بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه با توجه به مسائل زیست محیطی استفاده از خودروهای الکتریکی در شبکههای هوشمند توزیع نیروی برق رو به افزایش است و حضور این خودروها در محلی نامناسب از شبکه توزیع میتواند تاثیرات منفی از جمله افزایش تلفات، کیفیت نامطلوب توان، تغییرات پروفیل ولتاژ و ... را به همراه داشته باشد. برای رفع این مشکلات محل نصب خودروهای الکتریکی - EV - در شبکههای هوشمند توزیع نیروی برق از اهمیت ویژهای برخوردار است. با توجه به تاثیر خودروهای الکتریکی بر دامنه پروفیل ولتاژ و تلفات شبکه، جایابی بهینه آنها در رسیدن به ولتاژی با پروفیل مطلوب و کاهش تلفات امری ضروری است. در این مقاله، از روش جدیدی به نام الگوریتم جستجوی گرانشی - SPGSA - بهبود یافته مبتنی بر هوش جمعی برای حل مسئله جایابی بهینه خودروهای الکتریکی در شبکههای هوشمند توزیع انرژی به منظور کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ بهره گرفتهایم و به منظور بررسی کارایی الگوریتم پیشنهادی، مسئله برای دو شبکه توزیع استاندارد 13 و 34 شینه IEEE پیاده سازی شده و نتایج آن با الگوریتمهای مراجع دیگر مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیهسازیها به وضوح نشان دهنده کارایی و برتری روش پیشنهادی در مقایسه با سایر روشها میباشد.
کلمات کلیدی: الگوریتم بهبود یافته SPGSA، بهبود پروفیل ولتاژ، خودروهای الکتریکی، شبکههای توزیع هوشمند، کاهش تلفات.
.1 مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از خودروهای الکتریکی - *EV - در شبکههای هوشمند انرژی به آرامی در حال افزایش است. بر طبق گزارش CIGRE سهم خودروهای الکتریکی در شبکه توزیع کشورهای آمریکایی و اروپایی به ترتیب %46 و % 39 میباشد. نفوذ بالای خودروهای الکتریکی متصل به شبکه در بخش حمل و نقل، تاثیر به سزایی در کاهش آلودگی هوا و هزینههای حمل و نقل به ویژه در شهرهای بزرگ دارد. پس از تصویب پروتکل جهانی کیوتو که در خصوص حفظ محیط زیست میباشد، استفاده از خودروهای الکتریکی در شبکههای هوشمند توزیع انرژی از اهمیت خاصی برخوردار شد.[1] این امر باعث شد که سهم تکنولوژی حمل و نقل الکتریکی - EV - روند افزایشی سریعتری به خود بگیرد.
با توجه به افزایش نفوذ خودروهای الکتریکی در شبکههای هوشمند توزیع نیروی برق هدف این است که با جایابی بهینه خودروهای الکتریکی، کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه به حداکثر مقدار خود برسند. مطالعات نشان میدهند که انتخاب نامناسب محل EVها میتواند باعث بروز تلفات بیشتری در شبکه گردد. همانند بسیاری از مسائل دیگر در شبکههای هوشمند، مسئله جایابی بهینه خودروهای الکتریکی بسیار حائز اهمیت است، چون نصب غیر بهینه آن منجر به افزایش تلفات و تغییر پروفیل ولتاژ میشود. مسئله بهینهسازی، یک مسئله غیرخطی با متغییرهای گسسته و پیوسته میباشد به گونهای که روشهای حل کلاسیک قادر به یافتن حل بهینه آن نیستند. بنابراین استفاده از یک روش بهینهسازی کارآمد و توانمند راهحل مناسبی بنظر میرسد. الگوریتمهای گوناگونی برای جایابی خودروهای الکتریکی در شبکه توزیع هوشمند با اهداف مختلف بکارگرفته شدهاند.
مراجعی چون[5] از الگوریتم جفتگیری زنبور عسل برای بهینهسازی مسئله استفاده کردهاند. مرجع[4] از روش CPSO برای پیشبرد اهداف خود بهره میبرد. مرجع [7] نیز از روش الگوریتم ژنتیک برای بهینهسازی اهداف خود برای پیداکردن محل بهینه خودروهای الکتریکی جهت کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ در شبکههای هوشمند استفاده کرده است. در این مقاله، تعیین مکان بهینهی خودروهای الکتریکی در شبکه هوشمند توزیع نیروی برق با هدف کمینهسازی همزمان تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ مورد توجه قرار گرفته است. مدل ریاضی مسئله دارای ماهیت پیچیده و غیرخطی است که برای حل آن از الگوریتم جستجوی گرانشی - SPGSA - بهبود یافته مبتنی بر هوش جمعی استفاده شده است.
به منظور بررسی کارایی و نمایش کاربرد روش پیشنهادی، مسئله جایابی خودروهای الکتریکی برای دو شبکه توزیع 13 و 34 شینه استاندارد IEEE حل و نتایج حاصله با الگوریتمهای دیگر مراجع مقایسه شده است. نتایج بدست آمده از شبیهسازیها، پاسخ مناسبتر این الگوریتم را نسبت به سایر روشها نشان میدهد. مقاله حاضر در 6 بخش سازماندهی شده است. در بخش دوم به معرفی مختصری راجع به شبکههای هوشمند انرژی و خودروهای الکتریکی پرداخته شده و در بخش سوم مدلسازی ریاضی مسئله ارائه شده است. بخش چهارم به معرفی الگوریتم پیشنهادی اختصاص داده شده است. در بخش پنجم به معرفی سیستمهای مورد مطالعه، نتایج و بحث در مورد شبیهسازیهای آن پرداخته شده و نهایتا در بخش آخر به نتیجهگیری پرداخته شده است.
.2 شبکههای هوشمند و خودروهای الکتریکی
.1,2 شبکههای هوشمند
امروزه شبکه هوشمند با سرعت چشمگیری در حال رشد و توسعه است. شبکههای برق و دیتا به هم نزدیک شده و با همگرا شدن آنها انواع مختلفی از سرویسهای جدید ارائه میشود. به این ترتیب آینده توزیع نیروی برق در جهان را شبکه-های هوشمند تشکیل خواهند داد بطوریکه بسیاری از کشورهای پیشرفته صنعتی و در حال توسعه برنامهریزی و اجرای شبکههای هوشمند را شروع و یا در دستور کار خود قرار دادهاند. شبکههای موجود صنعت برق فعلی - شبکه سنتی - که عموما از تجهیزات الکترومکانیکی در آنها استفاده میشود و با عملکردهای دستی کنترل میشوند، بیش از این جوابگوی نیازهای جدید نخواهند بود و صنعت برق بویژه در بخش توزیع باید برای بالا بردن کارایی خود، تکنولوژی دیجیتال را از طریق شبکههای هوشمند به خدمت درآورد. از شاخصههای ناکارآمدی شبکههای سنتی برق میتوان موارد زیر را نام برد:[2]
-عدم کارایی شبکه در مدیریت حداکثر تقاضا
-عدم توانایی شبکه در ایجاد تبادل مطمئن اطلاعات
-قابلیت محدود شبکه در استفاده از منابع تجدیدپذیر و تولید پراکنده
-ناکارآمدی شبکه با گسترش اتصال خودروهای الکتریکی
حال با توجه به موارد بیان شده استفاده از شبکههای هوشمند بیش از بیش ضرورت دارد. تکنولوژی دیجیتالی که امکان ارتباط دو طرفه را بین تولید کنندههای برق و مشترکان در طول خطوط انتقال و توزیع محیا میسازد به شبکههای هوشمند - SG - معروف است.[3] همچون دنیای اینترنت شبکههای هوشمند برق نیز از کنترلرها، کامپیوترها، اتوماسیون-های پیشرفته تشکیل شده است. شبکه هوشمند با ایجاد ارتباط دو طرفه بین اجزای شبکه و مشترکان، بازیابی خودکار، کاهش تلفات، فعالسازی بازار انرژی، افزایش قابلیت اطمینان سیستم، فراهم نمودن کیفیت توان مطلوب و استفاده بهینه از تجهیزات و ظرفیتها به مدیریت موثر شبکه برق یاری میرساند. شکل 1 نمونهای از شبکههای هوشمند برق را نشان میدهد.[2]
.2,2 خودروهای الکتریکی
خودروهای الکتریکی نسلی نو در صنعت خودروسازی جهان بهحساب میآیند. این خودروها به عنوان راه حلی مناسب برای کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی و تقلیل معضلات آلودگی هوا مطرح میگردند. اگرچه استفاده از خودروهای الکتریکی میتواند راه حل مناسبی برای کاهش مصرف سوختهای فسیلی و گازهای گلخانهای باشد ولی در صورت فراگیر
