مقاله جایابی بهینه منابع فتوولتائیک و D - STATCOM در شبکه¬های توزیع با در نظر گرفتن عدم قطعیت ناشی از تولید با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری

بخشی از مقاله

چکیده

سوختهای فسیلی دارای منابع محدودی هستند و از دست دادن منابع انرژی فسیلی دغدغهی همیشگی برای جوامع بشری بوده است که منجر به یافتن منابع انرژی جایگزین از قبیل انرژی خورشیدی برای تامین نیاز انرژی شده است. استفاده از منابع تولیدات پراکنده تجدید پذیر در سیستم توزیع مزایای زیست محیطی اقتصادی وفنی بسیاری را بدنبال دارد. بنا به مزایای فراوان آنها استفاده از این دست منابع تولید پراکنده بخصوص منابع فتوولتائیک در سیستمهای توزیع روزافزون است. بنابراین مسائل مربوط به پایداری ولتاژ بیشتر نمود میکند. از طرفی مسئله تلفات همیشه مد نظر مهندسان این صنعت بوده تا از هدر رفت سرمایه جلوگیری شود.

بنابراین این مقاله به بررسی مکان و ظرفیت مناسب منابع تولید پراکنده خورشیدیجبرانگر استاتیکی سنکرون توزیع بطور همزمان بمنظور کاهش تلفات و افزایش پایداری ولتاژ نموده است. در این میان محدودیتها و قیود شبکه از قبیل ولتاژ شینها و محدودیت گرمایی فیدرها و همچنین محدودیت نصب منابع نیز لحاظ شده است. این قیود و مسئله مکانیابی منجر به حل مسئله بهینه سازی شده است. این مقاله از الگوریتم رقابت استعماری بمنظور یافتن جواب بهینه سود برده است. روش پیشنهادی بر شبکه استاندارد 69 شین استاندارد IEEE پیاده سازی شده است. نتایج بیانگر بهبود پایداری لتاژ و همچنین کاهش تلفات نسبت به حالت پایه شبکه میباشد.

واژگان کلیدی: فتولتائیک، جبرانگر سنکرون استاتیکی توزیع، الگوریتم ICA، کاهش تلفات، بهبود پایداری

مقدمه

با توسعه سیستمهای قدرت و افزایش تقاضای برق، نیاز به تولید و انتقال انرژی الکتریکی افزایش یافت. از طرفی با اجرای تجدید ساختار و مقرراتزدایی در صنعت برق، بهرهبرداری بهینه و اقتصادی از سیستم قدرت اهمیت چشمگیری یافت. سیستم های با دسترسی آزاد که منجر به ایجاد رقابت در تولید میشوند و به مصرفکنندگان حق انتخاب در مورد منبع خرید انرژی را میدهند، استفاده از حداکثر ظرفیت خطوط انتقال را بیش از پیش ضروری مینمایند.به طور سنتی برای پاسخگویی به رشد تقاضای برق، پستها و خطوط انتقال جدید طراحی شده و مورد بهرهبرداری قرار میگرفتند. این مساله موجب نیاز به تولید بیشتر به دلیل افزایش تلفات انتقال و همچنین هزینههای بیشتری برای خطوط و تجهیزات است.

در دهههای اخیر با افزایش قیمت نفت و سایر سوختهای فسیلی که برای تولید برق در نیروگاهها مورد استفاده قرار میگیرند، نیاز به بهرهبرداری اقتصادی و بهینه از سیستمهای قدرت افزایش یافته است. با توجه به مشکلات مربوط به حریم خطوط انتقال و مسائل زیست محیطی و حقوقی، از توسعه و احداث شبکههای انتقال جدید تا حد امکان اجتناب میشود و سعی بر این است که از حداکثر ظرفیت انتقال استفاده شود و بخشی از انرژی موردنیاز نیز از طریق تولیدات پراکنده تأمین گردد، زیرا تولیدات پراکنده در نزدیکی بارها قرار میگیرند و توان تولیدی آنهاعموماً به طور مستقیم به بار میرسد و از خط انتقال عبور نمیکند.

به دلیل استفاده از حداکثر ظرفیت خط، بسیار اتفاق میافتد که توان عبوری از خطوط انتقال بیش از ظرفیت مجاز خط باشد. در شرایط رقابتی بازار برق به دلیل رقابت بین تولیدکنندگان انرژی و مسائل قراردادی، اضافه بار در خطوط به صورت جدیتری رخ میدهد و باید به سرعت رفع گردد. به طور کلی وجود اضافه بار در خطوط به عنوان تراکم نامیده میشود. تراکم چه در یک خط باشد یا چندین خط، نباید بیش از چند لحظه کوتاه به طول بیانجامد، زیرا با ادامه این وضعیت احتمال قطع خط و حتی خاموشیهای پشت سر هم نیز وجود دارد. تراکم در شبکه قدرت موجب بروز مشکلاتی میشود که از آن جمله می توان به کاهش امنیت و قابلیت اطمینان سیستم اشاره کرد.

به منظور رفع تراکم در خطوط انتقال، راههایی وجود دارد که یکی از آنها ایجاد خطوط جدید است. این آخرین راهحل است و در صورتیکه با روشهای دیگر نتوان تراکم را رفع نمود، از این روش استفاده میشود. البته همانگونه کهقبلاً نیز ذکر شد، در برخی موارد به دلیل مشکلات حقوقی و زیست محیطی، امکان ایجاد خطوط جدید وجود ندارد.روش دیگر برای حذف تراکم به کارگیری تولیدات پراکنده در نزدیکی بار است. به این ترتیب بخشی از توان مصرفی بار از طریق تولید پراکنده تأمین شده و از بار خطوط انتقال کاسته میشود. از مهمترین منابع تولید پراکنده میتوان به توربینهای بادی، توربینهای گازی کوچک و سلولهای خورشیدی اشاره کرد.

همانطور که بیان شد، استفاده از تولیدات پراکنده در سیستم توزیع مزایای زیست محیطی اقتصادی و فنی بسیاری را بدنبال دارد. شاخصههای سیستم قدرت در صورتی قابل بهبود هستند که تولیدات پراکنده بهطور بهینه در سیستم قدرت قرار گرفته باشند و این موضوع تحت قیود بهرهبرداری شبکه قدرت و قیود بهرهبرداری تولیدات پراکنده و محدودیتهای سرمایهگذاری استاخیراً. مسئله تولید انرژی از منابع تجدید پذیر، کارآمد، وسازگار با محیط زیست یک چالش اصلی  برای محققین شده است؟ سیستمهای فتوولتائیک نیز یکی از منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر است که با توجه به مزیای فراوان آن زمینههای تحقیقاتی متفاوتی از جمله تعیین محل و ظرفیت مناسب نصب آن را فراهم آورده است.

تاکنون مطالعات فراوانی در زمینه، مکانیابی - Sudabattula and Kowsalya, 2016 -  PV و - Amal et al, 2017 - ، - Zhou et al. 2016 - D-STATCOM و - Tiwari and Sripama ,2017 - انجام شده است.همچنین پایداری ولتاژ نیز مبحث بسیاری از مقالات قرار گرفته است - Tiwari and Sripama ,2017 - و Ghaedi et ,2016 - - al و - Sunil and Narri ,2017 - و.Yun tiam tan و همکاران مطالعاتی را در این زمینه به گروه های زیر تقسیم کرده اند: در - Omran , 2010 - این گروه مطالعات متعددی در مورد ولتاژ گذرا در PV انجام داده اند، این مطالعات نشان داد که پدیده ولتاژ گذرا بستگی به اندازه یک سیستم PV و قرار دادن SVC وعدم وجود ژنراتور های سنکرون در مجاورت سیستم PV دارد.

از این تجزیه و تحلیل می توان دریافت که ژنراتور سنکرون در مجاورت PV می تواند سطح ولتاژ گذرا را کاهش دهد، در حالی که SVC می تواند باعث تشدید ولتاژ گذرا شود . - Yun tiam tan ,2006 - در مطالعه تحقیقاتی که در کالیفرنیا به ISO انجام شد، ارزیابی ولتاژ و توان راکتیو برای انواع مختلف اتصال PV - متمرکز، پراکنده - در نظر گرفته شد. مطالعات انجام شده نشان داد که مشکلات ولتاژ بالا در نفوذ PVS در سطح زیر انتقال اجتناب نا پذیر است.در - Claudio Canizares ,1984 - مؤلفان تاثیر PV در مقیاس بزرگ را مورد بررسی قرار داده اند که پایداری ولتاژ در سیستم های قدرت به دو عامل قدرت و کنترل ولتاژ در حالت متمرکز و توزیع PV در نظر گرفته شده است.

تعامل میان سیستم PV و SVC و STATCOM در این مطالعه ارزیابی شده است. با وجود مطالعات فراوان، عمل بازآرایی فیدرهای شبکه توزیع همزمان با مکانیابی PV و D_STATCOM در مقالات معدودی مدنظر گرفته است Tolabi and ,2015 - . - Bagheri, and Canizares در این مقاله تعادل بار و بهبود انحراف معیار ولتاژ مد نظر قرار گرفته است.این مقاله به مکانیابی منابع تولید پراکنده خورشیدی هزمان با مکانیابی D-STATCOM در یک شبکه توزیع استاندارد 69 شین IEEE توسط الگوریتم رقابت استعماری پرداخته است. در ادامه به مدلسازی ریاضی مسئله خواهیم پرداخت.

مدلسازی ریاضی

هدف از این مقاله، حل مسئله همزمان مکانیابی و ظرفیت یابی منابع تولید پراکنده خورشیدی و D-STATCOM می باشد. از انجا که مسئله مذکور در قالب یک مسئله بهینه سازی تعریف می شود، در این مقاله برای حل آن از الگوریتم رقابت استعماری استفاده شده است. هدف از اجرای این روش پیشنهادی افزایش پایداری ولتاژ و کاهش تلفات می باشد. شایان ذکر است که حل مسئله فوق نیازمند برقراری تمام محدودیت های شبکه اعم از محدودیت های ولتاژ و حد گرمایی خطوط است.سه روش مدلسازی وجود دارد, روش متوسط، روش با جزئیات و روش فاز-فاز. معمولا روش مدلسازی فاز-فاز برای D-STATCOM استفاده میشود.