بخشی از مقاله
خلاصه:
با توجه به گسترش روزافزون مصرف انرژیالکتریکی، یکی از موضوعات مهم و اساسی در سیستم قدرت رساندن این انرژی از تولیدکننده به مصرفکننده با حداقل میزان تلفات میباشد. در یک سیستم قدرت تلفات از پارامترهای مهمی است که میزان بهینه بودن و راندمان و هزینههای طولانی مدت بهرهبرداری از سیستم را تعیین مینماید که شامل تمامی اتلافهای انرژیالکتریکی در تمامی مراحل سیستم قدرت شامل بخشهای تولید، انتقال و توزیع میباشد.
در این مقاله به اندازه ولتاژ ترمینال نیروگاههای کنترل شده با ولتاژ و اندازه تپ ترانسفورماتورهای موجود در خطوط انتقال سیستم قدرت در راستای کاهش تلفات اهمی سیستم قدرت در دو حالت شامل بهینهسازی بدون در نظر گرفتن ضریب افزایش بار پذیری شبکه و بهینهسازی با در نظر گرفتن ضریب افزایش بار پذیری پرداخته شده است. البته در کنار تلفات اهمی شبکه به بهبود معیار پروفیل ولتاژ شینهای بار شبکه نیز به عنوان یکی از فاکتورهای اساسی در تحلیل و ارزیابی بهبود عملکرد سیستم توجه شده است.
در این مقاله از الگوریتمهای بهینهسازی هوشمند PSO و ACO استفاده شده است. هدف از این تحقیق مقایسه عملکرد الگوریتمهای ACO و PSO با یکدیگر در عمل بهینهسازی در سیستمهای قدرت، تنظیم بهینه تپ ترانسفورماتورهای موجود در سیستم قدرت، تنظیم بهینه اندازه ولتاژ ژنراتورها در سیستم قدرت، کاهش تلفات اهمی در سیستمهای قدرت و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه میباشد.
با بررسی نتایج بدست آمده در این مطالعه، در حالت کلی میتوان گفت اعمال الگوریتمهای PSO و ACO به منظور تنظیم بهینه اندازه ولتاژ ترمینال نیروگاههای کنترل شده با ولتاژ و اندازه تپ ترانسفورماتورهای موجود در خطوط انتقال سیستم قدرت، با در نظر گرفتن ضرایب وزنی مناسب برای هر یک از مولفههای تابع هدف، تاثیر قابل توجهی دارند. این مطالعه میتواند نیاز به توسعه سیستمهای قدرت برای تامین بارهای مصرفی در آینده را به صورت کامل رفع نماید، به گونهای که هیچ محدودیتی از شبکه دچار نقض نگردد.
مقدمه:
در سیستمهای قدرت بیشترین قسمت از تلفات الکتریکی، مربوط به تلفات اهمی خط است. هرچند در طراحی سیستم انتقال قدرت با ایده افزایش سطح ولتاژ انتقال، میزان تلف توان اهمی خط را به میزان قابل توجهی کاهش میدهند ولی ملاحظات اقتصادی و همچنین افزایش تلفات در ابعاد دیگر باعث محدودیت افزایش سطح ولتاژ از یک میزان معین می-شود. یک راهکاردیگر جهت کاهش تلفات اهمیخط افزایش مقطع هادی است که این امر نیز دارای محدودیتهای اقتصادی و طراحی است. از طرف دیگر در سیستمهای قدرت پایداری و تنظیم ولتاژ در نقاط مختلف شبکه بسیار مهم می-باشند.
در بارهای مختلف افت ولتاژ در ترانسفورماتورها و خطوط نیز تغییر میکند و سبب تغییر ولتاژ شبکه میشود. کنترل ولتاژ شبکههای توزیع و انتقال عمدتا توسط تب چنجر ایجاد میشود. تپ چنجرها بهطور گستردهای برای کنترل ولتاژ شبکه در سطوح مختلف ولتاژی بهکارگرفته میشوند. اساسکار تب چنجر بر تغییر نسبت تبدیل ترانس استوار است. بدین ترتیب که با انشعاباتی که در سیم پیچ فشار قوی تعبیه میگردد تعداد دور سیم پیچ را تغییر داده و سبب تغییر ولتاژ خروجی ترانس میگردد و بدینصورت باعث پایداری سیستم میگردد. با توجه به افزایش هزینههای تولید و انتقال انرژی و مسائل زیستمحیطی، همواره سعی براین است که با بهرهبرداری بهینه از سیستم موجود به کاهش تلفات و افزایش راندمان در سیستم دست پیدا کنیم.
بهینهسازی یک فعالیت مهم و تعیینکننده در طراحی ساختاری است. طراحان زمانی قادر خواهند بود طرحهای بهتری تولید کنند که بتوانند با روشهای بهینهسازی در صرف زمان و هزینه طراحی صرفهجویی نمایند. بسیاری از مسائل بهینهسازی در مهندسی، طبیعتا پیچیدهتر و مشکلتر از آن هستند که با روشهای مرسوم بهینهسازی نظیر روش برنامهریزی ریاضی و نظایر آن قابل حل باشند.
هدف از بهینهسازی، یافتن نقاطی است که در یک تابع هزینه مشخصی، باعث ایجاد کمترین مقدار شوند. بهینه-سازی، فرآیندی است که در آن با انجام تغییرات متوالی در ورودیهای اولیه، منجر به کسب نتایج بهتری در جستجوی نقاط بهینه شود. بعضی از توابع آزمون وجود دارند که دارای اکسترممهای محلی میباشند و این امر میتواند محک مناسبی برای الگوریتمهای پیشنهادی جهت حل یک مساله بهینهسازی واقع شوند. علاوهبراین از دیگر ویژگیهای یک الگوریتم بهینهسازی، سرعت و همچنین عدم نیاز به مشتقگیری میباشد.
امروزه استفاده از الگوریتمهای هوشمند، بهعنوان راهکاری مقبول و مناسب برای حل بسیاری ازمسائل شناخته میشود که ضمن ارائه پاسخی مطلوب از پیچیدگی و حجم محاسبات کمتری نسبت به روشهای سنتی برخوردار است. این الگوریتمها برگرفته از طبیعت میباشند و با روشی غیرمستقیم پاسخی را که احتمالا یکی از بهترین پاسخهای مساله است، ارائه مینمایند. الگوریتمهای بهینهسازی کلونی مورچگان و ازدحام ذرات از جمله این الگوریتمها است که در ادامه به شرح مختصری از این الگوریتمها پرداخته میشود.
الگوریتم بهینهسازی کلونی مورچهها از عاملهای سادهای که مورچه نامیده میشوند، استفاده میکند تا بهصورت تکراری جوابهایی تولید کند. این الگوریتم برای اولین بار در سال 1992 توسط دوریگو و همکارانش ارائه گردید.
مورچهها میتوانند کوتاهترین مسیر از یک منبع غذایی به لانه را با بهرهگیری از اطلاعات فرمونی پیدا کنند. مورچهها در هنگام راه رفتن، روی زمین فرمون میریزند و با بوکشیدن فرمون ریخته شده بر روی زمین راه را دنبال میکنند چنانچه در طی مسیر به سوی لانه به یک دوراهی برسند، از آن جاییکه هیچ اطلاعی درباره راه بهتر ندارند، راه را به تصادف برمیگزینند.
انتظار میرود بهطور متوسط نیمی از مورچهها مسیر اول و نیمی دیگر مسیر دوم را انتخاب کنند. فرض میشود که تمام مورچهها با سرعت یکسان مسیر را طی کنند. از آنجا که یک مسیر کوتاهتر از مسیر دیگر است، مورچههای بیشتری از آن میگذرند و فرمون بیشتری بر روی آن انباشته میشود. بعد از مدت کوتاهی مقدار فرمون روی دو مسیر به اندازهای میرسد که روی تصمیم مورچههای جدید برای انتخاب مسیر بهتر تاثیر میگذارد. از این به بعد، مورچههای جدید با احتمال بیشتری ترجیح میدهند ازمسیر کوتاهتر استفاده کنند، زیرا در نقطه تصمیمگیری مقدار فرمون بیشتری در مسیر کوتاهتر مشاهده میکنند. بعد از مدت کوتاهی تمام مورچهها این مسیر را انتخاب خواهند کرد.
یکی از روشهای مطرح در زمینه بهینهسازی، الگوریتم ازدحام ذرات میباشد. این روش در سال 1995 برای اولین بار توسط کندی و ابرهارت ارائه گردید..[1] این الگوریتم از رفتارهای اجتماعی یک دسته از پرندگان و گروهی از ماهیها در یافتن غذا الهام گرفته شده است
اساس این الگوریتم بر تکرار جستجو در محیط مساله توسط جمعیت تصادفی میباشد که در هر تکرار تابع شایستگی مورد ارزیابی قرار میگیرد و سپس بهترین موقعیت هر پرنده و بهترین موقعیت تمام پرندگان در آن نسل در دو حافظه - بهترین موقعیت محلی، بهترین موقعیت کلی - قرار میگیرند. سپس در نسل بعد جمعیت جدیدی جایگزین جمعیت قبلی میشوند. و دراین نسل نیز بهترین موقعیت محلی و بهترین موقعیت کلی با آنچه در نسل قبلی بهدست آمد، مورد مقایسه قرار میگیرد.
درواقع حرکت پرندگان در این الگوریتم به دو عامل حرکت فردی و حرکت جمعی وابسته است. ترکیب این دو حرکت منجر به ایجاد یک مدل کارآمد جهت یافتن بهترین نقطه هدف در مسائل بهینهسازی میشود. اگر پرندگان فقط به حرکت فردی توجه کنند، بهزودی گروه یا دسته آنها ازهم پاشیده و هرکدام به سمتی خواهند رفت و اگر آنها فقط بهدنبال بهترین فرد گروه حرکت کنند، ممکن است آنها راه را گم کرده و یا در مینیممهای محلی گرفتار شوند و یا دیر به مقصد برسند.
متن مقاله:
فرمول بندی مساله:
در این قسمت به ارائه تابع هدف مناسب به منظور تعیین متغیرهای کنترلی در راستای بهینهسازی آن پرداخته میشود. در ادامه محدودیت مساوی و نامساوی مساله مورد مطالعه قرار میگیرد.
