بخشی از مقاله
چکیده -
حضور منابع تولیدات پراکنده - - DG در شبکه توزیع موجب تغییر حالت شبکه توزیع از حالت غیرفعال به فعالشده است، بنابراین از سازوکار قیمتگذاری گرهای شبکههای فعال در شبکههای توزیع نیز میتوان استفاده نمود. در این مقاله از الگوریتم MTLBO برای تخصیص بهینهی مکان ظرفیت DSTATCOM باهدف کاهش قیمتهای گرهای شینهها استفادهشده است. این برنامهریزی باهدف بیشینه کردن سود حاصل از شرکتهای توزیع به کار گرفتهشده است. ازآنجاییکه بارها حساس به ولتاژ و فرکانس بوده با در نظر گرفتن بارهای ثابت نمیتوان به نتایج مطلوب رسید. ازاینرو، روش پیشنهادی در شبکه توزیع شهرستان خوی، با حضور بارهای غیرخطی مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهد حضورDG و جبرانساز ایستای توزیع - - DSTATCOM قیمتهای گرهای را کاهش میدهد و این امر موجب بهبود سود حاصل از قیمتگذاری گرهای و پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات در شبکه توزیع شده است.
کلیدواژه- الگوریتم MTLBO، قیمتگذاری گرهای، شبکه توزیع شهرستان خوی، مدل غیرخطی بار
-1 مقدمه
امروزه با توجه به اهمیت زیاد منابع تولید پراکنده و ادوات DFACT در شبکههای توزیع، لزوم تحقیقات وسیع در این زمینه احساس میشود. کنترل توان راکتیو بهعنوان یک عامل حائز اهمیت در طراحی و بهرهبرداری سیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب از دیرباز موردتوجه بوده است. مهمترین و اولین مسئله در ارتباط با نصب منابع تولید پراکنده و ادوات DFACT، جایابی و تعیین ظرفیت این ادوات است. چراکه نصب و بهرهبرداری از آنها در مکان و با اندازه نامناسب، نهتنها باعث بهبود در پارامترهای شبکه نمیشود، بلکه ممکن است پارامترهای شبکه را تضعیف نیز نماید.
ازاینرو مطالعات زیادی در زمینه جایابی و تعیین ظرفیت بهینه این ادوات در شبکههای توزیع و بررسی تاثیر آنها بر پارامترهای شبکه انجام شده است که هدف کلی آنها کاهش اثرات منفی و تقویت نتایج مثبت بهکارگیریDG و ادوات DFACT در شبکههای توزیع است. به دلیل کاربرد زیاد DSTATCOM، در این مطالعه از این نوع ادوات DFACT برای بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات در شبکه توزیع استفاده شده است.[1]شبکههای توزیع بدون وجود تولیدات پراکنده شبکههایی غیرفعالاند؛ چراکه توان الکتریکی توسط شین مرجع به مصرف-کنندگان که در آن قرار دارند، عرضه میشود.
امروزه با روند روبه رشد ادوات تولیدکننده انرژی در شبکه توزیع این شبکه را از حالت پسیو به فعال تبدیل کرده است. بنابراین میتوان از سازوکار قیمتگذاری گرهای شبکههای فعال انتقال برای شبکه توزیع نیز استفاده کرد.[2]در [3] جایابی بهینه منابع تولیدات پراکنده با الگوریتم اجتماع ذرات - - PSO و با فرض تغییرات خطی بار انجام شده است. تابع هدف این مطالعه کاهش تلفات توان در شبکه 33 باس IEEE است. جایابی و تعیین ظرفیت انجامشده در [3] یک روش هزینه، ارزش برای نصب یک DG متعلق به صنعت همگانی در سیستم توزیع، ارائه داده است. تابع هدف نسبت سود به هزینه - BCR - کاربرد DG است که در آن هزینه و سود DG برای مصرفکنندگان و صنعت همگانی هر دو در نظر گرفته شده است.
این مطالعه تقریبا تمام فاکتورهای سود و هزینه مرتبط با نصب منابع تولید پراکنده را در نظر گرفته است. در [4] جایابی و تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده با هدف بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات انجامشده است. از آنجا که تابع هدف این مطالعه یک تابع هدف چند پارامتر است و جنس پارامترهای آن نیز باهم متفاوتاند، لذا هریک از این پارامترها با یک ضریب وزنی که نشاندهنده اهمیت هر پارامتر است، وارد فرمولاسیون تابع هدف شدهاند. در این مطالعه مقایسهای بین جایابی و تعیین ظرفیت همزمان واحدهای DG و جایابی و تعیین ظرفیت تکی آنها انجامشده است، همچنین جایابی و تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده بهمنظور بهبود همزمان چندین فاکتور انجامشده است.
این مقاله بر روی شبکه استان زنجان تستشده است و از الگوریتم ژنتیک برای یافتن جواب بهینه در طول جستوجو بهره گرفته شده است. در [5] جایابی واحدهای DG با DSTATCOM با استفاده از الگوریتم PSO موردبررسی قرار گرفته است. هدف از این مطالعه بهبود تلفات و پروفیل ولتاژ می-باشد و سناریوهای مقایسهشده در این مقاله عبارتنداز: -1بدونDG و DSTATCOM،-2فقط DG، -3فقط DSTATCOM، -4DG با DSTATCOM با همدیگر نصب شوند.در این مقاله بهمنظور جایابی و ظرفیت سنجی منابع تولید پراکنده و DSTATCOM از الگوریتم بهینهسازی یادگیری مبتنی بر تدریس-یادگیری اصلاح یافته - MTLBO - براساس قیمتگذاری گرهای استفاده میشود.
نویسندگان زیادی در مراجع مختلف این الگوریتم را بهکاربردهاند. این الگوریتم در [6] برای جایابی بهینه خازن در شبکه توزیع و در [7] برای پخشبار اقتصادی با در نظر نقطه اثر دریچه واحدهای تولیدی استفادهشده است. ویژگی مهم الگوریتم پیشنهادی این است که هیچ پارامتر کنترلی برای روند بهینهسازی ندارد و بنابراین اجرای آن ساده بوده و تنها نیاز به پارامترهای رایج کنترل مانند اندازه جمعیت و تعداد نسل دارد.روش ارائهشده در این مقاله بر روی شبکه شهرستان خوی، اعمالشده و از الگوریتم MTLBO برای بهینهسازی و یافتن جواب بهینه در طول این فرایند استفادهشده است. در تابع هدف از فاکتور سود ناشی از قیمتگذاری گرهای استفادهشده است. نتیجه ارزیابی موثر بودن روش پیشنهادی در این مقاله برای شاخصهای بررسیشده است.
-2 تابع هدف
-3 قیمتگذاری گرهای
امروزه ساختار صنعت برق در بیشتر کشورها در حال تغییر و حرکت به سمت ایجاد رقابت و فروش انرژی الکتریکی است. استفاده از منابع تولیدپراکنده باعث تغییر وضعیت شبکههای توزیع از غیرفعال به فعال گردیده است. بنابراین میتوان از سازوکار قیمتگذاری گرهای شبکههای فعال انتقال در توزیع استفاده کرد.[8] واسطه بین تولید و انتقال به نقطه تغذیه توان - PSP - نامیده میشود. قیمت گرهای با بهکارگیری پخشبار با قرارگیری شین مرجع در PSP برحسب US$/MWh است، یعنی قیمت برق تغذیهشده توسط شبکه میباشد. با فرض بدون تراکم بودن در شبکه توزیع قیمتهای گرهای برای توان اکتیو و راکتی و با روابط زیر به دست میآید:[2]
که DL و UL ضرایب تلفات حاشیهای اکتیو و راکتیو در هر گرهای i در شبکه هستند. این ضرایب بهعنوان تغییرات کل توان اکتیو L نسبت به تغییر حاشیهای در مصرف/تولید توان اکتیو Pit و توان اکتیو Qit در هر گره i در شبکه و زمان t تعریف می-شود.[2] برای محاسبه سود حاصل از جایابی ادوات براساس قیمتگذاری گرهای اگر - Cia - no _ DG & DSTAT و Cir - no _ DG & DSTAT - قیمتهای گرهای توان اکتیو و راکتیو به ترتیب برحسب US$/MWh و US$/MVArh در هر گره i در حالت بدون نصب ادوات همچنین - PL - no _ DG & DSTAT تلفات توان اکتیو برحسبMW بدون اتصال ادوات باشد و PDi و QDi تقاضای توان اکتیو و راکتیو در هر گره i هستند. قیمت برق تامین شده درPSP برحسب US$/MWh است. قیمت صورتحساب برق برایهر دوره زمانی t طبق رابطه - - 3 به دست میآید:
قیمتهای گرهای توان اکتیو و راکتیو به ترتیب برحسب US$/MWh و US$/MVArh در هر گره i در حالت با اتصال ادوات، همچنین - PL - DG & DSTAT تلفات توان اکتیو برحسب MW با نصب DG و DSTATCOM باشد و PDGi و PDGi تقاضای توان اکتیو و راکتیو تامین شده در هر گره i توسط ادوات باشند. - C - DGو - C - DSTAT قیمت برق تامین شده توسط DG و DSTATCOM فرض شود. قیمت صورتحساب برق برای هر دوره زمانی t با ادغام ادوات طبق رابطه - - 4 به دست میآید:
-2-4 مدل منابع تولیدپراکنده
منابع تولید پراکنده میتوان با در نظر گرفتن نوع DG، مد عملکرد و روش اتصال PV یا PQ مدل کرد.[10] یک واحد DG در حالت شین PQ به سه نوع متفاوت مدل میشود.
سود براساس صرفهجویی در برق در حضور DG و DSTATCOM را براساس رابطه - 5 - میتوان فرمولبندی کرد:
-4 مدلسازی اجزا
-1-4 مدل DSTATCOM
کنترل توان راکتیو بهعنوان یک عامل حائز اهمیت در طراحی و بهرهبرداری سیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب از دیرباز موردتوجه بوده است. DSTATCOM مبدل منبع ولتاژی است که بهصورت موازی در نزدیکی بار در سیستمهای توزیع متصل میشود و برای جبران سازی ولتاژ شینهها یا توان راکتیو استفاده میشود. ولتاژ پایین، افت ولتاژ و غیره که از دو دهه اخیر ازجمله مسائل چالشانگیز عمده کارشناسان سیستم بوده است. با پیشرفت تکنولوژیهای الکترونیک قدرت این امکان محیا میشود که بهراحتی با این مشکلات فائق آمد. در این میان DSTATCOM به وسیلهای نویدبخش برای بهبود کیفیت ولتاژ تبدیل شده است .[7]
جبران ساز استاتیکی توزیع یا DSTATCOM با تزریق جریان، توان راکتیو شین را کنترل میکند و باعث تثبیت ولتاژ شین در محل اتصال میشود و قابلیت تزریق توان راکتیو، سرعت پاسخ بالا و قابلیت اتصال در سطوح ولتاژی شبکه توزیع از علل انتخاب DSTATCOM جهت بهبود مشکلات شبکه توزیع میباشد. مدلسازی این جبرانساز با توجه به [5] آورده شده است. برای محاسبه توان راکتیو تزریقی توسط DSTATCOM از روابط زیر استفاده میکنیم که اثبات آنها در[9] آمده است.هنگامیکه توان راکتیو محاسبهشده توسط رابطه - 6 - به بیشینه خود برسد، دیگر DSTATCOM ولتاژ گره j را در مقدار مورد انتظار نمیتواند کنترل کند.
در این شرایط،DSTATCOM بهصورت یک خازن ثابت در پخشبار وارد میشود و بار با توان راکتیو ثابت منفی در گره j فرض میشود و توان راکتیوی برابر در اولین نوع مدلسازی، DG بهسادگی به منبع تزریق توان اکتیو و راکتیو ثابت مدل میشود که میتوان بهصورت یه بار منفی لحاظ کرد. در دومین مدل نوع مدلسازی، واحدهای DG دارای مقادیر معین توان حقیقی و ضریب توان است و بهصورت یک ماشین با ضریب توان ثابت مدل میشود. در سومین نوع مدلسازی، منابع DG به ژنراتورهای توان راکتیو متغیر، مانند یک ماشین PV مدل میشود، واحدهای DG دارای مقدار معینی از خروجی توان اکتیو و اندازه ولتاژ شین است10]و .[11 در این مقاله DG بهصورت شین PQ مدلسازی شده است و بهصورت فقط تزریق کننده توان اکتیو در نظر گرفتهشده است.
-3-4 مدلسازی بار غیرخطی
در پخشبارها، معمولا بار اکتیو و راکتیو متصل به باسها را ثابت فرض میکنند. درحالیکه دامنه ولتاژ شینها و فرکانس شبکه در میزان توان موردنیاز بار شینها تاثیر میگذارد؛ درنتیجه با ثابت فرض کردن توان مقادیر توان اکتیو و راکتیو نمیتوان به نتایج مطلوب رسید. مدل ریاضی وابستگی ولتاژ و فرکانس بارها بهصورت روابط - - 9 و - - 10 بیان میشود.[12]در این روابط Pi و Qi بار حقیقی و موهومی در گره i، P0 و Q0 مقدار بار حقیقی و موهومی در ولتاژ و فرکانس نامی در هر گره i، f و f0 فرکانسهای واقعی و نامی شبکه، Kpv و Kqv نماهای ولتاژ برای توان حقیقی و موهومی و Kpf و Kqf ضرایب فرکانس برای توانهای حقیقی و موهومی هستند. مقادیر Kpv، Kqv، Kpf و Kqf برای انواع بارها در جدول - 1 - داده شده است.
