بخشی از مقاله
چکیده -در این مقاله هدف ارائه مدل جهت تعیین ظرفیت بهینه مؤلفههای تشکیلدهنده یک ریزشبکه با ملاحظه شاخص قابلیت اطمینان و با کمترین مقدار هزینه میباشد. ریزشبکه مورد مطالعه شامل واحد خورشیدی، واحد ذخیره ساز و بارهای پاسخگو می باشد، این ریزشبکه در حالت متصل به شبکه بالادست میتواند به تبادل انرژی با شبکه مزبور بپردازد. مدل ارائه شده با استفاده از الگوریتم PSO در محیط نرمافزار MATLAB شبیهسازی شده است. یک مطالعهی موردی با استفاده از برنامه شبیهسازی انجام گردیده و نتایج حاصله مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند.
-1 مقدمه
تعیین ظرفیت بهینه واحدهای تولیدپراکنده، ذخیرهسازها، ترانس و بارهای پاسخگو در ریزشبکهها جهت استفاده اقتصادی و کارآمد آنها امری ضروری میباشد، زیرا ظرفیت بیش از اندازه مؤلفههای ریزشبکه منجر به افزایش هزینههای سیستم میشود وکاهش ظرفیت مؤلفههای ریزشبکه منجر به عدم تأمین توان میگردد.
در مرجع [1] مساله تعیین ظرفیت بهینه برای یک سیستم قدرت هایبرید مستقل شامل پیلهای سوختی، توربین-های بادی، تعدادی الکترولایزر، یک رفورمر، یک رآکتور بیهوازی و تعدادی تانک هیدروژن برای منطقه کهنوج در جنوب شرق ایران با در نظر گرفتن پارامتر عدم قطعیت تولید توان بادی و با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات 1 - PSO - با هدف مینیمم کردن هزینههای کلی سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است.
در مراجع [2,3,4] به تعیین ظرفیت بهینه منابع انرژی پراکنده در ریزشبکه با هدف کمینهسازی هزینه با در نظر گرفتن قید قابلیت اطمینان اشاره شده است. در مرجع [5] تعیین ظرفیت اجزای ریزشبکه هوشمند مشتمل بر منابع انرژی های تجدیدپذیر با در نظر گرفتن منابع پاسخ گویی بار برای بارهای کنترل پذیر خانگی مورد بررسی قرار می گیرد که با استفاده از مدیریت مناسب سیستم های گرمایشی و سرمایشی هزینه ی کلی ریزشبکه، ظرفیت واحدهای ریزشبکه، بارهای تأمین نشده و انرژی وارد شده از شبکه توزیع طی فرآیند بهینه سازی ازدحام ذرات مینیمم می شود و قابلیت اطمینان ریزشبکه هوشمند بهبود مییابد.
در مرجع [6] ظرفیت بهینه اجزای ریزشبکه شامل پیلهای سوختی، توربینهای بادی، تانکهای هیدروژن، تعدادی الکترولایزر، یک رفورمر، یک رآکتور بی هوازی، تعدادی تانک هیدروژن و تانک ذخیرهساز حرارتی با هدف کمینهسازی هزینه با استفاده از بهینهسازی ازدحام ذرات و با در نظر گرفتن عدم قطعیتهای توان بادی و بار تعیین میشود.
مراجع [7,8] با در نظر گرفتن واحدهای تولید پراکنده، بارهای قابل جابجایی و ذخیرهسازها به بهرهبرداری بهینه با هدف کمینهسازی هزینه میپردازد. در مرجع [9] روش بهرهبرداری و تعیین ظرفیت بهینه با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای یک ریزشبکه جزیرهای با هدف کمینهسازی هزینه مدل شده است.
در این مقاله تابع هدف بر مبنای کمینهسازی هزینه جهت تعیین ظرفیت بهینه مولفههای ریز شبکه، با در نظرگرفتن بارهای پاسخگو، قابلیت اطمینان و ارتباط با شبکه بالادست با استفاده از الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات مدل شده است.
در ادامه و در بخش دوم، ساختار ریزشبکه پیشنهادی و استراتژی عملکرد ریزشبکه، دربخش سوم مدل پیشنهادی و روابط ریاضی مربوطه، در بخش چهارم، پنجم و ششم به ترتیب مدلسازی جهت تعیین ظرفیت بهینه، نتایج شبیهسازی و نتیجه-گیری ارائه شده است.
-2 ساختار ریزشبکه پیشنهادی
شکل - 1 - ساختار ریزشبکه پیشنهادی را نشان میدهد.
-3 مدل اجزا تشکیل دهنده ریزشبکه
-1-3 مدل واحد خورشیدی
توان خروجی آرایههای خورشیدی توسط رابطه - 3 - بدست میآید .که د آن توان خروجی آرایههای خورشیدی بر حسب وات، عداد آرایههای خورشیدی، شدت تابش خورشید برحسب وات بر مترمربع - و توان نامی هر یک از آرایهها تحت شرایط میباشد.
شکل : - 1 - ساختار ریزشبکه پیشنهادی
-2-3 مدل باتری
استراتژی عملکرد ریزشبکه به صورت ذیل میباشد.[1
- 1 هرگاه توان تولیدی واحد خورشیدی بیشتر از توان مورد نیاز ریزشبکه باشد. در صورتیکه اضافه توان بیشتر از توان مورد نیاز جهت شارژ کامل باتری باشد، باتری به طور کامل شارژ می-شود و مابقی به شبکه بالادست فروخته میشود و در صورتیکه اضافه توان کمتر از توان مورد نیاز جهت شارژ کامل باتری باشد، باتری طبق رابطه - 1 - شارژ میشود.
- 2 هرگاه توان تولیدی واحد خورشیدی کمتر از توان مورد نیاز ریزشبکه باشد. درصورتیکه کمبود توان از دشارژ کامل باتری کمتر باشد. اگر قیمت انرژی کمتر از متوسط قیمت انرژی آن روز باشد، باتری به اندازه کمبود توان دشارژ میشود و اگر قیمت انرژی بیشتر از متوسط قیمت انرژی آن روز باشد، باتری به اندازه کمبود توان دشارژ میشود و مابقی توان به شبکه بالادست فروخته میشود.
درصورتیکه کمبود توان از دشارژ کامل باتری بیشتر باشد باتری به طور کامل دشارژ میشود و مابقی توان با توجه به ظرفیت ترانس از شبکه بالادست تأمین میشود و در صورتیکه مجموع توان واحدهای ریزشبکه و توان خریداری شده از شبکه بالادست نتوانند بار مورد نیاز ریزشبکه را تأمین کنند، مقدار کمبود انرژی در مدت زمان t محاسبه میشود. در این حالت بارهای پاسخگو با دریافت مشوق به زمان دیگر منتقل می-شوند و درصورتیکه باز هم کمبود توان داشته باشیم، مقدار بار حساس که باید قطع شوند، محاسبه میشود به طوریکه قید قابلیت اطمینان برآورده شود.
انرژی باتریهای ذخیرهساز در ریزشبکه دائما در حال تغییر است. وضعیت باتری در لحظه t با وضعیت باتری در لحظه t-1 و تفاوت بین عرضه و تقاضا در ارتباط است. ظرفیت باتری طبق قید زیر تعیین میشود .[10]
به طوریکه میزان انرژی ذخیره شده در زمان t،حداقل سطح شارژ باتری و ظرفیت نصب شده ذخیرهساز میباشند. توسط حداکثر نرخ دشارژ باتری طبق رابطه - 5 - مدل میشود.
-3-3 مدل مبدل DC/AC
مبدل DC/AC توان الکتریکی DC را جهت مصرف بار به توان AC با فرکانس مطلوب بار تبدیل می کند. برای مدل کردن مبدل از بازدهی آن به عنوان یک پارامتر ورودی سیستم استفاده میگردد. در این مقاله بازدهی % 90 برای این مبدل در نظر گرفته میشود. اثر تلفات مبدل را می توان با بازدهی آن طبق رابطه - 6 - مدل نمود .[2]
به طوریکه توان شارژ/دشارژ واحد ذخیرهساز وراندمان مبدل میباشند.
-4-3 مدل بار پاسخگو
در این مقاله فرض بر آن است که بارهای پاسخگو با دریافت مشوق از زمان پرباری به زمان کمباری منتقل میشوند. پاسخگویی بار بر مبنای پاداش به صورت بستههای پیشنهاد قیمت تعریف میشود و با افزایش مقدار بار پاسخگو، پیشنهادهای پاداش مدیر ریزشبکه نیز افزایش مییابد. در این بسته، سه سطح کاهش بار با سه سطح پاداش پیشنهادی برای مصرفکنندگان مسکونی در نظر گرفته شده است. شکل - 2 - مدل برنامه پاسخگویی بار مشوق محور براساس بستههای تشویق پیشنهادی را نشان میدهد.
شکل : - 2 - منحنی پاسخگویی بار برمبنای پاداش
به طوریکه برابر %100 ظرفیت بارهای پاسخگو، برابر ظرفیت بارهای پاسخگو و برابر ظرفیت بارهای پاسخگو میباشند. دادههای بارهای قابل جابجایی در جدول - 1 - نشان داده شده است که شامل سه نقطه گسسته %33، %66 و %100 از کل پاسخ مصرفکنندگان میباشد.
هزینه سرمایه گذاری اولیه - $/unit - ، RC هزینه هربار جایگزینی - $/unit - ، O&MC هزینه تعمیر و نگهداری سالیانه - $/unit-year - تجهیز و R طول عمر پروژه می باشند
جریمه بابت قطع بارهای حساس طبق رابطه - 8 - محاسبه میشود
به طوریکه R نشاندهنده طول عمر پروژه که در اینجا 20 سال میباشد، H معرف تعداد ساعات سال برابر 8760 ساعت، - - بارهای حساس که در زمان t تأمین نشدهاند برحسب کیلووات ساعت بر سال و مقدار جریمه برای قطع بارهای حساس برحسب - $/kWh - میباشند.
هزینه مشوقهای تعلق گرفته به مصرفکنندگان در ساعاتی که جابجایی بار صورت میپذیرد، طبق رابطه - 9 - بیان میشود.
مقدار بار پاسخگو که در ساعت t ام به ساعات دیگر منتقل شده بر حسب کیلووات ساعت و مقدار پرداختهای تشویقی تعلق گرفته به مصرفکننده برای هر کیلووات ساعت کاهش بار می باشند.
هزینه زیرساخت قابلیت بار پاسخگو طبق رابطه - 10 - مدل میشود.
جدول : - 1 - بسته پیشنهادی بار قابل جابحایی
-4 مدلسازی جهت تعیین ظرفیت بهینه
در این مقاله از ارزش خالص فعلی 2NPC به عنوان هزینه چرخه عمر استفاده می شود.[2]
-1-4 هزینهها
هزینه خالص فعلی هر تجهیز را میتوان طبق رابطه - 7 - محاسبه نمود.
در عبارت فوقN تعداد - unit - یا ظرفیت - kW - تجهیز، CC O& نشاندهندهی هزینه تعمیر و نگهداری تجهیزات مورد استفاده در پاسخگویی بار و نشاندهندهی هزینه زیرساخت قابلیت بار پاسخگو شامل هزینه سیستم ترموستات هوشمند، کنترلرهای بار اوج، کنترل مدیریت انرژی مصرفی و مالیاتها میباشد.
شارژهای متفرقه ریزشبکه ها شامل هزینه کنترلرها، مالیات ها و بیمه ها می باشد. این شارژها به طور میانگین %38 هزینه سرمایه گذاری سالیانه هر واحد در نظر گرفته میشود. علاوه بر این تجهیرات ریزشبکه نیاز به تعمیر و نگهداری دارند که در نهایت کل هزینه به صورت رابطه - 11 - بیان می شود .هزینه توان خریداری شده از شبکه طبق فرمول - 12 - محاسبه می شود
