بخشی از مقاله
چکیده
- در این مقاله بکارگیری الگوریتم خفاش برای حل مسئله بهینهسازی جایابی و تنظیم پارامترهای تجهیز جبرانساز UPFC پیشنهاد شدهاست. در اینجا فرض بر این است که تعداد از پیش تعیین شده و فقط مکان و پارامترهای تجهیز جبرانساز میبایست به طور بهینه تعیین گردد. تمرکز در این مقاله بر روی بحث کنترل ولتاژ و مدیریت توان راکتیو است. تابع هدف کاهش تلفات و بهبود مشخصههای ولتاژی شبکه در حالت استاتیکی برای سطوح تقاضای بار فصلی با ضرایب وزن مشخص تعریف شده است. مدل ریاضی تجهیز UPFC و شاخص ارزیابی پایداری ولتاژشینهها به همراه فرمولاسیون ریاضیاتی مسئله جایابی مبتنی بر قیود پخش بار بهینه برای شبکه انتقال انجام میشود. به منظور اعتبارسنجی و تایید عملکرد مدل هوشمند پیشنهادی بر روی شبکه 14 باسه واقعی گیلان مورد آزمون قرار گرفته است و در نهایت نتایج عددی حاصل شامل دامنه و زاویه فاز ولتاژ، تولید توان اکتیو و راکتیو نمایش شده و مورد آنالیز و بحث قرار گرفته است. نتایج بر سرعت و دقت مناسب الگوریتم خفاش برای حل مسئله جایابی UPFC دلالت دارد.
کلید واژه- الگوریتم خفاش، خطوط انتقال، مکان و اندازه تجهیز UPFC، پخش بار بهینه OPF، کنترل ولتاژ و مدیریت توان راکتیو
-1 مقدمه
افزایش ظرفیت حمل توان و کنترل فلوی توان در خطوط انتقال از اهمیت حیاتی برخوردار است. به خصوص در محیطهای تجدید ساختار شده که موقعیت تولید و مراکز بار میتواند به سرعت تغییر کند اضافهکردن خطوط جدید جهت پاسخگویی به افزایش تقاضا بوسیله قیود محیطی و اقتصادی محدود است. اداوات FACTS در جهت پاسخگویی به این نیازها در سیستم انتقال موجود کمک میکند. با توجه به اینکه محدودیت انتقال توان شبکه اساساً با کنترل ولتاژ و مدیریت فلوی توان راکتیو در شبکه از طریق جبرانسازهای انعطافپذیر AC قابل رفع یا کاهش است، در نتیجه قابلیت بارگذاری سیستم افزایش، تلفات کاهش و پایداری سیستم بهبود، هزینههای تولید و توسعه شبکه انتقال تقلیل مییابد.
یکی از مزایای اصلی استفاده از این عناصر نصب سریع آنها در مقایسه با احداث خطوط انتقال جدید و امکان جابهجایی محل نصب در شبکه است. برای حل مساله بهینهسازی جایابی ادوات FACTS از طریق برنامه کنترل ولتاژ و مدیریت توان راکتیو با هدف کاهش تلفات و بهبود مشخصههای پایداری ولتاژی در حالت استاتیکی شبکه به طور کلی دو موضوع اساسی موردبحث وجود دارد که شامل موارد زیر است.
·مکان و تعداد مناسب برای نصب تجهیزات FACTS
·چگونگی تنظیم پارامترهای تجهیزات FACTS
در این مقاله سعی بر آن است تا از الگوریتم جدیدی برای جایابی بهینه تجهیزات جبرانساز UPFC بمنظور کنترل ولتاژ و مدیریت توان راکتیو شبکه انتقال به طور بهینه پیشنهاد شود. تابع هدف علاوه بر کاهش هزینه تلفات و هزینه نصب تجهزات جبرانساز بر روی بهبود پروفیل و مشخصه پایداری ولتاژی شبکه خواهد بود. تابع هدف این مقاله جایابی بهبود پروفیل/پایداری ولتاژ و همچنین کمینهسازی مجموع هزینه نصب تجهیزات جبرانساز UPFC و تلفات اهمی شبکه به طور همزمان میباشد. به دلیل تقابل روشن میان مفاهیم فنی و اقتصادی در سیستم قدرت لازم دیده شد تا در فرمولاسیون تابع هدف مسئله جایابی تجهیزات جبرانساز UPFC این تاثیر متقابل لحاظ شود.
بنابراین رهیافت پیشنهادی ما در این مقاله بکارگیری تکنیک نرمالیزاسیون برای شاخص پایداری ولتاژ VSI و مجموع هزینه تلفات اهمی و نصب تجهیزات جبرانساز در شبکه میباشد زیرا در غیر این صورت به دلیل اینکه دو ترم مذکور از یک جنس یا واحد نیستند امکان حضور همزمان آنها درتابع هدف ممکن نخواهد شد. برای قیود فنی پخش بار بهینه شبکه OPF در نظر گرفته شده است که قید استاتیکی حداقل و حداکثری ولتاژ شینههای سیستم، تولید اکتیو و راکتیو ژنراتورهای سنکرون، ظرفیت مجاز بانکهای خازنی منصوب در شبکه در صورت لزوم و قید حد حرارتی خطوط انتقال را شامل میشود.در ادامه، نحوه مدلسازی تجهیزات جبرانساز UPFC در پخش بار بهینه AC شبکه انتقال نیز تشریح خواهد گردید.
از آنجایی که مسئله جایابی تجهیزات جبرانساز UPFC با توجه به بحث کنترل ولتاژ و مدیریت توان راکتیو شبکه انتقال یک مسئله بهینهسازی غیرخطی با متغیرهای باینری و صحیح میباشد؛ در این مقاله با توجه به قابلیتهای ویژه الگوریتم هوشمند خفاش BA در ارتباط با سرعت همگرایی برای حل، خروج از بهینه محلو دستیابی به جواب بهینه گلوبال انتخاب شدهاست. بنابراین ابتدا به معرفی برخی از روشهای هوشمند حل مسائل بهینهسازی نظیر ژنتیک GA، کولونی مورچگان ACO، اجتماع گروه ذرات PSO و غیره خواهیم پرداخت و در نهایت کدسازی الگوریتم پیشنهادی هوشمند خفاش برای حل مسئله به طور دقیق با جزییات تشریح میگردد. همچنین بمنظور تایید و اعتبارسنجی مدل پیشنهادی مطالعات شبیهسازی بر روی یک شبکه تست 14 باسه انجام میشود. در نهایت نتایج بدست آمده از مطالعات شبیهسازی جمعبندی شده و به ارائه پیشنهادات برای تحقیقات آینده پراخته میشود.
-2 فرمول بندی مساله
-1-2 تابع هدف
در اینجا، هدف تعیین تعداد، مکان نصب و تنظیم بهینه پارامترهای تجهیز جبرانساز UPFC میباشد. تابع هدف شامل سه ترم نرمالیزه شده مهم با ضرایب وزن مناسب میباشد. اولین ترم، نرالیزه کل هزینه تلفات توان اکتیو است ترم دوم شامل نرمالیزه هزینه نصب و بهرهبرداری از تجهیز جبرانساز UPFC میباشد. ترم سوم نیز معکوس نرمالیزه شده فاکتور پایداری ولتاژ VSI برای سطوح مختلف بار فصلی میباشد. در نهایت، فرمولاسیون مسئله بهینهسازی جایابی تجهیز جبرانساز UPFC در شبکه انتقال طبق رابطه - 1 - محاسبه خواهد شد.که ضرایب 1 ، 2 و 3 ضرایب وزن متناظر با هر یک از ترمهای تابع هدف میباشند که با توجه به اهمیت هر یک از ترمها قابل انتخاب و تغییر میباشند.
-2-2 محدودیت ولتاژ شینهها
جهت بهرهبرداری ایمن و کارا از سیستم قدرت باید دامنه ولتاژ درشین ام برای سطح بار ام در محدوده مجاز باشد. که و بترتیب مقادیر حداکثر و حداقل ولتاژ شین ام شبکهانتقال به ازای سطح تقاضای بار ام میباشد. مدلسازی این محدودیت در مسئله بهینهسازی جایابی بهینه UPFC در شبکه انتقال مطابق رابطه - 2 - انجام میشود:
-3-2 محدودیت جریان عبوری از شاخههای شبکه انتقال
مقدار فلوی توان ظاهری عبوری از شاخه های سیستم انتقال بایدکمتر از حداکثر ظرفیت حرارتی خطوط باشد. اندیس ماکزیمم جریان انتقالی توسط شاخه iام در سطح بار jامین می باشد. بنابراین مدلسازی قید اضافه جریان در مسئله بهینهسازی تجهیز جبرانساز UPFC مطابق رابطه - 3 - انجام میشود:
-3 کدسازی مسئله جایابی بهینه UPFC در شبکه انتقال با بکارگیری الگوریتم خفاش BA
خفاشها حیوانات شگفت انگیزی هستند آنها تنها پستانداران با بال هستند و نیز قابلیتهای پیشرفتهی انعکاس صدا دارند. اگرچه هر پالس فقط در چند هزارم ثانیه - تا حدود 8 تا 10 میلی ثانیه - به طول میانجامد با این وجود یک فرکانس ثابت است که معمولا در محدوده 25 khz تا 150 khz قرار دارد. محدوده فرکانس برای بسیاری از گونههای خفاش بین 25 khz و 100 khz قرار دارد هر چند بعضی از گونهها میتوانند فرکانسهای بالاتر تا khz 150 منتشر کنند. هر انفجار مافوق صوت ممکن است به طور معمول 5 تا 20 میلی ثانیه طول بکشد و خفاشهای micro حدود 10 تا 20 انفجار صوتی در هر ثانیه منتشر میکنند. بمنظور مدلسازی ریاضی، برای هر خفاش مجازی i در فضای جستجوی d بعدی، موقعیت pi و سرعت vi در هر تکرار الگوریتم میتوان از روابط ذیل استفاده کرد:
در روابط بالاشمارنده تکرار الگوریتم و یک عدد تصادفی با توزیع یکنواخت در بازه صفر و یک است. p بهترین موقعیت فعلی است در هر تکرار پس از مقایسه با موقعیتهای جدید خفاشهای مجازی انتخاب میشود. از سوی دیگر در هر تکرار، جستجوی محلی براساس گردش تصادفی حول موقعیت بهترین خفاش بصورت Rpold pnew انجام میشود که در آن[ 1,1] برای جهت محدود کردن پلههای گردش تصادفی بکار رفته است. در رابطه فوق R میانگین بلندی اصوات همه خفاشهای در تکرارتعریف میشود. از طرفی، بلندی صوت Riو نرخ پالس ارسالی r در هر تکرار الگوریتم باید مطابق روابط ذیل بروز شود:
در این الگوریتم موقعیت هر خفاش بعنوان جواب مسئله در نظر گرفته شده است، در اینجا بعد بردار موقعیت هر خفاش 4 مطابق شکل 1 میباشد که اولین بعد شماره شاخهای است که UPFC به آن متصل میشود، دومین بعد شماره شین ابتدای شاخه مورد نظر است که UPFC تزریق توان راکتیو موازی به آن شین را انجام میدهد، سومین بعد مقدار پارامتر VCR مربوط به UPFC را بدست میدهد و چهارمین بعد نیز مقدار پارامتر VVR مربوط به UPFC را بدست میدهد که در اینجا در بردار موقعیت برای دو بعد اول کد بندی بصورت عدد طبیعی است و دو بعد بعدی نیز بصورت عدد حقیقی است.
-4 مطالعات عددی
تعداد جمعیت خفاشهایی که برای حل مسئله در نظر گرفته شده 10 عدد، تعداد تکرارهای حل مسئله 20، ضریب ثابت یا کاهشیبلندی اصوات تولیدی توسط خفاشها A معادل 0,5 و ضریب ثابت یا کاهشی نرخ پالس تولیدی توسط خفاشها r معادل 0,6 فرض شده است. ضرایب و γ نیز که برای کاهش بلندی صوت و افزایش نرخ پالس استفاده میشوند بترتیب 0,85 و 1,02 است. بعد هر خفاش که معادل یک جواب مسئله جایابی مذکور است برابر 4 میباشد که بترتیب اولین و دومین بعد مربوط به شین و شاخه سری نصب تجهیزات استاتیک یکپارچه UPFC و بعد سوم و چهارم بترتیب و مربوط به منابع ولتاژ سری و موازی در مدار معادل تجهیز جبرانساز استاتیک یکپارچه UPFC است.
مقدار حداقل هر یک از چهار پارامتر مذکور بترتیب بر 1، 1، 0,001، 0,8 و حداکثر 27، 14، 0,3، 1,2 میباشد. نتایج عددی حاصل از شبیهسازی دو وضعیت سیستم انتقال -14باسه استان گیلان ترتیب داده شده است. بررسی تلفات و پروفیل ولتاژ شبکه به هنگام عدم حضور تجهیزات جبرانساز UPFC در سیستم انتقال و جایابی تنظیم پارامترهای تجهیزات جبرانساز UPFC در سیستم انتقال با هدف کمینهسازی تلفات و پروفیل ولتاژ شبکه. دیاگرام تک خطی SLD سیستم انتقال -14باسه گیلان در شکل 2 به نمایش در آمده است. همان طور که دیده میشود شبکه دارای 14 شین26 خط انتقال میباشد. چهار ژنراتور سنکرون بر روی باسهای Bus1، Bus2، Bus3 و Bus4 شبکه متصل شدهاند که تقاضای بار مورد نیاز مشترکین شبکه را تامین میکنند. برای مطالعات موردی مذکور سطوح کل تقاضای بار به شکل فصلی برای بهار، تابستان، پاییز و زمستان مطابق جداول 1 تا 4 در نظر گرفته میشود.
