بخشی از مقاله
چکیده
ذخیرهسازهای انرژی طی سالهای اخیر بهصورت وسیعی در شبکههای الکتریکی توسعه یافتهاند و کاربردهای مختلف آنها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در این مقاله به جایابی ذخیرهسازهای باتری بهمنظور حداقل سازی تلفات در شبکه توزیع پرداخته میشود. شبکه تست مورد مطالعه، شبکه توزیع 30 باسه میباشد که تعدادی از باسها به-عنوان باسهای کاندید جهت نصب دخیرهساز باتری در نظر گرفته شدهاند. قیدهای مسئله شامل قید حداقل و حداکثر مقدار مجاز ولتاژ، قید ظرفیت خطوط، حداکثر ظرفیت ذخیرهسازها و برابری انرژی شارژ و دشارژ میباشد. مسئله جایابی توان و ظرفیت بهینهی ذخیرهسازهای باتری به فرم یک مسئله بهینه سازی ریاضی فرمول بندی میگردد و سپس توسط الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات - PSO - حل میگردد. نتایج شبیه سازی بر موثر بودن روش پیشنهادی برای کاهش تلفات تاکید دارند.
کلمات کلیدی: ذخیرهسازهای انرژی، ذخیرهسازهای باتری، کاهش تلفات، برنامهریزی ذخیرهسازها
.1 مقدمه
با افزایش میزان مصرف برق، موضوع مدیریت بار و پاسخگویی به نیازهای مصرفی در زمان پیک بار مطرح میشود. در این میان اعمال سیاستهای جدید در زمینه مصرف بهینه صنایع و کارخانهها از اهمیت بسزایی برخوردار است. با تکیه بر بررسیهای کارشناسی، بار سالانه علاوه بر تبعیت از آهنگ تغییرات منظم و دورهای خود با موضوع رشد سالانه درگیر است. بدیهی است که رشد بار بر روند فعالیت مراکز تولید برق - نیروگاهها - تاثیر بسزایی دارد. در این شرایط مدیریت بار از معنا و مفهوم خاصی در صنعت برخوردار بوده و این مسئله بهعنوان یک فعالیت پیچیده فنی و اقتصادی در صنعت برق مطرح میشود. در حقیقت مدیریت بار، اعمال سیاستهای خاص فنی برای کاستن از حداکثر بار و منتقل کردن ساعتهای مصرف انرژی به زمانهای کم باری است. مدیریت مصرف تمام تلاش خویش را معطوف آن ساخته که میزان مصرف را در بخشهای مختلف به حد و اندازه معقولی برساند.[1]
از سوی دیگر، از آنجا که هزینه تولید برق و قیمت فروش آن در ساعات مختلف شبانهروز با توجه به راهافتادن بازار برق، تفاوتهای چشمگیری دارد، بنابراین ایدهی ذخیرهسازی برق در ساعات غیر پیک و استفاده از آن در ساعات پیک مطرح شد. در سالهای اخیر، ادغام فزایندهی منابع انرژی تجدیدپذیر با ماهیت تولید متغیر و نامشخص یکی از عمده-ترین عواملی است که موجب تغییرات در محیط تجارت برق گردیده است. سیستمهای ذخیرهساز انرژی - ESS - * بهعنوان عاملی برای تامین امنیت شبکه، قابلیت اطمینان و انعطافپذیری برای پاسخ به تغییراتی که پیشبینی آنها دشوار است مورد استفاده قرار میگیرند. در واقع ذخیرهسازهای انرژی با ذخیرهی انرژی اضافی تولید شده در طول دورههای کمباری و آزاد کردن آن در طول دورههای پرباری موجب کاهش پیک بار، کاهش مصرف انرژی در ساعات پیک و به دنبال آن سبب کاهش هزینه انرژی میگردند.[2]
از سوی دیگر تولید انرژی در نیروگاههای متمرکز و انتقال آن به مشتریان از طریق خطوط انتقال معمولا با تلفات بالایی همراه است. با استفاده از تولیدات پراکنده - DG - * و بهویژه منابع انرژی تجدیدپذیر - RES - * و سیستمهای ذخیره انرژی - ESS - میتوان تا حد زیادی در هزینهها صرفهجویی به عمل آورد.به همین منظور سیستمهای ذخیرهساز انرژی بهطور وسیعی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاند. بهعنوان مثال منبع [2] با مروری جامع بر پژوهشهای حاضر در مورد تخصیص ESSها - اندازه و مکان - یک بینش منحصربهفرد نسبت به مسائل و چالشهای یکپارچه سازی ESS در شبکههای توزیع ارائه داده و به بیان دستورالعملهایی برای تحقیقات آیندهی ESS میپردازد.منبع [3] یک روش بهینه برای مشخص کردن محل و ظرفیت ESSها در شبکه توزیع در محیط بازار برق ارائه می-دهد.
هدف برنامهریزی پیشنهادی ESSها، حداکثرسازی سود DISCO به شرط قیدهای بهرهبرداری ایمن و مطمئن است - بهعنوان مثال قیدهای ولتاژ و جریان - . مسئله حداکثرسازی بهصورت ریاضی بهصورت mixed integer non -linear programing بیان شده و با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات حل شده است. نتایج شبیهسازی تاثیر قابلتوجه ESS را روی عملکرد شبکه، قیدهای امنیتی و هزینهها نشان میدهد. برنامهریزی پیشنهادی نهتنها سود DISCO را افزایش میدهد، بلکه بهرهبرداری ایمن از شبکه را نیز تضمین میکند. منبع [4] یک روش برای بهبود مقرون به صرفه قابلیت اطمینان سیستم از طریق تخصیص واحد ذخیرهسازی توزیع شده در سیستمهای توزیع پیشنهاد میکند. هدف اصلی این مقاله ترکیب بهینهی واحدهای ذخیرهسازی و بارها میباشد بهطوری که همهی احتمالات ممکن در نظر گرفته شود.
در منبع [5] به کاربرد ذخیرهسازهای انرژی متصل به میکروگریدهای low-voltage با اتصال اینورتر بهمنظور مدیریت انرژی و جبران اختلالات کیفیت توان پرداخته شده است. سودمندی استفاده از تجهیزات ذخیرهساز انرژی به-عنوان یک راهحل برای مشکلات همراه با توسعهی میکروگریدها مورد بحث واقع شده است. همچنین الگوریتم کنترلی ارائه شده که ذخیرهساز را قادر به شارژ و دشارژ مطابق با برنامهی از پیش تعیین شده میسازد و موجب کمک به بهبود کیفیت توان از طریق جبران توان راکتیو، هارمونیکهای جریان و عدم تعادل میگردد. اثر جبرانسازی در مدل شبیهسازی تست میکروگرید مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این، نتایج حاصل از تستهای انجام شده در ریزشبکه تست واقعی که در آزمایشگاه تولید پراکنده دانشگاه فناوری لودز انجام شده، ارائه گردیده است.
منبع [6] به بررسی ذخیرهسازهای انرژی با تمرکز بر جایابی بهینهی آنها در شبکههای توزیع بهمنظور کنترل ولتاژ پرداخته است. این مقاله یک پیشنهاد در ارتباط با روش برنامهریزی مطلوب جهت به حداقل رساندن انحراف ولتاژ شبکه با فرمولاسیون برنامهریزی ترکیبی خطی- عدد صحیح ارائه میدهد. این مقاله همچنین در مورد عملکرد و حساسیت این روش بهعنوان تابعی از حالات مختلف برای بارهای مختلف و تعداد مختلف ESS ها پرداخته و یک شبکه 13 باسه IEEE مورد تست واقع شده است.به صورت کلی در شبکه قدرت از باتریهای ذخیرهساز برای اهداف مختلفی استفاده میشود مانند پیک زدایی بار شبکه، بهبود کیفیت توان، بهبود پروفیل ولتاژ، مسطح نمودن بار، بهبود قابلیت اطمینان، کنترل فرکانس و کاهش اثر نامعینی ناشی از منابع انرژی تجدید پذیر .[11-7]
در این مقاله به جایابی ذخیرهسازهای باتری بهمنظور حداقل سازی هزینهی تلفات در شبکه توزیع پرداخته میشود. مطالعات بر روی یک شبکه توزیع 30 باسه انجام شده است. تعدادی از باسها بهعنوان باسهای کاندید جهت نصب ذخیرهساز باتری در نظر گرفته شدهاند. قیدها و محدودیتهای در نظر گرفته شده شامل قید حداقل و حداکثر مقدار مجاز ولتاژ، قید ظرفیت خطوط، حداکثر ظرفیت ذخیرهسازها و برابری انرژی شارژ و دشارژ میباشد. نتایج شبیهسازی نشان می دهد که جایابی بهینه باتریها در شبکه بهخوبی می تواند عملکرد شبکه را بهبود و تلفات را کاهش دهد.
.2 فرمول بندی ریاضی مسئله
در این مقاله، ذخیرهسازهای باتری بهمنظور کاهش هزینهی سالانه تلفات بهصورت بهینه برنامهریزی شدهاند. مسئله جایابی ذخیرهسازها به فرم یک مسئله استاندارد بهینهسازی مقید ارائه میگردد. این مسئله به صورت مجموعه روابط زیر می باشد:[3]
