بخشی از مقاله
خلاصه در مقاله پیش رو، مطالعه مبتنی بر بهینهسازی چندهدفه، در راستای جایابی بهینه جبرانساز سنکرون ایستای توزیع - D-STATCOM - با استفاده از الگوریتم بهینه ساری ژنتیک چندهدفه - MOGA - ، با هدف کاهش توأم هزینهها و ارتقای سطح یکی از شاخصهای کیفیت توان، ارائهشده است. در روش پیشنهادشده، کاهش اعوجاج هارمونیک جریانی متوسط - THD - به عنوان تابع هدف فنی و هزینه نصب و هزینه بهرهبرداری به عنوان توابع هدف اقتصادی در نظر گرفتهشدهاند.
همچنین، محدودیتهای هارمونیک واردشده برای هر یک از شینها با توجه به محدودیتهای بهینهسازی انتخابشده است. مطالعه بهینهسازی انجامشده، بر اساس یک روش جدید پخش بار هارمونیکی پیشرو پسرو که در این مقاله ارائهشده است، با استفاده از مقایسه THD جریان ورودی، THD تولیدشده به وسیله تجهیز و THD خروجی شبکه انجامشده است. در این مقاله، از الگوریتم MOGA با استفاده از نرمافزار Matlab بر روی شبکه آزمون 33 شینه IEEE بهره گرفتهشده است. شبیهسازیها از تصدیق توانایی الگوریتم مذکور در تعیین دقیق مکان مناسب تجهیز در شبکه توزیع شعاعی حاکی است.
.1 مقدمه
با ظهور کلیدهای الکترونیک قدرت و گسترش آنها، ادوات کنترلکننده توان جدید که با نام ادوات FACTS شناخته میشوند، معرفی شدند .[1] کاربرد این ادوات در کنترل فلوی عبوری، جبرانسازی توان راکتیو و افزایش سطح حاشیه پایداری شبکههای AC بسیار چشمگیر بوده است .[2] کنترلکنندههای مبتنی بر الکترونیک قدرت که در سطح شبکههای توزیع مورد استفاده واقع میشوند، تحت عناوین جبرانساز ایستای سنکرون توزیع - D-STATCOM - ، بازیاب ولتاژ پایا - DVR - و بهساز کیفیت توان - UPQC - شناخته میشوند.
ادوات مذکور در حل مشکلات کیفیت توانی شبکه نقش موثری را ایفا کردهاند .[3] از طرفی، به دلیل هزینه سرمایهگذاری بالای تجهیزات مذکور و لزوم در نظر گرفتن پیامدهای اقتصادی کیفیت توان تحمیلی به مشترکان [4]، شبکه و سازندگان ادوات برقی، جایابی بهینه این ادوات باید لزوماً با در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی انجام شود. پژوهشها و مقالات متعددی در راستای جبرانسازی مشکلات کیفیت توانی با استفاده از این ادوات انجامشده است .[5] برای مثال، جایابی D-STATCOM به منظور کاهش برآمدگی و فلیکر ولتاژ با استفاده از فیلتر کالمن و مشتقات آن .[6] مرجع [7] به بیان کاربردهای D-STATCOM در یک شبکه توزیع دارای کوره القایی پرداخته است.
تعیین اندازه و موقعیت مناسب نصب DVR در شبکه توزیع نیز به کمک الگوریتم تبرید شبیهسازی شده در جهت بهبود شرایط برآمدگی ولتاژ در مرجع [8] آورده شده است. جایابی D-STATCOM , DVR و ادوات CUSTOM POWER در بسیاری از مراجع یادشده و مرجع [9] با اهدافی نظیر کاهش فرورفتگی و برآمدگی ولتاژ در شبکههای توزیع شعاعی کوچک مورد توجه قرار گرفته است. اما تلاشهای محدودی در راستای جایابی بهینه این ادوات در سیستم های واقعی متصل به هم توزیع انجامشده است. به عنوان مثال در مرجع [10] جایابی بهینه جبرانگر توان راکتیو ایستا - SVC - ، STATCOM و DVR در راستای کاهش برآمدگی ولتاژ در یک شبکه فوق توزیع بررسی شده است.
در مرجع [11]، الگوریتم تکامل تفاضلی - DE - برای تعیین جایابی بهینه UPQC در شبکه توزیع شعاعی ارائهشده است. مسئله مطرحشده در این مقاله به صورتی رابطه بندی شده است که تابع هدف تعریفشده در آن، علاوه بر جایابی، قادر به اصلاح پروفیل ولتاژ و جریان هم باشد . مرجع [12] سیستم بهساز کیفیت توان جدیدی را به نام MC-UPQC معرفی میکند که قادر است جبرانسازی را به صورت بلادرنگ برای اصلاح پروفیل ولتاژ و جریانی در شبکههای چند شینه و چند فیدره، انجام دهد.
ساختار تجهیز معرفیشده شامل یک مبدل منبع ولتاژ موازی - VSC - و دو یا بیش از دو مبدل سری ولتاژ است. مبنای عملکرد این تجهیز بر اساس کنترلکنندههای PI، شبکه عصبی و فازی عمل می کتد. هدف مرجع [13]، ارتقای سطح کیفیت توان و قابلیت اطمینان توأم با کاهش برآمدگی ولتاژ با استفاده از فیلتر LCL و D-STATCOM است. کنترل D-STATCOM در راستای کاهش فلیکر، هدف طراحی مرجع [14] است. جایابی بهینه D-STATCOM، DVR و UPQC در شبکه قدرت به هم پیوسته در راستای کاهش برآمدگی ولتاژ هم در مرجع [18] مورد بررسی قرار گرفته است.
یکی از مهمترین عوامل در مطالعه کیفیت توان شبکه قدرت، سطح مطلوب هارمونیک شبکه است. با توجه به اینکه هارمونیک های جریان که توسط بارهای غیرخطی تولید میشوند، پس از عبور از امپدانسها میتوانند ماهیت ولتاژی به خود بگیرند و تأثیرات نامطلوبی روی مشترکین میگذارند - که در ادامه به برخی از آنها اشاره شده است - ، محدود کردن آنها بسیار ضروری به نظر میرسد. از این اثرات نامطلوب میتوان به کاهش بازده تجهیزات برقی، عملکرد نامطلوب ادوات مبتنی بر عبور از نقطه صفر، افزایش احتمال تشدید موازی در شبکههایی که هم فرکانس با فرکانس هارمونیکی هستند، تأثیر نامطلوب بر شبکههای مخابراتی، افزایش نویز و سرو صدای ماشینهای الکتریکی، خستگی زودرس و اثرات مخرب روی شبکههای خازنی، اثر نامطلوب روی عملکرد ادوات حساس به ولتاژ ورودی مثل تلویزیون و رایانه اشاره کرد.
آنچه که روشن است اینکه بیشتر پژوهشهای مراجع [18-1] روی موضوع جایابی و تعیین اندازه و بهبود یکی از شاخصهای کیفیت توان مثل کاهش برآمدگی ولتاژ، حذف یا کاهش اثرات اعوجاج ولتاژ مثل فلیکر و کاهش هارمونیک معطوف است. از طرف دیگر، کمینه سازی هزینهها و رویکردهای اقتصادی جزء جدانشدنی از مطالعات شبکه قدرت است. اما مطالعات محدودی با استفاده از بهینهسازی چند هدفه با در نظر گرفتن توأم جنبههای فنی و اقتصادی انجامشده است.
در این مقاله، بهینهسازی چند هدفه مبتنی بر کمینه کردن اعوجاج هارمونیک جریانی مجموع - THD - به عنوان تابع فنی و کمینه کردن هزینه نصب و بهرهبرداری به عنوان توابع اقتصادی در راستای جایابی و تعیین اندازه بهینه D-STATCOM ارائهشده است. این در حالی است که کمتر پژوهشی با در نظر گرفتن توأم جنبههای اقتصادی به صورت تابع هدف مجزا صورت گرفته است. به منظور ارزیابی فرایند مطالعه، روش بهینهسازی روی سیستم آزمون 33 شینه IEEE بررسی شده است.
.2 رابطه بندی مسئله بهینهسازی چند هدفه
جایابی بهینه و تعیین اندازه بهینه D-STATCOM، به منظور ارتقای شاخص کیفیت توان یعنی کاهش هارمونیک جریانی مجموع - THD - ، انجامشده است. این فرایند به صورت توأم با کمینه کردن هزینههای نصب و بهرهبرداری پیادهسازی میشود. در همین راستا بهینهسازی چندهدفه در دستور کار قرار گرفته است. تابع هدف. در این مسئله بهینهسازی، دو تابع هدف باید کمینه شوند که در ادامه معرفیشدهاند.
