بخشی از مقاله
چکیده - تداوم برق رسانی به مشترکین و پایداري شبکه، یکی از اساسی ترین وظیفههاي شبکه قدرت است. در این مقاله از منابع تولید پراکنده به عنوان راهکاري براي افزایش پایداري شبکه انتقال در صورت قطع بحرانیترین خط استفاده شده است. از ویژگیهاي این مقاله مشاهده سود بهره بردار شبکه ناشی از کاهش خرید توان اکتیو از نیروگاه ها در اثر حضور منابع تولید پراکنده و همچنین در نظر گرفتن هزینه هاي این منابع به طور کامل به همراه هزینه آلودگی محیط زیست می باشد. مد نظر قرار دادن سه بازه زمانی کم باري، میانباري و پرباري با میزان مصرف متفاوت و تعرفه خرید توان متغیر در بازههاي فوق، نرخهاي تورم و بهره سالیانه و طول عمر مفید منابع تولید پراکنده از دیگر ویژگیهاي این مقاله میباشد. معادلات پخشبار و کلیه محاسبات شبکه توسط نرم افزار MatPower و بهینهسازي همزمان مکان و ظرفیت منابع تولید پراکنده به کمک نرم افزار متلب بر روي شبکه 14 باسه استاندارد اصلاحشده انجام گرفته است. نتایج شبیهسازي حاکی از برقراري پایداري شبکه در حضور منابع تولید پراکنده و همچنین توجیه مناسب اقتصادي نصب این منابع میباشد.
-1 مقدمه
یک سیستم قدرت هنگامی در حالت ایمن بهرهبرداري میشود که قطع هریک از خطوط انتقال نتواند سیستم را از حالت کار عادي و قابل قبول خود خارج سازد. براي ارزیابی اینکه تا چه میزان سیستم قدرت در حالت ایمن بهرهبرداري می شود لازم است که قطع هر یک از خطوط براي سیستم قدرت شبیه سازي شده و عملکرد شبکه از نظر انحراف ولتاژ باسهاي بار و اضافه بار خطوط مورد بررسی قرار گیرد .[1] بنابراین شناسایی بحرانیترین خط شبکه یعنی خطی که قطع آن چه به صورت عمدي و چه به صورت غیرعمدي شبکه را با سرعت بیشتري نسبت به سایر خطوط به سمت ناپایداري میبرد از اهمیت خاصی برخوردار است. از طرف دیگر، با توجه به آزاد سازي رقابت در صنعت برق، سرمایهگذاري بالا و غیر سودآور از بین رفته و به تبع آن حاشیه امنیت کم میشود لذا حفظ پایداري شبکه با استرس زیادي همراه خواهد شد .[2]
همچنین تغییر ساختار در صنعت برق موجب دگرگونی قوانین و معیارهاي اقتصادي در سیستم قدرت شده است. یکی از پدیده هایی که تجدید ساختار در صنعت برق نقش مهمی در حضور آن داشته است، پیدایش واحدهاي تولیدي کوچک موسوم به تولید پراکنده - DG - در سیستم قدرت است .[3] در این مقاله منظور از DG واحدهاي دیزلی با راه اندازي سریع در شبکه انتقال میباشد. نرخ بارگیري سریع این منابع از مزایاي مهم آن ها محسوب میشود.
در اکثر تحقیقات صورت گرفته در زمینه تعیین مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده، بر روي قرار دادن این منابع در سیستمهاي توزیع و فوق توزیع پرداخته شده و به قرار دادن DG ها در شبکه انتقال به ندرت توجه شده است. در [4] اولویتبندي خطوط تنها براساس معیار تلفات توان اکتیو در نظر گرفته شده و این معیار بر روي شبکه 14 باسه استاندارد پیاده سازي شده است. در اثر از دست دادن هر یک از خطوط محدودیت هاي مختلف شبکه در معرض خطر قرار گرفته و اولویتبندي خطوط تنها از دیدگاه یک معیار چشم انداز مناسبی به بهره بردار شبکه نمی دهد. در [5] به تعیین مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده با هدف کاهش تلفات و تراکم خطوط در شبکه انتقال پرداخته شده است در حالیکه در تابع هدف مطرح شده، هزینه هاي ناشی از منابع تولید پراکنده در نظر گرفته نشده است. در [6] به قرار دادن DG ها در شبکه انتقال و توزیع پرداخته شده تا با استفاده از این منابع قطع بار به صورت مناسب تري صورت گیرد در حالیکه قطع بار باید به عنوان آخرین راهکار براي جلوگیري از ناپایدار شدن شبکه باشد.
در [7] به نصب منابع تولید پراکنده در شبکه توزیع با توجه به محدودیت افزایش ولتاژ نقاط اتصال مشترك و محدودیتهاي حرارتی خطوط میپردازد. در این مقاله، از منابع تولید پراکنده به عنوان راهکاري براي افزایش پایداري شبکه استفاده شده است. با توجه به جنبه هاي اقتصادي ناشی از نصب این منابع، تعیین مکان و ظرفیت بهینه DG ها از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. این مقاله به طور کلی داراي دو مرحله زیر میباشد؛
مرحله اول- اولویت بندي خطوط شبکه مرحله دوم- تعیین مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید
پراکنده براي جلوگیري از عدم پایداري شبکه بعد از حذف بحرانیترین خط مشخص شده در مرحله اول ویژگیهاي این مقاله عبارتند از؛
• در نظر گرفتن هزینه هاي منابع تولید پراکنده به طور کامل همراه با هزینه آلودگی محیط زیست ایجاد شده
• در نظر گرفتن سود بهره بردار ناشی از کاهش خرید توان اکتیو کمتر از نیروگاه ها در اثر حضور منابع تولید پراکنده
• در نظر گرفتن بازههاي زمانی کم باري، میان باري و پرباري با میزان مصرف متفاوت و تعرفه متغییر خرید توان در بازههاي اشاره شده
• در نظر گرفتن طول عمر مفید منابع تولید پراکنده به همراه نرخهاي تورم و بهره سالیانه
• تعیین مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده با در نظر گرفتن بازه هاي زمانی متفاوت به طور همزمان
ویژگی هاي فوق باعث نزدیک تر شدن هر چه بیشتر فضاي شبیهسازي مساله به شرایط واقعی شده است
-2 اولویتبندي خطوط در شبکه انتقال
در اولویتبندي خطوط با استفاده از شاخصهاي کارایی مشخص، تأثیر از دست دادن هر یک از خطوط بر کل سیستم را توصیف کرده و در واقع یک دید کلی از تاثیر قطع هر یک از خطوط به بهره بردار شبکه می دهد. نحوه اولیت بندي بدین صورت است که این شاخص ها بر اساس مقدار عددي مرتب شده و حوادثی که داراي شاخص بزرگتري هستند، مشکلات بیشتري براي سیستم ایجاد می کنند. در ادامه دو شاخص مطرح در این زمینه بیان میشود.
-1-2 شاخص شارش توان حقیقی
یک سامانه قدرت را در نظر بگیرید که به صورت پایدار کار می کند. در صورتی که یک یا چند خط انتقال آن قطع شده و از شبکه خارج شوند، ممکن است برخی دیگر از خطوط دچار اضافه بار شوند. این اضافه بار حاشیه امنیت شبکه را به خطر انداخته و سیستم را به حالت ناپایدار سوق می دهد. همچنین اضافه بار خطوط موجب خسارت فیزیکی به آن ها می شود. شاخص شارش توان حقیقی به صورت رابطه - 1 - تعریف می شود .[8] PIw i شاخص کارایی شارش توان حقیقی سیستم در صورت خروج خط انتقال i ام Pflow j شارش توان در خط انتقال j بعد از خروج خط انتقال i Pjmax بیشینه توان قابل انتقال خط انتقال j n عدد طبیعی دلخواه
-2-2 شاخص کارایی ولتاﮊ
بعد از قطع شدن هریک از خطوط، ولتاژ نقاط مختلف سیستم تغییر پیدا کرده و احتمال به خطر افتادن محدودیت امنیت ولتاژ وجود دارد. میزان انحراف ولتاژ از محدوده مجاز، توسط شاخص کارایی ولتاژ به صورت رابطه - 2 - بیان میشود. این شاخص اختلاف ولتاژ باس ها را قبل و بعد از قطع خطوط نسبت به حداکثر انحراف ولتاژ مجاز بیان میکند .[8] PIv i شاخص کارایی ولتاژ سیستم در صورت خروج خط انتقال i a مجموعه باس هایی که ولتاژ آنها بعد از خطا خارج از محدوده مجاز میباشد. ولتاژ باس k قبل از خروج خط انتقال i ولتاژ باس k بعد از خروج خط انتقال i
-3 تعیین مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده
تعیین مکان و ظرفیت نامناسب منابع تولید پراکنده نه تنها باعث از بین رفتن هزینهها میشود بلکه اثرات نامطلوبی را هم بر روي عملکرد سیستم میگذارد .[9] تعیین مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده در شبکه انتقال در قالب یک مساله بهینهسازي قابل بیان میباشد.
-1-3 تابع هدف
تابع هدف مساله در رابطه - 3 - و جزئیات آن در روابط - 4 - تا - 15 - مطرح میگردد. در رابطه فوق؛ Benefit بیانگر سود بهره بردار شبکه با کاهش توان اکتیو درخواستی از نیروگاهها میباشد. Costtotal بیانگر کل هزینه هاي تحمیل شده به بهره بردار شبکه میباشد. تابع Benefit از رابطه - 4 - محاسبه میشود. در رابطه فوق؛ BPV - B1 - معادل ارزش کنونی سود بدست آمده ناشی از کاهش خرید توان اکتیو از نیروگاه ها در طول عمر مفید DG بوده و از رابطه - 5 - محاسبه میشود .[10]
Ttotal طول عمر مفید DG InfR نرخ تورم سالیانه IntR نرخ بهره سالیانه B1 سود سالیانه بدست آمده ناشی از کاهش خرید توان اکتیو از نیروگاهها میباشد که از رابطه - 6 - محاسبه میشود. C jP هزینه خرید توان اکتیو از نیروگاهها در بازه j ام T j مدت زمان مربوط به بازه j ام Ploss j تغییرات تلفات توان اکتیو در اثر عدم حضور و حضور DG در بازه j ام است که از رابطه - 7 - محاسبه میشود.
