بخشی از مقاله
چکیده
وسعت زیاد و گستردگی شبکههاي توزیع باعث شده که این بخش از سیستم قدرت سهم قابل توجهی از خطاها را به خود اختصاص دهد. از اینرو چنانچه بر اثر رخداد خطا، برق مشترکان قطع شود و انرژي مورد نیاز آنها تأمین نشود، مجموعه صنعت برق از نظر اقتصادي دچار ضرر و زیان شده و همچنین رضایتمندي مشترکین تأمین نخواهد شد. لذا لازم است به نوعی تعداد و مدت زمان این وقفهها کاهش یابد.یکی از عمدهترین راهکارها جهت حصول به این امر استفاده از تجهیزات کلیدزنی در شبکههاي توزیع است. از سوي دیگر با حرکت سیستمهاي قدرت از ساختار سنتی به سوي سیستم تجدید ساختار شده، استفاده از واحدهاي تولید پراکنده روندي رو به رشد پیدا کرده است.
در این مقاله با استفاده از روش بهینهسازي الگوریتم ژنتیک مسأله تعیین همزمان تعداد و مکان بهینه کلیدها در شبکههاي توزیع غیر شعاعی با وجود منابع تولید پراکنده ارائه شده است. در این بهینهسازي در تکمیل مطالعات قبلی در این زمینه، تمامی عوامل اقتصادي مؤثر شامل اثرات قطعی برق براي مشترکین مختلف، هزینه کلیدها، احداث خطوط مانور، بهرهبرداري و نگهداري شبکه و همچنین ظرفیت باردهی خطوط مانور در جهت رسیدن به ماکزیمم سود براي شرکتهاي توزیع بطور همزمان لحاظ شده است. همچنین در شرایطی که یک فیدر امکان مانور با چند فیدر دیگر را داشته باشد الگوریتم پیشنهادي، مانور بهینه را انتخاب میکند. در این مقاله جهت مدلسازي تولیدات پراکنده و تعیین ظرفیت باردهی خطوط مانور از نرمافزار DIgSILENT استفاده شده است.
واژههاي کلیدي: جایابی کلید، شبکه توزیع، هزینهي انرژي فروخته نشده، تولید پراکنده، خطوط مانور
-1 مقدمه
در یک شبکه توزیع، همانگونه که تلفات انرژي موجب زیان شرکتهاي توزیع میشود، عدم فروش انرژي در اثر بروز خطا در سیستم و قطع برق مشترکین نیز میتواند باعث کاهش سود حاصل از فروش برق شود و ضرري اقتصادي را به شرکتهاي توزیع تحمیل نماید. لذا با توجه به ماهیت و ساختار شبکههاي توزیع، استفاده از کلیدها براي محدودسازي ناحیه خطا دیده و کاهش خاموشیها اجتناب ناپذیر است.قابلیت اطمینان از جمله مقولههایی است که با اینگونه رخدادها در شبکه سروکار دارد و از آنجا که یکی از مهمترین اهداف شرکتهاي توزیع تأمین برق مورد نیاز مشترکین با کیفیت و قابلیت اطمینان مطلوب و حداقل هزینه میباشد لذا بایستی به طریقی، تعداد و مکان بهینه کلیدها را انتخاب کرد تا به رضایتمندي مشترکین منجر شود و از سوي دیگر باعث کسب وجه مناسبی براي شرکتهاي توزیع و درآمد بیشتر براي آنها شود.
از روشها و الگوریتمهاي بهینهسازي گوناگونی مانند الگوریتم ژنتیک[1]، آبکاري فولاد[2]، برنامه-ریزي دودوئی[3]، اصل بهینهسازي بلمن[4]، الگوریتم مورچگان[5]، الگوریتم ایمنی[6]، [7] PSO، براي حل مسأله مکانیابی کلیدها در شبکههاي توزیع و در جهت بهبود قابلیت اطمینان استفاده شده است. در سالهاي اخیر استفاده از منابع تولید پراکنده در شبکههاي توزیع روندي رو به رشد پیدا کرده است و انتظار میرود نقش مهم و اساسی در صنعت برق ایفا نمایند، از اینرو نیاز به مطالعات بیشتري در این زمینه احساس میشود. مرجع [8] به مسأله مکانیابی ریکلوزرها در شبکه توزیع داراي DG، بمنظور بهبود اندیسهاي قابلیت اطمینان میپردازد.
در کارهاي انجام شده تاکنون، مجموعه عوامل فنی و اقتصادي مؤثر در تعیین تعداد و مکان بهینه کلیدها و با در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده و خطوط مانور در شبکه توزیع، بصورت یکجا مورد بررسی قرار نگرفته است. از طرف دیگر در کارهایی که جایابی را با در نظر داشت خطوط مانور انجام دادهاند، ظرفیت باردهی خط مانور در نظر گرفته نشده است که این مطالعه جهت بررسی ظرفیت باردهی خطوط مانور و تعیین محدودة جزیره تغذیه شده باDG از مطالعات پخش بار استفاده میکند. همچنین در کارهاي انجام شده تاکنون، جهت محاسبه میزان خسارت وارده به مشترکین مختلف، یک زمان براي شناسایی و رفع خطا در سکشنهاي مختلف یک فیدر در نظر گرفته شده است، که این مقاله زمانهاي مختلفی را براي آنها در نظر می-
گیرد.
-2 مدلسازي مسأله
بعد از رخ دادن خطا در سیستم توزیع آن قسمت از شبکه که در پایین دست کلید قطع کننده قرار دارد تغذیه خود را به خاطر عمل کردن کلید از دست میدهد. ملاحظات قابلیت اطمینان شبکه ایجاب میکند که هر چه زودتر تغذیه تمام بارهاي قطع شده، بوسیله عملیات مانور یا ایجاد جزیره عمدي، برقرار شود و تنها ناحیه آسیب دیده و قسمتهایی که امکان تغذیه آنها بوسیله منابع پشتیبان وجود ندارد، تا رفع عیب بیبرق باشند. هر چه تعداد کلیدها بیشتر باشد خاموشیها کمتر خواهد بود و قابلیت اطمینان بیشتر میشود ولی به همان اندازه هزینه نصب، تعمیر و نگهداري کلیدها نیز افزایش مییابد. در اینجا هدف این است که تعداد و محل کلیدها در شبکه توزیعی که داراي منابع تولید پراکنده و خطوط مانور است، چنان انتخاب شود که مجموع هزینه انرژي توزیع نشده و هزینههاي نگهداري وسرمایهگذاري حداقل شود و در نتیجه سود شرکت حداکثر گردد.
-1-2 تابع هدف
تابع هدف در نظر گرفته شده در این مقاله، سود ناشی از کلیدگذاري است که در اثر کاهش هزینه ناشی از قطعی برق براي مصرفکنندگان مختلف - ECOST - 1 بدست میآید.همچنین در آن هزینههاي نصب و احداث کلیدها، هزینه تعمیر و نگهداري هر کلید، هزینه جابجایی کلیدها و هزینه احداث خط مانور منظور شده است. در اینجا براي بررسی خسارت ناشی از قطع برق، مشترکین مطابق با استانداردSIC2 به 7 دسته شامل مشترکین بزرگ و عمده، صنعتی، تجاري، کشاورزي، خانگی، دولتی و اداري تقسیم شدهاند که با توجه به مدت زمان خاموشی و توابع خسارت مشترکین
- CDF - 3، میزان خسارت هر گروه بدست میآید.مقدار سودي که شرکت توزیع بازاي نصب تعدادي کلید در شبکه در مقایسه با حالت بدون کلید در سیستم، بدست می آورد عبارت است از میزان صرفهجویی حاصل شده در اثر کاهش انرژي توزیع نشده - ECOST - ، منهاي مجموع هزینه-هاي صرف شده براي انجام این کار - - . لذا تابع هدف مسأله مطابق رابطه - 1 - بیان میشود.
-2-2 محاسبه هزینه انرژي توزیع نشده
مطالعات انجام گرفته نشان میدهد که هزینه قطعی برق براي مشترکین مختلف داراي محدوده وسیعی میباشد.همانطور که در شکل - 1 - دیده میشود، هزینههاي تحمیل شده به مشترکین مختلف، به مدت زمان قطع برق وابستهاست. در این مقاله با تکمیل تابع ECOST معرفی شده در مرجع [2] که متأثر از توپولوژي سیستم، مدت زمان قطعی برق مشترکین، تغییرات بارها و نرخ خرابی قطعات میباشد، زمانهاي شناسایی و رفع خطا و همچنین مقدار بار قطعی داده شده در طی این زمانها، در محاسبه هزینه خاموشی منظور شده است و لذا تابع فوق به شکل زیر فرموله میشود:
