بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله جایابی و مقداردهی بهینه ادوات فکتس در سیستم قدرت مشتمل بر واحدهای تولید بادی با استفاده از الگوریتم HBMO انجام شده است. کاهش هزینههای مرتبط با تولید و کاهش هزینههای مربوط به تلفات و آلودگی از یک طرف و بهبود پروفیل ولتاژ وپایداری ولتاژ و افزایش ظرفیت بارپذیری سیستم از طرف دیگر، به عنوان اهداف مورد نظر در بکارگیری ادوات فکتس مدنظر هستند. در سالهای اخیر گرایش به سمت منابع تولید بادی افزایش یافته است و لذا به منظور انجام مطالعهای جامعتر و نزدیکتر به واقعیت، سعی شده است که مزارع بادی در سیستم قدرت مورد نظر در نظر گرفته شوند. با توجه به تغییر پذیری دادههای مربوط به سرعت باد و بار مورد تقاضا در شبکه و به منظور کاهش حجم دادهها و سهولت در پردازش آنها از الگوریتم دستهبندی کامینز استفاده شده است. به منظور انجام بررسیها از سیستم تست استاندارد 24 باسه IEEE – RTS به همراه واحدهای تولید بادی استفاده شده است. تمامی شبیهسازیها در محیط MATLAB پیاده سازی ونتایج در مقاله آورده شدهاند.
کلید واژه: ادوات فکتس، الگوریتم بهینهیابی جفتگیری زنبورهای عسل، توابع هزینه، توان بادی، دسته بندی
-1 مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از ادوات فکتس به منظور بهبودظرفیت انتقال در سیستم قدرت افزایش یافته است. در سیستم قدرت بخش زیادی از تلفات مربوط به تلفات در خطوط انتقال
است. به منظور کمینه ساختن تلفات انتقال در سیستم قدرت و دستیابی به پخش بار بهینه، ادوات فکتس بکار گرفته میشوند.[1] همچنین، ادوات فکتس پارامترهایی از قبیل امپدانس خط و
مقدار و زاویه ولتاژ پایانهها را به صورت سریع و موثر کنترل می-کنند .[2] ادوات فکتس بیشتر به منظور کنترل پخش توان درشبکه بکار گرفته میشوند. با مکانیابی و مقداردهی مناسب
ادوات فکتس پایداری و ظرفیت بارپذیری سیستم بهبود یافته وتلفات و هزینههای تولید کاهش خواهند یافت.
تاکنون بررسی- های زیادی در مورد مکانیابی و مقداردهی بهینه ادوات فکتس انجام شدهاند. در مراجع 3]و[4 مکانیابی تجهیزات فکتس براساس شاخصهایی از قبیل حذف اضافهبار خطوط انتقال و کمینهسازی تلفات صورت پذیرفته است. در [5] مکانیابی تجهیزات فکتس بهمنظور ارتقای ایمنی در مقابل فروپاشی ولتاژ انجام شده است. در [6] مکانیابی ادوات فکتس با اهداف بهبودقابلیت بارپذیری سیستم و بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات انجام شده است. در[7] فاکتورهای حساسیت که بهصورت فاکتورهای توزیع بارپذیری سیستم معرفی شدهاند به منظور جایابی بهینه ادوات فکتس مورداستفاده قرار گرفتهاند.
در اکثر شبکههای قدرت که در حال حاضر مشغول به فعالیت هستند، واحدهای تولید پایه مربوط به واحدهای فسیلی هستند. به دلیل محدودیت منابع سوختهای فسیلی و آلودگیهای زیستمحیطی تولید شده با آنها، تحقیقات گستردهای در زمینه استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر بهمنظور تولید توان الکتریکی صورت گرفته است. با توجه به اینکه انرژی باد یک منبع انرژی تجدیدپذیر در جهت تولید توان الکتریکی است،قطعاً این توانایی را خواهد داشت که بخش مهمی از تولید سیستم قدرت را براساس ظرفیت سیستم قدرت به خود اختصاص دهد. سرعت بادبا زمان تغییر میکند و با درجهای از اطمینان قابل پیشبینی است.[ ]از طرفی، مشخصات مربوط به بارهای مصرفی هم ثابت نیستند و در طول مدت بهرهبرداری تغییر میکنند.
پیچیدگی مربوط به پراکندگیهای سرعت باد و میزان بار مصرفی در شبکه با دستهبندی اطلاعات به تعداد مشخصی دسته، که هر یک دارای یک مرکز دسته به عنوان نماینده آن دسته هستند، کاهش داده میشود. این هدف با استفاده از الگوریتم دستهبندی کامینز قابل دستیابی است .[9] هدف این مقاله جایابی و مقداردهی مناسب سه تجهیز فکتس، UPFC- TCSC- SVC، با استفاده از الگوریتم بهینه یابی جفت گیری زنبورهای عسل - HBMO - در سیستم تست 24 باسه استاندارد IEEE-RTS،که مشتمل بر واحدهای بادی هم میباشد، است. تابع هدف اصلی در جهت کمینه سازی هزینههای سیستم که مجموعی از هزینه تولید، هزینه تلفات و هزینه آلودگی می باشد به اضافه بالا بردن سطح پایداری ولتاژ و افزایش پروفیل ولتاژ باسهای سیستم تعریف و پیاده سازی شده است. بهینه سازی تابع هدف با رعایت محدودههای مجاز هر یک از پارامترهای توصیف شده صورت گرفته است.
-2 ادوات فکتس
در این قسمت توضیحات مربوط به سه عنصر فکتس، که در این مقاله مورد استفاده قرار میگیرند، آورده شده است.
-2-1 جبرانساز پخش بار متحد - UPFC -
UPFC کنترل شارش توان را در خط انتقالی که بر روی آن نصب شده است بر عهده دارد. UPFC قادر به کنترل شارش توان است ولی قادر به تولید توان اکتیو نیست. به منظور تنظیم ولتاژ باس موردنظر، مقدار توان راکتیو UPFC قابل تعیین است.[10] مدل UPFC در شکل 1 آورده شده است.UPFC دارای دو اینورتر منبع ولتاژ با یک خازن DC مشترک میباشد و از طریق دو ترانس کوپلینگ به شبکه متصل میشود .[11] به منظور محاسبه جریان بین باس i و باس j رابطه - - 1 مورد استفاده قرار میگیرد. Iij جریان از باس i به باس j می باشد. Vi ولتاژ باس i و Vij ولتاژ خروجی بخش سری UPFC میباشد. Xtijو Zij به ترتیب امپدانس ترانس و امپدانس خط بین ایستگاههای i و j هستند که به صورت سری با هم میباشند.از روابط - 5 - 3 - برای محاسبه امپدانس معادل موازی - Zi - s - - UPFC استفاده می شود. ri بیان کننده مقاومت موازی، xi بیان کننده رآکتانس موازی و Xti بیان کننده امپدانس ترانسفورماتور موازی در باس iام میباشد.
-2-2 جبرانساز سری کنترلشونده با تریستور - TCSC -
TCSC قابلیت تغییر سریع و نرم امپدانس خطی که روی آن نصب شده است را داراست. درصورتیکه پارامترهای TCSC بهصورت صحیح تنظیم شده باشند، انتقال توان در بین حدود تعیین شده برای آن باقی میماند .[12]در شکل 2 شمای یک TCSC نشان داده شده است. امپدانس مؤثر خط با وجود TCSC از باس i تا باس j از رابطه - 6 - محاسبه میشود.XTCSC نشاندهنده مقدار امپدانس TCSC قرار گرفته شده در بین باسهای i و j است. مقدار XTCSC با تغییر پارامتر جبرانسازی - r - از طریق رابطه - 7 - قابلتغییر است.
-2-3 جبرانساز متغیر استاتیک - SVC -
SVC بهصورت یک جبرانساز قابلکنترل با تریستور است که به صورت موازی متصل میگردد . شمای آن در شکل - 3 - آورده شده است. میزان توان راکتیو منتقل شده توسط تجهیزبهصورت پیوسته بین حدود القایی و خازنی تجهیز تغییر میکند .[13]bSVC نشاندهنده سوسپتانس SVC میباشد و V مقدار ولتاژ باسی است که SVC به آن متصل شده است.طبق رابطه - 8 - ، میزان توان راکتیو منتقل شده توسطSVC قابلمحاسبه است.
-3 تولید توان بادی
به منظور بدست آوردن مکان بهینه و مقداردهی مناسب ادوات فکتس موجود در سیستم در حضور منابع تولید بادی بایستی عملکرد واحدهای بادی به طور کامل درنظر گرفته شوند. توان خروجی مزرعه بادی وابسته به سرعت باد، که خود دارای طبیعتی احتمالی است، میباشد. رابطه - 9 - نشاندهنده ارتباط بین توان خروجی مزرعه بادی و پارامترهای توربینهای بادی موجود در مزرعه است .[14]Vcin، Vr و Vcout به ترتیب سرعت قطع پایین، سرعت نامی و سرعت قطع بالا میباشند . Pr بیانکننده توان نامی واحد بادی است. ثوابت A ، B و C با توجه به پارامترهای توربینهای بادی موجود در مزرعه تعیین میشوند.
-4 الگوریتم دستهبندی کامینز
تغییرات در توان خروجی مزارع بادی و همچنین تغییرات در مقدار بار مورد تقاضا در شبکه مورد بررسی به عنوان فاکتوری مهم بر سرعت شبیهسازیها تاثیرگذار است. دستهبندی راهکاری مناسب جهت سرعتدهی همگرایی به پاسخ نهایی میباشد. روشهای دستهبندی زیادی تاکنون بکار گرفته شدهاند که یکی از آنها الگوریتم دستهبندی کامینز است .[9] در این مقاله ازروش دستهبندی کامینز جهت کلاسهبندی اطلاعات توام مربوط به باد و بار مورد تقاضا استفاده شده است. دستهبندی به این صورت انجام میشود که فاصله هر زوج حاوی اطلاعات باد و بار در هر ساعت یک سال، از مرکز دستههای انتخابی محاسبه می-شوند و به دستهای که کمترین فاصله تا مرکزش را داشته باشند تعلق میگیرند. مراحل این الگوریتم به صورت ذیل است:
-1 تعیین تعداد مطلوب دستهها،
-2 تعیین تعداد k زوج دوتایی از مجموع زوجهای مربوط به دادههای باد و بار مورد تقاضا و قرار دادن آنها به عنوان مراکز دستهها بسته به تعداد دستههای در نظر گرفته شده در گام 1 - ai=1, 2'…' . - ،
-3 تخصیص سایر زوجهای در نظر گرفته شده به دستههای اتنخاب شده بر اساس کمترین فاصله از مرکز دسته،
-4 محاسبه متوسط هر دسته و انتخاب آن به عنوان نماینده مورد نظر برای مرکز آن دسته،
-5 تکرار گامهای 3 و 4 تا زمانی که کمترین تغییرات از مقدار مرکز هر دسته بدست آید.
-5 الگوریتم بهینهیابی جفتگیری زنبور عسل
این الگوریتم جستجو الهام گرفته از فرآیند جفت یابی واقعی زنبورهای عسل است.پله های این روش بصورت ذیل انجام می شود:
- 1 الگوریتم با پرواز به منظور جفت یابی آغاز می شود که در آن ملکه - جواب برتر - به طور احتمالاتی جفتهای خود را از بین زنبورهای نر جهت پرنمودن محفظه اسپرم خود و در نهایت تولید بچههای جدید انتخاب مینماید.
- 2 بچه زنبورهای جدید - جوابهای آزمایشی - با جابجائی ژنهای زنبور نر با ژنهای ملکه ایجاد میشوند.
- 3 از کارگرها - توابع کاوشی - جهت جستجوی موضعی - پرورش و ارتقا نسل بچه زنبورها - استفاده میشود.
- 4 توابع برازش کارگرها با توجه به میزان ترقی که در نسل زنبورها ایجاد مینمایند مرتب میشود.
- 5 بچه زنبور برتر در این فرآیند در صورت برتری نسبت به ملکه موجود جهت جایگزینی با ملکه و انجام پرواز جفت گیری بعدی انتخاب میشود .[15]
با بکارگیری الگوریتم HBMO، مناسبترین پاسخ پیدا شده و بر اساس آن، مکانیابی و مقداردهی مناسب ادوات فکتس بکار گرفته شده در سیستم قدرت مورد بررسی قابل انجام میباشد.
