بخشی از مقاله
خلاصه
شبکهی توزیع آخرین بخش از سیستم قدرت بوده و مستقیما مصرفکنندگان متنوع را تغذیه میکند. در این شبکه، تنوع و تعدد تجهیزات و ارتباط مستقیم با مصرفکنندگان در شبکهی توزیع باعث شده که سطح قابلیت اطمینان در شبکهی توزیع در سطح پایینی قرار داشته باشد. در این مقاله، دو تجهیز حفاظتی شبکه های توزیع یعنی کات اوت فیوز و ریکلوزر در کنار منابع تولید پراکنده - - DG، با هدف کاهش تلفات و بهبود شاخص های قابلیت اطمینان مورد جایابی قرار گرفته است.
شاخصهای قابلیت اطمینان شامل: هزینه انرژی توزیع نشده - - CENS، متوسط مدت زمان خاموشی سیستم - SAIDI - ، متوسط تعداد دفعات قطعی سیستم - - SAIFI و شاخص تعداد متوسط قطعی لحظهای - MAIFI - براساس ایجاد مصالحه بین رضایت مشتری و فروشنده در نظر گرفته شده است. جایابی با استفاده از الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات - PSO - انجام گرفته و بخشی از یک شبکه توزیع واقعی بعنوان شبکه نمونه مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی بر روی شبکهی واقعی با طرح سناریو براساس تعداد تجهیزات جایابی شده مورد مقایسه قرار گرفته است.
.1 مقدمه
هنگام وقوع خطا در یک فیدر لازم است مراحلی طی شود تا شبکه به حالت عادی خود باز گردد، چرا که با بروز خطا کلید قدرت ابتدای فیدر قطع میشود؛ بنابراین تمامی فیدر بیبرق و پستهای توزیعی که از طریق این فیدر تغذیه میشوند در خاموشی به سر خواهند برد؛ از اینرو لازم است مکان خطا پیدا شده و پس از شناسایی و تعیین محل خطا ، قسمت آسیب دیده با استفاده از سکسیونرهای مناسب از دیگر بخشهای سالم فیدر ایزوله گردد، سپس سعی می شود با استفاده حداکثری از ظرفیت نقاط مانور و نیز پست فوق توزیع تغذیه کننده فیدر، بخشهای سالم فیدر تا پایان انجام تعمیرات، برق دار گردد و تنها، ناحیه و قسمت هایی از فیدر که امکان انجام مانور برای تغذیه آنها وجود ندارد تاپایان تعمیرات بیبرق بمانند.
به مجموعه این مراحل، عملیات مانور گفته می شود. معمولا ادوات حفاظتی روی فیدر توزیع بر اساس راهبردهای شرکت و ایدههای مهندسی نصب میشوند. به طور کلی، حفاظت یک سیستم توزیع شامل مدارشکنها در پست با ریکلوزرهای خط، سکسیونرها و فیوزهاست که در امتداد فیدر اصلی و انشعابهای جانبی قرار دارند. ادوات حفاظتی بایستی الزامات زیر را برآورده سازند:
· حفظ ایمنی با حذف مدار تحت خطا از شبکه.
· حفظ یا کاهش خسارت به تجهیزات با از بین بردن شرایط غیرعادی.
· بهبود قابلیت اطمینان شبکه با حذف بخش کوچکی از مدار که در آن خطا رخ داده.
هدف اصلی برنامهریزی و بهرهبرداری از سیستمهای توزیع الکتریکی این است که تا حد ممکن ایمنی بار و کیفیت انرژی به صورت اقتصادی تضمین شود. داشتن هزینه پائین انرژی الکتریکی با سطوح بالای قابلیت اطمینان در تضاد است. چرا که ایجاد سطح بالاتر قابلیت اطمینان نیازمند صرف هزینه سرمایهگذاری و بهرهبرداری زیادتر است، این واقعیت، توجیهی برای تاکید بیشتر بر بهینهسازی هزینهها و قابلیت اطمینان است.
با توجه به مطالب فوق، یکی از راهکارهای عمده و کارا جهت بهبود قابلیت اطمینان در شبکههای توزیع انرژی الکتریکی استفاده مؤثر از ادوات حفاظتی-کلیدزنی در نقاط مانور است. به طوری که کلیدهای نصب شده، مدت زمان بازیابی سیستم را بعد از روی دادن خطا کاهش داده، تعداد خاموشیها - قطعیها - و همچنین محدوده خاموشی را کوچکتر نموده و در نتیجه سبب بهبود وضعیت سیستم از لحاظ شاخصهای قابلیت اطمینان می گردند. تعداد و مکان این ادوات تأثیر قابل ملاحظهای روی موفقیت عملیات مانور در شبکههای توزیع دارد و با طراحی مناسب این ادوات میتوان سطح قابلیت اطمینان این بخش از سیستم قدرت را به طور قابل ملاحظهای بهبود بخشید.
در طراحی سیستم توزیع، جایابی بهینه کلیدها و ادوات حفاظتی در شبکههای توزیع، امکان عملکرد بهتر و بهبود شاخصهای قابلیت اطمینان سیستم را فراهم میآورد. اینگونه بهینهسازی ، بدلیل اینکه یک مساله مقید ترکیبی توسط تابع هدف غیرخطی و پیچیده توصیف میشود، کار بسیار دشوار است. در [1]، تعیین مکان ریکلوزر و تولیداتپراکنده برای بهبود قابلیت اطمینان با استفاده از تحلیل حساسیت معادلات پخش توان انجام شده است.
روش تعیین ظرفیت، به ازای شرایط مختلف بارگذاری، سطح نفوذ تولید و ضریب توان به عنوان یک مساله بهینهسازی مقید ایمنی فرمولبندی میشودشده است. مکان تولیداتپراکنده براساس بهینهسازی قابلیت اطمینان محاسبه شده است. مرجع [2] مدلی مبتنی بر منافع اقتصادی از جایابی سکسیونر در سیستم توزیع فیدر شعاعی ارائه کرده است. مدل پیشنهادی، هزینه تلفات انرژی و هزینه سرمایهگذاری کل برای نصب سکسیونر را در نظر گرفته است. برای حل مساله مکانیابی بهینه سکسونر الگوریتم ژنتیک پیشنهاد شده است.
لویتین و همکارانش در [3] کمینهسازی تلفات انرژی را با یک روش دو مرحلهای برای جایابی مناسب سکسیونر انجام دادهاند. این مساله با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شده است. مرجع [4] مدل برنامهنویسی غیرخطی عدد صحیح با متغیرهای دو دویی را برای جایابی ادوات حفاظتی در فیدر های اصلی و تمامی شاخههای مدار توزیع هوایی، به منظور بهبود شاخص قابلیت اطمینان و تامین قابلیت موردنیاز مصرفکنندگان بکار گرفته است. مساله با در نظر گرفتن قیود فنی و اقتصادی مانند هماهنگی ادوات حفاظتی، تجیهزات در دسترس، اهمیت فیدر و پیکربندی مدار با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینهسازی شده است.
نویسندگان مرجع [5] فرمولبندی نوینی را برا جایابی کلید و سکسیونر با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان و هزینه-های سرمایهگذاری انجام دادهاند. تکنیک پیشنهادی مبتنی بر منطق فازی و الگوریتم ژنتیک است. دو شبکهی توزیع واقعی برای ارزیابی الگوریتم پیشنهادی ارائه شده است. در [6]، با ترکیب الگوریتم ژنتیک و فرایند تجزیه و تحلیل سلسله مراتبی روش نوینی را برای جایابی ریکلوزر و تولیداتپراکنده پیشنهاد کردهاند.
برای این منظور، ظرفیت تولیداتپراکنده توسط الگوریتم ژنتیک و تعداد تولیداتپراکنده و بازبست خودکار نیز توسط تکنیک سلسله مراتبی تعیین میگردد. روش پیشنهاد روی شبکه استاندارد 33 شینه IEEE اجرا شده است. فلقی و همکارانش در [7]، جایابی سکسیونر در حضور تولید پراکنده را با استفاده از الگوریتم بهینهسازی کلونی مورچگان انجام داده اند. تابع هدف شامل دو عبارت تلفات توان و قابلیت اطمینان بوده که با استفاده از یک تکنیک فازی فرمولبندی شده و مطالعه موردی آن روی دو شبکهی استاندارد و واقعی انجام و نتایج الگوریتم کلونی مورچگان با ژنتیک مقایسه شده است.
مرجع [8] هدف اصلی شرکتهای برق را ارائه سرویس با قابلیت اطمینان بالا و کمترین هزینه به مشترکین بیان میکند و فعالیتهایی نظیر شاخهزنی با برنامه زمانی منظم، بهبود طراحی سازهها، نصب صاعقهگیرها و استفاده از گارد حیوانات، استفاده از تجهیز حفاظتی، نشانگرهای خطا و سایر سنسورها، و اتوماسیون توزیع را از راهکارهای بهبود شاخص های قابلیت اطمینان بر میشمارد. این مقاله تاثیر تعداد، نوع و مکان تجهیزات حفاظتی را روی قابلیت اطمینان فیدرهای شبکه توزیع مورد بررسی قرار میدهد. شاخصهای متوسط تکرار قطعی سیستم - - SAIFI و SAIDI بعنوان معیارهای ارزیابی انتخاب شده اند. کار مشابهی نیز توسط نویسندگان این مرجع در [9] با استفاده از برنامهرزی دودویی انجام پذیرفته است.
هدف نویسندگان مرجع [10] کمینهسازی شاخصهای SAIFI و SAIDI با تعیین نوع و محل ادوات حفاظتی و حصول سازش - مصالحه - میان کاهش SAIFI و افزایش متوسط تعداد دفعات قطعی گذرای سیستم - MAIFI - با تعیین محل فیوزهاست. شبکه 9 شینه استاندارد IEEE به عنوان شبکه نمونه انتخاب و مساله با درنظرگرفتن چندین قید مورد تحلیل قرار گرفته است. در [11]، جایابی بهینه ادوات اتوماسیون با در نظرگرفتن قیود فنی و اقتصادی انجام شده؛ با این روش، امکان بهینهسازی یک فیدر یا کل شبکه توزیع با تکرار کمتر فراهم گردیده است. در این مقاله در بخش دوم به معرفی شاخص های قابلیت اطمینان در شبکه توزیع پرداخته شده و سپس در بخش سوم تابع هدف و مدل پیشنهادی معرفی شده است. در بخش چهارم الگوریتم بهینهسازی به صورت اجمالی توضیح داده و نتایج شبیهسازیها و نتیجهگیری نیز در بخشهای 5و 6 بیان شده است.
.2 شاخصهای قابلیت اطمینان
بطور کلی شاخصهای معمول شرکتهای برق در ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم توزیع عبارتند از:[12]
· شاخص متوسط تعداد قطعی سیستم - - SAIFI
این شاخص برای داشتن اطلاعاتی دربارهی تعداد متوسط قطعیهای هر مصرفکننده شبکه در یک ناحیهی مشخص و مطابق رابطه - 1 - تعریف میشود.
