بخشی از مقاله
چکیده
با فراگیر شدن و افزایش تعداد بارهای مبتنی بر فناوری الکترونیک قدرت در شبکه، که به منظور افزایش کارایی و بهینه سازی مصرف انرژی به کار می روند، اعوجاج هارمونیکی ولتاژ در سیستمهای قدرت، به طور روز افزون در حال افزایش می باشد. استفاده از فیلترهای قدرت اکتیو گزینه ی مناسبی برای چنین مشکلی هستند. یک شیوه ی استفاده از این فیلترها، نصب آن-ها در نقاط مناسب و کنترل آنها به گونه ایست که اعوجاج هارمونیکی ولتاژ را در تمام یا تعدادی از شینها به حداقل برسد؛ چنین سیستمی از فیلترهای اکتیو به APLC موسوم است.عملکرد مطلوب چنین سیستمی منوط به انتخاب مکانهای مناسب برای نصب فیلترها و نیز تعیین جریانهای تزریق شده توسط آنها می باشد.
در این مقاله، از طریق حل یک مسئلهی بهینهسازی این اهداف محقق شده اند که در آن از الگوریتم نوین و ایرانی کشتل استفاده شده است. در مسئله بهینهسازی، هدف، ارضاء قیود استانداردهای هارمونیکی ولتاژ، با استفاده از کمترین جریان تزریقی فیلترهای اکتیو، به منظور کمینه سازی قدرت مورد نیاز برای فیلترها بوده است. برای اثبات کارایی الگوریتم پیشنهادی، شبیه سازی کامپیوتری بر روی یک شبکه نمونه ی 18 شینه با 1 و 4 بار غیرخطی انجام شده است.این کار برای 4 تعداد مختلف فیلتر اکتیو به انجام رسیده و در هر مرحله THD ولتاژ شینهای سیستم بدست آمده و با مقدار پیش از فیلترگذاری مقایسه شده است. در نهایت نیز نتیجههای بدست آمده با نتایج حاصل از الگوریتم ژنتیک مقایسه شده است.
کلید واژه: کیفیت برق، هارمونیک، فیلترهای اکتیو قدرت، APLC، بهینه سازی، الگوریتم کشتل، الگوریتم ژنتیک
-1 مقدمه
با قرار گیری بارهای غیر خطی در شبکه قدرت، جریان های هارمونیکی تولید شده منجر به آلودگی هارمونیکی شین ها شده و در نهایت افزایش بیش از حد تلفات را به همراه خواهد داشت. از جمله بارهای غیر خطی می توان به مبدل های الکترونیک قدرت،درایوهای با سرعت متغیر،لامپ های فلورسنت و غیره اشاره کرد. از این رو حذف این آلودگی ها در شبکه قدرت و بهبود کیفیت توان از دغدغه های متخصصین است. راه حلهای اقتصادی موجود برای آنها عبارتست از تجدید آرایش شبکه، قطع و وصل خازنها، و استفاده از فیلترهای پسیو.قرار دادن فیلترهای اکتیو مناسب در مکانهای مناسب یکی از موضوعات تحقیقاتی اخیر است [1] فاکتورهای مهم درنصب فیلترهای اکتیو عبارتند از:-1 وضعیت آلودگی هارمونیکی، -2استانداردهای هارمونیکها، -3 مکان و اندازه فیلترهایاکتیو، -4 وضعیت شبکه، و غیره.
منظور از اندازه فیلتر اکتیو حداکثر جریان مؤثری استکه فیلتر میتواند به شبکه تزریق نماید.در مراجع [2]،[3] عمل جایابی و اندازه یابی را برای یک فیلتر اکتیو انجام شده است و در [4] مطالعات قبلی به چند فیلتر اکتیو تعمیم داده است.در مراجع[7][6][5] جایابی و اندازه یابی APLCها را با الگوریتم های بهینه سازی PSO، GENETIC و DiscreteFirefly انجام شده است.الگوریتم ارائه شده برای جایابی و اندازه یابی فیلتر های اکتیو مبنی بر حدااقل سازی جریان تزریقی توسط فیلترها به منظور ایحاد شرایط استاندارد هارمونیکی در شبکه می باشد،در این راستا از الگوریتم جدید کشتل برای بهینه سازی مسئله استفاده شده است. این الگوریتم به دلیل ماهیت خود در نقاط بهینه محلی قرار نمی گیرد و در جستجوی جواب بهینه مطلق می گردد.برای مسائلی با تعداد شین های گسترده با سرعت عمل قابل قبولی به جواب مورد نظر می رسیم. در این راه، ما از الگوریتم جدید فراابتکاری کشتل بهره برده ایم.
-2 مدلسازی مسئله
-1-2 توابع هدف و قیدهای آن
قیود بکار رفته در جایابی و اندازه یابی فیلترهای اکتیو، بر دو نوعند. نوع اول قیودی هستند که بر جریان فیلترهای اکتیو حاکمند و عبارتند از: محدودیت حداکثر جریان مؤثری که هر فیلتر اکتیو می تواند تحویل دهد و به اندازه فیلتر اکتیو می گوییم.نوع دوم قیودی هستند که توسط استانداردهای هارمونیک، بر ولتاژهای هارمونیکی و ضریب اعوجاج هارمونیکی کل در نقاط مختلف دیکته می گردد. از جمله معروفترین استانداردها، استاندارد IEEE-519 می باشد [6]مراجع مختلف، توابع هدف و قیود متنوعی را برای این مسئله بیان کردهاند که می توان آنها را به دو نوع کلی تقسیم کرد. یک دسته از آنها در جهت کمینه سازی اغتشاشات ولتاژ کوشش کرده اند که در پی آن کاهش هر چه بیشتر اثرات شوء ناشی از حضور هارمونیکها در شبکه را خواهیم داشت. گروه دیگر با در نظر گرفتن محدودیتهای استاندارد برای ولتاژهای هارمونیک و THDدر نقاط مختلف شبکه، به کمینه سازی جریان تزریقی فیلترهای اکتیو می پردازند. از آنجا که قیمت فیلتر های اکتیو با حداکثرجریانی که به شبکه می تواند تزریق کند ارتباط مستقیم دارد با این عمل در واقع بهینه سازی از لحاظ اقتصادی نیز صورت گرفته است . در این مقاله تابع هدف کمینه سازی جریان تزریقی فیلترهای اکتیو است، که به دو حالت با قید و بدون قید بر روی جریان تزریقی انجام شده است.همچنین در هر دو حالت قیود استاندارد هارمونیکی نیز لحاظ شده است.
-2-2 مدلسازی فیلتر اکتیو:
از آنجا که فیلترهای اکتیو جریانهای هارمونیکی را تزریق می نمایند میتوان آنها را در هر هارمونیک بصورت منابع جریان مدل کرد. فازور جریان هارمونیکی هر فیلتر اکتیو موجود در شبکه را با نمایش میدهیم که m شماره باس متصل به آن و h شماره هارمونیک است که بالانویس های r و i به ترتیب نماد قسمتهای حقیقی و موهومی هستند مقدار مؤثر جریان هر فیلتر اکتیو از رابطه زیر بدست می آید:
-3-2 مدل شبکه قدرت
شبکه به صورت خطی فرض می شود و بارهای غیرخطی در هر فرکانس به صورت منابع جریان در نظر گرفته می شوند. لازم به ذکر است که این فرضیات همان فرضیات اولیه برای روش آنالیز خطی در حوزه فرکانس است که متداولترین روش آنالیز هارمونیکی سیستم قدرت میباشد در این صورت می توان شبکه را در هر فرکانس بصورت مستقل از فرکانسهای دیگر در نظر گرفت و با یک ماتریس امپدانس نمایش داد. این ماتریسها را می توان هم با محاسبه و هم با اندازه گیری بدست آورد.
-4-2 تابع هدف:
در این الگوریتم، هدف، ارضاء محدودیتهای استاندارد ولتاژ هارمونیکی است به گون های که مجموع اندازه های فیلترهای اکتیو کمینه گردد. اندازه فیلترهای اکتیو را می توان هم بصورت گسترده و هم بصورت پیوسته در نظر گرفت. این مسأله بصورت زیر نمایش داده می شود.
: اندازه فیلتر اکتیو در باس کاندید m که مقدار آن برابر است با کوچکترین مقداری از مجموعه D که از Im بزرگتر باشد
:̅̅̅̅حداکثر دامنه ولتاژ مجاز برای هارمونیک h در باس k که میتواند توسط استانداردهای هارمونیک تعیین شود. :ضریب اعوجاج کلی ولتاژ باس k
: فازور ولتاژ هارمونیک h در باس k پس از نصب فیلتر اکتیو از رابطه زیر بدست می آید:
که فازور ولتاژ هارمونیک h در باس ،k قبل از نصب فیلتر اکتیو است از رابطه زیر بدست می آید:
M تعداد فیلترهای اکتیو بکار رفته در شبکه است.
