدرهاي فشارمتوسط، داراي پتانسیلهاي قابل توجهی براي حضور منابع تولید پراکنده هستند. احداث و بهرهبرداري از DG در یک پست فوقتوزیع میتواند روي بارگذاري ترانسفورماتور پست و توان دریافتی از سیستم انتقال تأثیر گذاشته و منافع اقتصادي قابل توجهی را براي شرکتهاي توزیع به دنبال داشته باشد. ضمن اینکه حضور اپراتور و وجود سیستمهاي کنترل و مونیتورینگ اطلاعات SCADA در پستهاي فوقتوزیع میتواند در بهرهبرداري مناسب از واحدهاي تولیدي نیز مورد استفاده قرار گیرد. این امر میتواند در بکارگیري اقتصادي منابع تولید پراکنده تأثیر بسزایی داشته باشد.
شکل -1 احداث DG در پست فوق توزیع
در این مقاله احداث منابع تولید پراکنده در پستهاي فوق توزیع مورد بحث و تحلیل قرار میگیرد. در این تحقیق منابع DG در اختیار و تحت مدیریت و مالکیت شرکتهاي توزیع فرض شدهاند و متناسب با آن مدلسازي ریاضی انجام شده است.
در این مطالعه سعی شده است تا حد امکان اجزاي سود و هزینه مرتبط با طرح در قالب تابع هدف به صورت ریاضی مدلسازي گردد ضمن اینکه محدودیتهاي فنی مرتبط با ژنراتورهاي سنکرون که سهم عمدة واحدهاي تولیدي را تشکیل میدهد، مورد توجه قرار گرفته است.
تابع هدف و محدودیتهاي مرتبط با آن یک مدل ریاضی غیرخطی را تشکیل میدهند که براي بهینهسازي آن از روشهاي بهینه سازي تحلیلی استفاده شده است.
در انتها با انجام چند آزمایش روي یک پست فوق توزیع 63/20 کیلوولت و تحلیل نتایج به دست آمده، کارایی مدل پیشنهادي نشان داده شده است.
-2 مدل بار پست فوقتوزیع
اجزاي سود و هزینه در تعیین ظرفیت DG جهت احداث در پست فوقتوزیع، به نحوة بهرهبرداري از واحدها مرتبط است بنابراین به منظور دستیابی به یک پاسخ عملی بهینه، لازم است استراتژي بهینه بهرهبرداري از DG تعیین و متناسب با آن اجزاي سود و هزینه طرح ارزیابی گردد. به این ترتیب دیگر منظور نمودن بار پست در یک نقطه کاري کافی و مناسب نبوده و میبایست سطوح مختلف بارگذاري در مدلسازي لحاظ گردد.
در دقیق ترین حالت میتوان تغییرات سالیانه مصرف را در قالب منحنی ساعتی بار مدل نمود اما باید توجه داشت که افزایش سطوح بارگذاري موجب افزایش تعداد متغیرهاي تصمیم مسأله شده و حجم و مدت زمان انجام محاسبات را شدیداً افزایش خواهد داد. در این مقاله اطلاعات بار اکتیو و راکتیو پست در قالب منحنیهاي 24 ساعته روزانه مدلسازي شدهاند. این منحنیها در واقع نمایندهاي از بارگذاري روزانه در کل سال میباشند و براي مدلسازي تغییرات بار سالیانه از تکرار 365تایی این منحنیها استفاده شده است.
-3 مدلسازي ریاضی
در این قسمت فرمولهبندي ریاضی منافع اقتصادي و هزینه هاي مرتبط با احداث DG تحت مالکیت و مدیریت شرکت توزیع، در پستهاي فوقتوزیع ارائه میگردد. در این مدلسازي فرض بر این است که شرکتهاي توزیع وظیفه تأمین انرژي مشترکین، مدیریت، طراحی و بهرهبرداري از سیستم توزیع شامل شبکه فشارضعیف، فشارمتوسط و پستهاي فوقتوزیع را با هدف کاهش هزینهها، افزایش کارایی و بهبود سرویس مشترکین به عهده دارند.
-1-3 فواید اقتصادي
مجموعه فواید ناشی از احداث تولید پراکنده در یک پست فوق توزیع را میتوان به ترتیب زیر برشمرد:
- 1 تعویق در توسعه ظرفیت پست:
رشد سالیانه مصرف انرژي الکتریکی توسعه شبکه توزیع را امري اجتنابناپذیر ساخته است. در خصوص پستهاي فوقتوزیع این توسعه معمولاً در قالب افزایش ظرفیت توسط اضافه نمودن ترانسفورماتور مطرح میگردد .[14] همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است، با رشد سالیانه مصرف، پیک بار کنونی پست - SDMax - پس از M سال به حد بارگذاري پست - SSMax - رسیده و براي تغذیه بار پس از آن باید ظرفیت ترانسفورماتور پست توسعه یابد. در صورت احداث واحد تولیدي با ظرفیت CG در پست و با فرض وجود همان نرخ رشد بار سالیانه، پیک توان عبوري از ترانسفورماتور کاهش یافته و پس از N سال به حداکثر بارگذاري آن میرسد. بنابراین زمان توسعه پست به مدت T= N−M سال به تعویق میافتد.
شکل -2 تعویق در توسعه پست به علت احداث واحد تولیدي
