بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، بانکهای خازنی و تولیدات پراکنده به صورت همزمان در شبکه توزیع جایابی میشوند. هدف از این جایابی کمینهسازی تلفات توان و بهبود قابلیت اطمینان است. دو پارامتر شاخص تعداد قطعی متوسط سیستم - SAIFI - و متوسط انرژی تغذیه نشده - CENS - به عنوان معیار بهبود قابلیت اطمینان مورد بررسی قرار می گیرند. از الگوریتم بهینه-سازی جستجو گروهی به عنوان تکنیک حل مساله استفاده شده و مطالعه روی شبکه توزیع با طرح سناریو مبتنی بر تعداد منابع جایابی شده است. شبیهسازی در محیط نرمافزاری MATLAB انجام و نتایج آن اعتبار سنجی شده است.
.1 مقدمه
شبکهی توزیع به عنوان آخرین بخش از شبکه برق هر کشور، دارای بیشترین تنوع تجهیزات و بیشترین گستردگی است که این دو عامل منشاء مشکلات فراوان در این شبکه میشود. استفاده از تجهیزات با تنوع و تعداد زیاد منجر به افزایش احتمال خرابی و قطعی برق و بدنبال آن کاهش قابلیت اطمینان شبکه میشود. با توجه به اینکه شبکهی توزیع مستقیما و بیواسطه با مصرفکنندگان در ارتباط است، میزان جریان در بالا و سطح ولتاژ پائین بوده و در صورت گستردگی بیش از حد شبکه، این جریان بالاتر نیز میرود.
از این رو، تلفات اهمی - یا تلفات - I2R در شبکهی توزیع، بویژه شبکهی برق ایران، بسیار بالاست . این مشکل زمانی دوچندان میشود که شبکهی توزیع غالبا با توپولوژی شعاعی طراحی شود که در آن تغذیه تنها از یک شینه - پست فوقتوزیع - صورت میگیرد. بنابراین با افزایش تلفات، سطح ولتاژ در شبکه، به ویژه در شینههای انتهائی، به صورت چشمگیری کاهش مییابد. طراحان گزینههای چندان متنوعی برای حل و یا حداقل کاهش این ایرادات ندارند چرا که بایستی علاوه بر بهبود و حل مشکلات فنی مباحث اقتصادی و زیست محیطی را نیز در نظر داشته باشند.
از این رو، غالب طراحان شبکه، استفاده از منابع تولید پراکنده - DG - و بانکهای خازنی را به منظور مرتفع کردن غالب مشکلات شبکهی توزیع پیشنهاد میکنند. با توجه به مزایای واحدهای تولید پراکنده از قبیل کیفیت توان بالاتر، کاهش تلفات، آزاد سازی ظرفیت انتقال و توزیع، کاهش هزینه نصب و افزایش قابلیت اطمینان شبکه، استفاده از آنها - نظیر مولدهای تولید همزمان برق و گرما، توربینهای بادی، پانلهای فتوولتایی و غیره - از انتخابهای دهه اخیر در این باب می باشد که مطرح شده است.
منابع توان راکتیو را می توان به چهار دسته اصلی، ژنرانور سنکرون، ادوات FACTS و خازن دستهبندی کرد. ژنراتور سنکرون دارای هزینه بهرهبرداری بالا، پاسخ سریع و توانائی پشتیبانی ولتاژ قوی دارد. ادوات FACTS دارای هزینه سرمایهگذاری متوسط و بالائی و هزینه بهرهبردارزی مناسباند. از لحاظ سرعت پاسخ و توانائی پشتیبانی ولتاژ رفتاری مشابه با ژنراتور سنکرون دارند. خازنها فاقد هزینه بهرهبرداری و هزینه سرمایهگذاری پائینی هستند. دلیل اصلی ارجحیت خازن در تامین توان راکتیو با وجود مشکلات فنی آن نسبت به ادوات FACTS و ژنراتور سنکرون، توجیه اقتصادی و بازگشت سریع سرمایهگذاری انجام شده است.
با مرور کلی بر مراجع منتشره در معتبرترین انتشارات علمی جهان، میتوان ادعا کرد که مساله جایابی خازن و DG جزء مهجورترین مباحث است. از این رو، جهت مرور ادبیات گذشته، کارهای منشره و اهداف جایابی در این مقاله - کمینه-سازی تلفات توان، بهبود قابلیت اطمینان و ارتقاء پروفیل ولتاژ - در سه دستهی کلی جایابی منابع تولید پراکنده و خازن برای بهبود قابلیت اطمینان، جایابی منابع تولید پراکنده و خازن برای ارتقاء پروفیل ولتاژ و جایابی همزمان تولید پراکنده و خازن دستهبندی میشود.
در [4-1] واحدهای DG و بانک خازنی با هدف بهبود قابلیت اطمینان جایابی شده است. در [1]، تاثیر حضور مجموعهای از تولیدات پراکنده با در نظر گرفتن رشد بار با استفاده از یک روش تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است. در روش تحلیلی پیشنهادی، تحلیل آماری تحقیقی بار اجرا شده و منحنی مربوط به آن رسم میشود. این منحنی به دو قسمت تقسیم بندی شده است به گونهای که هر قسمت شرایط بارگذاری تقریبا ثابت باشد، سپس خروجی DG برای هر قسمت باری تنظیم میگردد.
در نهایت تحقیق جامعی برای شرایط باری متناظر با خروجی DG انجام شده است و محل بهینه بر اساس دو معیار کمترین تلفات و کمترین شاخص - SAIDI - بدست میآید. در [2]، روشی برای مکانیابی بهینهی DG برای کمینهسازی تلفات و بهبود قابیلت اطمینان براساس روشهای تحلیلی ارائه شده است. برای این منظور ترکیبی از الگوریتم ژنتیک و با روشهای ارزیابی تاثیر حضور تولیدات پراکنده روی بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات توان ارائه شده است.
در [3]، روشی مبتنی بر حصول بیشترین شود حاصل از نصب DG را برای جایابی بهینهی تولیدالت پراکنده بمنظور بهبود قابلیت اطمینان شبکه پیشنهاد میکند. همچنین، روشی برای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه توزیع با DG ارائه می-دهد. اعتمادی و فتوحی در [4]، دو تابع هدف جدید برای جایابی بهینهی خازن بمنظور مطالعهی میزان اثرگذای حضور خازن رو بهبود قابلیت شبکه توزیع پیشنهاد دادهاند. تابع هدف اول به صورت مجموع هزینهی قابلیت اطمینان و هزینهی سرمایهگذاری تعریف میشود. دومی با افزودن هزینهی قابلیت اطمینان، هزینهی تلفات و هزینهی سرمایهگذاری بیان می-گردد. بعدا تابع هدف جامعی حاصل از دو تابع هدف مذکور فرموابندی میشود.
تابع هدف مرجع [5] ، تابعی از بیشینهسازی پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات، و بهبود آن است که با استفاده از تکنیک قیمتگذاری نقطهای حل میشود. شبیهسازیها برای بارهای متغیر بازمان و نامتغیر با زمان با در نظر گرفتن یک و همچنین برای مجموعه DG انجام شده است. هدف نهائی مرجع [6]، پیشنهاد جایابی و تعیین ظرفیت بهینهی واحدهای DG برای بهبود حد پایداری ولتاژ است. ماهیت احتمالی تولید DG در مقالهی مذکور در نظر گرفته شده است.
روش پیشنهادی با انتخاب شینههای کاندید برای نصب واحدهای DG روی سیستم آغاز و با اولویتبندی شینههائی که به پروفیل ولتاژ حساساند و سپسبهبود حد پایداری ولتاژ ادامه مییابد. کیم و همکارانش برای بهبود پرفیل ولتاژ در حضور خازنهای شنت، روش ژنتیک ساده مبتنی بر نخبگان ترکیبشده را با الگوریتم ژنتیک مولتیپاپ را درهم آمیختهاند. تکنیک پیشنهادی روی شبکههای 13 و 34 شینه استاندارد IEEE مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج آن با ورژنهای دیگر الگوریتم ژنتیک - یعنی الگوریتم ژنتیک حساسیت، الگوریتم ژنتیک مولتیپاپ و الگوریتم ژنتیک ساده - [7] مورد مقایسه قرار گرفته است. ساختار این مقاله نیز بدین ترتیب است که در بخش دوم مقاله بررسی قابلیت اطمینان میپردازد. در بخش سوم معرفی و مدل پیشنهادی، در بخش چهارم الگوریتم GSO، ارائه و نتایج شبیهسازیها و نتیجهگیری نیز در بخشهای 5و 6 بیان شده است.
.2 بررسی شاخصهای قابلیت اطمینان در شبکه توزیع
قابلیت اطمینان یک سیستم توزیع بر حسب شاخصهای قابلیت اطمینان بیان میشود. نتایج ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه-های توزیع در قالب شاخصهای نقاط بار و کل سیستم ارائه میشود. جهت ارزیابی شاخصهای قابلیت اطمینان لازم است که مدل شبکه مورد نظر تهیه شود. جهت تعیین این شاخصها، باید کلیه اجزایی که به نوعی در معرض خرابی قرار دارند، مشخص شده و مورد بررسی قرار گیرند. بطور کلی شاخصهای معمول شرکتهای برق در ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم توزیع عبارتند از:[7]
· شاخص متوسط تعداد قطعی سیستم - - SAIFI
این شاخص برای داشتن اطلاعاتی دربارهی تعداد متوسط قطعیهای هر مصرفکننده شبکه در یک ناحیهی مشخص و مطابق رابطه - 1 - تعریف میشود.
· شاخص طول مدت متوسط قطعی سیستم - SAIDI -
این شاخص به صورت رایج به دقایقی که مصرفکنندگان دچار قطعی شدهاند اشاره دارد و به منظور اجتناب از اطلاعات در مورد زمان میانگین قطعی هر مصرفکننده بکار میرود.
