بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از ادوات FACTS یکی از راههای آزاد سازی ظرفیت خطوط شبکه و از بین بردن تراکم در شبکه است. این تجهیزات با تزریق توان راکتیو میتوانند الگوی حرکت توان در شبکه را تغییر دهند. در این مقاله هدف اصلی مکان یابی و تعیین ظرفیت یک TCSC به منظور کاهش هزینه سوخت و کاهش هزینه تراکم در یک شبکه انتقال است. برای این منظور مساله بهینهسازی مقید به قیود ظرفیت شبکه، ولتاژ شینها و محدودیت ژنراتورهای شبکه تعریف شده است .
مساله مورد نظر با استفاده از الگوریتم PSO حل شده است. برای محاسبه پخش بار بهینه شبکه از مدل پخش بار بهینه با تزریق توان TCSC استفاده شده است. به منظور کاهش فضای جست و جو، ابتدا از شاخص اجاره تراکم برای تعیین خطوط کاندید جهت نصب استفاده میشود. نتایج مطالعات عددی نشان میدهد حضور حتی یک TCSC تواند تاثیر زیادی بر کاهش هزینه تراکم و هزینه سوخت ژنراتورها داشته باشد. همچنین حضور TCSC موجب کاهش تلفات شبکه و بهبود ولتاژ شبکه نیز شده است که از تاثیرات جانبی این تجهیز به شمار میرود.
واژه های کلیدی : ادوات FACTS، الگوریتم بهینه سازی جست و جوی گروهی، تراکم در شبکه انتقال،
-1مقدمه
شبکههای انتقال در سیستمهای قدرت همواره بخش تعیین کنندهای به شمار رفته است. با توجه به اینکه احداث خطوط انتقال با صرف هزینه نسبتا قابلتوجهی انجام شود، لذا بسیار مهم است که از خطوط نصبشده استفاده حداکثری برده شود. خطوط انتقال بهخصوص درصورتیکه در فواصل طولانی احداث شوند، با محدودیت ظرفیت انتقال و افت ولتاژ روبهرو میشوند. برای رفع این مشکل شبکه با سطوح مختلف ولتاژ طراحیشده و اغلب سعی شود خطوط انتقال تا حد امکان کوتاه احداث شوند. اما درنهایت یکی دیگر از راهکارهای موجود استفاده از ادوات FACTS در شبکههای انتقال است.
این ادوات تاثیرات مختلفی بر عملکرد شبکههای انتقال گذارند که مهمترین آنها بهبود وضعیت ولتاژ شبکه و تامین توان راکتیو موردنیاز شبکه باشد. مجموعه این عوامل موجب شود بخشی از ظرفیت انتقال که صرف انتقال توان راکتیو شود آزادشده و درنتیجه بتوان مقدار توان بیشتری را از خطوط انتقال داد. در این راستا مساله مهم این است که ادوات FACTS نیز مانند بسیاری دیگر از تجهیزات موجود در شبکههای برق نیاز به طراحی بهینه دارند. اینکه از چه نوع ادواتی و در چه مکانهایی استفاده شود ازجمله مسائل بسیار مهم است که باید به آن پرداخته شود. در مقالات اخیر مطالعات مختلفی پیرامون مکان یابی و تعیین بهینه پارامترهای FACTS در شبکه های انتقال ارایه شده است.
در - LASHKAR et al, 2013 - بهطور کلی به موضوع تعیین مکان و پارامترهای بهرهبرداری از یک OUPFC تمرکز شده است. هدف اصلی از نصب تجهیز در شبکه شامل دو بخش کلی کاهش تلفات شبکه و کاهش هزینه سوخت شبکه است. در این مقاله فرمولاسیون ریاضی کاملی از OUPFC ارایه شده است و مساله بهینهسازی موردنظر بهطور کامل تشریح شده است. با توجه به اینکه تابع هدف چندهدفه است و نمیتوان بخش هزینه را با بخش تلفات جمع کرد، لذا در این مقاله از یک روش با نامconstra int برای حل مساله استفاده کرده است. این روش در - Mavrotas and Effective, 2009 - نیز به کار گرفته شده است.
در - Avinash et al, 2015 - مساله جایابی یک STATCOM در یک شبکه موردبررسی قرار گرفته است. در این مقاله شاخصی تحت عنوان FVSI معرفی شده است و برای تعیین خطوط بحرانی از این شاخص استفاده شده است. با افزایش بارگیری از خطوط شبکه، ولتاژ شبکه کاهش یافته و به سمت ناپایداری میرود. در - Xia et al, 2010 - مساله پخش بار اقتصادی دیناکی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله روابط ریاضی کاملی برای پخش بار اقتصادی در شرایط دیناکی ارائه شده است.مقاله - Basu, 2008 - رویکردی مشابه با این مقاله دارد اما بحث هزینه آلودگی نیروگاهها را نیز علاوه بر هزینه سوخت مطرح کرده است.
کلیه محدودیتهای اصلی ژنراتورها در طول یک دوره زمانی 24 ساعته در این مقاله لحاظ شده است. در - Chen et al, 2009 - مساله پخش بار بهینه دینامیکی در حضور منابع بادی بیان شده است. در این مقاله روابط ریاضی مساله بهطور مناسبی بیان شده است. همچنین اثرات اضافه شده مزارع بادی و تاثیر آن در روابط پخش بار بهینه بیان شده است. در این مقاله برخلاف اکثر مقالات، تابع هدف از دو بخش مربوط به هزینه سوخت نیروگاهها و یک شاخص مربوط به پایداری ولتاژ تشکیل شده است. در بخش پایداری ولتاژ هدف نگه داشتن ولتاژ شبکه در محدوده استاندارد خود است.
در - Lashkar et al,2011 - مساله اضافه کردن ادوات FACTS در یک شبکه نمونه با در نظر گرفتن مساله امنیت شبکه بررسی شده است.
رویکرد این مقاله بسیار شبیه به - LASHKAR et al, 2013 - است. همچنین در این مقاله از oupfc استفاده شده است. مساله جایابی و تعیین پارامترهای یک TCSC در - Ghamgeen and Yuanzhang,2012 - برای یک شبکه نمونه مطرح شده است. هدف این مقاله کاهش تلفات شبکه است و برای حل مساله از الگوریتم ژنتیک با ترکیب الگوریتم DE استفاده کرده است. روابط ریاضی بیان شده تا حد زیادی مشابه با مقالات قبل است. در این مقاله رویکرد مساله دینامیکی نیست. با توجه به اینکه مکان نصب یک متغیر صحیح است لذا مساله از نوع MINLP باشد. نتایج مطالعات عددی بر روی یک شبکه نمونه نشان میدهد استفاده ترکیبی از دو الگوریتم بهینهسازی تواند نتایج خوبی در این زمینه ایجاد کند. رویکرد به کار رفته در - Baghaee et al, 2008 - مشابه با این مقاله است.
با این تفاوت که در - Baghaee et al, 2008 - مساله استفاده از ادوات FACTS بهطور کلی مطرحشده است و درمورد پارامترهای تنظیمی صحبتی نشده است. الگوریتم مورداستفاده در این مقاله نیز DE باشد. در - Phadke et al, 2012 - به ادوات FACTS موازی در شبکه پرداخته شده است. در این مقاله یک مساله بهینهسازی تعریف شده است که طی آن ادوات FACTS موازی در شبکه توسعه مییابند . تابع هدف دارای دو بخش کلی بهبود ولتاژ شبکه و کاهش ظرفیت ادوات FACTS تشکیل شده است. در - Zhang et al,2006 - از دو تجهیز SVC و STATCOM در شبکه استفاده شده است. با توجه به خصوصیات مختلف این دو تجهیز در شاخههای سری و موازی، استفاده ترکیبی آنها نتایج خوبی ایجاد کرده است. روابط به کار رفته در توصیف ادوات FACTS در این مقاله و - Phadke et al, 2012 - باهم مشابه است.
-2تعریف مساله
-1-2مدل سازی TCSC
برای کاربردهای استاتیک، ادوات FACTS میتوانند با مدل تزریق توان - PIM - 1 مدل شوند. مدل تزریق، FACTS را به صورت ادواتی توصیف کند که مقدار معینی از توان اکتیو یا راکتیو را به یک گره تزریق میکند، بنابراین ادوات FACTS به عنوان المانهای PQ نشان داده میشوند.
