بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به گسترش بازارهای آزاد انرژی الکتریکی و بکارگیری نوآوریهای جدید از جمله در زمینه الکترونیک قدرت، کاربرد منابع تولید پراکنده - - DG رو به افزایش است .استفاده از واحدهای تولید پراکنده که به منظور تأمین توان در شبکه های توزیع به کار می روند، اثرات مطلوب زیادی از جمله کاهش تلفات، کیفیت توان، بهبود پروفیل ولتاژ روی شبکه توزیع بر جای می گذارد .برای رسیدن به این اهداف، تعیین ظرفیت و محل نصب تولیدات پراکنده در شبکه های توزیع از اهمیت ویژه ای برخوردار است .در این مقاله، روشی جدید برای جایابی و تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده به منظور بهبود پایداری و پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات ارائه گردیده است .روش بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک بوده و به کمک نرم افزار پخش بارMat power ، این روش قابلیت جایابی هر تعداد واحد تولید پراکنده - - DG در شبکه های توزیع و فوق توزیع را خواهد داشت .همچنین، روش ارائه شده روی چند شبکه های توزیع و فوق توزیع استاندارد - IEEE - اجراء شده است . نتایج شبیه سازی، کارایی این روش را در جایابی و تعیین ظرفیت بهینه هر یک از منابع تولید پراکنده به وضوح نشان می دهد.
واژه های کلیدی -الگوریتم ژنتیک، تلفات، تولیدات پراکنده - - DG ، جایابی ، بهینه.
-1 مقدمه
با توجه به روند رقابتی شدن صنعت برق، هدف اولیه شرکتهای توزیع، پایین آوردن هزینه های مختلف از جمله هزینه تلفات، بهره برداری، نگهداری و افزایش قابلیت اطمینان شبکه می باشد .از مؤثرترین روشهای کاهش این هزینه ها در شبکه توزیع و فوق توزیع، استفاده از منابع تولیدات پراکنده - - DG است .استفاده از این منابع دارای مزایای مختلفی است که برخی از آنها عبارتند از :
الف - افزایش کیفیت توان
ب - کاهش تلفات
Ì - آزادسازی ظرفیت توزیع و انتقال د - کاهش هزینه توسعه شبکه ه - افزایش قابلیت اطمینان شبکه از طرف دیگر، با توجه به هزینه های بالای نصب و احداث واحدهای تولیدی، ضروری است مشخص گردد که این منابع درکدام نقطه شبکه و با چه ظرفیتی نصب شده و چگونه بهره برداری شوند تا اثرات نامطلوب آن بر شبکه مورد نظر به حداقل ممکن برسد . بدیهی است در این روند، اهداف مختلفی از جمله بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات نیز مد نظر قرار می گیرد.
هم اکنون انرژی الکتریکی در ایران بوسیله نیروگاه های متمرکز و بزرگ تأمین می شود .اگر چه کشور ایران از منابع انرژی فسیلی بسیاری برخوردار است، اما عدم استفاده بهینه از آن، نه تنها موجب بروز مشکلات اقتصادی می گردد، بلکه از نقطه نظر زیست محیطی با اثرات نامطلوب زیادی روبرو خواهیم بود .آنچه که طراحان سیستم های قدرت را به ایجاد نیروگاه های بزرگ برای تولید متمرکز علاقه مند کرده است، تامین بارهای مصرفی عمده، افزایش راندمان حرارتی واحدها، کاهش هزینه های سرمایه گذاری، بهره برداری و قیمت تمام شده برق می باشد .اما باید توجه داشت درصد قابل توجهی از توان الکتریکی در شبکه برق رسانی و در مسیر تولید به مصرف تلف می گردد.تلفات در تمام سطوح سیستم قدرت شامل تولید، انتقال و توزیع وجود دارد .اما سهم زیادی - در حدود - %75 از تلفات در شبکه توزیع ایجاد می شود که علت آن بالا بودن جریان و پایین بودن سطح ولتاژ در شبکه های توزیع و نیز شعاعی بودن ساختار آن است .از سوی دیگر، در دهه های اخیر، تجدید ساختار صنعت برق مطرح شده و در نقاطی از جهان نیز عملی گردیده است .
در محیط تجدید ساختار یافته صنعت برق، متقاعدکردن عوامل بازار به سرمایه گذاری در پروژه های چند میلیارد دلاری تولید و انتقال توان، کار آسانی نیست .این مباحث، زمینه را برای انتخاب راهی جهت پاسخگویی به افزایش تقاضای مصرف برق مطرح کرده و در نتیجه آن مقوله تولیدات پراکنده - - DG اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد . تولیدات پراکنده از نظر مکانی بصورت محلی مورد استفاده قرار می گیرند .به عبارت دیگر، این تولیدات نزدیک به نقاط مصرف بوده و نیازی به انتقال انرژی آنها به مسافت های طولانی نیست که به موجب آن هزینه ها کاهش خواهد یافت . [5] درچنین شرایطی، انتظار می رود که واحدهای تولیدی در مقیاس های کوچک و بزرگ نقش فزآینده ای در آینده این سیستم ها داشته باشند . در سالهای اخیر پیشرفت های بسیار زیادی در زمینه تکنولوژی تولیدات پراکنده ایجاد شده و رغبت زیادی نیز از طرف مشترکین برای استفاده از آنها بوجود آمده است . [6] پیش بینی می شود تا چند سال آینده، حدود %25 تولید انرژی الکتریکی را تولیدات پراکنده تشکیل دهند.
همانند بسیاری از مسائل دیگر در برنامه ریزی سیستم قدرت، مسأله جایابی بهینه منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع یک مسأله بهینه سازی با ابعاد بزرگ، غیرخطی و با متغیرهای گسسته و پیوسته می باشد .متناسب با اندازه سیستم، تعداد پاسخ های محلی و حالتهایی که باید تحلیل شوند، به شدت افزایش یافته به گونه ای که روش های کلاسیک قادر به یافتن حل بهینه آن نیستند .بنابراین، در این مقاله از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک برای یافتن اندازه و محل بهینه انواع مختلف منابع تولید پراکنده استفاده شده است.مبنای اصل بهینه سازی، بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات در سیستم توزیع است.
-2 منابع تولید پراکنده
استانداردهای مختلف و آژانس بین المللی انرژی - - IEA ، تولید پراکنده را به صورت منبعی با مشخصات زیر تعریف می کنند . [7]
-1 به طور متمرکز برنامه ریزی نشده باشد
-2 انرژی را به صورت غیر متمرکز توزیع می کند
-3 معمولا به شبکه های توزیع متصل می گردد .
-4 ظرفیت آن کمتر از محدوده -300MW 100 MW باشد .
موسسه EPRI نیز منابع تولید تولید پراکنده را در حد ظرفیت های کمتر از50MW تعریف نموده اند. تولیدات پراکنده از ظرفیت1MW - میکرو - DG تا ظرفیت 300MWدر شبکه توزیع مورد استفاده قرار می گیرد .اتصال DGبه شبکه می تواند از طریق ژنراتور سنکرون، ژنراتور القایی و یا منابعDG - باتری - همراه با اینورتر صورت گیرد . همچنینDC ها ممکن است با 4 استراتژی به شبکه متصل گردد :در حالت اول، اتصال به شبکه بدون عملکرد موازی است که در مواقع قطعی برق شبکه اصلی صورت می گیرد .حالت دوم، عملکرد موازی با شبکه بدون تزریق توان اضافی به شبکه اصلی است .در این حالت، شبکه و DGبه طور همزمان شبکه توزیع را تغذیه خواهند کرد .حالت سوم، عملکرد موازی و همراه با تزریق توان اضافی به شبکه اصلی در مواقع کاهش بار مصرف کننده است .در حالت چهارم، هیچ اتصالی بین شبکه سراسری و مصرف کنند های که از طریق DG تغذیه می شود وجود ندارد . در دسته بندیDG ها ، می توان مطابق شکل - - 1 آنها - 4 - را به چهار دسته از جمله بسیارکوچک - میکرو - ، کوچک، متوسط و بزرگ تقسیم بندی کرد. محدوده بارگذاری خط:
-3 روش پیشنهادی:
فلوچارت روش پیشنهادی برای جایابی منابع تولید پراکنده در شکل - - 2 را نشان داده شده است .خروجی این برنامه، تعیین مکان و ظرفیت مناسب توان اکتیو و راکتیو واحدهایDG است .در این روش، ابتدا اطلاعات شبکه مورد نظر شامل مقادیر بار، امپدانس خطوط، محدوده های مجاز ولتاژ شین ها و جریان خطوط و نیز اطلاعات مربوط به منابعDG بررسی می گردد . همچنین قیود حاکم به صورت زیر به مسئله بهینه سازی اعمال خواهد شد:
قید تعادل توان:
