بخشی از مقاله
خلاصه
ادوات جبرانساز FACTS قادر به کنترل فلوی توان اکتیو و راکتیو عبوری از خطوط انتقال و همین طور کنترل ولتاژ باسهایی که به آنها اتصال مییابند، هستند. در نتیجه میتوان با جایابی و تنظیم مناسب پارامترهای آنها تحت شرایط استاتیکی علاوه بر افزایش بارپذیری شبکه، تلفات را کاهش و پروفیل ولتاژ شبکه انتقال را بهبود بخشید و همچنین طرح های سرمایه گذاری توسعه خطوط را به تعویق انداخت. در این مقاله چهار نوع تجهیز جبرانساز FACTS شامل SVC ، TCSC، TCPST و UPFC مورد توجه واقع شده-اند و دو روش هوشمند شامل نسخه دوم الگوریتم ژنتیک چند هدفه NSGA-II و اجتماع گروه ذرات چند هدفه MO-PSO را برای حل مسئله بهینه سازی مذکور مبتنی بر پخش بار بهینه OPF پیشنهاد میکند. برای اعتبارسنجی و تایید کارایی مدلهای پیشنهادی، مطالعات شبیهسازی بر روی یک شبکه -30 باسه تست استاندارد IEEE انجام شده و در نهایت، نتایج مفهومی حاصله از مقایسه دو روش پیشنهادی ارائه میگردد.
کلمات کلیدی: ادوات FACTS، جایابی بهینه، حد بارپذیری شبکه، تلفات توان در سیستم
.1 مقدمه
سیستم انتقال AC دارای محدودیت های متنوعی میباشد. که به دو گروه، محدودیت های استاتیکی و دینامیکی تقسیم می شوند. این محدودیت های ذاتی در سیستم قدرت تبادلات توان در این سیستم را محدود می سازند، که منجر به عدم استفاده بهینه از سیستم انتقال موجود می شود. تجهیزات جبرانساز FACTS در کاربردهای متنوع جهت بهبود عملکرد سیستم قدرت شامل کابردهای حالت دائمی شامل، کنترل ولتاژ، افزایش ظرفیت انتقال توان، کاهش سطح جریان اتصال کوتاه، کنترل فلوی عبوری از خطوط انتقال و کاربردهای دینامیکی شامل بهبودی پایداری گذرا، میراسازی نوسانات، بهبودی پایداری ولتاژ قابل استفاده میباشد .[1-2]
همواره مطالعات مربوط به بهبود بارپذیری سیستم پیچیده بوده است و بایستی در چندین مرحله انجام گیرد این مراحل شامل بررسی محدودیتهای پایداری، حدود ولتاژ و حد حرارتی خطوط شبکه انتقال میباشد پس از بررسی های لازم معلوم خواهد شد که سیستم نیازمند نصب خطوط انتقال جدید است و یا اینکه نیازمند توزیع بهتری از منابع تولید انرژی می باشد. روش دیگر استفاده از تجهیزات کنترل توان میباشد. هر دو روش نیاز به هزینههای سرمایهگذاری داشته اما گسترش تولید و انتقال انرژی مستلزم مسائل زیست محیطی و سیاسی نیز میباشد. روش دوم توسط ادوات جبرانساز FACTS صورت می گیرد.
این عناصر میتوانند برای کاهش توان در خطوط دارای اضافه بار و استفاده از مسیرهای جایگزین برای افزایش ظرفیت سیستم بکار روند این سبب می شود تا در شرایط عادی با سیستم انتقال و توزیع موجود از طریق امکان استفاده از حداکثر ظرفیت خطوط ظرفیت انتقالی سیستم را افزایش داد اما با توجه به تاثیر متقابل ادوات بر روی یکدیگر تعیین تعداد و مکان نصب مناسب آنها با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی از اهمیت بالایی برخوردار میباشد .[3-4]در اغلب موارد جایابی انواع ادوات FACTS برای کلیه کاربردها، یافتن مکان مناسب و چگونگی تنظیم پارامترهای آنها و همچنین بازگشت سرمایه نصب جبرانسازهای FACTS مد نظر میباشد.
تکنیکهایی که تا کنون برای جایابی تجهیزات FACTS استفاده شده اند به دو دسته روشهای مبتنی بر آنالیز حساسیت نظیر لیست اولویت [5] و روشهای مبتنی بر رویکرد بهینهسازی متاهیورستیک نظیر جفت گیری زنبور عسل، اجتماع گروه ذرات و غیره تقسیم میشود که به صورت تک هدفه یا چندین هدفه فنی -اقتصادی تعریف شدهاند .[6-7-8] اخیرا، مطالعات زیادی در ارتباط با مدیریت تراکم و پایداری ولتاژ توسط برنامهریزی بلندمدت ادوات جبرانساز FACTS انجام شده است.در مرجع [9] از الگوریتم ژنتیک برای تعیین تعداد و مکان بهینه ادوات TCPST برای مینیمم کردن همزمان تلفات و هزینه تولید در بازار رقابتی و نیز افزایش بارپذیری سیستم استفاده شده است از آنجایی که الگوریتم استفاده شده از نوع باینری می باشد اندازه زاویه شیفت دهنده فاز مورد توجه قرار نگرفته است.
در مرجع [10] برای محدود کردن جریان خطا قبل و بعد اتصال کوتاه از تجهیز ترانسفورماتور شیفت فاز TCPST استفاده میشود.یک مدل ریاضیاتی برای سیستم وقتی به تجهیز TCPST مجهز شده به طور متقارن نیز میباشد استخراج شده است دامنه راکتانس سری نقش مهمی در محدودسازی جریان خطا بازی میکند همچنین TCPST یک ولتاژ سری نیز ایجاد میکند که ولتاژ قبل اتصال کوتاه را کاهش میدهد.نتایج شبیه سازی نشان میدهد که جریان اتصال کوتاه در مقایسه با حالت بدون TCPST بسیار کاهش مییابد. در مرجع [11] تعیین محل بهینه نصب ادوات facts بسیار راحت و دقیق یک روش واسط کاربر به صورت گرافیکی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک تک هدفه ارائه شده است که قادر است مد کلیه ادوات را در نظر گرفته و محل و تنظیمات مربوط به پارامترهای آنها را تعیین نماید البته با هدف افزایش بارپذیری شبکه. پنج نوع تجهیز جبرانساز شامل SVC، TCSC، TCVR و TCPST و UPFC قابلیت جایابی دارند.
نتایج شبیهسازی بر روی شبکه تست IEEE نشان میدهد که این مدل قادر است انواع تجهیزات را بر روی سیستمهای قدرت با ابعاد کوچک، متوسط و بزرگ جایابی نماید. در مرجع [12]، یک شاخص حساسیت برای آشکارسازی باسهای ضعیف شبکه تعریف میشود.آنالیز حساسیت برای تعیین ناحیه ای که ادوات جبرانساز بیشترین تاثیر را دارند انجام می شود و این ناحیه محدود و مشخص کنترل پخش بار بهینه مورد توجه واقع میشود زیرا به دلیل اینکه ورود کل شبکه قدرت در فرآیند بهینه سازی بسیار دشوار میباشد. تابع هدف این مدل بهینه سازی شامل سه بخش کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و هزینه بهره-برداری ادوات بوده است و برای ادوات جبرانساز موازی به کار گرفته شده است که اعتبارسنجی مدل پیشنهادی به نتایج نسبتا خوبی منجر شد.
در مرجع [13] تعیین بهینه محل نصب تجهیز جبرانساز SVC بمنظور ماکزیمم سازی بارپذیری سیستم قدرت ارائه میشود. روش بر مبنای روش پیچیده صحیح خطی و معادلات پخش بار میباشد. این روش نه تنها محل و ظرفیت بهینه این تجهیزات را تعیین مینماید بلکه قادر به کمینه سازی سطح جبران نیز گردد. که نتایج شبیه سازی بر روی سیستم قدرت تست IEEE تایید کننده این ادعا میباشد. در مرجع [14] جایابی ادوات جبرانساز FACTS با روش رقابت استعماری ICA به نحوی انجام میشود که طی خروج خطوط از شبکه و تغییر در تقاضای بار کمترین انحراف ولتاژ و اضافه بار به خطوط باقیمانده شبکه تحمیل شود.
دو تجهیز جبرانساز TCPST و TCSC برای این منظور مورد توجه واقع شدهاند نتایج حاصل از بکارگیری روش ICA به انحراف ولتاژ و اضافه بار کمتری نسبت به روشهای دیگر نظیر اجتماع گروه ذرات PSO، گرانشی، کولونی مصنوعی زنبور عسل ABC و غیره منجر شده است. در مرجع [15] جایابی و تنظیم پارامترهای ادوات جبرانساز TCPST و SVC بر مبنای پخش بار بهینه و رهیافت تقاطع داخلی CE ارائه شده است.تکنیک بهینه سازی غیرمتداول بر مبنای شبیه سازی برای تنظیم پارامترهای انواع ادوات جبرانساز استفاده شده است. برخی پارامترهای حیاتی محل انتخابی برای نصب و ظرفیت ادوات را در نهایت تعیین میکند.
با مقایسه این روش با روشهای حساسیت به این نتیجه میتوان رسید که روش پیشنهادی علاوه بر اینکه به نتایج خوبی منجر میشود بلکه قابلیت بسیار خوبی در جایابی تجهیزات در شبکه های بزرگ مقیاس دارا میباشد. در مرجع [16] الگوریتم بهینه سازی جستجوی گرانشی برای حل مسئله جایابی تجهیزات FACTS در سیستم انتقال بکار گرفته شده است. توان اکتیو و راکتیو در شبکه مورد توجه قرار گرفته حتی تاثیر ادوات جبرانساز بر روی توان تولیدی ژنراتورها نیز بررسی گردیده است.نتایج شبیه سازی حاصل از روش حل پیشنهادی با روشهای ژنتیک، اجتماع گروه ذرات مقایسه شده است.
نتایج شبیه سازی نشان میدهد که بکارگیری ادوات در شبکه علاوه بر افزایش بارپذیری شبکه هر یک از ژنراتورهای شبکه را قادر میسازد تا به طور موثر ظرفیت بیشتری را به تولید توان اکتیو اختصاص دهند در نتیجه تلفات و هزینه بهرهبرداری در مقایسه با عدم حضور این تجهیزات در شبکه به طور چشمگیری کاهش مییابد. روی برنامه ریزی مبتنی بر الگوریتم گرانشی به نتایج بهتری نسبت به دیگر روشهای مذکور منجر میشود.مابقی قسمتهای مقاله بترتیب زیر سازماندهی شده است : در بخش دوم مدلسازی انواع ادوات جبرانساز SVC، TCSC، TCPST و UPFC بر اساس دو روش راکتانس متغیر و تزریق توان ارائه میگردد.
در بخش سوم فرمولاسیون مسئله بهینهسازی جایابی ادوات جبرانساز مذکور به طور همزمان با توجه به توابع هدف بهبود بارپذیری، تلفات و هزینه بهرهبرداری از ادوات جبرانساز FACTS مبتنی بر قیود پخش بار بهینه OPF در سیستمهای قدرت انجام میشود، سپس نحوه کدسازی مسئله مذکور با بکارگیری الگوریتمهای حل شامل نسخه دوم ژنتیک چند هدفه NSGA-II و اجتماع گروه ذرات چندین هدفه MO-PSO ارائه میشود سپس فلوچارت اجرای روند الگوریتم ارائه میشود. در بخش چهارم، نتایج شبیهسازی بمنظور جایابی بهینه ادوات بر روی چندین سیستم تست استاندارد IEEE با دو روش روش هوشمند چندین هدفه پیشنهادی شبیهسازی میشود و در بخش پنجم نیز نتایج مفهومی حاصل از مطالعات شبیهسازی بیان می-شود.
.2 مدلسازی انواع ادوات جبرانساز SVC ، TCSC، TCPSTو UPFC
مدلهای مختلفی برای ادوات FACTS در مراجع مختلف ارائه شده است. اولین روش در واقع به مدلهای تزریق توان است که مشخصه عملکردی ادوات جبرانساز به صورت تزریق توان ایجاد می شود. روش دیگر به صورت راکتانس متغیر
