بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از اهداف مهم در برنامهریزی سیستمهای توزیع بهبود قابلیتاطمینان به همراه کاهش هزینهها است. یکی از روشهای موثر برای تحقق این هدف، جایابی بهینه تجهیزات کلیدزنی است. همچنین با توجه به وجود وابستگی مکان بهینه سکسیونرها و نقاط مانور به یکدیگر، بایستی جایابی این دو تجهیز همزمان حل شود. از طرفی با توجه به مطرح شدن اشکال مختلف منحنی تنظیمی پاداش– جریمه - RPS - در شبکههای توزیع، شرکتهای توزیع تحت ریسکهای مالی مرتبط به تأمین خدمات با قابلیتاطمینان مناسب برای مشترکین قرار گرفتهاند.
در چنین شرایطی شرکتهای توزیع میتوانند مکان بهینه سکسیونر و نقاط مانور را به گونهای انتخاب کنند که با لحاظ ریسکهای اقتصادی تنظیمی RPS، متحمل کمترین هزینه شده و در نهایت پاداش دریافتی از این منحنی را بیشینه سازند. در این مقاله ضمن بررسی ضرورت مسئله جایابی کلید با در نظر گرفتن منحنی تنظیمی RPS، روشی برای جایابی همزمان سکسیونر و نقاط مانور تحت این منحنی ارائه شده است. برای حل مسئله جایابی از نسخه باینری الگوریتم ازدحام ذرات - BPSO - در محیط Matlab استفاده شده است. همچنین شبکه 33 باسه IEEE برای ارزیابی روش ارائه شده در این مقاله استفاده شده است.
.1 مرور بر ادبیات تحقیق
هدف اصلی از برنامهریزی و بهرهبرداری سیستمهای توزیع تامین بار و انرژی مورد نیاز مشترکین با اقتصادیترین شکل ممکن با اطمینان از کیفیت و پایایی تامین آن است. تامین همزمان دو قید هزینه پایین با قابلیتاطمینان بالا یکی از چالشهای موجود در مسایل سیستمهای قدرت است. به این دلیل که قابلیتاطمینان بالاتر هزینههای بهرهبرداری و سرمایهگذاری بالاتری را میطلبد .[1] یکی از روشهای موثر در بهبود شاخصهای قابلیتاطمینان سیستم توزیع جایابی بهینه تجهیزات کلیدزنی است.
چرا که سرعت بازیابی شبکه در هنگام بروز خطا، به مکان و تعداد تجهیزات کلیدزنی وابستگی زیادی دارد. در این راستا مرجع [2] تاثیر همزمان سکسیونر و ریکلوزر، مرجع [3] سکسیونر و دیژنکتور و مرجع [4] سکسیونر و نقاط مانور را در بهبود شاخصهای قابلیتاطمینان سیستم توزیع بررسی کرده است. همچنین در مسئله جایابی تجهیزات کلیدزنی از روشهای متنوع ابتکاری مانند PSO در مرجع [5]، TPSO در مرجع [3]، ACO در مرجع [6] و SFLA در مرجع [7] به کار گرفته شده است. همچنین مرجع [8] این مسئله را در محیط نرمافزار GAMS با ارائه روش MILP حل کرده است.
مرجع [2] روشی برای جایابی سکسیونر و ریکلوزر در شبکه توزیع به منظور بهبود قابلیتاطمینان و کمینهسازی هزینههای سرمایهگذاری و خاموشی مشترکین، با در نظر گرفتن عدمقطعیت در اطلاعات بار، نرخ خرابی و زمان تعمیر ارائه میدهد. عدم قطعیتها با روش تخمین نقطهای مدل شدهاند. در مرجع [3] روش سه حالتهای که از نسخه گسسته الگوریتم ازدحام ذرات الهام گرفته، ارائه شده است. نوآوری الگوریتم ارائه شده جایابی همزمان دو تجهیز سکسیونر و دیژنکتور است. در مرجع [6] روش بهینهسازی چند هدفه با استفاده از الگوریتم ACO برای قرار دادن کلیدها و تجهیزات حفاظتی بهمنظور کمینهسازی مجموع هزینهها و به صورت همزمان دو شاخص متوسط تعداد خاموشی و متوسط زمان خاموشی در سیستمهای توزیع ارائه میدهد.
همچنین محدودیتهای فنی به عنوان قیود بهینهسازی که شامل شرایط هماهنگی ابزارهای حفاظتی سری و ساختار فیدرها میشوند، لحاظ شده است. مرجع [5] بهینهسازی چند هدفه برای جایابی کلید با بکارگیری الگوریتم ازدحام ذرات ارائه میدهد. الگوریتم پیشنهادی به جای یک جواب، یک دسته جواب ارائه میدهد، که قصد دارد ابزاری برای برنامهریزی منعطف شبکههای توزیع ارائه دهد. از آنجایی که نرخ خرابی تجهیزات اغلب غیر قابل دسترس هستند، الگوریتم ارائه شده تنها با دانستن شکل شبکه و تعداد مشترکین در هر نقطه بار نتایج را ارائه میدهد.
همچنین مراجع [9]، [10] و [11] مسئله جایابی را با در نظر گرفتن منابع تولیدپراکنده حل کردهاند. مرجع [9] تابع هدفی به منظور بهبود شاخصهای قابلیت اطمینان، هزینههای سرمایهگذاری، بهرهبرداری و تعمیرات سالیانه برای جایابی سکسیونر با ضریب نفوذ بالای منابع تولیدپراکنده در شبکه توزیع ارائه میدهد. فرض شده است که منابع تولیدپراکنده در حالت جزیرهای نیز میتوانند عملکنند. بهینهسازی با استفاده از روش برنامهریزی خطی آمیخته با عدد صحیح حل شده است.
بعضی از کشورها محدودیتهایی ایجاد کردهاند که منابع تولیدپراکنده نبایند به صورت جزیرهای عملکنند. در مرجع [10] تابع هدف چند متغیره برای جایابی کلید با در نظر گرفتن دسترسناپذیری منابع تولیدپراکنده، قابلیت اطمینان شبکه و قیمت تجهیزات با شرایطی که در آن منابع تولیدپراکنده نمیتوانند به صورت جزیرهای عملکنند، ارائه شده است. دو رویکرد در تابع چند هدفه فرض شده، پیشنهاد شده است: در رویکرد اول علاوه بر کمینهسازی شاخصهای قابلیتاطمینان و هزینه سرمایهگذاری، تابع هدف دیگری فرض شدهاست که دسترسناپذیری منابع تولید پراکنده را نیز کمینه میسازد. در رویکرد دوم دو شاخص ترکیبی جدید برای تولیدپراکنده شامل مدتزمان خاموشی و تعداد خاموشی ارائه شده است.
در مرجع [11] مسئله جایابی کلید برای بهبود قابلیتاطمینان سیستم توزیع با حظور منابع تولیدپراکنده بعد از وقوع خطا فرمولبندی شده است. همچنین الگوریتم بهینهسازی چند هدفه ارائه شده است. برای بهبود قابلیت اطمینان، مسئله شامل بیشینهسازی مقدار توانی است که به صورت مداوم از تولیدپراکنده گرفته شده است و همزمان هزینه سرمایهگذاری کمینه شده است. الگوریتمهای مبتنی بر نظریه گراف برای ارزیابی احداث کلیدهای جدید، عملکرد کلیدهای موجود و کنترل مستقیم باری که از منابع تولیدپراکنده سرویس میگیرند، ارائه شده است.
الگوریتم ارائه شده میتواند برای شبکههای نامتقارن با حظور یک یا چند منبع تولیدپراکنده به همراه اولویتدهی مشترکین به کار رود. در مرجع [8] تابع هدفی ارائه شده است که هزینه-های خروج مشترکین به همراه هزینههای سرمایهگذاری، بهرهبرداری و تعمیرات سالیانه فرض شدهاست. در تعیین استراتژی بهینه جایابی کلید مطالعات حساسیت با تغییر در مقادیر تابع خسارت مشتری، محدودیت بودجه و نوع مشترک و چگالی بار اجرا شده است. شبیهسازیها از روش MILP و در محیط نرم افزار GAMS انجام شده است.
مراجع [7] و [12] اتوماسیون سیستمهای توزیع را در برنامهریزی ها لحاظ کردهاند. مقاله [7] از الگوریتم SFLA برای یافتن مکان بهینه کلیدهای دستی و اتوماتیک در شبکه توزیع اتوماسیونیافته استفاده میکند. که در آن تابع دو هدفهای ارائه شده است که اولین هدف آن بهبود قابلیتاطمینان و کمینه-سازی هزینههای مشترک است؛ هدف دوم کاهش هزینههای سرمایهگذاری و تعمیرات است. روش فازی برای حل تابع چند هدفه ارائه شده است.
همچنین نوع مشترک و الگوی بار - ماهیانه، روزانه و ساعتی - لحاظ شده است. مرجع [12] روش جدیدی برای نشان دادن تأثیر کلیدهای کنترل از راه دور/ اتوماتیک و ریزشبکههای جزیرهای بر قابلیتاطمینان سیستم با در نظر گرفتن تأثیر همزمان آنها ارائه میدهد. همچنین فرض شده است کلیدها کاملاً مطمئن عمل نمیکنند. نتایج شبیهسازی نشان داده است که سکسیونرهای کنترل از راه دور کمی شاخص متوسط تعداد خاموشی را بدتر کرده در حالیکه شاخص متوسط زمان خاموشی را خیلی بهتر میکنند.
در سالهای اخیر، رگولاتورها تلاش کردهاند محیطی رقابتی جهت افزایش بهرهوری شرکتهای توزیع ایجاد کنند. با توجه فضای تجدید ساختار شده، شرکتهای توزیع میبایست کلیه برنامه ریزی های خود را با فضای تنظیمی تعریف شده جدید بر آن ها وفق دهند، تا بتوانند سود خود را بیشینه کنند. در بحث جایابی کلید در مقالات گذشته، تاثیر این فضای رقابتی دیده نشده است. بنابراین این ضرورت احساس میشود که مسئله جایابی کلید نیز با توجه به این موضوع بررسی شود، تا شرکتهای توزیع بتوانند با برنامهریزی بهینه سود خود را از این فضا بیشینه کنند.
در این مقاله مسئله جایابی کلید با رویکرد فضای تنظیم مبتنی بر عملکرد بیان شده است. منحنی RPS به عنوان یکی از این روشها برای پوشش ریسکهای مالی ناشی از قابلیتاطمینان پایین شبکه به مشترک استفاده شده است. از طرفی با توجه به این موضوع که مسئله تعیین مکان بهینه سکسیونرها و نقاط مانور به یکدیگر وابسته هستند و پاسخ بهینه مکانیابی هر کدام از آنها، با تغییر در تعداد و مکان دیگری متفاوت میشود؛ بنابراین در مطالعات برنامهریزی، مکانیابی این دو تجهیز به صورت همزمان مدنظر است. چنانچه در مرجع [4] نیز مطالعات جایابی سکسیونر و نقاط مانور به صورت همزمان دیده شده است.
در ادامه در بخش 2 ساختار منحنی RPS به عنوان یکی از روش های تنظیم مبتنی بر عملکرد به صورت مختصر، تشریح شده است. در بخش 3 تابع هدف مسئله و شبکه مورد مطالعه ارائه شده است. در بخش 4 نتایج مطالعات عددی روی شبکه نمونه معرفی شده آورده شده است. در بخش 5 مطالعات تحلیل حساسیت به ازای تغییر در اطلاعات ورودی تحلیل شده است. در بخش 6 نتیجهگیری مطالعات انجام شده، ارائه شده است.
2. منحنی RPS در ساختار تنظیم بر پایه عملکرد
در سالهای اخیر قانونگذاران سعی در ایجاد یک محیط رقابتی و واگذار کردن شرکتهای توزیع برق به بخش خصوصی کردهاند. تنظیم شرکتهای توزیع از روشهای سنتی که بر پایه نرخ بازگشت سرمایه یا هزینه ارائه خدمات بود به سمت روشهای تشویقی برای افزایش کارایی شرکتها به نام تنظیم مبتنی بر عملکرد سوق پیدا کرده است .[13] تنظیم مبتنی بر عملکرد قراردادی است که در آن شرکتهای توزیع که عملکرد مطلوبی دارند، پاداش مالی دریافت کرده و شرکتهایی که قابلیت برقرسانی ضعیفی دارند، جریمه میشوند. در سالهای اخیر، رگولاتورها از منحنی RPS به عنوان تنظیم مبتنی بر عملکرد، برای ایجاد شرایط رقابتی و بهبود کیفیت و کارایی شبکه استفاده کردهاند .[14]
این منحنی در حالت کلی از ناحیههای پاداش، جریمه و مرده تشکیل شده است. بر طبق این منحنی، شرکتهای توزیع انرژی الکتریکی که قابلیت برقرسانی آن ها خوب باشند، پاداش دریافت کرده و شرکتهایی که قابلیت برقرسانی آن ها ضعیف باشند، جریمه می شوند. به عبارتی در صورتی که شرکت توزیع به مقدار هدفگذاری شده دست نیابد مشمول جریمه و در صورت فراتر رفتن از مقدار هدفگذاری شده مشمول پاداش میشوند. دلیل اصلی وجود ناحیه مرده جلوگیری از پاداش و جریمه شرکتها به خاطر تغییرات احتمالاتی قابلیتاطمینان سیستمها میباشد .[15] مهمترین دلیل برای ایجاد سقف پاداش و جریمه کاهش ریسک شرکتها و مشترکین میباشد .[15]
