بخشی از مقاله
خلاصه
یکی مباحث مهم در برنامه ریزی سیستم های توزیع و فوق توزیع، تصمیم گیری در زمینه مکان پست هاست که اثر بسیار زیادی بر روی هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری و تلفات انرژی و ... می گذارد. تصمیماتی از قبیل مکان شارش توان، نصب فیدرها و تهیه ترانسفورماتورها، که گرانترین بخش است، نیز باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد. در این مقاله به بررسی قابلیت اطمینان در دوره های زمانی مختلف برای توسعه بهینه پست های فوق توزیع پرداخته شده است نتایج با الگوریتم HRAGA در نرم افزارMATLAB بررسی و مقا*یسه خواهد شد. که از نتایج شبیه سازی شده برای دوره های مختلف توسعه بهینه پست های فوق توزیع بدست امده که در دوره های ابتدایی پستی به مجموعه پست ها اضافه نشده است و فقط از طریق افزایش ظرفیت پست ها و تغییر آرایش فیدرها بارها تامین شده اند. در دوره آخر از آنجاییکه بار افزایش یافته و با توجه به ظرفیت پست های موجود دیگر توانایی تامین بار وجود ندارد، پست های جدید وارد شبکه می شوند.
کلمات کلیدی: پست فوق توزیع ، جایابی ، توسعه بهینه ، فیدر
.1 مقدمه
پست های فوق توزیع در واقع نقاط تزریق انرژی از سیستم انتقال به شبکه های توزیع به شمار می روند که نقش پل ارتباطی میان این دو بخش از سیستم قدرت را بازی می کند. بنابراین تعیین مکان مناسب یا نامناسب این پست ها می تواند طراحی دیگر بخش های شبکه توزیع همانند پست های توزیع و فیدرهای فشارمتوسط را تحت تأثیر قرار دهد. به عبارت دیگر در صورتی که در مکان یابی پست های فوق توزیع دقت کافی صورت نگیرد، در طراحی فیدرهای فشارمتوسط و دیگر قسمت های سیستم توزیع نیز با مشکلات جدی مواجه خواهیم بود.سیستم توزیع را می توان جزء قدیمی ترین و کلیدی ترین بخش های سیستم قدرت بشمار آورد و به موازات پیدایش سیستم قدرت تلاش برای طراحی بهینه و بهره برداری از شبکه قدرت با توجه به قابلیت اطمینان آن با سابقه ای طولانی توام شده است.
در این راستا روش های پیشرفته طراحی توانسته اند به بهبود سیستم قدرت و قابلیت اطمینان بخش های مختلف آن کمک شایانی بنمایند. با افزایش تقاضا برای انرژی الکتریکی شبکه های توزیع به سرعت گسترش پیدا کرد و سرمایه گذاری میلیارد دلاری روی این بخش سیستم قدرت صورت گرفت. بطور کلی نیمی از تلفات سیستم قدرت مربوط به شبکه توزیع می باشد و حال چنانچه به این دو عامل یعنی سرمایه گذاری کلان و تلفات سنگین در کنار یکدیگر نگاه کنیم روشن خواهد شد که حتی اصلاحات کوچک در روش طراحی این سیستم تاثیرات چشم گیری بر کل سیستم و شرکت های برق خواهد داشت.
در سالهای 1970 تا 1980 میلادی شبکه بر پایه روش های هیستریک طراحی می شد که با اعمال ساده سازی های مختلف مدلی برای پست ها و فیدر ها در نظر گرفته می شد و مساله بصورت معادلات چند متغیره با قیود مختلف بیان می شد و با روش های ریاضی مساله حل می شد ولی در سال های اخیر روش های الگوریتم های تکاملی مانند الگوریتم ژنتیک مورد توجه ویژه قرار گرفته است. این روش ابزار مناسبی برای بهینه سازی توابع غیر خطی می باشد که در کاربرد هایی مانند جایابی خازن ، پست و... بسیار کار آمد و مفید می باشد. از آنجایی که هزینه های سنگین ساخت و اجرای پست از یک سو و تلفات سیستم از سوی دیگر بهره بردار سیستم قدرت را با هزینه های سنگین مواجه می کند. در این مقاله از الگوریتم HRAGA برای طراحی شبکه و جایابی بهینه پست ها استفاده خواهد شد. و الگوریتم پیشنهادی روی شبکه استاندارد IEEE تست خواهد شد و نتایج حاصله آنالیز و بررسی می شود.
.2 تاریخچه پوهش
کراوفورد و هالت مساله تعیین محل و ظرفیت پستها را با استفاده از برنامه ریزی خطی به همراه الگوریتم حمل و نقل مورد بررسی و حل قرار داده اند فرض بر این است که کل تولید و مصرف باهم برابرند و هدف مشخص کردن الگوی ممکنی از ارتباطات بین گر ه های تولید و مصرف است بگونه ای که اولا تمامی مصرف کنندگان تامین شده باشند و ثانیا حداقل هزینه کل حمل و نقل تحقق یابد.[7] تامسون و وال ، مدل توسعه یافته ای از روش حمل و نقل مرکب را جهت انتخاب مکان بهینه پستها بکار گرفته اند[8] برای مدل ایشان داده های مورد نیاز عبارتند از محل تقاضا و میزان آنها برای توصیف یک تکه از فیدر و توصیف پست و همچنین هزینه انتقال توان روی یک تکه از خط که با تابع خطی مدل شده است، بکار گرفته شده .
فیدرها توسط دو داده توصیف می شوند : اول نوع هادی و دوم فاصله میان دو نقطه تقاضا که در دو انتهای یک تکه از فیدر قرار دارند . داده مورد نیاز برای هر پست موجود ظرفیت و مکان آن بوده و برای هر پست کاندید ظرفیت و مکان و هزینه ثابت هر پست است. اکوی و همکاران، روش متفاوتی را معرفی نموده اند که توانائی حل مساله طراحی برای سیستمهای با ابعاد وسیع را دارا است .اصول این روش بر پایه الگوریتم تبادل شاخه استوار بوده و تنها پاسخهای تقریبی قابل دستیابی هستند.[9]نارا و همکاران، الگوریتم چند مرحله ای تبادل شاخه را پیشنهاد کرده اند در حقیقت الگوریتم چند مرحله ای با تکرار روش تبادل شاخه تک مرحله ای اجرا می شود .[10] پوناوایکا و همکاران، روش جدیدی را برای حل مساله بهینه سازی جایابی و تعیین ظرفیت پست و یافتن ساختار شبکه معرفی نموده اند .[11] .
روش پیشنهادی در زمره برنامه ریزی های غیرخطی قرار دارد . در حقیقت مساله به صورت برنامه ریزی عدد صحیح مختلط مربعی - QMIP - بر حسب هزینه های ثابت پستها و فیدرها و نیز ارزش فعلی هزینه تلفات انرژی خطوط مدل شده است . در این روش متغیرهای صفر و یک متغیرهای تصمیمی هستند که فرآیند افزودن پستها و یا فیدرهای جدید را شبیه سازی می کنند.سان و همکار ان، یک تکنیک دو مرحله ای را برای طراحی بهینه پستها و فیدرهای اولیه بنیان گذاری کرده اند[12] در ابتدا طراحی بهینه استاتیک برای سال مقصد با استفاده از فرمول بندی مساله هزینه ثابت شبکه تعیین می گردد که برای حل آن روش شاخه و کران را بکار می گیرد و برای بهبود دقت از یک مدل سازی ضمنی هزینه ثابت و متغیر استفاده می نماید. در مرحله دوم فرآیند گسترش فاز بندی شده، مکان پستها و مسیر فیدرها را برای سال مقصد تعیین می نماید .
الکادی یک روش اصلاح شده را برای طراحی بهینه پستها و فیدرهای اولیه ارائه کرده است[13] این روش یک مدل زمان بندی دقیق را بکار می گیرد و از فرمول بندی انعطاف پذیری استفاده می کند که از آن می توان برای تحلیل شبکه های توزیع محدود و هم برای تحلیل تقریبی شبکه های بزرگ استفاده کرد . مدل هزینه وابستگی زمانی هزینه های ثابت و متغیر برای تجهیزات طرح شده و هزینه تلفات را به صورت صریح در بر می گیرد. فرمول بندی طراحی از محدودیتهایی که بوسیله کاربر برای افت ولتاژ بر روی فیدرهای اولیه تعریف شده استفاده می نماید و محدودیتهای پخش بار بصورت خودکار توسط الگوریتم تنظیم می گردد.یوسف و همکاران، مدل طراحی بلندمدت سیستم توزیع را ارائه کرده اند.[14] که شامل یک تابع هزینه غیر خطی پیوسته می باشد. با دانستن تغییرات زمانی بار، مدل انواع مختلف هزینه ها را برای تمام تجهیزات طراحی شد ه در نظر می گیرد و سپس ساختار بهینه یا توسعه سیستم را نتیجه می دهد. در مدل همچنین امکان افزایش ظرفیت پستها و فیدرهای موجود بجای ساخت پست و فیدر جدید نیز پیش بینی شده است .
هدف حداقل کردن هزینه کل برای تمام المانهای سیستم می باشد. البته با فرض دانستن وسایل و تجهیزات موجود و تمامی مکانهای ممکن برای احداث پستهای جدید و فیدرهای جدید و تجهیزات قابل توسعه موجود.جنون و رامیرز یک مدل چند مرحله ای را برای یافتن پاسخ بهینه جایابی، تعیین ظرفیت و زمان بندی احداث پستهای توزیع و گسترش فیدرها به صورت همزمان ارائه داداه اند[15] مدل پیشنهادی ایشان براساس برنامه ریزی عدد صحیح مختلط استوار است و تابع هدف نمایانگر ارزش فعلی هزینه های سرمایه گذاری و تلفات انرژی و تقاضا برای سیستمی است که در طول دوره طراحی به تدریج احداث می شود. این تابع شامل متغییرهای پیوسته پخش بار و متغییرهای صفر و یک است که تصمیم گیری برای ساختن یا نساختن پست یا فیدر جدیدی را نشان می دهد ایشان همچنین مدلی بر پایه روش شبه پویا پیش نهاد کرده اند [16]
این مدل را می توان برای حل کل مساله توسعه سیستم در طول دوره طراحی به کار برد . در این مدل کل مساله طراحی به دو بخش جداگانه تقسیم می شود. در بخش نخست، از مدل برای دستیابی به پاسخی که بتواند نیازمندیهای سال آخر دوره طراحی را بر آورده کند استفاده می شود و در بخش دوم گسترش سال به سال سیستم توزیع به نحو موفقیت آمیزی اجرا می گردد. بطوری که این طرح توسعه از سال پایه آغاز می شود و به سمت سال افق پیش می رود .لین و همکاران، عمل جایابی بهینه پست و همچنین بهینه سازی حوزه سرویس دهی و مسیریابی بهینه فیدرها را با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی GISپشنهاد کرده اند.[17] بافرض معلوم بودن پیش بینی بار و حوزه سرویس دهی جاری هر پست، بهینه سازی در مراحل اصلی زیر انجام می شود:
-1 چک کردن بالانس توان کل سیستم.
-2مکان یابی و تعیین ظرفیت بهینه پست.
-3بهینه سازی حوزه سرویس دهی هر پست.
-4تعیین مسیر بهینه فیدر.
-5تخمین هزینه.
اوران و یاهاو یک مدل جدید ریاضی را برای جایابی بهینه یک پست و آرایش فیدرهای آن در یک منطقه برقی پیشنهاد کرده اند [18] تابع هدف ایشان شامل هزینه های تلفات، قابلیت اطمینان و ساخت خطوط توزیع می باشد.
