بخشی از مقاله
چکیده:
قابلیت اطمینان و تلفات یکی از مباحث کلیدی در ارزیابی سیستمهای توزیع میباشد. جهت بهبود قابلیت اطمینان و کاهش تلفات در شبکه توزیع مطالعات و طرحهایی انجامشده است که بیشتر بر تغییر ساختار سیستم توزیع یا انتقال تمرکز داشتهاند که اجرایی کردن آنها بسیار پرهزینه بوده و حتی در مواردی غیرقابل انجام میباشد. در این کار تحقیقاتی با توجه به گسترش استفاده از واحدهای تولید پراکنده در شبکه توزیع به تأثیر حضور این منابع بر شاخص های قابلیت اطمینان شبکه توزیع و کاهش تلفات خواهیم پرداخت. در این مقاله هدف اصلی، بررسی اثرات سیستم تولید پراکنده بر پارامترهای مرتبط با قابلیت اطمینان سیستم با لحاظ نمودن محدودیتهایی نظیر پروفیل ولتاژ و تلفات در شبکه توزیع میباشد. ابتدا مفاهیم قابلیت اطمینان و شاخصهای آن مطالعه شده و در ادامه روی شبکه نمونه اثرات واحدهای تولید پراکنده بر قابلیت اطمینان شبکه توزیع بررسی خواهد شد. ازجمله نتایج بهدستآمده در این مطالعات مناسب بودن تابع هدف انتخابشده بهمنظور جایابی بهینه واحدهای تولید پراکنده میباشد، بهطوریکه برای دو شبکه 13 شینه و 123 شینه استاندارد IEEE به کمک تابع هدف معرفیشده جایابی بهینه بهمنظور دست یافتن به بیشترین قابلیت اطمینان و کاهش تلفات انجامشده است.
کلید واژه: قابلیت اطمینان، تولیدات پراکنده، کاهش تلفات شبکه توزیع
-1 مقدمه
قابلیت اطمینان سیستم توزیع یک فاکتور بسیار مهم و حیاتی در شبکه توزیع میباشد، بهطوریکه تأمین انرژی الکتریکی برای مصرفکنندهها بیش از هر چیز دیگر دارای اهمیت میباشد و حتی مبحث کیفیت توان در درجه دوم قرار میگیرد. با بررسی کارهای انجامشده در تأثیر تولیدات پراکنده بر قابلیت اطمینان شبکه مشخصشده است که یکی از بهترین راهحلهای افزایش قابلیت اطمینان شبکه توزیع استفاده از واحدهای تولید پراکنده میباشد، میزان تأثیر این واحدها کاملاً به محل نصب وابسته میباشد که این موضوع عنوان اصلی این مقاله میباشد.با توجه به ساختار سنتی شبکه های برق که همواره بر مبنای عدم وجود منابع فعال تولید انرژی الکتریکی در شبکههای توزیع استوار است، با افزایش میزان ظرفیت نصبشده این منابع تولیدی و به دلیل وجود فنآوریهای مختلف در ساخت و
استعمال این منابع تولیدی، شاهد ایجاد بروز مشکلاتی در شبکه توزیع خواهیم بود.
ازجمله این اثرات منفی که ممکن است با حضور واحدهای تولید پراکنده در شبکه توزیع الکتریکی ایجاد شود میتوان به مواردی همچون افزایش جریان خطا در شبکه توزیع ، نوسانات ولتاژ و جریان در هنگام اتصال یا جداسازی این واحدها، بروز مشکلات در کیفیت توان، تداخل در هماهنگی سیستمهای حفظتی، ایجاد تغییرات در پایداری گذرا و دینامیک شبکه توزیع و ... اشاره کرد.وجود این مسائل، ضوابط و مطالعات خاصی را قبل از اتصال ظرفیت قابلتوجهی از منابع تولید پراکنده به شبکههای الکتریکی را ضروری میکند.یکی از مهم ترین تأثیرات استفاده از منابع تولید پراکنده در شبکه توزیع تغییرات شاخصهای قابلیت اطمینان میباشد، که این تغییرات میتواند در جهت بهبود و یا حتی بدون هیچگونه اثر مثبتی بر این شاخصها باشد که این تغییرات به مشخصات، تعداد و موقعیت احداث واحدهای تولید پراکنده وابسته میباشد،با توجه به اهمیت قابلیت اطمینان در سیستم قدرت انجام مطالعات و تحقیقات در این زمینه بسیار حائز اهمیت میباشد، لذا در ادامه به بررسی تأثیر واحدهای تولید پراکنده و مروری بر کارهای انجامشده در این زمینه خواهیم پرداخت.
همانطور که در بالا اشاره گردید با نفوذ واحدهای تولید پراکنده در شبکه توزیع الکتریکی شاخصهای قابلیت اطمینان این سیستمها تحت تأثیر قرار خواهد گرفت که در این قسمت به بررسی چگونگی این اثرات خواهیم پرداخت. یک واحد تولیدی مستقل از شبکه اصلی که منظور همان واحد تولید پراکنده میباشد این قابلیت را دارد که ظرفیت ترمیم شبکه توزیع را بهبود ببخشد، این بهبود از آنجایی حاصل میشود که واحد تولیدی در طول مدتزمان ترمیم محدودیتها و ضعفهای شبکه را پوشش میدهد، که این محدودیت ها می توانند شامل افت ولتاژها و یا بارگذاری بر روی فیدر مجاور باشند. بهطورکلی نوع قرارگیری واحدهای تولید پراکنده در شبکه توزیع در زمان بروز خطا یا خرابی در شبکه توزیع به دو صورت عملکرد جزیرهای1 و عملکرد یکپارچه2 میباشند .[10-1]
لازم به ذکر است که در سالهای اخیر بیشتر مطالعات درزمینهی بهرهبرداری از واحدهای تولید پراکنده بهصورت عملکرد جزیرهای بوده است، لذا در این کار تحقیقاتی بیشتر به عملکرد جزیرهای توجه شده است.در [13-11] به کمک یک روش تحلیلی تأثیر نفوذ واحدهای تولید پراکنده بر قابلیت اطمینان شبکه توزیع بررسیشده است، برای این تحلیل یک فرمول ریاضیاتی ارائهشده است تا شاخص های قابلیت اطمینان یک فیدر توزیع که از دو واحد ژنراتور تشکیلشده است را به دست آورد. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که موضوع محل نصب واحدهای تولید پراکنده اثر قابلتوجهی در بهبود شاخصهای قابلیت اطمینان شبکه توزیع دارد.در [14] به بررسی تأثیر تولیدات پراکنده بر شاخص های قابلیت اطمینان سیستم توزیع پرداختهشده است که برای این موضوع حالتهای عملکرد جزیرهای و سیستم یکپارچه موردتجزیهوتحلیل قرارگرفته است.
در این مقاله نیز از روش شبیهسازی تحلیلی استفادهشده است .ازجمله نکات قابلتوجه در این کار تحقیقاتی لحاظ کردن محدودیتهای شبکه می باشد، این محدودیت ها برای قسمتهای پاییندست و با منتقل کردن بار به فیدرهای مجاور ایجاد می شود که ممکن است این انتقال باعث افت ولتاژ یا اضافهبار در فیدر مجاور شود. با انجام شبیهسازی در یک مدل نمونه از شبکه توزیع نشان دادهشده است شاخص SAIDI که مربوط به مدتزمان قطعی است بهبود یافته و در شاخصهای مربوط به فرکانس قطعی شاهد هیچگونه بهبودی نخواهیم بود.در [20 - 15] با در نظر گرفتن عملکرد جزیرهای واحدهای تولید پراکنده برای زمانی که خطا یا خرابی در شبکه توزیع به وجود میآید به بررسی تأثیر این منابع بر روی شاخصهای قابلیت اطمینان شبکه توزیع پرداختهشده است و در هر مورد برای شبکههای نمونه شبیهسازی صورت گرفته است.
-2 روش پیشنهادی برای جایابی منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع
مجموعه تحقیقات و مطالعات انجامشده در توسعه و جایابی تولیدات پراکنده در سیستمهای قدرت را میتوان در سه دسته کلی تقسیمبندی نمود.
-1 مکانیابی، تعیین ظرفیت و توسعه تولیدات پراکنده بر اساس بهبود شاخصهای فنی: در این دسته مطالعات تنها با توجه به شاخصهای عملکردی سیستم اقدام به جایابی و تعیین ظرفیت این تولیدات در شبکه میگردد. شاخصهای مورداستفاده در این روشها عموماً بر پایه بهبود پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات و افزایش قابلیت اطمینان شبکه مطرحشده است.
-2 توسعه تولیدات پراکنده بر پایه بهبود شاخصهای اقتصادی: یکی از مهمترین دلایل ترغیب سرمایهگذاران به سرمایهگذاری در استفاده از تولیدات پراکنده، بالا بودن نرخ بازده اقتصادی این تولیدات میباشد.
-3 توسعه تولیدات پراکنده با در نظر گرفتن شاخصهای فنی و اقتصادی تابع هدف که شامل هزینههای کل سیستم - هزینه انرژی توزیع نشده و هزینه ناشی از تلفات توان - میباشد به همراه قیود
شبکه، مسئله بهینهسازی را تشکیل میدهد. این تابع بهصورت زیر محاسبه میشود:مقدار تلفات در یک سیستم به مقاومت و جریانهای عبوری از خطوط بستگی دارد. چون مقدار مقاومت خطوط ثابت هستند بنابراین میزان تلفات، تابعی از جریانهای عبوری خطوط میباشند. درواقع با تغییر مقدار جریان، میزان تلفات تغییر خواهد کرد. جریان عبوری از خطوط تابعی از توپولوژی سیستم و محل نصب منبع تولید و بار میباشد. طبق روابط پخش بار میتوان روابط زیر را نوشت:کاهش تلفات همواره یکی از پارامترهای موردتوجه برنامه ریزان و بهرهبرداران شبکه بوده است. در [12] تابع تلفات سیستم بهصورت مجموع تزریق توان در تمامی نقاط و باسهای شبکه مدل شده است.
در رابطه - 2 - مقدار توان تزریقی - مثبت یا منفی - در هر گره - باس - از شبکه و nb تعداد گرههای شبکه توزیع میباشد.در این روش با در نظر گرفتن منابع تولید پراکنده در موقعیتهای مشخص و از پیش تعیین شده ، ظرفیت بهینه این تجهیزات جهت کاهش تلفات سیستم بررسی گردید.که ng تعداد منابع تولید پراکنده نصبشده ، C مقدار کل تزریق فرض شده در گره های دارای واحد تولید پراکنده و ضریب جریمه اعمال این قید تساوی در تابع هدف میباشد. یکی از معایب این مدل میتوان عدم در نظر گرفتن تحلیلهای مالی و اقتصادی جهت بررسی میزان ظرفیت منابع تولید پراکنده را نام برد.
همچنین میتوان تلفات و میزان تغییرات آن نسبت به توان در ×شینهای بار را به شکل زیر بیان نمود :
پس از انجام پخش بار، نواحی با بالاترین تلفات برای نصب DG را کاندیدا نموده و با فرض نصب DG در آن نواحی میزان تلفات محاسبه میشود. سپس بر اساس میزان تلفات مکانهای مختلف را اولویت بندی نموده و افزودن واحدهای جدید را تا جایی ادامه میدهیم که تلفات تغییر چندانی نکرده و یا شروع به افزایش نماید. در تمام این کار جایابی در بار پیک صورت گرفته است. در این کار تأثیرات محل منابع تولید پراکنده با توجه به محل بار و ظرفیت و نحوه بهرهبرداری از آنها - میزان تولید توان اکتیو و راکتیو - با در نظر گرفتن رفتار بار بر روی میزان تلفات یک فیدر توزیع موردبررسی قرارگرفته و نشان داده خواهد شد که چگونه با انتخاب مناسب این پارامترها در شبکههای توزیع میتوان به حداقل تلفات شبکه و بهرهبرداری بهینه دستیافت.
