بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مسئله تعیین مکان و اندازه بهینه تولیدات پراکنده در قالب یک مسئله بهینه سازی غیرخطی مدل گردیده و با افزودن شاخص پایداری ولتاژ استاتیک به تابع هدف مسئله، تلاش شده تا بمنظور دستیابی به عملکرد بهینه، علاوه برکاهش تلفات و هزنیه سرمایه گذاری، حاشیه امنیت سیستم قدرت نیز بهبود یابد. با توجه به ویژگی های الگوریتم بهینه سازی نهنگ، از آن جهت حل مسئله بهینه سازی استفاده شده و ضمن توسعه آن، شبیه سازیهای مرتبط بر روی شبکه 30 شینه IEEE صورت پذیرفته است. نتایج حاصله نشان دهنده دقت مناسب و همگرایی سریع روش پیشنهادی می باشد.
.1 مقدمه
رعایت امروزه، با توجه به عدم رشد متوازن سیستمهای انتقال با بار مصرفی، این سیستمها در نزدیکی مرزهای پایداری خود مورد بهره برداری قرار می گیرند.[1] بر این اساس با افزایش بارگذاری سیستمهای انتقال، پایداری ولتاژ به یک مسئله اساسی در طراحی و عملکرد سیستمهای قدرت تبدیل شده است.[2] به عبارت دیگر امنیت، یکی از مهمترین محدودیتهای یک سیستم قدرت است که مربوط به توانایی سیستم قدرت در مقابله با اختلالات و اغتشاشات می باشد. بر این اساس، پایداری ولتاژ بصورت توانایی سیستم در حفظ و نگهداشت دامنه ولتاژ شینه های خود در برابر افزایش بار مصرفی شبکه تعریف میشود و حد پایداری ولتاژ به عواملی نظیر توپولوژی شبکه، منابع توان راکتیو، الگوی افزایش بار و تولید و ... بستگی دارد .[3]
در سالهای اخیر به دلیل افزایش علاقه مندی به استفاده از انرژیهای تجدید پذیر و تولیدات پراکنده در سیستمهای قدرت، مطالعات فراوانی در این زمینه صورت پذیرفته است. در این میان استفاده از منابع تولید پراکنده نظیر توربینهای بادی، سلولهای فتوولتائیک، پیلهای سوختی، بیوماس، میکروتوربینها، نیروگاههای هیدروالکتریک کوچک و ... در شبکه های انتقال وتوزیع در حال افزایش است. با استفاده روزافزون از منابع انرژی پاک در محیطهای تجدید ساختار، فرصتهای اقتصادی مساعدی برای سرمایه گذاران فراهم شده است و در این بین شبکه های برق با استفاده از منابع تولیدات پراکنده از منافعی همچون: پیک سائی، کاهش تراکم خطوط، کاهش تلفات و رزرو چرخان و ... بهره مند می شوند.
بر این اساس و با توجه به اهمیت منابع تولید پراکنده، جایابی بهینه این منابع نقش مهمی در کاهش تلفات، مدیریت پروفیل ولتاژ، بهبود قابلیت اطمینان و ارتقاء حاشیه امنیت سیستم از دیدگاه پایداری ولتاژ ایفا می نماید که در این خصوص فعالیتهای تحقیقاتی بسیاری صورت پذیرفته است. هدف اصلی این تحقیقات، کاهش تلفات شبکه و در نتیجه کاهش هزینه های بهره برداری در دراز مدت بوده است .[7] -[4] همچنین این مسئله در مرجع [8] براساس کاهش تلفات و هزینه انرژی فروخته نشده، در[9] بر اساس بهبود شاخصهای قابلیت اطمینان، در [10] با درنظر گرفتن بار متغیر مد نظر قرار گرفته است. در مراجع [11] و [12]
نیز منابع تولید پراکنده بر اساس شاخصهای آسیب پذیری و در [13] با درنظر گرفتن هزینه سرمایه گذاری ومحدودیتهای شبکه و در مرجع [14] بر اساس یک تابع چند منظوره جهت کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و شاخصهای آسیب پذیری با در نظرگرفتن مدل بار، جایابی شده اند. از سوی دیگر با نگاهی مشابه، جایابی خازن در مرجع [15] بر اساس کاهش تلفات و با در نظر گرفتن منحنی بار متغیر و در مرجع [16] براساس کاهش تلفات و محدودیتهای شبکه مورد مطالعه قرار گرفته است. بر این اساس شایان ذکر است که عدم جایابی مناسب نیروگاههای تولید پراکنده در شبکه های قدرت، باعث افزایش تلفات شبکه و بالارفتن هزینه های تولید و انتقال انرژی میشود. بنابراین لازم است با روشهای بهینه سازی، جایابی این نیروگاهها در شبکه انجام گیرد.
بدین ترتیب که جایابی نیروگاههای تولید پراکنده می بایست چنان انجام شود که بیشترین کاهش تلفات شبکه با در نظر گرفتن قیود مسأله حاصل شود. بدین منظور در برخی از فعالیتهای تحقیقاتی از الگوریتمهای بهینه سازی هوشمند مانند الگوریتم ژنتیک، کلونی مورچه، شبیه سازی ذوب فلزات و ... استفاده شده است. قیدهای در نظر گرفته شده در این الگوریتمها مکان ژنراتورها و اندازه آنها، میزان سرمایه گذاری یا همان مقدار ظرفیت ژنراتوری است که میتواند درشبکه نصب شود و بیشترین شاخص استفاده شده در تابع هدف این تحقیقات عمدتاً کاهش تلفات سیستم بوده است. در اکثریت فعالیتهای تحقیقاتی اشاره شده، بهینه سازی برای یک نقطه مشخص عملکردی انجام شده است که همان مقدار ظرفیت ژنراتور نصب شده در سیستم می باشد .[15] -
در این مقاله به ارائه روشی به منظور مدل سازی مسئله جایابی و تعیین اندازه بهینه تولیدات پراکنده با هدف بهبود پایداری استاتیک ولتاژ و کاهش تلفات و هزینه سرمایه گذاری در قالب یک مسئله بهینه سازی غیرخطی با ابعاد بزرگ، غیرخطی و با متغیرهای گسسته و پیوسته پرداخته شده است و با اعمال شاخص [20] L مربوط به باسهای سیستم قدرت از دیدگاه پایداری استاتیک ولتاژ در تابع هدف مسئله بهینه سازی یاد شده، تلاش گردیده تا بمنظور دستیابی به عملکرد بهینه، علاوه برکاهش تلفات و هزینه سرمایه گذاری، حاشیه امنیت سیستم قدرت نیز بهبود یابد از آنجا که متناسب با اندازه سیستم، تعداد پاسخهای محلی و حالتهایی که باید تحلیل شوند، به شدت افزایش یافته به گونه که روشهای کلاسیک قادر به یافتن حل بهینه آن نیستند لذا با توجه به ویژگی های الگوریتم بهینه سازی نهنگ [21] از آن جهت حل مسئله بهینه سازی یادشده استفاده شده است.
بر این اساس در مطالعه حاضر تاثیر نصب نیروگاههای تولید پراکنده با هدف بهبود پایداری استاتیک ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است. شاخص پایداری ولتاژ درنظر گرفته شده برای این منظور شاخص L باسهای سیستم قدرت می باشد. با توجه به اینکه محل استقرار تولیدات پراکنده تأثیر بسزایی بر روی پایداری ولتاژ دارد، بهبود پایداری ولتاژ نیز باید به یکی از اهداف اصلی جایابی تولیدات پراکنده تبدیل شود .[14] این روش بر روی سیستم 30 شینه IEEE انجام شده است وکارایی روش مذکور نشان داده شده است.
.2 روش پیشنهادی
در این قسمت به توصیف تابع هدف پیشنهادی به منظور یافتن مکان و اندازه بهینه تولیدات پراکنده به منظور افزایش پایداری و کاهش تلفات و هزینه سرمایه گذاری پرداخته شده است. این تابع شامل ترمهای زیر است:
2؛.1 کاهش تلفات کل
بخش اول تابع هدف مسئله بهینه سازی تحت مطالعه دربرگیرنده تلفات کل سیستم است که از رابطه زیر محاسبه می شود: که درآن b تعداد خطوط سیستم، Vi دامنه و i زاویه ولتاژ شینه i ام و ij ام و j ام، می باشند. بدین ترتیب ترم اول تابع هدف بصورت زیر در نظر یکی از ترمهای تابع هدف مورد نظر برای جایابی بهینه تولیدات پراکنده ارزیابی پایداری استاتیک ولتاژ است. در این مقاله برای در نظر گرفتن پایداری ولتاژ در مسئله شاخص L مورد استفاده قرار گرفته است:
