بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله با توجه به نتایج ارایه شده مشخص شده است که اگر شبکه را بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت توسعه دهیم، در سال افق برای تامین بارهای شبکه با مشکلات اساسی مواجه خواهیم شد و همه بارها را از طریق پست های موجود نمی توانیم تغذیه کنیم. برای تغذیه شبکه تصادفی انتخاب شده در سال افق نیاز به احداث 6 پست جدید با مجموع ظرفیت 315 MVA و تعدادی فیدر با ظرفیت های مشخص خواهیم داشت. به عبارتی شبکه توسعه یافته، در سال افق کفایت خود را از دست داده است.
کلمات کلیدی: پست فوق توزیع ، جایابی ، توسعه بهینه ، فیدر
.1 مقدمه
طراحی شبکه آینده یکی از پیچیده ترین مسائل در مطالعه شبکه های توزیع می باشد. در سالهای اخیر تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است. مساله طراحی شبکه توزیع یک مساله بهینه سازی است که بهترین و بهینه ترین روش تغذیه بارها را تعیین می کند. این مساله در درجه اول مکان و تعداد پست ها و در درجه دوم تعداد و اندازه فیدر های توزیع را تعیین می کند. این عملیات به صورت تووم انجام می پذیرد به نحوی که هزینه نصب و بهره برداری و همچنین هزینه تلفات انرژی حداقل گردیده و شبکه به شکل شعاعی باقیمانده و ظرفیت خطوط و پست ها و همچنین کیفیت ولتاژ شبکه در محدوده مجاز باشد به عبارت دیگر سیستم پایدار باشد. در اینجاست که مساله قابلیت اطمینان شبکه نیز به مساله طراحی شبکه اضافه شده و به صورت قید اصلی ظاهر می شود. قبل از دهه 80 میلادی طراحی شبکه بر پایه روش های هیوریستیک انجام می گرفت.[1] در این روش ها با اعمال ساده سازی های مختلف مساله به صورت معادلات چند متغیره با قیود مختلف بیان می شد و سپس با روش های ریاضی پاسخ مساله بدست می آمد.
از دهه 80 میلادی به بعد مساله طراحی شبکه به شکل معادلات غیر خطی با ابعاد بزرگ مدل گردید و برای حل آن از روش های عددی به کمک کامپیوتر استفاده شد. اما چون این روش ها به حجم بالای حافظه و زمان پردازش بسیار زیادی داشتند، لذا این روش ها تنها برای شبکه های کوچک قابل اجرا بود. روش های مختلف دیگری نیز برای طراحی شبکه استفاده گردیده است که می توان به روش های برنامه ریزی عددی ، شاخه و حلقه ، برنامه ریزی پویا، سیستم خبره ، جابجایی شاخه و غیره نام برد2]،[3 مطالعه بر روی یک شبکه توزیع به دوبخش بهینه سازی شبکه موجود و طراحی یک شبکه جدید تقسیم می شود. در بهینه سازی یک شبکه موجود، طراح باید با درنظر گرفتن ظرفیتها، تجهیزات و قابلیتهای موجود شبکه و تخمین بار آینده شبکه برای سال افق طرح، بهینه سازی شبکه را انجام دهد. در طراحی یک شبکه جدید، طراح تنها با در اختیار داشتن بار پیش بینی ش ده برای سال افق طرح و محدودیتهای جغرافیایی منطقه، شبکه ای جدید را طراحی می کند[4] مساله طراحی شبکه توزیع را می توان به سه مساله زیر تقسیم بندی کرد:[5]
.برآورد بار بلند مدت
.جایابی بهینه پست های توزیع
.مسیر یابی بهینه فیدر های فشار متوسط اولین مرحله در طراحی شبکه، برآورد بار بلند مدت منطقه مورد مطالعه می باشد. در این مرحله می بایست توزیع جغرافیایی بار در سالهای هدف پیش بینی شود. دومین مرحله، جایابی بهینه پستهای توزیع با توجه به توزیع جغرافیایی بار برآورد شده در سالهای هدف است. در این مرحله محل و ظرفیت بهینه پستهای توزیع و حوزه تغذیه آنها تعیین می شود. آخرین مرحله از مساله طراحی شبکه آینده، مسیر یابی بهینه فیدرهای فشار متوسط برای تغذیه پستهای توزیع جایابی شده می باشد. [6] در حال حاضر تعیین محل و ظرفیت پستهای فشار قوی توسط قسمت فنی و برنامه ریزی برق های منطقه ای انجام می گیرد و برخی مواقع بدلیل عدم جایابی مناسب ، با مشکلاتی از قبیل : دور بودن پستهای فوق توزیع از مراکز ثقل بار ، عدم استفاده کامل از ظرفیت موجود آنها ، وجود افت ولتاژ و تلفات بیش از حد مجاز در شبکه های توزیع و ... روبرو میشود .
.2 پیشینه پژوهش
اقای محسن خانی و همکاران در سال [10] 1391به ارائه روشی نوین جهت مکان یابی بهینه پست های فوق توزیع وتوزیع پرداختند . هدف اصلی طراحی و توسعه ی شبکه های توزیع پاسخ به رشد مصرف برق با حداکثر کارایی اقتصادی به نحوی است که محدودیت های حاکم بر سیستم نقض نگردد. در طراحی شبکه های توزیع بیشتر توجهات روی مکان یابی بهینه ی پست های توزیع و فوق توزیع، مسیریابی بهینه ی فیدرها و تعیین سطح مقطع هادی های متمرکز شده است. در این مقاله روش جامع نوینی برای مکان یابی بهینه ی پست های توزیع وتعیین حوزه ی سرویس دهی آنها ارائه شده است. روش بهینه سازی مبتنی بر دو روش برنامه نویسی با استفاده از نرم افزار لینگو و الگوریتم ژنتیک است. همانطورکه قبلاً نیز مطرح شد، بهینه سازی شبکه ی توزیع در قالب یک مسأله و با یک تابع هدف امکان پذیر نیست و دلیل عمده ی آن نیز پیچیدگی مسأله، تعدد و غیر خطی بودن متغیرها بر شمرده شد،
همچنین بیان شد که مسأله ی بهینه سازی شبکه ی توزیع به دو زیر مسأله تقسیم می شود که عبارتست از پست ها و فیدرها. در هر یک از این زیر سیستم ها مسائل بهینه سازی پیاده شده و پاسخ بهینه حاصل می شود. در طراحی زیر سیستم مربوط به پست های توزیع لازم است مکان و اندازه ی بار نقاط بار ناحیه ی مورد بررسی مشخص باشد و بر مبنای آن مکان و اندازه ی پست ها به گونه ای تعیین شود که تمامی نقاط بار با کمترین هزینه ی ممکن برق دار شوند . انتخاب مکان و اندازه ی پست ها به فاکتورهای مختلفی چون چگالی بار نقاط بار، محدودیت های جغرافیایی و... وابسته است در سیستم های بزرگ تعداد انتخاب ها بسیار زیاد است، از اینرو ب دست آوردن سیستمی با کمترین هزینه که تقاضای بار را برآورده کند کاری بسیار دشوار است. جواد روحی و همکاران 20/63 کیلوولت در شرایط توسعه انتخاب تعداد و محل استقرار پست های فوق توزیع در تغذیه سیست مهای توزیع از اهمیت خاص فنی اقتصادی برخوردار است. در شرایط توسعه بار از طرفی تعدادی پست فوق توزیع وجود دارد که احاناًی ظرفیت پذیرش بخشی از بار آتی را دارند و یا افزایش ظرفیت آنها می تواند راه حلی برای تأمین نیازها باشد و از طرفی مصارف جدید ممکن است احداث پست های جدید را توجیه نماید و یا تلفیقی از این راه کارها در نظر گرفته شود. در اینصورت تعداد گزینه ها زیاد می شود. روش های مختلفی تا کنون جهت طراحی پستها در سیستم های فوق توزیع ارائه شده است.
در این مقاله پس از بررسی آنها الگوی که به طور همزمان اپتیمم سازی پست های فوق توزیع و تغذیه پست های توزیع را لحاظ م یکند برای اجرای برنامه انتخاب گردید و با در نظر گرفتن پست های موجود و تطبیق آن در شرایط توسعه یک روش تلفیقی جهت اجرای برنامه به کار برده شده است. اقای حمید فلقی و همکاران [11] به بررسی مدل سازی و حل مسأله مکان یابی بهینه پست های فوق توزیع پرداختند . در این تحقیق اولین مرحله در طراحی شبک ههای توزیع، مکان یابی بهینه پست های فوقتوزیع است. مکان این پست ها که در واقع نقش پل ارتباطی میان این سیستم انتقال و توزیع را بازی می کنند، می تواند طراحی دیگر بخش های شبکه توزیع را تحت تأثیر قرار دهد. در این مقاله مدل ریاضی جامع و دقیقی برای مسأله مکا نیابی پست های فوق توزیع ارائه شده است. در مدل ریاضی تابع هزینه مسأله، تمامی هزینه های ثابت و متغیر مرتبط با طرح ها مدل سازی شده است. همچنین محدودیت های حاکم بر سیستم به طور مناسب لحاظ شده اند. در انتها نیز با اعمال روش پیشنهادی روی یک منطقه آزمون نتایج به دست آمده ارائه گردیده است.
.3 روش تحقیق
برنامه ریزی توسعه شبکه بر اساس بارهای پیش بینی شده انجام می شود و این در حالی است که بارهای پیش بینی شده صرفا براساس عملکرد شبکه دراینده نبوده و متاثر از فاکتورهایی بر حسب عملکرد شبکه در گذشته و عواملی تاثیر گذار در اینده خواهد بود . از این حیثیت بررسی تاثیر عدم قطعیت در پارامترهای موثر تاثیر به سزایی در پاسخ برنامه ریزی خواهد داشت . رشد مداوم ابعاد و پیچیدگی های شبکه های قدرت لزوم توسعه مدل های پیش بین بار جهت تخمین میزان تقاضای انرژی در اینده را بیشتر نمایان می کند . کاربرد این مدل ها می تواند به مهندسین و مدیرانی که در حوزه برنامه ریزی توسعه شبکه فعال می باشند کمک شایانی بکند .پیش بینی بار برای اینده به جهت وجود عدم قطعیت های مرتبط با تقاضای بار بسیار مشکل می باشد .پیش بینی ظرفیت تولید در اینده که بر ظرفیت شبکه های بادی نیز تاثیر گذار است با توجه به پیک بار شبکه در سال افق انجام می شود ولی پیک بار پیش بینی شده همیشه با پیک بار واقعی یکسان نمی باشد . تعیین بازه پیش بینی بار بستگی به اهداف برنامه ریزی دارد و می تواند با خرید سوخت ،نوع شبکه های توزیع، تولیدبرق ، قیمت گذاری برق ،تعرفه ها ومنابع پشتیبان باشد .
عملکرد و پروسه برنامه ریزی بلند مدت ، بازه های زمانی خاصی را در اینده شامل می شود . عدم قطعیت بار پیش بینی شده ؛ مستقیما با زمان بهره برداری تحهیزات مرتبط می باشد .پیش بینی بار مرتبط با برنامه ریزی توسعه شبکه معمولا در بازه های کوتاه مدت میان مدت و بلند مدت انجام می شود .پیش بینی کوتاه مدت بار برای بازه های زمانی یک ساعت تا یک هفته در طرح های برنامه ریزی کوتاه مدت تجهیزات استفاده می شود .و پیش بینی میان مدت برای بازه های یک هفته تا یک سال می تواند انجام شود و برای قیمت گذاری برق ،برنامه ریزان تولید میان مدت و خرید سوخت استفاده دارد . پیش بینی بلند مدت نیز برای بازه های بیشتر از یک سال انجام می گیرد و در برنامه ریزی توسعه شبکه قدرت کاربرد دارد .
