بخشی از مقاله
خلاصه
استفاده از منابع تولید پراکنده، برای بهبود قابلیت اطمینان در سیستمهای قدرت رو به افزایش است. مزایایی نظیر کاهش تلفات شبکه و آلودگیها، توجه به این منابع را دو چندان کرده است. حضور منابع تولید پراکنده بحث ریزشبکهها را مطرح کرده است. یک ریزشبکه مجموعهای از واحدهای تولید پراکنده و ذخیرهسازها به همراه مجموعهای از بارها میباشد که به دلیل کنترل هوشمند، همانند یک بار یا ژنراتور از دید شبکهی اصلی رفتار میکنند. در این مقاله برنامهریزی منابع تولید پراکنده برای یک ریزشبکه که حاوی شبکه استاندارد IEEE33 باسه است مورد بررسی قرار گرفته است. برنامهریزی منابع تولید پراکنده به دو قسمت برنامهریزی جایابی و برنامهریزی بهرهبرداری تقسیم شده و از الگوریتم ملخ برای بهینهسازی استفاده شده است. بهترین مکان و اندازه برای این منابع با الگوریتم ملخ به دست آمده که کاهش زیادی در تلفات شبکه را نشان داده است. برای برنامهریزی بهرهبرداری از منابع تولید پراکنده، مصرف بارها لحاظ شده و یک برنامهی 24 ساعته برای مقدار تولید منابع مختلف موجود و ذخیرهسازها ارائه شده است. نتایج نشان از بهبود پروفیل ولتاژ و تلفات شبکه میدهد و همچنین اقتصادی بودن اتصال ریزشبکه به شبکه اصلی نمایان می-شود.
کلمات کلیدی: منابع تولید پراکنده ، برنامهریزی جایابی ، برنامهریزی بهرهبرداری ، عدم قطعیت ، الگوریتم بهینه سازی ملخ
.1 مقدمه
در سیستمهای به هم پیوستهی برق مرسوم، تولید انرژی الکتریکی به صورت متمرکز و توسط نیروگاههای بزرگ صورت میگیرد. در سرتاسر جهان، سیستمهای قدرت معمول با مشکلاتی از قبیل کاهش تدریجی منابع سوختهای فسیلی، بازدهی پایین انرژی، افزایش هزینههای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی، آلودگی زیست - محیطی و محدودیتهای حاصل از قانونگذاریهای مختلف مواجه هستند، لذا تولید متمرکز توان الکتریکی توسط نیروگاههای بزرگ با چالشهایی مواجه شده است.[1] در دهههای اخیر، تجدید ساختار صنعت برق و همچنین خصوصیسازی این صنعت مطرح، و در برخی از کشورها اعمال شده است .
طی این مدت به خاطر بالا بردن بازده بهرهبرداری و تشویق سرمایهگذاران، صنعت برق دست-خوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است، به طوری که برای ایجاد فضای رقابتی مناسب، بخشهای مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم جدا گردیدهاند. این تغییر و تحولها از یک طرف و عواملی همچون آلودگی محیط زیست، مشکلات احداث خطوط انتقال جدید و دیگر مشکلات بیان شده و همچنین پیشرفت فناوری در زمینهی اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولید در مقیاس کوچک از طرف دیگر منجر به ایجاد تمایلاتی برای افزایش استفاده از واحدهای کوچک توان و تولید توان محلی در سطح ولتاژ توزیع توسط منابع انژری تجدیدپذیری از قبیل نیروی باد، سلول-های فتوولتائیک خورشیدی، پیلهای سوختی، میکروتوربینها و همچنین ترکیبی از اینها در شبکههای توزیع شده است.
این نوع از تولید انرژی به عنوان "تولید پراکنده" شناخته شده و این 2 منابع انرژی را "منابع انرژی پراکنده "مینامند.[2] در واقع عبارت تولید پراکنده در مقابل تولید متمرکز مرسوم قرار میگیرد. با حضور ترکیبی از تولیدات پراکنده در شبکه-های توزیع این شبکهها به صورت شبکههای فعال عمل میکنند و بدین جهت به چنین شبکههایی، شبکه توزیع فعال می-گویند.[3]در سالهای اخیر، مشکلاتی از قبیل پایداری سیستمهای قدرت، افزایش هزینهها از جمله هزینههای انتقال انرژی، قابلیت اطمینان سیستم، بازدهی پایین یا به عبارتی تلفات سیستمها، کاهش منابع فسیلی و آلودگیهای زیست محیطیِ ناشی از سوختهای فسیلی، منجر به بررسیها و مطالعات گستردهای در زمینهی استفاده از تولیدات پراکنده شده است.[4]
با این وجود، نفود تولیدات پراکنده در شبکههای توزیع مسائلی ایجاد میکند که گاه توسعه و نفوذ بیشتر تولیدات پراکنده در شبکههای توزیع را از دید طراح شبکه با تردید روبهرو میکند. با پیشرفت بیشتر فناوری و مهندسی سیستمهای قدرت، طراحان شبکه قادر شدند بر اغلب این مسائل چیره شده و شبکههای توزیع را هر چه بیشتر از مزایای تولید پراکنده بهرهمند کنند. بنابراین کم کم شبکههای توزیعی شکل گرفتند که مشابه شبکههای بزرگ قدرت - شبکههای سنتی - قادر به تولید و همچنین کنترل شبکههای خود میباشند. این شبکهها در ادبیات سیستمهای قدرت، ریزشبکه نام گرفتند .[5] این شبکههای کوچک به عنوان مفهومی جدید و امید بخش که میتوانند راه حلی مناسب برای دستیابی به اهداف ذکر شده باشند، در سالهای اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفتهاند.[6]
ریزشبکه به گروهی از بارها و منابع کوچک توان اطلاق میشود که میتواند به صورت سیستمی کنترلپذیر عمل کرده و به طور همزمان توان الکتریکی و گرما تولید کند. تحت شرایط عادی سیستم، ریز شبکه به شبکهی سراسری متصل بوده و بارها از طریق منابع محلی یا در صورت نیاز از طریق شبکهی سراسری تغذیه میشوند. اما در صورت بروز اغتشاش در سیستم، تولید و بار متناظر یک ریز شبکه می-تواند از شبکه توزیع جدا شود، تا بارهای ریز شبکه از اغتشاش مصون بمانند. بنابراین توانایی ریزشبکه در جزیرهای شدن از سیستم، میتواند باعث کاهش قطعی برق مصرف کننده و در نتیجه افزایش قابلیت اطمینان شبکه شود.[7]
در رابطه با برنامهریزی منابع تولید پراکنده و در کل احداث و بهرهبرداری از این منابع با دو رویکرد مواجه هستیم. در وهلهی اول مکان این منابع از اهمیت ویژهای برای برنامهریزی بهینه برخوردار است. بعنوان مثال فرض کنید میخواهید در یک شهر چندین پمپ بنزینی احداث کنید. حال اگر در قسمت شلوغ شهر پمپ بنزین کوچکی قرار داده شود مشکلاتی نظیر ازدحام جمعیت و عدم رضایت حاصل خواهد شد و بالعکس. در رابطه با مکان و اندازهی منابع تولید پراکنده نیز چنین مشکلاتی وجود دارد. اگر مکان این منابع مناسب نباشد میتواند منجر به افزایش ولتاژ از حد استاندارد شده و در نتیجه خاموشی برخی از بارها را منجر شود.
لذا ابتداییترین مسئله در زمینه برنامهریزی منابع تولید پراکنده، مکان مناسب این منابع میباشد که باید مورد توجه قرار گیرد. حال که منابع در مکانهای مناسب احداث شدهاند، در هر ساعت چه مقدار از تولیدات این منابع به ریزشبکه تزریق شود تا بهترین حالت ممکن ایجاد گردد. این موضوع نیز تحت عنوان برنامهریزی بهرهبرداری از منابع تولید پراکنده مورد توجه قرار میگیرد و در این موضوع، توجه به عدم قطعیت منابعو یا حتی عدم قطعیت مربوط به میزان مصرف بارها مد نظر قرار خواهد گرفت. در این مقاله هر دو موضوع مکانیابی بهینه منابع تولید پراکنده و برنامهریزی بهرهبرداری از آن توسط الگوریتم ملخ بر روی شبکه IEEE33 مورد بررسی قرار می-گیرد.
.3 فرمول بندی و مدل سازی
.3,1 برنامهریزی منابع تولید پراکنده در ریزشبکه
بسیاری از مقالات مکانهای مربوط به برنامهریزی منابع تولید پراکنده را فرضی انتخاب میکنند ولی در این مقاله سعی بر انتخاب بهینه مکان آنها نیز مد نظر قرار گرفته است و سپس به موضوع برنامهریزی بهرهبرداری پرداخته میشود.
.3,1,1 برنامهریزی جایابی منابع تولید پراکنده
شاید در وهلهی اول چنین تصور شد که چون منابع تولید پراکنده، منابعی بدون نیاز به سوخت و هزینه در بهره-برداری هستند، لذا در هر جای شبکه میتوان این منابع را با هر اندازهای اتصال داد. در حالیکه چنین برنامهریزی میتواند مشکلات زیادی را برای شبکه الکتریکی ایجاد کند. با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ملخ مکان و اندازهی بهینه برای این منابع با در نظر گرفتن تابع هدف زیر انتخاب میشود:در واقع هدف از مکانیابی منابع تولید پراکنده حداقل کردن تلفات کلی شبکه میباشد. براین اساس مکان و اندازهی بهینه منابع تولید پراکنده به دست میآید.
.3,1,2 برنامهریزی بهرهبرداری منابع تولید پراکنده
بعد از مدلسازی میزان تولید منابع تولید پراکنده با در نظر گرفتن عدم قطعیت به موضوع بهرهبرداری اقتصادی از آنها پرداخته میشود. واقعیت مسئله این است که هزینهی مربوط به راهاندازی این منابع آنچنان کمتر است که در برنامهریزی بهرهبرداری میتوان از آن چشمپوشی نمود. حال که میزان تولید این منابع در هر ساعت مشخص شد، با استفاده از الگوریتم ملخ با در نظر گرفتن تابع هدف زیر، مقدار تولید تزریقی به ریزشبکه به دست خواهد آمد.اصطلاحا به مقادیر مربوط به ضریب پنالتی گفته میشود، البته باید دقت شود که مقدار بتا صحیح انتخاب شود و عدم انتخاب صحیح آن میتواند برنامهی بهینهسازی را منحرف نماید. در واقع شما فرض کنید جریمه رانندگی
