بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله تامین هرچه بیشتر انرژی مورد تقاضا در یک سیستم توزیع از منابع تولید پراکنده مورد بررسی قرار میگیرد. مساله بصورت یک مساله ی بهینه سازی دو هدفه با دو هدف حداقل سازی توان ورودی از خارج به شبکه توزیع و حداقل کردن هزینه ایجاد منابع تولید پراکنده در یک سیستم توزیع تعریف می شود و با استفاده از تکنیک الگوریتم ژنتیک مبتنی بر رتبه بندی نامغلوب - NSGA-II - حل می شود. کارائی روش بر روی شبکه ی توزیع 33 باسه IEEE بررسی می گردد و نشان داده می شود که اجرای این روش قدرت تصمیم گیری در محیطی انعطاف پذیر در اختیار طراح قرار می دهد
.1 مقدمه
سیستم های قدرت مدرن امروزی با تقاضای بسیار زیاد برق مواجه هستند. علاوه بر این، برخی از محدودیت های زیست محیطی و اقتصادی برای راه اندازی نیروگاه های جدیدمرکزی مبتنی بر سوخت فسیلی و گسترش ظرفیت انتقال وجود دارد. بنابراین، برای تهیه این تقاضای برق بزرگ مولدهای پراکنده نقش مهمی بازی می کنند.
تا کنون تحقیقات زیادی در زمینه ی جایابی منابع تولیدی پراکنده انجام شده است. بطور مثال در مرجع [1] یک روش جستجوی جدید به نام الگوریتم 1 CSOSبرای یافتن موقعیت و سایز بهینه ی منابع تولید پراکنده در یک سیستم توزیع شعاعی با مدل بار ثابت پیشنهاد می شود. اهداف این مساله حداقل سازی تلفات توان حقیقی و بهبود پایداری ولتاژ می باشد.
در مرجع [2]، با استفاده از الگوریتم جستجوی ارگانیسم همزیستی - SOS - 2 موقعیت و سایز منابع تولید پراکنده در یک شبکه توزیع با هدف کاهش تلفات تعیین می شود. در مرجع [3]، یک روشی هیبرید که ترکیبی از روش تحلیلی و روش جستجوی ابتکاری است برای جایایابی چند DG در شبکه توزیع با هدف کاهش تلفات توان به کار گرفته می شود.
در مرجع [4]، یک تکنیک فوق ابتکاری تحت عنوان الگوریتم Krill Herd یا الگوریتم کریل ها یا الگوریتم میگوها - SKHA - 3 برای حل مساله جایابی و تعیین سایز DGها در یک سیستم توزیع شعاعی با هدف حداقل سازی تلفات توان در خطوط استعمال می شود. در مرجع [5]، مساله جایابی چند واحد DG توسط روش برنامه ریزی غیرخطی مخلوط شده با عدد صحیح - MINLP - 1 با هدف حداقل سازی تلفات حل می شود.
در مرجع [6]، ابزار برنامه ریزی مخلوط شده با عدد صحیح - MIP - برای حل مساله تعیین مکان و سایز بهینه منابع تولید پراکنده DG - ها - در شبکه توزیع از لحاظ توانائی به دست آوردن طرح های خوب نصب DG مورد بررسی قرار می گیرد.
مرجع [7] روشی ارائه کرده است تا با تغییر محل منبع تغذیه و قراردادن آن در تک تک شین های سیستم و انجام پخش بار برای هر یک از این حالات، تلفات توان سیستم را برای هر یک از این حالات تعیین و حالت بهینه را انتخاب کند.
موضوع این مقاله تامین هرچه بیشتر انرژی مورد تقاضا در یک سیستم توزیع از منابع تولید پراکنده است .[1] در شبکه های توزیع سنتی، همه توان تقاضاشده بارها از طریق پست ها - باس اسلک - و شبکه انتقال از منابع خارج از شبکه توزیع تامین می گردد. اما در شبکه های توزیع جدید، استفاده از منابع DG به طور فزاینده ای رو به گسترش است و سعی میشود توان تقاضاشده هر چه بیشتر توسط منابع تولید پراکنده داخل شبکه توزیع تامین شود تا وابستگی به منابع خارج از شبکه تا حد ممکن حداقل گردد .
با توجه به محدودیت بودجه و از طرفی هزینه های تکنولوژی های مختلف منابع تولیدپراکنده، مکان و سایز مناسب برای منابع مزبور باید بصورت بهینه انتخاب شود. بنابراین مساله این تحقیق این است که می خواهیم بارهای یک شبکه توزیع را تا حد ممکن از منابع تولیدپراکنده با تکنولوژی ها و سایزها و هزینه های معین تامین کنیم به طوریکه توان ورودی به شبکه از طریق باس اسلک حداقل گردد و ضمنا قید توازن توان تولید و مصرف و تلفات برآورده گردد و همچنین قیود حداکثر و حداقل ولتاژ باس ها نیز رعایت گردد. دو هدف برای مساله باید در نظر گرفته شود، یک هدف هزینه - بودجه - ایجاد منابع تولید پراکنده است و هدف دیگر مقدار توان ورودی از خارج شبکه - باس اسلک - به شبکه است که هردو هدف باید کمینه شوند.
در ادامه این مقاله، در بخش دوم مساله مدلسازی می شود. در بخش سوم روش حل مساله معرفی شده و در بخش چهارم الگوریتم ژنتیک مبتنی بر رتبه بندی نامغلوب - NSGA-II - توضیح داده می شود. در بخش پنجم نتایج اجرای روش بر روی یک شبکه ی تست ارائه می گردد و در بخش انتهائی نتیجه گیری مقاله بیان می گردد.
.2 مدلسازی مساله
در شبکه های توزیع سنتی، همه ی توان تقاضاشده بارها از طریق پست ها - باس اسلک - و شبکه انتقال از منابع خارج از شبکه توزیع تامین می گردد. اما در شبکه های توزیع جدید، استفاده از منابع DG به طور فزاینده ای رو به گسترش است و سعی می شود توان تقاضاشده هر چه بیشتر توسط منابع تولید پراکنده داخل شبکه توزیع تامین شود تا وابستگی به منابع خارج از شبکه تا حد ممکن حداقل گردد.
با توجه به محدودیت بودجه و از طرفی هزینه های تکنولوژی های مختلف منابع تولیدپراکنده، مکان و سایز مناسب برای منابع مزبور باید بصورت بهینه انتخاب شود. بنابراین مساله این مقاله این است که می خواهیم با یک سقف بودجه مشخص بارهای یک شبکه توزیع را تا حد ممکن از منابع تولیدپراکنده با تکنولوژی ها و سایزها و هزینه های معین تامین کنیم به-طوری که توان ورودی به شبکه از طریق باس اسلک حداقل گردد و ضمنا قید توازن توان تولید و مصرف و تلفات برآورده گردد و همچنین قیود حداکثر و حداقل ولتاژ باس ها نیز رعایت گردد. ملاحظه می شود که این مساله یک مساله ی بهینه سازی دوهدفی است که در ادامه جزئیات آن معرفی می شود.
.1,2 متغیرهای تصمیم مساله
متغیرهائی که در این مساله باید تعیین شوند، نوع تکنولوژی - و به تبع آن سایز و هزینه - منابع تولید پراکنده و مکان نصب آنها می باشند. بنابراین اگر سیستم توزیع تعداد n باس داشته باشد و به تعداد m نوع DG با ظرفیت مشخص در اختیار داشته باشیم، متغیرهای تصمیم را بصورت یک ماتریس از نوع عدد صحیح با بعد n×m تعریف می کنیم و با X نمایش می دهیم. اگر عنصر xij از این ماتریس برابر k باشد، به معنی آن است که در باس i به تعداد k عدد منبع تولید پراکنده نوع j با ظرفیت و تکنولوژی مشخص باید قرار گیرد.
.2,2 توابع هدف تصمیم مساله
مساله دارای دو هدف است. یک هدف هزینه - بودجه - ایجاد منابع تولید پراکنده است و هدف دیگر مقدار توان ورودی از خارج شبکه - باس اسلک - به شبکه است که هر دو هدف باید کمینه شوند. این دو هدف متناقض هستند زیرا مثلا درصورتیکه مقدار توان ورودی از شبکه کاهش یابد، سهم بیشتری از بار باید توسط منابع تولید پراکنده تامین شود، بنابراین تعداد و ظرفیت منابع تولید پراکنده ی مورد نیاز افزایش یافته و در نتیجه هزینه ی ایجاد منابع تولید پراکنده افزایش می یابد. بنابراین در اینجا مساله بصورت دوهدفی حل می گردد و هدف این تحقیق آن است که پاسخهای بهینه ی پارتوی مساله تعیین گردد تا طراح از بین آنها پاسخ مناسب را انتخاب نماید.
مقدار تابع هدف اول که همان هزینه ی ایجاد منابع تولید پراکنده می باشد را می توان به راحتی با رابطه ی زیر محاسبه نمود:
که C هزینه ی کل ایجاد منابع تولید پراکنده در سیستم توزیع؛ xij تعداد منبع تولید پراکنده نوع j قرار گرفته در در باس i ام؛ cij هزینه ی منبع تولید پراکنده نوع j قرار گرفته در باس i ام؛
n تعداد باسها و m تعداد تکنولوژیهای منبع تولید پراکنده دردسترس با ظرفیت مشخص است.
برای محاسبه ی مقدار تابع هدف دوم باید توان ورودی از شبکه ی انتقال به شبکه ی توزیع که همان توان باس اسلک شبکه ی توزیع می باشد، محاسبه گردد. با توجه به اینکه شبکه ی توزیع است و دارای ساختار شعاعی می باشد، برای محاسبه این هدف از پخش بار پیشرو-پسرو استفاده میگردد.
.3,2 قیود مساله
یک قید مساله این است که مجموع توان ورودی از منابع خارجی - باس اسلک - و توان تولیدی منابع تولید پراکنده داخلی باید با مجموع تقاضای توان و تلفات در شبکه توزیع برابر گردد. این قید به معنی همان برقراری معادلات پخش بار است که بطور خودکار با انجام پخش بار برای محاسبه ی توان باس اسلک برقرار می باشد.
قید دیگر مساله برقراری محدودیت حداکثر و حداقل ولتاژ باس ها است.
