بخشی از مقاله
چکیده
به علت وجود بار راکتیو در شبکههای توزیع، جریان راکتیو در این شبکه ایجاد خواهد شد که این امر موجب اشغال ظرفیت شبکه، ایجاد تلفات و افت ولتاژ میشود. این مقاله عمل جبرانسازی بهینه توان رأکتیو در شبکه توزیع با استفاده از خازنگذاری بهینه را ارائه میدهد. این مسأله شامل مشخص کردن مکان و اندازه بهینه خازنها میباشد. فرآیند بهینه خازن-گذاری نیز شامل دو قسمت است که در مرحله اول، با در نظر گرفتن شاخص تلفات توان - PLI - و اثر پروفیل ولتاژ، باسهای مستعد برای خازنگذاری تعیین میشوند.
در مرحله دوم، باسهای بهینه و میزان خازن مورد نیاز برای هر باس از طریق الگوریتم جستجوی ممنوع بهبود یافته بدست میآید. تابع هدف مسأله شامل کمینهسازی هزینههای تلفات و سرمایه-گذاری خازنگذاری با درنظر گرفتن قیود ولتاژ و ضریب توان میباشد. این مسئله برروی شبکه 69 باسه IEEE در شرایط بار ثابت و متغیر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی حاصل، نشان دهنده توانمندی روش ارائه شده برای حل بهینه مسأله خازنگذاری است.
-1 مقدمه
یکی از بزرگترین چالشهای سیستم قدرت تلفات موجود در سیستم است که بخش عمده آن در شبکه توزیع رخ میدهد. راهکارهای متفاوتی برای کاهش تلفات شبکه وجود دارد که یکی از این راهکارها، خازنگذاری در شبکه توزیع است .[1] از مزیتهای خازنگذاری میتوان به افزایش ظرفیت شبکه، کاهش صورتحسابهای مصرفی، کاهش تلفات توان اکتیو و بهبود سطح ولتاژ اشاره کرد. شایان ذکر است که این روش نسبت به روشهای دیگر مانند استفاده از جبرانسازهای استاتیکی بسیار مقرون بهصرفهتر میباشد
مسأله خازنگذاری بهینه در شبکه توزیع بهصورت یک مسأله بهینهسازی است که تابع هدف آن عموماً شامل کمینه-سازی هزینههای سرمایهگذاری برای نصب خازن و تلفات میباشد. همچنین قیود این مسأله شامل محدودیت شاخص-های شبکه توزیع مانند محدودیت ولتاژ باسها، ضریب توان و ظرفیت حرارتی خطوط است. خروجی مسأله خازنگذاری بهینه در شبکه توزیع شامل مکان نصب و میزان ظرفیت خازن میباشد. علاوه بر این، قیود پخش بار نیز بهصورت معادلات غیرخطی هستند.
از این رو مسأله خازنگذاری بهینه بهصورت یک مسأله غیرخطی آمیخته با اعداد صحیح خواهد بود .[2] برای حل این مسأله راهکارهای متفاوتی ارائه شده است که بهطور کلی به دو دسته روشهای تحلیلی و تکاملی تقسیم میشود .[3-13] روشهای تحلیلی مختلف در 3]و[4 بیان شده است.
این روشها با ساده سازی معادلات همراه بوده است که امکان دسترسی به جواب دقیق پایین است. همچنین یکی از چالشهای عمده روشهای تحلیلی میزان ظرفیت و مکان نصب محاسبه شده برای خازنها است. بهطوری که مقدار خازن بدست آمده ممکن است با مقدار استاندارد آن همخوانی نداشته باشد و همچنین مکان بدست آمده نیز ممکن است یک مکان فیزیکی درشبکه توزیع نباشد. روشهای تکاملی - فرا ابتکاری - مختلف در [5-13] بیان شده است.
در [5] برای کمینه کردن تلفات و بیشینه کردن صرفه جویی در هزینه های شبکه از یک روش دومرحله ای برای خازنگذاری بهینه استفاده کرده است، در مرحله اول از یک آنالیز حساسیت تلف برای مشخص کردن مکان های مستعد و بهینه برای خازنگذاری و در مرحله دوم از یک الگوریتم جستجوی گرانشی برا ی تعیین میزان خازن بهینه استفاده کرده است. [6] با استفاده از تکنیک جدید الگوریتم فرهنگی اصلاح شده - MCA - 1 عمل خازنگذاری بمنظور کاهش تلفات انجام شده است. در [7] به منظور بهینه سازی مسئله خازنگذاری از یک الگوریتمPSO2 به همراه توابع توزیع احتمال گوسی استفاده کرده است و همچنین شرایط شبکه را نامتعادل در نظر گرفته و سطح بار شبکه نیز ثابت می باشد
برای خازنگذاری بهینه و با هدف کاهش تلفات در یک شبکه توزیع، از یک طرح دو مرحله ای استفاده کرده است. در مرحله اول از طریق ترکیب دو روش ضریب حساسیت تلف - LSF - 3 و شاخص پایداری ولتاژ - VSI - 4 مکانهای بهینه برای خازنگذاری را مشخص میکند. در مرحله دوم با استفاده از الگوریتم جستجوی باکتریال - BFOA - 5 مقدار خازن بهینه تعیین شده است همچنین در این مقاله سطوح بار، متغیر ودر سه سطح %50 ، %100 و %160 در نظر گرفته شده است
خازنگذاری بهینه به روش ترکیبی - CODEQ - 6 را ارائه داده ، در روش CODEQ باید از یک جمعیت بزرگ استفاده کرد که این امر در تمام الگوریتم های تکاملی یک ضعف به حساب می آید که برای غلبه برآن از عملیات شتاب وعملیات مهاجرت استفاده شده و استفاده از این دو عملیات بدون اینکه موجب کاهش تنوع شود سرعت همگرایی را افزایش می دهد. [10] از یک الگوریتم ژنتیک بهبود یافته به نام الگوریتم ژنتیک بدون ضریب جریمه - PFGA - 1 برای بهینه سازی مسئله خازنگذاری با هدف کاهش هزینه های سیستم و بهبود کیفیت توان استفاده کرده و همچنین بار در شبکه مورد مطالعه به صورت متغیر در نظر گرفته شده است
برای تعیین تعداد، مکان ، اندازه و سیستم کنترلی برای خازنهای سوئیچ شونده و ثابت در یک شبکه توزیع آلوده به هارمونیک از یک روش بهبود یافته به نام الگوریتم ژنتیک منظم چیره نشده - NSGA - 2 استفاده کرده است.
با توجه به کارهای انجام گرفته، جوابهای حاصل در اکثر پژوهشهای خازنگذاری بهینه جوابهایی از نوع تقریبی هستند و در واقع دچار یک بهینه محلی شدهاند که در نزدیکی نقطه بهینه سراسری میباشد. از دلایل آن میتوان به فضای جواب بزرگ و یا انتخاب غلط فضای جواب اشاره کرد. در این مقاله، علاوه بر در نظر گرفتن سرعت همگرایی جواب بهینه، دقت جواب بهینه نیز مورد توجه است.
در این مقاله، فرآیند بهینه خازنگذاری شامل دو مرحله است. در مرحله اول با در نظر گرفتن شاخصهایPLI 3 و اثر پروفیل ولتاژ، باسهای مستعد برای خازنگذاری تعیین میشوند. در مرحله دوم، باسهای بهینه و میزان خازن مورد نیاز برای هر باس از طریق الگوریتم جستجوی ممنوع4بهبود یافته بدست میآید. علاوه بر موارد یاد شده، به منظور نزدیکی به واقعیت اجرایی، قیود مورد استفاده نزدیک به شرایط واقعی مسأله خازنگذاری است و تعداد پلههای خازن برابر 30 پله در نظر گرفته شده است. در این مقاله مسئله خازنگذاری برای دو حالت بار ثابت و بار متغیر مورد بررسی قرار گرفته است.
در ادامه مقاله، مسأله خازنگذاری بهینه و الگوریتم جستجوی ممنوع بهبود یافته در بخش 2 ارائه میشود. بخش 3 نتایج عددی را بیان میکند. نتیجهگیری در بخش 4 ذکر میشود.
-2 مسأله خازنگذاری بهینه و الگوریتم جستجوی ممنوع
در این مقاله از الگوریتم جستجوی ممنوع به منظور حل مسئله خازنگذاری بهینه استفاده میشود که در جهت بهبود سرعت و دقت این الگوریتم، تغییراتی در آن انجام شده است که الگوریتم جدید تحت عنوان الگوریتم جستجوی ممنوع بهبود یافته معرفی میشود. همچنین از روش شاخص تلف توان حقیقی - PLI - نیز به منظور کاهش فضای جواب استفاده شده است. در واقع قبل از ورود به فرآیند اصلی الگوریتم، ابتدا از طریق روش PLI باسهای مستعد برای خازنگذاری مشخص میشوند. سپس در مرحله بعد، محاسبه مکان بهینه و میزان بهینه خازن با استفاده از الگوریتم جستجوی ممنوع بهبود یافته انجام میشود. در کلیه مراحل فرآیند محاسبه، محاسبات پخش بار مورد نیاز است که به این منظور از الگوریتم پخش بار پسرو پیشرو در این مقاله استفاده شده است. در ادامه مراحل مختلف حل مسأله خازنگذاری بهینه شرح داده میشود.
-2-1 فرمول بندی مسأله
تابع هدف مد نظر برای مسأله خازنگذاری بهینه در این مقاله برابر کمینهسازی هزینه تلفات، هزینههای نصب خازن، هزینه بهرهبرداری خازن است که بهصورت رابطه - 1 - است
