بخشی از مقاله
خلاصه
جبران ساز استاتیک توزیع یا DSTATCOM از جمله ادواتی است که می تواند جهت بهبود روند بهره برداری از شبکه های توزیع و نیز کاهش چالش های ناشی از رشد و تغییرات بار بکار گرفته شود. در این مطالعه به تعیین مکان و اندازه بهینه این جبران ساز در حضور آرایه های فتوولتاییک و با در نظر گرفتن تغییرات بار پرداخته می شود. بار شبکه نیز به صورت مدل فصلی-ساعتی و ضریب رشد سالانه 0,75 درصدی در یک دوره زمانی5ساله در نظر گرفته می شود.
منحنی تولید فصلی - ساعتی آرایه فتوولتاییک در ساعات مختلف یک دوره زمانی معین تعریف می گردد. سرمایه گذاری اولیه جهت نصب DSTATCOM، هزینه تلفات توان اکتیو و راکتیو و میانگین انحراف ولتاژ سیستم به عنوان تابع هدف مسئله تعریف می گردد. بهینه سازی مسئله به کمک الگوریتم NSGA-II انجام می گیرد و شبیه سازی در شبکه نمونه 69 شین و در محیط نرم افزار Matlab 2015a اجرا می گردد. نتایج نشان می دهد که جایابی این جبران ساز نه تنها منجر به کاهش تلفات توان و بهبود پروفایل ولتاژ سیستم می گردد بلکه همراه با توجیه اقتصادی است.
.1 مقدمه
تامین توان مورد تقاضای تمامی بارها با کیفیت مطلوب و دامنه ولتاژ قابل قبول، از جمله اصلی ترین محدودیت های سیستم های انرژی است. همچنین کاهش تلفات ناشی از انتقال توان در جهت بهینه سازی بهره برداری شبکه های قدرت اهمیت فراوانی دارد.
اگرچه ادواتFACTS1 جهت بهبود مسایل کیفیت توان در سیستم های انتقال قدرت توسعه یافته اند اما با ایده ای مشابه می توان آنها را در سیستم های توزیع نیز بکار برد. جبران ساز استاتیک توزیع یا DSTATCOM2 از جمله این ادوات است که در سیستم توزیع موارد استفاده متنوعی در جهت بهبود کیفیت توان از جمله تنظیم ولتاژ، متعادل کردن ولتاژ ،کاهش هارمونیک، جبران فلیکر ولتاژ، بهبود پایداری، متعادل کردن بار، جبرانسازی توان راکتیو، جبران کاهش ولتاژ و آزاد سازی ظرفیت خطوط را دارد.
امروزه تولید پراکنده مبتنی بر انرژی های تجدید پذیر مانند نیروگاه های بادی، آرایه های فتوولتاییک - PV - 3 ، پیل سوختی و... به دلایلی همچون کاهش گازهای گل خانه ای، کاهش تلفات انرژی ،کاهش پیک، بهبود پروفایل ولتاژ و افزایش قابلیت اطمینان اهمیت ویژه ای یافته اند. از این میان آرایه فتوولتاییک دارای طبیعت تصادفی بوده که به طور عمده به شرایط محیطی و میزان تابش خورشید بستگی داشته و در نتیجه متغیر و غیر قطعی خواهد بود علاوه بر این، بار شبکه نیز متغیر بوده لذا نیاز است تا ظرفیت جبران ساز نیز با سرعت پاسخ مناسب در شرایط باری مختلف تغییر کند ک DSTATCOM دارای چنین قابلیتی می باشد.
مقالات بسیاری به جایابی DSTATCOM در حضور یا عدم حضور منابع پراکنده پرداخته اند.[3-8] برخی نیز تغییرات بار را در نظر گرفته اند اما تاکنون به ندرت مساله جایابی این ادوات با در نظر گرفتن رشد بار و تولید پراکنده مبتنی بر مدل احتمالاتی آرایه فتوولتاییک بررسی گردیده است. در این مطالعه، جایابی بهینه DSTATCOM در حضور آرایه فتوولتاییک با در نظر گرفتن تغییرات و رشد بار در یک دوره 5 ساله در شبکه توزیع شعاعی به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه مبتنی بر مرتب سازی نامغلوب صورت می گیرد. در بخشDSTATCOM2 ، آرایه فتوولتاییک و بار مدل سازی می گردد. در بخش3 روابط مساله و تابع هدف معرفی می شود. در بخش 4 چگونگی بهینه سازی مساله تشریح می گردد. در بخش 5 مساله در یک سیستم نمونه 69 شین شبیه سازی شده و نتایج بررسی می گردد.
.2 مدل سازی
به منظور اعمال مدل DSTATCOM و آرایه PV به معادلات پخش بار، از مدل حالت ماندگار مناسب با قابلیت استفاده در معادلات پخش بار جاروب پیش رو-پس رو استفاده می شود.
.1.2 مدل جبران ساز استاتیک توزیع
جبران ساز استاتیک توزیع یک مبدل منبع ولتاژ موازی به همراه یک منبع ذخیره انرژی بوده و دارای این قابلیت است که، هر دو نوع توان اکتیو و راکتیو را به سیستم تزریق کرده یا از آن جذب کند .[1] در این مطالعه فرض بر آن است که DSTATCOM تنها جهت تبادل انرژی راکتیو بکار گرفته شود. لذا از مدل شکل1در حالت ماندگار استفاده می شود.
شکل-1 نحوه اتصال DSTATCOM در شبکه و دیاگرام فازوری مربوطه
به منظور سادگی، زاویه ولتاژ Vj یعنی در دیاگرام فازوری صفر فرض می شود. با توجه به دیاگرام فازوری می توان روابط زیر را بدست آورد
با کمی ساده سازی ریاضی همان طور که در مرجع[1] ذکر شده می توان، توان راکتیو تزریق شده توسط DSTATCOM را از روابط - 3 - تا - 5 - بدست آورد.
که در روابط اخیر ، - IDSTATCOM∠ - /2+ new جریان تزریقی DSTATCOM، Vjnew∠ new، Vi∠ و IL∠ به ترتیب ولتاژ باس jام ، ولتاژ باس iام و جریان موجود در خط پس از جایگذاری DSTATCOM است .
.2.2 مدل آرایهPV
نیروگاه های مبتنی بر فتوولتاییک گزینه خوبی برای جایگزینی تولید انرژی الکتریکی مرسوم هستند. چراکه منبع انرژی پایان ناپذیر با آلودگی کمتر می باشند. در هرحال به دلیل طبیعت تصادفی شان، عدم قطعیت را در شبکه افزایش می دهند. به همین دلیل دشوار است که توان PV به طور دقیق تعیین شود چرا که به شدت به شرایط هوا ، دمای محیط و فصل ، زمان و اقلیم وابسته است .
مدل هایی که طبیعت تصادفی توان PV را در نظر می گیرند به دو دسته کلی روش های تحلیلی و روش های مونت کارلو تقسیم می شوند.
یک روش پیشنهادی جهت مدل سازی توان PV در مرجع [10] ارایه شده است. این استراتژی به دو بخش ، پردازش داده های تاریخی و به دنبال آن شبیه سازی تابش آفتاب با استفاده از تابع توزیع احتمال و سپس محاسبه توان های PV شبیه سازی شده تقسیم می شود نهایتا روش هم گرایی شبیه ساز مونت کارلو جهت دستیابی به محتمل ترین مقادیر توان های PV در هر ساعت اعمال می شود. توان میانگین از رابطه هم گرایی شبیه ساز مونت کارلو - رابطه- - 6 بدست می آید.
که در این رابطه ، Pave همان محتمل ترین مقادیر توان PV محاسبه شده در هر ساعت در هر فصل ، Ps متغیر تصادفی توان PV و Ns تعداد کل نمونه های شبیه سازی - 100,000نمونه - می باشد. مقادیر ثابت و پارامتر های ماژولPV، 53وات بکار رفته در این فرایند در مراجع[10] ذکر شده است.
.3.2مدل بار
به جای بار ثابت، در سیستم استاندارد نمونه 69 شین، تغییرات فصلی پروفیل بار، طبق منحنی تغییرات شکل2 در نظر گرفته می شود.
شکل-2 منحنی تغییرات بار و توان تولیدی PV بر حسب مقادیر پریونیت در سال مبنا
