بخشی از مقاله
چکیده
در توسعه بهینه منابع تولید پراکنده همواره پارامتر هایی چون : قابلیت اطمینان ریز شبکه ,شاخص حساسیت تلفات هر باس در هر موقعیت مکانی و پارامتر های اقتصادی برای سرمایه گذار مد نظر بوده است. در تولیدات پراکنده از نوع تولیدات همزمان برق و حرارت که مد نظر مقاله است، هزینه ها شامل هزینه سرمایه گذاری اولیه , هزینه بهره بردای , هزینه تعمیر و نگه داری و هزینه سوخت می باشد. از سوی دیگر سود مستقیم حاصله شامل سودهای حاصل از فروش برق به شبکه و احیای گرمای تلف شده اشاره کرد. در این مقاله تمام هزینه های اشاره شده در یک دوره حیات اقتصادی تجهیزات مورد مطالعه قرار گرفته است. به این ترتیب دراین مقاله ضمن در نظر گرفتن شاخصهای قابلیت اطمینان و تلفات شبکه از آنالیز هزینه فایده برای بدست آوردن ظرفیت بهینه منابع تولید همزمان برق و حرارت در یک دوره بهرهبرداری دهساله ریزشبکه استفاده شده است. در این مطالعه برای یافتن پاسخ بهینه از ابزار پخش بار جاروب رفت و برگشتی و الگوریتم بهینه سازی هوشمند اجتماع ذرات به صورت چند هدفه بهره برده شده است. برای بررسی کارآیی الگوریتم و نشان دادن توانایی روش پیشنهادی در پیدا کردن ظرفیت بهینه منابع تولید همزمان برق و حرارت مدل ارائه شده به یک شبکه استاندارد IEEE اعمال و نتایج مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
کلید واژه- الگوریتم اجتماع ذرات، برنامهریزی توسعه بهینه، تجدید ساختار، بازار برق، منابع تولید همزمان، میکروگرید
-1مقدمه
در سراسر جهان سیستمهای قدرت با مشکل کاهش تدریجی منابع فسیلی که با آلودگی زیستمحیطی نیز همراه است، روبرو میشوند. این مشکلات منجر به تمایل به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع توسط منابع انرژی تجدیدپذیر/غیر مرسوم مثل گاز طبیعی، انرژی باد، سلولهای فتوولتاییک خورشیدی، پیلهای سوختی، سیستمهای تولید همزمان توان و حرارت - CHP - 1، میکروتوربین، موتور استرلینگ و استفاده از مجموع آنها در یک شبکه توزیع واحد میگردد. این نوع از تولید انرژی را تولید پراکنده - DG - 2 مینامند و منابع تولید آن به منابع تولید پراکنده - DERs - 3 مشهورند. عبارت DG برای بیان تمایز با شیوههای متمرکز تولید انرژی استخراج شده است.
شبکههای توزیع با ادغام در DGها، به شبکههای اکتیو تبدیل میشوند و از اینرو به شبکههای توزیع فعال معروف میباشند. در اواخر دههی 1990، نشریات اصلی در رابطه با DG به طور وسیعی توسط گروههایی از CIGRE مورد بررسی قرار گرفت. کشورهای مختلف بر اساس نرخ تولید توان، سطح ولتاژ تولیدی و... تعاریف متنوعی را برای DG ارائه نمودهاند. طبق چندین مطالعه ویژگیهای DG به شرح زیر میباشد: DG نه توسط موسسهی متمرکز برق برنامهریزی شده و نه بهرهبرداری از آن متمرکز است. توان آن به طور عادی کمتر از 50 MW است. معمولا ژنراتور DG به شبکه توزیع وصل میگردد که ولتاژ آن از 230/415 V تا 145 kV است. شبکههای توزیع بدون واحدهای DG پسیو هستند. هنگامی که واحدهای DG در مدار قرار میگیرند منجر به فلوی دو سویه توان گشته و شبکههای توزیع پسیو را به شبکههای توزیع فعال تبدیل میکنند.
درتوسعه بهینه منابع تولید پراکنده همواره پارامتر هایی چون : قابلیت اطمینان ریز شبکه ,شاخص حساسیت تلفات هر باس در هر موقعیت مکانی و پارامتر های اقتصادی برای سرمایه گذار همواره مد نظر بوده است. از پارامتر های مهم اقتصادی می توان نسبت سود به هزینه اشاره کرد. در تولدات همزمان برق و حرارت هزینه ها شامل هزینه سرمایه گذاری اولیه ,هزینه بهره بردای , هزینه تعمیر و نگه داری و هزینه سوخت می باشد. از سوی دیگرسود مستقیم حاصله شامل سودهای حاصل از فروش برق به شبکه و احیای گرمای تلف شده اشاره کرد. به این ترتیب دراین مقاله ضمن در نظر گرفتن شاخصهای قابلیت اطمینان و تلفات شبکه از آنالیز هزینه فایده برای بدست آوردن ظرفیت بهینه منابع تولید همزمان برق و حرارت در یک دوره بهرهبرداری دهساله ریزشبکه استفاده شده است.
-2مروری بر منابع در [1] برای تعیین مکان، از روش حساسیت تلفات شینها
استفاده شده است. پس از تعیین مکان از طریق حل مسئله بهینهسازی سود به هزینه به روش بهینهسازی اجتماع ذرات اندازه و تکنولوژی مناسب انتخاب شده است. [2]الگوریتم ژنتیک را برای جایابی تولیدات پراکنده در شبکه میکروگرید بهکار برده است. اهداف مورد نظر کمینهسازی هزینه خاموشی و تلفات است. گزینههای سرمایهگذاری شامل توربینهای گازی وپیلهای سوختی است. [3] گزارش پروژههای اجرایی موفقی از توسعه منابع تولید پراکنده در شرکت برق منطقه ویرجینیا را ارائه داده است. [4] نیز از الگوریتم ژنتیک به منظور تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده استفاده کرده است. در این مرجع شبکه در نظر گرفته نشده است و کل سیستم بهصورت تکشینه مدلسازی شده و با توجه به رشد بار فقط ظرفیت بهینه
تولیدات پراکنده تعیین شده است. [5] از الگوریتم DER-CAM بهره برده و با توجه به تعرفه برق، هزینه سوخت و مشخصات فنی تجهیزات به تامین همزمان بار الکتریکی و گرمایشی به میزان مشخص - میزان از قبل تعیین شده - پرداخته است. لذا در این مرجع هم مکانیابی و هم انتخاب گزینه مناسب - به لحاظ ظرفیت و تکنولوژی - مورد مطالعه قرار گرفته است. در مرجع [6] مکانیابی تولیدات پراکنده توسط الگوریتم آشوب در شبکه حلقوی مورد مطالعه قرار گرفته است. [7] به منظور توجیح طرحهای توسعه تولیدات پراکنده، آن را با توسعه ظرفیت فیدرها و پست مربوطه مقایسه کرده است. برای این منظور برنامهریزی تحت سناریوها و شرایط مختلفی چون، برنامهریزی زمان پیک، برنامهریزی بر حسب جریمه خاموشی مشترکین، برنامهریزی بر حسب شاخص هزینه به فایده، برنامه-ریزی تحت شرایط رشد زیاد و کم بار، برنامهریزی بر حسب عدم قطعیت خروج تجهیزات و غیره انجام داده است.
[8] برای تعیین مکان، اندازه و تکنولوژیهای توسعه از روش برنامهریزی دینامیکی استفاده کرده است. منابع تجدیدپذیر نیز در کنار منابع ذخیرهساز به عنوان گزینههای سرمایهگذاری در نظر گرفته شدهاند. هدف در این مرجع کمینه کردن هزینه شامل هزینه سرمایهگذاری و هزینه سوخت به همراه هزینه تامین حرارت اضافی مورد نیاز شبکه مازاد بر حرارت تولیدی منابع تولید همزمان. در مرجع [9] برنامهریزی توسعه استراتژیک برای توسعه تولیدات همزمان برق و حرارت ارائه شده است. عدم قطعیت-های بار و باد در این مرجع در نظر گرفته شدهاند و مطالعات در یک شبکه حلقوی انجام شده است.
در مرجع [10]، مسائل مرتبط با توسعه تولیدات پراکنده بهویژه منابع بادی و منابع تولید همزمان برق و حرارت مورد ارزیابی واقع شده است. در این مرحع تاثیر این منابع بر حفاظت شبکه، کنترل ولتاژ و سطح اتصالکوتاه مورد بررسی قرار گرفته است. در مرجع [11]، بهرهبرداری هوشمند از منابع تولیدات پراکنده از نوع تولید همزمان پیشنهاد شده است. در این مرجع منابع پاسخگویی بار در کنار منابع تولید همزمان در نظر گرفته شده و استراتژی کنترل توسط قیمت پیشنهاد شده است. در نظر گرفتن منابع بارهای پاسخگو در کنار منابع تولید پراکنده از هر نوعی یکی از روشهای کاهش هزینههای سرمایهگذاری اضافی در تولید و نیز بهبود بهرهبرداری از این منابع است.
در مرجع [12]، منبع تولید پراکنده با امکان تولید همزمان برق، حرارت و سرما را مورد مطالعه قرار داده است. به منظور بهرهبرداری بهتر در این مرجع دو مود عملکردی یعنی تعقیب بار الکتریکی و تعقیب بار حرارتی به صورت توام در نظر گرفته شده است. به عبارت بهتر با توجه به شرایط تصمیم گیری در خصوص تعقیب بار الکتریکی یا تعقیب بار حرارتی انجام میشود. منظور از شزایط، میزان مصرف سوخت ورودی، هزینهبهرهبرداری، قیمت صورتهای انرژی خروجی و میزان دیاکسید کربن نشر شده میباشد. در حقیقت به این منبع تولید همزمان در این مقاله به دید انرژی حاب نگریسته شده است. در مرجع [13]، برنامه-ریزی توسعه تولید در یک شبکه میکروگرید با در نظر گرفتن منابع تولید همزمان به عنوان یکی از گزینههای توسعه انجام شده است. در این مرجع توسعه تا نقطهای انجام شده است که منابع موجود و منابع جدید بدون کمک شبکه بالادست قادر به تامین بارهای داخل شبکه باشند.
مکان و ظرفیت که مستقل از تکنولوژی یا همزمانی تولیدات منبع است در این مرجع به ترتیب توسط شاخص تلفات افزایشی و کمینه کردن تلفات - بهینهسازی توسط الگوریتم اجتماع درات - انتخاب شده است. در میکروگریدها هزینه سوخت و میزان آلایندههای خروجی منابع تولید وابسته به تکنولوژی مورد استفاده شده دارد. مود عملکردی منابع تولید همزمان تعقیب بار الکتریکی است که در کنار آن به تامین بخشی از بار حرارتی پرداخته و سود بیشتری را حاصل میکنند. همچنین هزینه آلایندهها نیز در این مرجع در نظر گرفته شده است. لذا چارچوب بهینهسازی مذکور یک چارچوب چند هدفه میباشد.
در مرجع [14]، جایابی و تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید همزمان در شبکه-های توزیع خانگی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مرجع پخشبار شبکه الکتریکی، شبکه آبرسانی و شبکه گازرسانی به-صورت همزمان انجام شده است. دلیل این امر استفاده از منابع تولید همزمان است که با هر سه شبکه اشاره شده در ارتباط است. محدودیتهای هر سه شبکه در تعیین ظرفیت مناسب و مود عملکردی این منابع تاثیرگذار است که در این مرجع این تاثیرات مورد مطالعه قرار گرفته است. در مرجع [15]، نیز در کنار منبع تولید همزمان برق و حرارت، منبع ذخیرهساز حرارت در نظر گرفته شده است. هدف در این مقاله تامین همزمان برق و حرارت مورد نیاز شبکه میکروگرید است. -3مدلسازی منابع در این بخش مدلسازی مسئله بازآرایی انجام میگردد. برای اینمنظور بایستی تمام مدلهای محاسباتی مرتبط، شامل محاسبات پخشبار، محاسبات شاخصهای قابلیت اطمینان واعداد فازی پیش از ارائه تابع هدف و قیود ارائه گردد.
1-3 پخشبار
همانطور که میدانیم در شبکههای توزیع نسبت R/X در مقایسه با شبکههای انتقال بیشتر بوده و همین امر منجر به عدم همگرایی روشهای محاسبه پخشبار شبکههای انتقال در مطالعات شبکههای توزیع میگردد. لذا روشهای دیگری برای این شبکهها ارائه شده است که معروفترین و قویترین آنها روش جاروب رفت و برگشتی است که حتی قابلیت اصلاح جهت اعمال به شبکههای توزیع حلقوی را نیز دارد. به علت تکرار این روش پخشبار در مراجع مختلف از جمله [16]، در اینجا از ارائه ریز مراحل آن خودداری میشود.
-2-3 منطق فازی
منطق فازی یک روش کارآمد برای انجام محاسبات همراه با عدم قطعیت است. منطق فازی بر اساس دانش بشری است و در آن از روابط دقیق ریاضی در علم احتمالات استفاده نمی-شود. یک عدد فازی در واقع مشابه یک تابع توزیع احتمال بوده ومقدار ثابت و مشخصی ندارد. بلکه دارای یک تابع عضویت و مقادیری در یک بازه مشخص دارد. اعداد فازی مورد استفاده در این پایاننامه با تابع عضویت مثلثی در نظر گرفته شدهاند. این تابع عضویت به شکل 1 میباشند. این تابع عضویت 3 مشخصه دارد: ابتدا، مقدار حداکثر و انتها که رابطه مربوطه طبق معادله 1 میباشد.
