بخشی از مقاله
این مقاله دارای فرمول های زیادی میباشد
چکيده -گستردگي بسيار زياد بخش توزيع نيروي برق و مسائل موجود در ارتباط با عدم طراحي و بهره برداري اصولي از اين شبکه ها باعث تخصيص درصد قابل توجهي از تلفات توان توليد شده به شبکه هاي توزيع شده است . کاهش تلفات خطوط از طريق جايابي مجدد مکان نصب ترانسفورماتور (تغيير محل تغذيه ) در شبکه هاي توزيع شعاعي با استفاده از يک روش کاربردي در اين مقاله ارائه شده است . روش پيشنهادي بر اساس اطلاعات اوليه شبکه شامل توان بارها، امپدانس خطوط و بدون نياز به محاسبات پخش بار با دقت بسيار خوب و سرعت بالا مناسب ترين مکان نصب ترانسفورماتور را به منظور کاهش تلفات تعيين مي کند. روش ارائه شده بر روي يک شبکه ٣٣باسه اجرا و نتايج بدست آمده صحت روش را نشان مي دهند.
کليد واژه -توان بارها، تلفات خطوط ، ماتريس ضرايب جريان بار، مکان ترانسفورماتور
١-مقدمه
تلفات توان در تمامي بخش هاي صنعت برق اعم از توليد، انتقال و توزيع نيروي برق وجود دارد. گسترگي زياد شبکه هاي توزيع و عدم استفاده از دانش فني کارآمد در قسمتهاي طراحي، ساخت و بهره برداري بر خلاف توليد و انتقال ، سبب تخصيص سهم قابل توجهي از تلفات به شبکه هاي توزيع شده است . آنچه باعث شده تا اين مشکل همچنان به عنوان بحثي به روز در جامعه مهندسي برق مطرح باشد تبعات اقتصادي و هزينه هاي گزافي است که از اين بابت پرداخت مي شود. با توجه به معتبر ترين آمار موجود در دفتر نظارت بر توزيع شرکت توانير از ميزان تلفات ٢٣.٣ درصد کل سطوح برق کشور اعم از توليد، انتقال و توزيع ، سهم شبکه توزيع ٥٥ درصد از اين مقدار است . روشهاي متعددي به منظور کاهش تلفات در سيستم هاي توزيع تا کنون در مقالات مختلف بيان شده است . در مرجع [١] براي اولين بار روش بازآرايي شبکه هاي توزيع جهت کاهش تلفات پيشنهاد شد. اصلاح اين روش در مرجع [٢] بر مبناي استفاده از يک الگوي پخش بار بهينه انجام گرديد. در مرجع [٣] يک روش بر مبناي نصب خازنهاي موازي و بازآرايي شبکه ارائه شده است . استفاده از تئوري گراف [٤]، الگوريتم ژنتيک [٥] ، الگوريتم مورچگان [٦] وساير الگوريتم ها از جمله روشهاي تحقيقي در اين موضوع مي باشند. استفاده از توليدات پراکنده به منظور تنظيم ولتاژ و کاهش تلفات در [٧و٨]
بررسي شده است . تغيير مکان نصب ترانسفورماتور و يا به عبارت ديگر تغيير محل تغذيه در شبکه توزيع يکي ديگر از راهکارهاي کاهش تلفات است . استفاده از دو الگوريتم بر مبناي يافتن مکانهاي متناظر با کمترين مقدار تلفات و حداقل تنظيم ولتاژ در مرجع [٩] بررسي شده است . مرجع [١٠] با استفاده از انجام محاسبات پخش بار پس از هر بار جابجايي ترانسفورماتور، بهترين مکان را به منظور کاهش تلفات بدست آورده است . در اين مقاله با استفاده از يک روش ابتکاري و عملي بهترين مکان نصب ترانسفورماتور از لحاظ کاهش تلفات و در نتيجه اصلاح پروفيل ولتاژ تعيين مي شود. عدم نياز به محاسبات پخش بار و تنها استفاده از اطلاعات توان مصرفي بارها و امپدانس خطوط از مزاياي روش پيشنهادي است . همچنين اين روش را مي توان براي انتخاب بهترين محل به منظور خازن گذاري استفاده نمود. روش ارائه شده بر روي يک شبکه ٣٣باسه اجرا و نتايج آن با مرجع [١٠] مقايسه مي گردد.
٢-روش پيشنهادي
تلفات در خطوط توزيع نيروي برق به عنوان بخشي از کل تلفات يک شبکه توزيع با توجه به امپدانس و ميزان جريان عبوري از خطوط تعيين مي گردد. اين جريان در حقيقت جريان مورد نياز بارهايي است که از اين طريق تغذيه مي شوند (رابطه ١).
در اين رابطه ILj جريان بارها و Ili جريان عبوري از بخش iام خط است . تغيير مکان نصب ترانسفورماتور در شبکه توزيع به عنوان تامين کننده توان بر روي مقدار جريان عبوري از بخش هاي مختلف خطوط تاثير مي گذارد که نتيجه آن تغيير مقدار تلفات است . اين راهکار به عنوان يکي از گزينه هاي کاهش تلفات در اين مقاله مورد بررسي قرار مي گيرد. در واقع با تغيير محل ترانسفورماتور کمترين مقدار تلفات تعيين مي شود.
٢-١-شماره گذاري خطوط و باس هاي شبکه
به منظور بررسي روش پيشنهادي ابتدا لازم است باس ها و بخش هاي مختلف خطوط شبکه مورد نظر شماره گذاري گردند. شبکه هاي توزيع بواسطه داشتن ماهيت شعاعي مسيرهاي مختلفي براي تغذيه بارها دارند. به طور دلخواه يک مسير را از ابتدا تا باس انتها به عنوان مسير اصلي شماره گذاري و سپس ساير مسيرها از محل انشعاب به عنوان مسيرهاي فرعي شماره گذاري مي گردند. در اين روند به باس ترانسفورماتور شماره صفر تخصيص داده مي شود که از طريق يک خط با شماره ١به ساير باس ها متصل مي گردد.
باس ها به ترتيب از شماره ١در مسير اصلي و سپس در مسيرهاي فرعي شماره گذاري مي گردند. همچنين خطوط متصل کننده باس ها به يکديگر ابتدا در مسير اصلي و از شماره ٢به بعد و سپس در مسيرهاي فرعي به ترتيب شماره گذاري مي شوند. شکل ١مثالي از شماره گذاري بر روي يک شبکه نمونه را نشان مي دهد.
٢-٢-ماتريس ضرايب جريان بار
جريان عبوري از هر خط در شبکه توزيع در حقيقت برابر با مجموع جريان هاي مورد نياز بارهاي موجود پس از خط مذکور است . تغيير مکان ترانسفورماتور و يا به عبارت ديگر تغيير محل تغذيه در شبکه ، ميزان جريان عبوري از خطوط را در هر موقعيت از مکان ترانسفورماتور نسبت به حالت قبل تغيير مي دهد. در يک شبکه شماره گذاري شده با nباس و mخط و با در نظر گرفتن اتصال ترانسفورماتور به يکي از باس ها مي توان رابطه بين جريان خطوط و بارها را به صورت زير نوشت .
در رابطه ٢:
[Il]: بردار جريان خطوط
[A]: ماتريس ضرايب جريان بار
[IL]: بردار جريان بارها
ماتريس [A] شامل اعداد صفر و يک است و تعداد سطرهايي برابر با تعداد خطوط و تعداد ستون هايي برابر با تعداد بارهاي شبکه دارد. با تغيير مکان اتصال ترانسفورماتور، اطلاعات ماتريس [A] نيز تغيير مي نمايد. از آنجاييکه در روش ارائه شده بايد تلفات کل خطوط شبکه از ديد تمامي باس ها مشخص شود، بنابراين نياز است که ماتريس [A] براي هر باس که در واقع ترانسفورماتور به آن متصل است نوشته شود که در ادامه با استفاده از يک روش ابتکاري و بدون نياز به صرف زمان زياد اين عمل امکان پذير مي گردد.
در ابتدا مکان اتصال ترانسفورماتور، باس شماره ١در نظر گرفته مي شود. با استفاده از رابطه ٢ماتريس [A] در اين وضعيت بدست مي آيد که با نمايش داده مي شود. اکنون براي محاسبه ماتريس (ترانسفورماتور به باس شماره ٢متصل است ) کافي است که تنها سطر دوم ماتريس را تغيير داد به اين صورت که به جاي اعداد صفر، عدد يک و بالعکس قرار داد و ساير سطرها بدون تغيير باقي مي مانند. در واقع اگر فرض شود که مقدار ماتريس معلوم و هدف پيدا کردن ماتريس است (i کوچکتر از j) در شرايطي که باس هاي Bi و Bj از طريق خط jبه يکديگر متصل مي باشند، به سهولت در سطر jام از ماتريس به جاي اعداد صفر، عدد يک و بالعکس قرار داده و ساير سطرها نيز بدون تغيير در نظر گرفته مي شوند. اين روند بدون انجام هيچ محاسبات دشواري براي تمامي باس هاي شبکه اجرا مي گردد. به عنوان مثال براي شبکه شکل ١ روابط جريان عبوري از خطوط در حالي که ترانسفورماتور به باس شماره ١متصل است به صورت رابطه (٣) است .
که به شکل ماتريس و بردار به صورت زير مرتب مي شوند.
براي بدست آوردن ماتريس تنها سطر دوم از ماتريس بر طبق روش بالا تغيير داده مي شود (رابطه ٥).
همچنين براي بدست آوردن ماتريس براي شبکه شکل ١بايد سطر پنجم از ماتريس را تغيير داد.
٢-٣-محاسبه تلفات خطوط
در روش پيشنهادي اصلاح تلفات شبکه هايي بررسي مي شود که وظيفه تامين برق مصرف کننده ها را از لحاظ توان مصرفي و ولتاژ مورد نياز در حد قابل قبولي (حدود يک پريونيت ) انجام مي دهند اما بدليل گستردگي و متفاوت بودن ميزان توان مصرفي در نقاط مختلف شبکه ، تلفات ايجاد شده با توجه به مکان کنوني نصب ترانسفورماتور بالا است .
بنابراين با در نظرگرفتن چنين شرايطي مي توان نوشت :
نتيجه اعمال تقريب فوق در اين رابطه ، برابر بودن اندازه جريان بار با اندازه توان بار را در بر دارد. بنابراين رابطه ٢را مي توان به شکل زير تغيير داد.
با جايگزين کردن رابطه ٧در رابطه ١، تلفات خطوط شبکه در هر مرحله از اتصال ترانسفورماتور به باس هاي مختلف شبکه بدست مي آيد.
در رابطه ٨، بردار تلفات خطوط در شرايط اتصال ترانسفورماتور به باس Bi و ترانهاده ماتريس امپدانس خطوط است . براي محاسبه رابطه ٨نيازي به بدست آوردن کل بردار تلفات خطوط در هر مرحله نيست بدليل اينکه تنها يک تغيير در هر مرحله نسبت به حالت قبل وجود دارد.
نتايج بدست آمده از رابطه ٨در واقع مقدار تلفات کل خطوط در هر مرحله از اتصال ترانسفورماتور و بنابراين نشان دهنده مناسب ترين مکان تغذيه از لحاظ کمترين مقدار تلفات است .
رابطه ٩تلفات خطوط شکل ١را در شرايطي که ترانسفورماتور به باس شماره ١متصل است را نشان مي دهد.
