بخشی از مقاله
چکیده
بهبود پروفیل ولتاژ هدف مهمی است که برای ارائه سرویس بهتر به مشترکین در شبکه برق رسانی میبایست مورد توجه قرار گیرد. تجهیزاتی نظیر خازنها و ادوات FACTS قابلیت حفظ پروفیل ولتاژ در محدوده قابل قبول را دارا هستند. عملکرد خازنها برای بهبود پروفیل ولتاژ کندتر از ادوات FACTS است، همچنین خازنها قادر به ارائه عملکرد پیوستهای نیستند. بنابراین در شرایط مختلف شبکه خازنها از کارایی کمتری به منظور تامین توان راکتیو مورد نیاز برای بهبود پروفیل ولتاژ برخوردارند.
چندین روش برای دستیابی به این هدف مطالعه شدهاند که نصب ادوات FACTS از آن دسته هستند. این تجهیزات قیمت بالایی دارند از اینرو میبایست با کمترین هزینه ممکن نصب شوند. از اینرو میبایست مکان و ظرفیت بهینه آنها برای نصب در شبکه تعیین شوند. در این مقاله سعی بر آن است تا با یافتن مکان و ظرفیت بهینه UPQC پروفیل ولتاژ بهبود یابد. شبیهسازیها به منظور اثبات کارایی روش بر روی شبکه 33 شین استاندارد انجام شده است. در این مقاله به منظور انجام شبیهسازیها از الگوریتم تکاملی ژنتیک استفاده شده است.
کلمات کلیدی: UPQC، پروفیل ولتاژ، الگوریتم ژنتیک
-1 مقدمه
رشد سریع صنعت موجب به هم پیوستگی شبکههای برق کشورهای مجاور هم و تشکیل شبکههای یکپارچه، افزایش ظرفیت تولید و تحت استرس قرار گرفتن خطوط گردید، در نتیجه تلاش برای تقویت ولتاژ و بهبود پایداری، در شبکه های به هم پیوسته افزایش یافت. از طرف دیگر محدودیت های احداث خطوط جدید و نیاز به بهبود پارامترهای اقتصادی سیستم قدرت نیز از جمله مواردی بودند که ذهن بهرهبرداران سیستم قدرت را به خود مشغول کرده بودند.وظیفه اصلی سیستمهای قدرت تامین انرژی است. تامین بار و پایداری سیستم قدرت مستلزم تامین خدماتی است که از آنها بعنوان سرویسهای جانبی نام برده می شود.
از جمله این خدمات می توان به تامین توان راکتیو مورد نیاز شبکه اشاره نمود. از طرف دیگر، حفظ امنیت شبکه با توسعه شبکه انتقال و افزایش مبادلات توان، یکی از مسائل جدی برای اپراتور سیستم می باشد. تامین توان راکتیو مورد نیاز شبکه از جمله خدماتی است که هزینه بالایی را برسیستم تحمیل می نماید. توان راکتیو جزو سرویسهای جانبی شبکه برق به شمار میرود که در پایداری تامین برق و جلوگیری از فروپاشی ولتاژ شبکه نقش بسزایی دارد. در سیستم های قدرت پیشرفته، بررسی پایداری ولتاژ و ارزیابی حاشیه امنیت ولتاژ برای اجتناب از بروز ناپایداری و پدیده فروپاشی ولتاژ بسیار ضروری است. تامین توان راکتیو و مشکلات رایج موجود در سیستم های انتقال که موجب بهره برداری نامناسب می گردید به همراه کارایی پایین و هزینه بالای جبرانگرهای موجود و سنتی منجر به ظهور جبرانگرهای نسل جدید مبتنی بر تجهیزات الکترونیک قدرت، در اواخر دهه هفتاد میلادی گردید. این ادوات به دلیل قابلیت انعطافی که به سیستم انتقال ac می دهند، ادوات FACTS نامیده شدند. این ادوات می توانند با کنترل اندازه و زاویه ولتاژ باس ها و امپدانس خطوط در تغییر توان اکتیو و راکتیو جاری خطوط موثر باشند. از جمله مزایای این ادوات می توان به موارد زیر اشاره کرد:
· افزایش قابلیت انتقال توان
· ایجاد کنترل بهتر بر روی توان انتقالی
· بالا بردن سطح کیفیت توان
· میرایی نوسانات توان
· بهبود رفتار دینامیکی سیستم قدرت
این مزایا به همراه عملکرد مطلوب، قابلیت اطمینان بالا، قابلیت انعطاف پذیری بالا، هزینه مناسب، صرفه جویی اقتصادی باعث شده است که این ادوات به سرعت در سراسر دنیا گسترش یابند. با پیشرفت تکنولوژی نسل جدیدی از این ادوات ارائه شد که عملکرد بهتری را نسبت به نسل گذشته از خود به نمایش گذاشتند و به جبران سازهای بدون رقیب شبکه های انتقال و توزیع مبدل شدند. در ادامه به مراجعی که به موضوع UPQC و پروفیل ولتاژ پرداخته، اشاره شده است.
مرجع [1] به بررسی تاثیر حضور منابع تولید پراکنده بر کیفیت توان در شبکههای توزیع پرداخته است. از جمله مواردی که در این مرجع مورد بررسی قرار گرفته فرورفتگیهای ولتاژ است که از جمله موارد مهم در بحث کیفیت توان به شمار میرود. منبعی که به عنوان تولید پراکنده در این مرجع مورد بررسی قرار گرفته CHP است که نقش آن بر فرورفتگیهای ولتاژ و قابلیت اطمینان مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. مرجع [2] دو رویکرد کنترلی برای UPQC به منظور بهبود کیفیت توان ارائه کرده است. این مرجع بر اساس رویکردهای کنترلی نامهای متفاوتی برای UPQC انتخاب کرده و آنها را UPQC-Q و UPQC-P نامیده است. کارایی هر دو رویکرد کنترلی در این مرجع به اثبات رسیده است.
مرجع [3] مدلی برای UPQC در مسئله پخش بار ارائه کرده است. این مرجع پس از آن با استفاده از این مدل به یافتن مکان و ظرفیت بهینه این تجهیز در شبکههای 33 و 69 باسه پرداخته است. اشکالی که در این مرجع وجود دارد این است که مکانیابی UPQC به صورت غیر بهینه انجام شده و در آن از الگوریتمهای تکاملی استفاده نشده است. مرجع [4] به یافتن مکان و ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات پرداخته است. این مرجع به منظور حل مسئله بهینهسازی از الگوریتم ژنتیک چندهدفی استفاده نموده است. در این مرجع شبیهسازیها بر روی شبکه 33 باسه توزیع انجام شده است.
در این مرجع همچنین به منظور بهبود پروفیل ولتاژ از شاخص جدیدی استفاده شده است که به مکانیابی بهتر منابع تولید پراکنده کمک خواهد کرد. انرژی باد از جمله انرژیهایی است که استفاده از آن برای تولید برق در سالهای اخیر رو به افزایش است. استفاده از این انرژی با مشکلاتی نظیر ناپایداری ولتاژ روبروست. از اینرو برای تامین برق از انرژی باد نیاز به ادوات تنظیمکننده توان راکتیو نظیر ادوات FACTS داریم. مرجع [5] به مسئله استفاده از ادوات FACTS نظیر SVC در مزارع بادی پرداخته است و تاثیر آن را در اندازه و زاویه ولتاژ شبکه مورد مطالعه قرار داده است. هدف مرجع [6] پیادهسازی روشی جدید به منظور طراحی کنترلکننده منطقی فازی برای STATCOM به منظور بهبود پروفیل ولتاژ است.
به دلیل اهمیت کیفیت توان در باسهایی که بار زیادی تحویل میدهند، روشهای سنتی کنترل به دلیل تاخیر در عملکرد دیگر قابل استفاده نیستند. از اینرو در این مرجع کنترل کننده های فازی به دلیل سرعت زیاد در عملکرد ارائه شد. مرجع [7] به کاربرد ادوات FACTS در افزایش پایداری دینامیکی ولتاژ در شبکههای توزیع دارای تولید بادی پرداخته است. شبیهسازیهای این مرجع بر روی شبکهای در منطقهای در کشور ژاپن انجام شده است. این مرجع ابتدا به بررسی توسعه نفوذ تولید بادی در یک سیستم دارای خطا پرداخته و سپس توسط DSTATCOM به بهبود پروفیل ولتاژ در آن شبکه پرداخته است. نتایج این مرجع نشان میدهد که DSTATCOM دارای کارایی بسیار بالاتری از خازنهای موازی در بهبود پروفیل ولتاژ و پایداری دینامیکی ولتاژ است.
مرجع [8] به تعیین ظرفیت بهینه ادوات FACTS در خطوط انتقال پرداخته است. اهدافی که این مرجع برای مکانیابی ادوات FACTS برگزیده، بهبود پروفیل ولتاژ و افزایش بارپذیری خطوط است. از جمله ادواتی که در این مرجع به کار گرفته شدهاند، SVC و TCSC هستند. نتایج شبیهسازیها کارایی این ادوات را در دستیابی به اهداف مورد نظر نشان داده است. مرجع [9] به بررسی تاثیر حضور برخی از ادوات FACTS نظیر SVC، TCSC و TCPST در شبکه پرداخته است. این مرجع تاثیر حضور این ادوات را بر بهبود پروفیل ولتاژ مورد مطالعه قرار داده است. نتایج این مرجع نشان میدهد که SVC سبب بهبود بیشتری در پروفیل ولتاژ شده است. مطالعات این مرجع بر روی شبکه استاندارد 14 باسه IEEE انجام شده است.
مرجع [10] مسئله یافتن مکان و ظرفیت بهینه UPQC به منظور بهبود پروفیل ولتاژ را مورد مطالعه قرار داده است. این مرجع با استفاده از الگوریتم اشتراک اطلاعات به یافتن نقطه بهینه برای نصب UPQC پرداخته است. شبیهسازیهای این مرجع بر روی شبکه 33 باسه توزیع انجام شده است. همانطور که مشاهده میشود به منظور بهبود پروفیل ولتاژ روشهای متعددی به کار گرفته شده است. در این مقاله نیز پروفیل ولتاژ شبکه توزیع با استفاده از بکارگیری بهینه UPQC بهبود یافته است. به منظور کاملتر در نظر گرفتن شرایط شبکه توزیع تغییرات بار در این شبه نیز در نظر گرفته شده است.
-2 فرمولبندی مسئله
منظور از پروفیل ولتاژ دینامیکی یک باس تغییرات ولتاژ آن باس با زمان و منظور از پروفیل ولتاژ استاتیکی یک باس، مقدار دائمی اندازه ولتاژ آن باس است. در این مقاله منظور از پروفیل ولتاژ، پروفیل ولتاژ استاتیکی است. توابعی که در مقالات با استفاده از آنها به بهبود پروفیل ولتاژ باسهای شبکه پرداخته شده است در زیر آورده شده اند. روابط - 1 - و - 2 - این توابع را بیان میکنند. شاخص دیگری نیز برای پروفیل ولتاژ باسهای شبکه مورد استفاده قرار میگیرد که در این مقاله نیز مورد استفاده قرار گرفته است. این شاخص تعداد باسهای خارج از محدوده مجاز ولتاژ است که به محدوده مجاز بازگشتهاند. این شاخص در رابطه - 3 - آورده شده است.
