بخشی از مقاله
خلاصه
اتوماسیون شبکه های توزیع به عنوان یک استراتژی مناسب سرمایهگذاری برای افزایش قابلیت اطمینان مورد توجه قرار دارد. در راستای افزایش قابلیت اطمینان، تجهیزات مختلفی از جمله کلید قابل کنترل از راه دور مورد استفاده قرار میگیرند. این کلیدها به دلایل مختلف از جمله کاهش زمان شناسایی محل وقوع خطا، افزایش سرعت ایزوله کردن تجهیز آسیب دیده و بازیابی سریع بار، در شبکهی توزیع مورد استفاده قرار میگیرند. این مقاله به ارائهی مدلی برای جایابی بهینه کلیدهای قابل کنترل از راه دور، به منظورکاهش هزینههای مرتبط، شامل هزینهی قطعی مصرف کننده ها، هزینهی سرمایه-گذاری کلیدها، هزینه نصب و همچنین هزینه نگهداری و تعمیرات سالانه پرداخته است. همچنین اثر کلید در فرآیند مدیریت خطا در نظرگرفته شده است. مسئلهی مورد نظر در قالب برنامهریزی خطی عدد صحیح مدل شده است. کاربرد مدل ارائه شده بر روی یک سیستم تست شبیه سازی شده است. نتایج ارائه شده حاکی از دقت بالا و کاربردی بودن روش ارائه شده دارد.
کلمات کلیدی: اتوماسیون، بهینه سازی، جایابی، کلیدکنترل از راه دور، شناسایی محل خطا، برنامهریزی خطی عدد صحیح
.1 مقدمه
لزوم ارائه خدمات با قابلیت اطمینان بیشتر در شبکههای توزیع نظر طراحان و برنامهریزان را به سوی روشهای مختلف ارتقای قابلیت اطمینان جلب نموده است. در بسیاری از این روشها، چالش اصلی پیش روی طراح، دستیابی به حداکثربازگشت سرمایه در حین کاهش هزینهها است. از این رو، ابزارهای جدیدی برای اندازهگیری جنبههای فنی و اقتصادی پروژه ها نیاز است. این ابزارها بایستی قابلیت تحلیل هزینه/ فایده، مدلسازی سیستم و ارزیابی قابلیت اطمینان را داشته باشند.کلیدهای قابل کنترل از راه دور نقشی اساسی در شبکههای توزیع ایفا میکنند. این کلیدها به دلایل مختلف از جمله کاهش زمان شناسایی محل وقوع خطا، افزایش سرعت ایزوله کردن تجهیز آسیب دیده و بازیابی سریع بار در بالا و پایین دست ناحیهی خطا در شبکهی توزیع مورد استفاده قرار میگیرند.
تا کنون، مزایای استفاده از کلیدهای قابل کنترل از راه دور در مقالات متعددی نظیر [4]-[1] مستند شدهاند. همانطور که در این مقالات اشاره شده است، انتخاب تعداد و جایگاه نصب بهینه این کلیدها در شبکههای توزیع نیازمند تحلیل هزینه/ فایده به منظور توجیه مخارج سرمایهگذاری آنها است.در ادبیات موضوع، تحلیل هزینه/ فایده این کلیدها به صورت یک مسئله بهینهسازی ریاضی مدل شده است. همچنین، الگوریتمهای مختلفی در مقالات برای حل مسئله بهینهسازی جایابی کلیدهای قابل کنترل از راه دور استفاده شده است. اولین فعالیت های گزارش شده در مقالات در خصوص جایابی کلیدها به سال 1991 برمیگردد.[5]
منطق فازی در مرجع [5] برای حل مسئلهی بهینهسازی جایابی کلیدها بکار برده شده است. مرجع [6] الگوریتم ژنتیک را برای حل این مسئله ارائه داده است. در [7]، الگوریتم تبرید شبیه سازی شده برای حل مسئله جایابی با درنظرگرفتن هزینههای قطعی، سرمایه-گذاری و تعمیر و نگهداری مورد استفاده قرارگرفته است. اصول بهینهسازی بلمن در [8] برای کاهش هزینههای سرمایهگذاری کلیدهای جداکننده استفاده شده است. در [9] و [10]، حل مسئله جایابی کلید در قالب یک مسئله بهینهسازی برنامهریزی خطی عدد صحیح برای زمانهای بازیابی ثابت صورت گرفته است. در تمام روشهای ارائه شده، یک زمان بازیابی ثابت برای شناسایی محل وقوع خطا در نقاط مختلف شبکه درنظرگرفته شده است. در حالیکه، در شبکههای واقعی، شناسایی محل وقوع خطا در نقاط مختلف شبکه متفاوت است.
بدیهی است که لحاظ زمانهای مختلف برای شناسایی محل وقوع خطا در نقاط مختلف شبکه با تغییر تعداد و محل بهینه نصب کلیدهای قابل کنترل از راه دور همراه است. لذا، هیچ یک از الگوریتمهای ارائه شده قادر به تعیین جواب بهینه سراسری را ندارند. در این مقاله، روش بهینهسازی در شبکههای توزیع برای جایابی کلیدهای قابل کنترل از راه دور به منظور کاهش زمان شناسایی محل خطا و همچنین کاهش هزینههای مرتبط با جایابی صورت گرفته است.در این روش، کاهش هزینههای مرتبط شامل هزینه قطعی مصرفکنندهها، هزینه سرمایهگذاری، هزینه نصب و همچنین هزینه تعمیر و نگهداری سالانه درنظرگرفته شده و مسئله جایابی در قالب برنامهریزی خطی عدد صحیح مدل میشود.
بخش های مقاله به صورت زیر مرتب شدهاند:در بخش دوم به تشریح مسئلهی جایابی بهینهی کلیدهای قابل کنترل از راه دور پرداخته شده است. فرمول پیشنهاد شده در قالب برنامهریزی خطی عدد صحیح برای مسئله جایابی کلیدهای قابل کنترل از راه دور در بخش سوم معرفی شده است. در این بخش همچنین، هزینهها و سود ناشی از جایابی کلیدهای کنترل از راه دور تعیین شدهاند. شبیه سازی روش پیشنهاد شده بر روی RBTS-Bus4 در بخش چهارم معرفی شده است. در بخش پایانی نیز، نتیجهگیری بیان میشود.
.2 تشریح مسئله جایابی بهینه کلیدها
تجهیز شبکههای توزیع به کلیدهای قابل کنترل از راه دور، به عنوان یک استراتژی مناسب سرمایهگذاری برای افزایش قابلیت اطمینان شناخته شده است. درکاربرد این نوع کلیدها، کاهش زمان قطعی و تعداد مصرف کنندگانی که دچار قطعی شده اند هدف اصلی را تشکیل میدهند.در یک فرآیند مدیریت خطای مبتنی بر روش سعی و خطا، کلیدهای قابل کنترل از راه دور، زمان مورد نیاز برای شناسایی محل خطا را فراهم میکنند. همچنین، این نوع کلیدها با ایزولهکردن ناحیهی خطا موجبات تغذیهی نقاط بار متصل به بخش سالم شبکه را فراهم میکنند. بنابراین، در صورت استفاده از کلیدهای کنترل از راه دور، مدت زمان بازیابی خدمات مصرف کنندگانی که در ناحیه خطا نیستند تا حد مطلوبی کاهش مییابد.
شایان ذکر است که عوامل متنوعی نظیر آرایش شبکهی توزیع و تعداد و نوع مصرفکنندگانی که بالادست و پایین دست کلیدها قرار دارند بر مزایای حاصل از جایابی کلیدهای قابل کنترل از راه دور موثر است.یک فیدر توزیع شعاعی نمونه در شکل 1 به منظور تشریح عملکرد کلیدهای قابل کنترل از راه دور نمایش داده شده است. شبکهی توزیع شعاعی مذکور شامل 5 نقطه بار و 10 بخش است. نقطه ابتدایی فیدر به یک کلید قدرت در حال عادی بسته - NC - و نقطه انتهایی آن به یک کلید در حال عادی باز - NO - متصل است. در این مقاله احتمال عدم عملکرد کلیدهای قابل کنترل از راه دور در نظر گرفته نشده است. عملکرد کلیدها بعد از وقوع خطا در بخش 5 ام به صورت زیر است:
مرحله اول: کلید قدرتی که در حالت عادی شبکه بسته بوده عمل کرده و باز میشود. در نتیجه، تمام نقطه بارهایپایین دست خود را بی برق میکند.
مرحله دوم: بهره بردار شبکه به روش سعی و خطا عمل کرده، به شناسایی ناحیه خطا دیده میپردازد. در روش سعیخطا، با توجه به محل کلیدهای کنترل از راه دور، با باز کردن کلید مناسب، فیدر به دو قسمت تبدیل میشود. با وصل مجدد کلید قدرت در ابتدای فیدر و با توجه به عملکرد و یا عدم عملکرد این کلید قدرت، ناحیه مظنون به خطا در بالا دست یا پایین دست کلید کنترل از راه دور باز شده تشخیص داده میشود. بدین ترتیب، با ادامه این فرآیند در ناحیه مظنون به خطا، این ناحیه کوچک میشود تا جایی که دیگر امکان کوچک کردن ناحیه مظنون به خطا با استفاده از کلید کنترل از راه دوری وجود نداشته باشد. در فیدر شکل 1، با باز کردن هر یک از دو کلید کنترل از راه دور میتوان فیدر را به دو قسمت تبدیل نمود و ناحیه مظنون به خطا را شناسایی کرد. به عنوان مثال، با باز کردن کلید شماره 1 و وصل مجدد کلید قدرت ابتدای فیدر، مشاهده میشود که کلید قدرت ابتدای فیدر عمل نمیکند. بدین ترتیب، سالم بودن فیدر بالادست کلید قابل کنترل از راه دور شماره 1 مشخص میشود.
مرحله سوم: همانند مرحله قبل، روش سعی و خطا جهت تعیین محل دقیق خطا اعمال میشود. این بار، با وصل کلید قابل کنترل از راه دور شماره 1 و قطع کلید 2 و مشاهده قطع مجدد فیدر توسط کلید قدرت ابتدای فیدر، وجود خطا در بالا دست کلید شماره 2 و پایین دست کلید شماره 1 مشخص میشود.
