بخشی از مقاله
چکیده
ادوات FACTS مانند TCSC - جبران کننده خازن سري - با کنترل توان جاري در خطوط می تواند در جهت کاهش توان خطوط با بار سنگین کمک کند، و این منجر به افزایش بارپذیري شبکه و کاهش هزینه هاي تولید و انتقال انرژي میشود . مدیریت گرفتگی congestion management با ادواتFACTS نیاز به دو گام اساسی دارد . اولین مرحله پیدا کردن محل مناسب در شبکه براي این ادوات است ، دومین مرحله بهینه سازي تنظیمات پارامتري این تجهیزات است . درمدیریت گرفتگی یک تابع غیر خطی است . روش قبلی آنالیز حساسیت بوده که از تقریب پخش بار DC استفاده می کنددر این مقاله از روش الگوریتم ژنتیک و پخش بار AC برايبدست آوردن جواب بهینه استفاده می کنیم. روش پیشنهادشده بر روي دو شبکه 5 شینه و شبکه استان خوزستان تستشده است .
واژههاي کلیدي: TCSC ، مدیریت گرفتگی ، الگوریتم ژنتیک
مقدمه
در سیستم هاي قدرت به دلایل مختلف نظیر افت ولتاژ مجاز و محدودیت هاي مربوط به انواع پایداریها، سبب می شود تا بهره برداري از ظرفیت کامل خطوط امکان پذیر نباشد و نتیجه آن این خواهد بود که حد توان قابل عبور ازخطوط کمتر ازحداکثر توان انتقالی آنها که همان حد حرارتی آنها است میگردد. با پدیدار شدن مساله تجدید ساختار در سیستم هاي قدرت و سیستم هاي با دسترسی آزاد ، که نتیجه آن ایجاد بازار رقابتی در تولید ، واینکه مصرف کنندگان انرژي حقانتخاب در مورد منبع خریدار انرژي را دارند ؛ استفاده حداکثراز ظرفیت خطوط انتقال لازم خواهد بود . در نتیجه اغلباتفاق می افتد که بخاطر رقابت بین تولید کنندگان و مصرفکنندگان انرژي الکتریکی و مسائل قراردادي ، شاهد افزایش ناخواسته در تبادل توان خارج از ظرفیت مجاز خطوط انتقالباشیم.
اگر این تبادل توان به نحوه صحیح مدیریت نشود برخی از خطوط در مسیرهاي مخصوص اضافه بار خواهند شد. این پدیده به عنوان گرفتگی خطوط نامیده می شود.گرفتگی در خطوط انتقال، چه به صورت گروهی و چهبصورت تکی نبایستی بیشتر از چندین لحظه کوتاه در خطوطحضور داشته باشد ، چرا که با ادامه گرفتگی خطوط ، معادلات پخش بار واگراشده ، امنیت وقابلیت اطمینان سیستماز بین رفته و سیستم به سمت فروپاشی میل خواهد کرد .براي اینکه نخواهیم گرفتگی در خطوط را به طور مناسبمدیریت نمائیم و گرفتگی را از خطوط رفع کنیم بایستی شبکه قدرت را طوري برنامه ریزي و تغییر دهیم که قابلیت انتقالتوان درخواستی مصرف کنندگان را دارا باشد.
اولین ایده ايکه در این مورد به نظر می رسد تاسیس خطوط انتقال جدید در کار خطوط انتقال قبلی می باشد. ولی موانع اساسی موجودبرسر راه گسترش شبکه هاي قدرت از قبیل محدودیتهاي زیست محیطی، حق راه و مسائل اقتصادي، باعث می شود که این ایده عملی نگردد دومین فکر استفاده از تجهیزات جبران کننده توان راکتیو مدرن یعنی سیستم هاي انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر - FACTS - می باشد.[5,6] با استفاده ازاین ادوات می توان با کنترل پخش بار در شبکه، به کاهشپخش توان در خطوط با بار سنگین کمک نمود. توسط این ادوات می توان بدون برنامه ریزي دوباره تولید ویا تغییرات توپولوژیک در شبکه، پخش توان را کنترل کرد، بطوري کهمحدودیت هاي حرارتی از حد مجاز خود فراتر نرود ،بارگذاري سیستم افزایش یابد تلفات کاهش یابد ، هزینه تولید کاهش یافته و نیز حد پایداري شبکه افزایش یابد. [7]
تمام اهداف جبران سازي فوق، به رفتارهاي دینامیکی و استاتیکی سیستم مربوط می شود . لذا مکان یابی ادواتFACTS درسیستم قدرت نیز بر اساس عملکرد دینامیکی واستاتیکی آنها بدست می آید. تا کنون روش هاي مختلفی براي جایگذاري این ادوات از نظر استاتیکی انجام گرفتهاست. مطالعاتی براي استفاده از TCSC و TCPAR درمدیریت گرفتگی انجام شده است. در مرجع [1,2 ] استفاده ازآنالیز حساسیت براي جایابی ادوات FACTS بر اساس 3 تابع هدف انجام شده است:تلفات خط انتقالی که ادوات روي آن خط نصب شده است.
تلفات کل توان حقیقی
معیار کارآیی پخش توان حقیقی نتایج حاصل نشان می دهد که:
الف: اگر در سیستم قدرت هیچ گونه گرفتگی نباشد جایگذاري FACTS بر اساس استاتیکی صرفاً به منظور کاهشتلفات است، با حضور گرفتگی معیار کاهش تلفات خط و کلشبکه مناسب نمی باشد.
ب- آنالیز حساسیت روش مناسبی براي تعیین جایابی ادواتFACTS می باشد ولی در تنظیم پارامترهاي FACTS به ما کمک نمی کند.
ج- استفاده از پخش بار DC از معایب این روش می باشد. 4][به کار بردن تابع هدف لگاریتمی و الگوریتم ژنتیک در [3]پیشنهاد شده است. از معایب این روش عدم تمایز بارپذیريخطوط در شرایط بهره برداري می باشد. چون تابع هدف غیر خطی بوده از الگوریتم ژنتیک براي بهینه سازي استفاده می کنیم و با روش آنالیز حساسیت مقایسه می کنیم . در این مقاله مروري بر روشهاي قبلی مانند آنالیز حساسیت با پخش بار DC شده است . یک روش بر مبناي الگوریتم ژنتیک وپخش بار AC براي تعیین مکان و پارامترهاي TCSC ارائه شده است . نتایج این شبیه سازي بروي شبکه 5 شینه نشان می دهد که حضور TCSC در محل و تنظیم مناسب باعث رفع گرفتگی خطوط می شود . در ادامه کارایی این روشبرروي شبکه 400kv استان خوزستان در پیک بار سال 86تست شده است.در بخش 2 مدل استاتیکی TCSC شرح داده می شود . در بخش 3 تابع هدف را از لحاظ گرفتگیخطوط معرفی می شود . روش آنالیز حساسیت و الگوریتم پیشنهادي براي بهینه سازي در بخش 4 و 5 تشریح می شود.در بخش 6 نتایج بر روي دو سیستم 5 و شبکه استان خوزستان تست می شود .
-2 مدلسازي استاتیکی ادوات FACTS
را نشان jو i بین شین Pشکل - 1 - یک خط ساده با مدارهستند . به ترتیب j و iمی دهد. ولتاژها در شین بترتیب زیر است : j به iپخش توان اکتیو و راکتیو از شین ضرائب بصورت زیر بدست می آید.تاثیر tcsc در شبکه ، همانند یک راکتانس قابل تنظیم در خطانتقال مورد نظر است. در حالت ماندگار tcsc همانند یکسلف یا خازن با امپدانس خازنی در نظر گرفته می شود. - تصویر - 3 راکتانس قابل کنترل Xtcsc مستقیما به عنوان متغیر کنترلی است که در معادلات پخش بار اعمال می گردد.تغییر در توان خط با توجه به خازن سري به عنوان یک خطبدون خازن با توان هاي تزریق شده به ابتدا و انتها ي خط در نظر گرفته می شود .در این رابطه δij δi −δj است .بین دو TCSC مدل خط انتقال با یک TCSC مدل[8,9]شین در تصویر 2 نشان داده شده است . - شکل - 2 مدل TCSCدرحالت ماندگار TCSC به وسیله یک راکتانس با مقدار –jxcدر نظر گرفته می شود ، پخش توان اکتیو و راکتیو از شین iبه j و j به i داراي راکتانس سري به صورت زیر می باشد.
-3تابع هدف در مدیریت گرفتگی
شدت بار پذیري شبکه در شرایط عادي و اضطراري به وسیله شاخص پخش توان در خطوط به شکل زیر است : [4]
در رابطه فوق plm توان حقیقی جریان یافت در خط m ، plmax ظرفیت نامی خط انتقال ، n به عنوان ضریب تابع نمایی یا مرتبه اندیس عملکرد است . N1 تعداد خطوط کل شبکه ، و wm نیز ضریب وزنی که نشاندهنده اهمیت خطوط است ومعمولاً داراي مقدار حقیقی وغیر منفی است. درسیستم هاي که تمام خطوط داراي اهمیت یکسانی باشند.معمولاً ضریب wm یک است. در اغلب الگوریتم هايانتخابی احتمالاتی استفاده از ضریب n مرتبه دوم پیشنهاد میشود. اینگونه سیستم ها معمولا اثري بنام maskingeffectتاثیر پذیر می باشند. اثر masking effect را می توان چنین بیان کرد. در سیستم هاي که هیچ گونه تمایزي بین مولفه هاي
