بخشی از مقاله
چکیده
یکی از زمینه هاي مهم برنامه ریزي در سیستم هاي قدرت برنامه ریزي توان راکتیو است که جنبه هاي فنی و امنیتی سیستم هاي قدرت را تحت تاثیر قرار می دهد. برنامه ریزي توان راکتیو شامل تخصیص بهینه و تعیین نوع و اندازه از منابع توان راکتیو نصب شده است. خطوط انتقال با بارگزاري زیاد بیشتر مستعد ابتلا به مشکل کمبود توان راکتیو هستند و این کمبود توان راکتیو اثر مستقیمی روي ولتاژ سیستم میگذارد که ممکن است منجر به فروپاشی ولتاژ سیستم گردد.پس لازم است که برنامه ریزي مناسبی جهت جبران توان راکتیو در سیستم هاي قدرت انجام گیرد. یکی از منابع توان راکتیوي که بسیار مورد توجه قرار گرفته اند و جایگاه خود را در صنعت برق به دست آورده اند، ادوات FACTS می باشند.
استفاده ادوات FACTS باعث کارکرد بهینه و انعطاف پذیر سیستم هاي قدرت می شود و داراي مزایاي فنی و اقتصادي زیادي می باشد. یکی از ادوات FACTS که اخیرا معرفی گردیده است RHFC3 می باشد. در این مقالهجایابی و تنظیم پارامتر هاي RHFC به منظور برآورده ساختن اهداف مد نظر در سیستم مورد مطالعه قرار میگیرد. این اهداف شامل کاهش تلفات سیستم، افزایش بار پذیري خط، کاهش هزینه سوخت، افزایش حاشیه امن ولتاژ سیستم و غیره می باشند. این اهداف به صورت یک مساله چند هدفه مدل می شوند که در آن چندین تابع به صورت همزمان بهینهمی شوند. ابزار مورد استفاده در این مقاله به منظور حل مدل پیشنهادي، الگوریتم NSGA- II4 می باشد. به منظور تست روش فوق روي مساله ، سیستم 30 باس IEEE به عنوان سیستم تست مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج بدست آمده نیز مورد مطالعه قرار گرفته است.
واژگان کلیدي: برنامه ریزي توان راکتیو ، ادوات FACTS، RHFC، بهینه سازي چند هدفه، الگوریتم .NSGA- II
١- مقدمه
سیستمهاي قدرت امروزي بزرگ، پیچیده و به صورت شبکه هاي به هم پیوسته، شامل هزاران شین و صدها ژنراتور هستند و به دلیل محدودیت هاي اقتصادي و محیطی موجود در سیستم هاي تجدید ساختار یافته، این سیستمها در نزدیکی حد ماکزیمم ظرفیت انتقال خود کار میکنند. احداث خطوط جدید نیز علاوه بر هزینه هاي زیاد، داراي محدودیت زمانی میباشد. غلبه بر محدودیت هاي سنتی انتقال انرژي و مدیریت موثر در استفاده از سیستم هاي قدرت نیازمند فن آوريهاي جدید در تولید و انتقال انرژي الکتریکی میباشد.[1] نیروگاه هاي سیکل ترکیبی، اتمی و تولید پراکنده در عرصه تولید وسیستمهاي انتقال انعطاف پذیر جریان متناوب و تکنولوژي خطوط انتقال فشار قوي DC در عرصه انتقال، از جمله این فناوري هاي نوین می باشند.
در میان فن آوري هاي مربوط به سیستم انتقال استفاده از جبرانسازهاي FACTS1 بخاطر مقرون به صرفه تر بودن از لحاظ اقتصادي و کنترل توان بهتر بیشتر مورد توجه میباشد .[2] این مسئله که بتوان تا حد امکان توان بیشتري را از خطوط انتقال عبور داد، به طوري که ضمن انتقال مقدار عظیم توان الکتریکی AC پایداري و امنیت سیستم نیز حفظ شود، همواره مطلوب بوده است. انتقال توان عمدتاً با محدودیتهاي حرارتی در کابلها، خطوط انتقال کوتاه و ترانسفورمرها مواجه است. در حالیکه در خطوط انتقال بلند تغییرات ولتاژ و حفظ پایداري براي انتقال توان محدودیت هاي
اصلی به حساب میآیند. با استفاده از جبران سازي توان راکتیو میتوان پایداري سیستم و پروفیل ولتاژ را بهبود بخشید.
از نقطه نظر بهینه سازي، تعیین مکان مناسب و بهینه ادوات FACTS یک مساله پیچیده محسوب میشود زیرا که داراي شرایط چند حالته بوده و مساله اي چند هدفه مقید میباشد.[4 ,3] روش هاي حل مساله مکان یابی اداوت FACTSمیتواند در 3 حالت طبقه بندي شود: روشهاي مرسوم و قدیمی، روش هاي تکنیکی و فنی و روشهاي ابتکاري.[9-5]روشهاي ابتکاري بسیار متداول بوده و گزینه خوبی براي حل اینگونه مسایل میباشند.[10] در[11] الگوریتم ژنتیک براي سیستمی شامل SVC و TCSC اعمال شده است تا اینکه ظرفیت انتقال توان سیستم را افزایش دهد. در[12] الگوریتم جستجوي هارمونیک براي یافتن مکان و سایز بهینه SVC و STATCOM با هدف مینیمم سازي تلفات توان اکتیو و ماکزیمم سازي پایداري ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته است.
اخیرا Ghahremani برنامه اي با یک رابط کاربري بر پایه ژنتیک GA ارایه داده است که در آن از ادوات SVC, TCSC, TCVR, TCPST و UPFC استفاده شده است تا اینکهبارپذیري سیستم را مورد مطالعه قرار دهد .[13] مدلهاي و کاربردهاي ادوات FACTS در سیستم هاي قدرت در مراجع[15 , 14] مورد بررسی قرار گرفته است. کارکرد ادوات FACTS در مساله پخش بار اقتصادي در مرجع[16] و همچنین در پخش توان بهینه در[17] آورده شده است. در این مقاله نوعی از ادوات FACTS به نام RHFC2 مورد بحث و استفاده قرار خواهد گرفت. این وسیله از چندین نوع از ادوات FACTS RPST3 - ، TSSC4، TSSR5 و - MSC6 ساخته شده است که در کنار هم وظایف مربوطه را انجام می دهند که در ادامه نیز به طور بحث خواهد شد. [18]
در مسئله جایابی بهینه ادوات FACTS بایستی اهداف زیر مورد توجه واقع گردد:[20 ,19]این اهداف می توانند شامل کاهش تلفات سیستم، افزایش بار پذیري خط، کاهش هزینه سوخت، افزایش حاشیه امن ولتاژ سیستم و غیره بیان گردند. از دیدگاه بهینه سازي، تخصیص بهینه ادوات FACTS یک مسئله بهینه سازي بسیار پیچیده است، به دلیل آن که در مساله مورد بحث تعدادي تابع هدف وجود دارند که باید به طور همزمان بهینه شوند. پس این اهداف باید به صورت یک مساله چند هدفه مدل شوند که در آن چندین تابع به صورت همزمان بهینه می شوند. ازین رو نیاز به الگوریتم و ابزاري وجود دارد که با استفاده از آن بتوان مساله چند هدفی را به صورت کامل تحلیل نمود و به جواب هاي قابل اتکا دست یافت. ابزار مورد استفاده در این مقاله به منظور حل مدل پیشنهادي، الگوریتم NSGA- II1 می باشد. با استفاده از الگوریتم ذکر شده میتوان مسایل بهینه سازي چند هدفه ي وسیع را به خوبی و با دقت بسیار تحلیل نمود. جواب هاي بدست آمده از الگوریتم فوق داراي اعتبار کافی بوده چنانچه در مقالات بسیاري بدان اشاره گردیده است. [21-23]
-2 مدلسازي RHFC
RHFC از ترکیب RPST، چند ماژول TSSC، چند ماژول TSSR و MSC مرسوم تشکیل یافته است. مدل RHFC در شکل زیر نشان داده شده است. مطابق این شکل RHFC بین باس هاي i و j از خط انتقال نصب شدهاست.[24]RPST جز اصلی RHFC می باشد که ولتاژ سه فاز ثانویه سمت روتو را تامین می کند که ماژول آن متناسب با ولتاژ اولیه سمت استاتور می باشد. نماي کلی سیم پیچ روتور و استاتور RPST و شیفت فاز بین سیم پیچ هاي روتور در شکل زیر نمایش داده شده است. این شیفت فاز نسبت به سیم پیچ هاي استاتور با زاویه نمایش دادده شده است. کاربرد اصلیRPST به منظور تامین کنترل پیوسته و سریع RHFC در شرایط استاتیکی و پایداري است. علاوه براین، ترانسفرومر سري، ولتاژ کنترل شده سري با خط انتقال تزریق می کند و ترانسفورمر موازي، ولتاژ ورودي RPST را تامین می کند. علاوه براین،
