بخشی از مقاله
چکیده
دراین مقاله هدف طراحی وشبیه سازي یک الگوریتم جدید با ترکیب الگوریتم جامعه مورچگان و الگوریتم ژنتیک که دو الگوریتم کاملا شناخته شده می باشد، جهت جایابی وتعیین میزان تولیدتوان راکتیو توسط D-STATCOM می باشد به گونه اي که تلفات سیستم قدرت که شامل توان تلف شده در خطوط انتقال می باشد را کمینه کند.در این مقاله یک سیستم استاندارد 30شینه IEEEجهت شبیه سازي انتخاب شده است و همچنین با توجه به ملاحضات اقتصادي سه عدد D-STATCOM در این سیستم جایابی شده اند. جایابی بهینه هر کدام از D-STATCOMها توسط الگوریتم جامعه مورچگان انجام شده است .در این مرحله دو گروه مورچه انتخاب شده اند که یک گروه در نزدیکی لانه و گروه دیگر در جاي دور از لانه به دنبال مکان بهینه جهت هر D-STATCOM جستجو می کنند و در هر مرحله ازشبیه سازي میزان تولید هریک از D-STATCOMهاکه می توانند تولید توان راکتیو و یا جذب آن باشد توسط الگوریتم ژنتیک به صورت بهینه در جهت کمینه کردن تلفات کل شبکه بدست می آید.نتایج شبیه سازي و کاهش تلفات شبکه به کمتر از 150درصد مقدار اولیه خود نشان دهنده کارایی الگوریتم ارائه شده می باشد .
کلید واژه- الگوریتم ژنتیک - - ga ، الگوریتم جامعه مورچگان، بهینه سازي، کاهش تلفات،کیفیت توان، D-Statcom
-1 مقدمه
کیفیت توان از اواخر دهه 1980 براي شرکتهاي برق ومشترکین مصارف فشارضعیف و متوسط اهمیت زیادي پیدا کرده است، بطوریکه با توجه به درخواست مشترکین، شرکتهاي برق در صدد بهبود کیفیت توان در شبکههاي توزیع میباشند. میتوان دلایل عمدة توجه روزافزون به این مسأله را بصورت زیر برشمرد: بروز اشکال در صورت معیوب شدن یک عنصربخاطر اتصال شبکهها به یکدیگر و تشکیل شبکههاي بزرگتر- افزایش روزافزون هارمونیک در سیستمهاي قدرت-توجه بیشتر شرکتهاي برق به موضوع کیفیت توان بخاطر آگاهی روزافزون مشتریان از مسائل کیفیت برق-افزایش حساسیت تجهیزات الکتریکی امروزي در مقابل انواع اغتشاشات موجود در شبکههاي توزیع.بخش توزیع به عنوان حلقه اصلی ارتباط زنجیره صنعت برق با مردم و مشترکین، بیشتر از بخشهاي دیگر درمعرض داوري و ارزش یابی عمومی است.
بنابراین مطالعه کیفیت برق دربخش توزیع امري ضروري است. از طرفی شبکههاي توزیع همیشه در معرض عوامل سنتی مخرّب شکل موج - ولتاژ و جریان - سینوسی از قبیل کمبود ولتاژ دینامیکی - - Sag،بیشبود ولتاژ دینامیکی - - Swell، هارمونیکها و کلیدزنی خازنی قرار دارند که کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه را کاهش میدهند. اینها اغتشاشاتیاند که از طرف مصرفکنندگان به شبکه تحمیل میشوند و بروز آنها بر مصرفکنندگان دیگر و تجهیزات شبکه اثرات سو میگذارد.همچنین در اثر حوادث و شرایط اضطراري اغتشاشاتی از طرف شبکه بر مصرفکنندگان حساس تحمیل میگردد.بنابراین شرکتهاي توزیع متعهدند که مصرفکنندگان را با یک توان قابل اطمینان و با کیفیت مناسب تغذیه کنند. از اینرو بکارگیري ادوات کنترل کننده کیفیت توان در سیستمهاي توزیع امري ضرروري است. تحقق این امر با بکارگیري کاربرد ادوات الکترونیک قدرت در شبکههاي توزیع جهت بهبود اغتشاشات مخل در کیفیت توان تحتنام ادوات مطرح میشوند. از جمله اینتجهیزات میتوان جبرانساز ایستاي شبکه توزیع - D-STATCOM - را نام برد[1 ]،.[ 2 ]
-2 جبرانساز ایستاي شبکه توزیع - - D-STATCOM
جبران توان راکتیودرشبکه توزیع نیرو نقش تعیین کننده اي را در بهبود کیفیت توان ،تصحیح ضریب توان و حفظ ولتاژ ثابت توزیع ایفا می کند.در میان وسایل تعدیل مختلف موجود ، کنترلرهاي مستقر بر کنورتر منبع ولتاژ - VSC - پاسخ سریعتري را نسبت به تقاضاي توان راکتیو از خود نشان می دهند و بنابراین براي تصحیح ضریب توان و تنظیم ولتاژ استفاده می شوند . نوعی از این کنترلرهاي مبتنی بر VSC بنام جبران گر استاتیک توزیع - D-STATCOM - جایگزین مناسبی براي SVC به اثبات رسیده استD-STATCOM .[10] براي جبران مشکلات کیفیت توان مثل بار نامتعادل ،افت ولتاژ ،نوسان ولتاژ و عدم تعادل ولتاژ که در مدت کوتاهی در حدود هزارم ثانیه رخ می دهند، استفاده می شود .در این مدت کوتاهD-STATCOM براي جبران بارهاي حساس، توان اکتیو و راکتیو به سیستم تزریق می کند ، و تزریق توان اکتیو به سیستم می بایست از طریق سیستم ذخیره انرژي باشد.
تاثیرات مدلسازي D-STATCOM بر روي جبران مشکلات کیفیت توان بارهاي حساس بررسی می شود تاثیرات دینامیکیD-STATCOM در مدتی کوتاه بررسی می شود و براي مدت طولانی برسی نمی شود. بخاطر ظرفیت محدود سیستم ذخیره انرژي نمی تواند براي مدت طولانی توان اکتیو به سیستم تزریق کند[3]،.[10]به طور کلی هسته اصلی یک D-STATCOM یک اینورتور سه فاز می باشد که از یک سو همانطور که در شکل نشان داده شده است به شبکه از طریق یک ترانسفورماتور متصل شده است و از سمت دیگر که در حقیقت سمت ولتاژ مستقیم آن می باشد به یک خازن متصلشده است، بلوك دیاگرام این اینورتردر شکل - 2 - نشان داده شده است.در شکل - 3 - دیاگرام تک خطی یک D-STATCOM و بلوك دیاگرام کنترلی آن، براي کنترل ولتاژ نشان داده شده است.سیگنال هاي ورودي عبارتند از ولتاژ شینهv،جریان خروجی کنورتورI و ولتاژ مرجع . dc این ولتاژ مرجع dc، توان حقیقی را که کنورتور باید از سیستم ac جذب کند تا تلفات داخلی خود را تأمین کند، تعیین می کند.
-1-2 اصول اولیه وعملکرد D-STATCOM
چگونگی اتصال یک جبران ساز به همراه بلوك دیاگرام کنترل داخلی آن در شکل - 1 - نشان داده شده است.کنترلی آن همانطور که بلوك دیاگرام نشان می دهد، جریان خروجی کنورتور به مؤلفه هاي اکتیو و راکتیو جریان تجزیه می شود.این مؤلفه ها با جریان هاي مرجع مقایسه می شوند.سیگنال هاي خطا جریان اکتیو و راکتیو پس از تقویت شدن مناسب، به مقدار و زاویه ولتاژ خروجی خواسته شده کنورتور تبدیل می شوند، بطوریکه از آن ها پالس هاي آتش متناسب با مرجع فازي که توسط حلقه قفل فاز - - PLLایجاد شده، بدست می آید، که توسط کنترل کننده PWMبه کلید ها اعمال می شود.[5]
-3 مفاهیم پایه الگوریتم ژنتیک - - GA
از الگوریتم ژنتیک در این مقاله براي جایابی و تعیین مقدارd-statcom به صورت بهینه استفاده می نماییم.الگوریتم ژنتیک یک روش جستجوي موثر در فضاهاي بسیار وسیع و بزرگ است که در نهایت منجربه جهت گیري به سمت جواب بهینه می گردد. الگوریتم هاي ژنتیک با یک سري متغیر هاي کد شده کار می کنند. مزیت کار با متغیر هاي کد شده در این است که اصولا کدها قابلیت تبدیل فضاي پیوسته به فضاي گسسته را دارند. یکی از تفاوتهاي اصلی روش GA با روشهاي قدیمی بهینه سازي در این است که در GA با جمعیت یا مجموعه اي از نقاط در یک لحظه خاص کار می کنیم. درحالی که در روش هاي قدیمی بهینه سازي تنها براي یک نقطه خاص عمل می کردیم.
این به این معنی است که GA تعداد زیادي از طرح ها را در یک زمان مورد پردازش قرار می دهد. نکته جالب دیگر این است که اصول GA بر پردازش تصادفی یا به تعبیر صحیح ترپردازش تصادفی هدایت شده استوار است. بنابراین عملگرهاي تصادفی فضاي جستجو را به صورت تطبیقی مورد بررسی قرار می دهند. اصولا براي استفاده از GAباید سه مفهوم مهم زیر مشخص شود: تعریف تابع هدف یا تابع هزینه - تعریف و پیاده سازي فضاي ژنتیک - تعریف و پیاده سازي عملگرهاي .GA الگوریتم هاي ژنتیک براساس اصل ادامه حیات بهترین ها و تکثیرنوع برتر پی ریزي شده است..[10]
-4 مفاهیم پایه الگوریتم مورچگان
طی سالهاي اخیر تحقیقات وسیعی در خصوص روش هاي بهینه سازي جهت حل مسایل دینامیکی در عرصه هاي مهندسی و تجاري صورت گرفته است و روش هاي بهینه سازي متعددي مورد بررسی قرار گرفته اند. دسته اي از این روشها که به روشهاي تکاملی موسومند به جهت ویژگیهاي مناسب خود مورد توجه واقع شده اند. یکی از روشهاي بهینه سازي که در طبقه بندي روشهاي تکاملی قرارمی گیرد الگوریتم مورچگان است.این روش بهینه سازي با الهام از رفتار مورچگان واقعی و چگونگی عملکردشان در یافتن مسیر هاي بهینه براي کسب غذا،طراحی شده و به خوبی توانایی بهینه سازي مسایل شناخته شده مهندسی و تجاري را دارد. هنگامی که مورچه اي از لانه خارج می شود،در مسیر حرکت خود تا رسیدن به غذا ردي از یک ماده شیمیایی موسوم به فرومون بر جاي می گذارد. مورچه هاي بعدي با بو کشیدن و دنبال کردن این مسیر علامتگذاري شده، به محل غذا راهنمایی می شوند، در عین حال این مورچه ها خود با برجاي گذاشتن فرومون در مسیر بر غلظت آن می افزایند.
به این ترتیب غلظت فرومون در مسیري که مورچه هاي بیشتري از آن بگذرند بالاتر است. در صورتی که مسیر هاي گوناگون با مسافت هاي متفاوت در بین لانه و غذا موجود باشد، مورچه اي که از مسیر کوتاهتر می گذرد فرومون بیشتري بجا می گذارد و به این طریق بر بهینه بودن آن تأکید می کند. مورچه ها خود به طورغریزي مسیري را دنبال می کنند که غلظت فرومون در آن بالا تر است. به این ترتیب پس از آنکه مسیرهاي مختلف بطور تصادفی انتخاب و بررسی شد، سرانجام کوتاهترین مسیر توسط مورچگان مشخص می گردد. در شکل - 4 - روش انجام آزمایش نشان داده می شود.در این شکل مورچه ها در ابتدا یکی از دو مسیر ACB و ADB را انتخاب می کنند. پس از مدتی تعدا د مورچه ها در مسیر کوتاهتر یعنی ACB افزایش یافته و در مسیر طولانی تر یعنی ADB کاهش می یابد. در نهایت کلیه مورچه ها از مسیر کوتاهتر حرکت می کنند.[11]
-5 جایابی D-STATCOM براي کاهش تلفات
-1-5 -1-1 برسی کارهاي انجام شده
در بهینه سازي شبکه هاي توزیع براي کاهش تلفات با استفاده از جبرانگر D-STATCOM در گذشته از روشهایی استفاده شده است که در زیر به آنها اشاره خواهیم کرد.
الف - قابلیتهاي D-STATCOMرا براي بهبود کیفیت توان در شبکه هاي ولتاژ کم داراي منابع انرژي پراکنده ارائه
