بخشی از مقاله
-1مقدمه
اعوجاج هارمونیکی در شبکههای قدرت ناشی از عناصر غیرخطی است. عنصر غیرخطی عنصری است که جریان آن متناسب با ولتاژ اعمالی نمی باشد. افزاش چند درصدی ولتاژ ممکن است باعث شود که جریان دو برابر شده و نیز شکل موج جریان فرم دیگری به خود بگیرد. این حالت، مورد ساده ای از تولید اعوجاج در سیستم قدرت میباشد.. اعوجاجهای هارمونیکی باعث ایجاد عدم عملکرد مناسب تجهیزات و نیز کاهش عمر و پایین آمدن راندمان دستگاهها اشاره نمود. چندین معیار عددی برای نشان دادن مقادیر هارمونیکی یک موج وجود دارد. از معروف ترین آنها میتوان به اعوجاج هارمونیکی کل - THD - که برای ولتاژ و جریان قابل محاسبه است اشاره نمود. اعوجاج هارمونیکی کل کمیتی مفید برای بسیاری از کاربردها میباشد و لیکن محدودیتهای آن را نیز باید مورد لحاظ قرار داد. این کمیت میتواند ایده خوبی از حرارت اضافی ایجاد شده در یک بار مقاومتی هنگامیکه ولتاژ اعوجاجی به آن اعمال شده است ارائه دهد.
همچنین میتواند نشانه ای برای تلفات اضافی ناشی از جریان عبوری از یک هادی نیز باشد. اثر اعوجاج هارمونیکی برروی عملکرد تجهیزات و سیستم قدرت-1 شکست عایقی بانکهای خازنی و افزایش جریان و توان و اندازهگیری تلفات اضافی اهمی و نیز تلفات اضافی راکتیو بانکهای خازنی -2 تداخل با سیستمهای ریپل کنترل و تداخل در وظیفه کنترل از راه دور سیستم های کلیدزنی در هسته و ایجاد حرارت زیاد در ماشینهای الکتریکی -3شکست عایقی کابلها -4تداخل با سیستمهای مخابراتی و -5 plc ایجاد خطا در دستگاههای اندازه گیری -6ایجاد نوسانات مکانیکی -7عدم عملکرد مناسب سیستمهای کنترل -8 عملکرد نامناسب و پاسخ اشتباه رله ها -9 عملکرد نامناسب در مدارات آتش سیستمهای الکترونیک قدرت بخصوص مدارات آتشی که براساس تشخیص نقطه صفر ولتاژ عمل میکنند.
کلمات کلیدی: هامورنیک -اعوجاج- الگوریتم -PSOجایابی بهینه-بانکهای خازنی- DG
-2شناسایی محل منابع هارمونیکی
در فیدرهای توزیع شعاعی و در کارخانجات صنعتی، تمایل اصلی هارمونیکهای تولیدشده، جریان یافتن از محل تولید خود - بارهای هارمونیک زا - به طرف منبع تغذیه سیستم قدرت میباشد. امپدانس سیستم معمولاً کمترین امپدانسی است که جریان های هارمونیکی در مقابل خود میبینند و بنابراین قسمت اعظم جریان به طرف منبع تغذیه سیستم جاری میشود. از این مطلب میتوان استفاده کرد تا محل منابع تولید هارمونیک راشناسایی نمود.
-3 تلفات خط با در نظر گرفتن رابطه ذیل به صورت زیر خواهد بود.
افت ولتاژ شدید، خاموشیهای متعدد، عدم تعادل بار و تلفات بالا ازجمله مشکلات اساسی در شبکه توزیع است. حدود 18 درصداز توان و انرژی الکتریکی تولید شده در نیروگاهها در مسیر تولید
تا مصرف به هدر میرود؛ که حدود 75 درصد از این تلفات دربنابراین تلفات حقیقی خط به خاطر وجود مؤلفه راکتیو جریان Iq، بزرگتر از تلفات در حالت بدون مؤلفه موهومی خواهد بود. R I q2 پس تلفات ناشی از عبور جریان راکتیو در خط خواهد بود. توجه کنید که از این پس هرجا صحبت از تلفات میشود منظور همان تلفات حقیقی سیستم میباشد و هدف از کاهش تلفات در مسئله کنترل توان راکتیو در واقع کاهش سهم RIq2 از کل تلفات میباشد. جاری شدن توان راکتیو در خطوط باعث افزایش تلفات توان حقیقی در شبکه خواهد بود.
-4کنترل توان راکتیو
کنترل توان راکتیو، پخش بهینه توان راکتیو تولیدی و مصرفی شبکه به ترتیب در بین عناصر تولید کننده و مصرف کننده میباشد تا ضمن تامین شرایط بهرهبرداری شبکه، بیشترین صرفهجویی اقتصادی را نتیجه دهد. تحقیقات بسیاری در حل مسئله کنترل توان راکتیو صورت پذیرفته است. برخی از مقالات مانند [1] آن را به صورت بخشی از مسئله OPF مورد بررسی قرار دادهاند و برخی با تعریف مستقل مسئله به صورت زیر، اقدام به حل مستقیم مسئله با استفاده از روشهای هوشمند نمودهاند:[3-2]مسئله پخش توان راکتیو RPD عبارت است از تخصیص بهینه تولید توان راکتیو به گونهای که تلفات حقیقی حداقل شده و ولتاژها در محدوده مجاز قرار گیرند، در حالی که تعدادی از قیود برابری و نابرابری بهرهبرداری شامل معادلات پخشبار، حدود بالا و پایین توان راکتیو خروجی ژنراتورها، خروجی توان راکتیو بانکهای خازنی و تپ ترانسفورماتورها، تامین گردد.
-1-4کنترل ولتاژ و کنترل توان راکتیو
در یک شبکه توزیع، ولتاژ دو سر تجهیزات باید در محدوده مجازی حول ولتاژ نامی قرار گیرد و در حالت ایدهال با تغییر بار از بیباری تا بار کامل باید این شرط برقرار باشد. از آنجایی که رابطه نزدیکی میان توان راکتیو عبوری و ولتاژ وجود دارد، میتوان کنترل توان راکتیو را یک کنترل V Q نیز در نظر گرفت. البته باید توجه شود که نحوه پخش توان اکتیو نیز میتواند روی مدارهای زیر بار شدید، مشکلات ولتاژی ایجاد نماید. برای ایجاد کنترل V Q ممکن است لازم باشد منابع توان راکتیو پیشفاز یا پسفاز به شبکه اضافه شود. این منابع ممکن است پسیو یا دینامیک باشند. راکتورها و خازنهای موازی عناصر پسیو هستند.
-2-4راهکارهای جبرانسازی توان راکتیو
اگر بخواهیم توان راکتیو کمتری در خطوط جریان داشته باشد باید به طریقی توان راکتیو مورد نیاز باسها را در محل باسها تأمین نمود که به آن جبرانسازی توان راکتیو گفته میشود. توجه کنید که در صورت جبرانسازی توان راکتیو به جهت قرار گرفتن ولتاژها در یک محدوده مجاز، پایداری سیستم نیز به طور همزمان بهبود مییابد و حداکثر توان قابل انتقال افزایش خواهد یافت. انواع روشهای جبرانسازی توان راکتیو عبارتند از:-1جبرانسازی امپدانس ضربه: Z 0 اگر بار خط انتقال به میزان بار امپدانس ضربه یاV 2 انتخاب شود، یک پروفیل Z 0 -2جبرانسازی طول خط: از آنجایی
مسطح ولتاژ خواهیم داشت.که می باشد، میتوان اندوکتانس را با اضافه کردن خازن سری کاهش داد و لذا را کم کرد. در اینصورت اختلاف فاز بین ولتاژهای طرف فرستنده و گیرنده نیز کاهش مییابد. ولی بعلت کاهش اندوکتانس سری ظرفیت انتقالی خط افزایش یافته و حاشیه پایداری بیشتر خواهد شد. -3جبرانسازی با تقسیم خط به چند بخش:این نوع جبران سازی با اتصال جبرانسازهای ولتاژ ثابت در طول خط ایجاد میشود. این جبرانسازها از نوع اکتیو هستند و شامل خازنهای قابل وصل و قطع تریستور - TSC - ، راکتورهای قابل کنترل با تریستور - TCR - و کندانسورهای سنکرون میباشند. در طول یک خط میتوان از هر سه نوع جبرانساز استفاده کرد.
-5 جایابی بهینه خازنها در شبکه
یافتن محل بهینه خازنها در یک شبکه توزیع، پروسه پیچیدهای میباشد. دو معیار اصلی برای تصمیمگیری، پروفایل ولتاژ و تلفات سیستم می باشند. برای تصحیح پروفایل ولتاژ لازم است خازنها در مسیرهای انتهایی فیدرها قرار داده شوند، در حالی که برای کاهش تلفات، خازنها را باید در حوالی مراکز بار قرار داد. برای تضمین بهترین حالت میتوان یک استراتژی اتوماتیک را با استفاده از وسایل اندازهگیری هوشمند در محل مشترکین، ارائه نمود. این وسایل اندازهگیری، ولتاژ در محل مشترک را اندازهگیری کرده و اطلاعات را برای مرکز ارسال میکنند تا تصمیمگیری در مورد خازنها انجام شود. به طور کلی تمام روشهای جایابی خازن به طور مشترک هر دو اهداف بهبود پروفایل ولتاژ و کاهش تلفات تا حد ممکن را دنبال مینمایند. البته لازم به ذکر است که در برخی تحقیقات در این خصوص توابع هدف جانبی همانند بررسی هارمونیکی شبکه نیز در نظر گرفته میشود.
-1-5 مسئله تعیین محل و ظرفیت بهینه خازن در شبکه توزیع
مسئله تعیین محل و ظرفیت بهینه خازن OCPP در شبکه توزیع عبارت است از تخصیص بهینه بانکهای خازنی به عنوان واحدهای تولید توان راکتیو در شبکه تا ضمن تامین تمام قیود بهرهبرداری مربوط به عملکرد شبکه توزیع، تلفات شبکه کاهش یابد، به گونهای که در مقایسه هزینه سرمایهگذاریهای مورد نیاز برای تخصیص خازن با درآمد حاصل از کاهش تلفات - در یک دوره عملکرد 1- 10 ساله - ، صرفهجویی اقتصادی را به همراه داشته باشد.[4] توابع هدف ممکن در مسئله جایابی خازن را میتوان به صورت زیر لیست نمود:-1کاهش تلفات در پیک بار-2کاهش تلفات انرژی -3کنترل ولتاژ و هارمونیک -4کاهش هزینه تلفات با در نظر گیری هزینه خرید و نصب خازن -5 افزایش ظرفیت شبکه برای بارگذاری.
متغیرهایی که در این مسئله باید محاسبه شوند عبارتند از: تعداد، اندازه، محل و طرح کنترلی آنها که زمان ورود و خروج خازنها به شبکه را مشخص میکند. :[5] نامشخص بودن رفتار بارها بر روی فیدرها به خصوص در مورد -1بارهای خانگی-2 پیچیدگی ساختار شبکه توزیع-3عدم اطمینان شرکت های توزیع به بازگشت هزینههای مصرفی برای خرید و نصب خازن-4تغییرات نوع بارهای شبکه به خاطر این دشواریها در حل مسئله OCPP، تحقیقات انجام شده در این زمینه، با فرضیات مشخصی این مسئله را حل کردهاند و هرکدام فرمول ریاضیاتی خاصی را برای آن پیشنهاد دادهاند. به طور کلی مسئله OCPPرا میتوان به صورت زیر فرمولبندی کرد: - 2
که در آن - f - X ,U تابع هزینه مسئله میباشد که نوعا شامل تلفات سیستم و هزینه ناشی از نصب خازن میباشد. g - X ,U - نشان دهنده معادلات پخش بار شبکه و h - X ,U - نشان دهنده محدودیت های بهرهبرداری و ایمنی شبکه مانند حد ایمنی ولتاژ - VSM - میباشد. X و U به ترتیب متغیرهای حالت و کنترلی شبکه میباشد که رابطه - 3 - محدوده مجاز برای این متغیرها را نشان میدهد. هدف از حل این مسئله بهینهسازی یافتن بهترین مقادیر برای متغیر U میباشد تا ضمن تامین قیود، کمترین میزان تابع هزینه را به دست دهد.
-2-5 تابع هزینه مسئله جایابی خازن در شبکه توزیع
همانطور که اشاره شد، این مسئله در تحقیقات مختلف به صورت های متفاوتی فرمولبندی شده است که در ادامه به برخی از آنها که بیشتر مورد استفاده بودهاند، اشاره خواهیم نمود. بیشتر مقالات پیشین جایابی خازن تنها هزینه انرژی و توان تلفاتی و هزینه خرید و نصب خازن را در تابع هزینه خود لحاظ کردهاند و تابع هدف را به صورت ساده زیر معرفی کردهاند:[7 -6]Ncap تعداد باسهایی است که در آنها خازن نصب گردیده است. K e هزینه تلفات انرژی و K C هزینه خرید و نصب خازن برای هر کیلووار میباشد. L نشان دهنده تعداد سطوح بار درنظر گرفته شده در حل مسئله است که معمولاً برابر عدد 3 در نظر گرفته میشود و شبیه سازی در سه سطح بارگذاری انجام میشود. همانطور که دیده میشود در این رابطه قیمت انرژی
