بخشی از مقاله
-1 چکیده
در سیستمهای توزیع فشار متوسط از کلیدهای جداکننده به منظور افزایش قابلیت اطمینان سیستم و ایزوله کردن خطاها استفاده میشود. این کار باعث کاهش خاموشیهای سیستم می شود و درآمد شرکتهای برق را افزایش میدهد. از طرفی با افزایش تعداد کلیدها هزینههای سرمایه گذاری و نگهداری آنها هم افزایش میدهد. در این مقاله تعداد و محل بهینهکلیدهای جداکننده برای کاهش هزینهها و افزایش درآمد، تعیین میشود. این کار با تعریف متغیرهای دودوئی برای محلهای پیش فرض اولیه کلیدها و سپس بدست آوردن تابع هدف برحسب این متغیرها انجاممیشود. تابع هدف حاصل، یک تابع غیرخطی از متغیرهای دودوئی است که برای کمینه کردن آن یک روش مستقیم، منطقی، ساده و سریع ارائه میشود کهجواب بهینه مطلق را در اختیار میگذارد و نسبت به روشهای مرسوم حل این مساله برتری قابل ملاحظه دارد. نحوه فرموله کردن تابع هدف و روش بهینه سازی با یک شبکه مثال ارائه می شود.
واژههای کلیدی:جایگذاری بهینه وسائل سوئیچینگ در سیستمهای توزیع، قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع، برنامهریزی غیرخطی با متغیرهای دودوئی
مقدمه
در سیستمهای توزیع فشار متوسط از کلیدهای جداکننده به منظورهای متفاوتی استفاده میشود.افزایش قابلیت اطمینان سیستم، ایزوله کردن خطاها، مدیریت ساختار شبکه و تجدید ساختار شبکه از جمله اهداف کاربرد این کلیدها هستند. کلیدهای جداکننده و ریکلوزرها نقش اساسی در قابلیت اطمینان شبکههای توزیع ایفاء میکنند و به همین دلیل انتخاب تعداد کافیاز کلیدهای جداکننده یک عامل مهم در طرح این سیستمها است. از آنجائیکه کلیدهای جداکننده را میتوان از راه دور فرمان داد، استفاده از آنها برای اتوماسیون شبکههای توزیع بسیار مناسب است.کلیدزنی اتومات در فیدرها میتواند قابلیت اطمینان آنها را افزایش دهد. از طرفی قیمت این کلیدها قابل توجه است؛ لذا استفاده از این کلیدها برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم، باید برای شرکتهای برق توجیه کمیداشته باشد.بطور مثال استفاده از آنها باید زمان خاموشیها را کاهش دهد. با استفاده از تکنیکهایموثر طراحی میتوان تعداد و مکانهای نصب بهینه کلیدهای جداکننده را تعیین نمود.
انتخاب تعداد و محل مناسب کلیدها یک کار دشوار در طرح سیستمهای توزیع میباشد. شرکتهای برق با استفاده از تجربیات گذشته شان و اطلاعات مشترکین و ملا حظات دیگر تعداد مناسب کلیدها راانتخاب میکنند. تاکنون روشهایی هم برای مطالعات تئوریک این مساله ارائه شده است. در این روشها از الگوریتم ژنتیک [2,3] و شبیه سازی پروسه گرم و سرد کردن فلزات [1] - Simulated Annealing - استفاده شده است. انتخاب تعداد و محل کلیدها به عوامل زیادی بستگی دارد که برخی از آنها عبارتند ازملاحظات قابلیت اطمینان، نوع مشترکین ، تغییرات بار، هزینههای نصب و نگهداری. بنا براین باید منافع و هزینههای این کار بررسی شود به طوری که همه عوامل مزبور را دربرکیرد. در این مقاله یک تکنیک کمینه سازی هزینه ارائه میشود که در آن هزینههای سرمایه گذاری، هزینههای نگهداری و هزینههای قابلیت اطمینان درنظر گرفته میشود.
مساله پیدا کردن تعداد و محل کلیدهای لازم در شبکههای توزیع شعاعی بزرگ، جزء مسائل بهینه سازی ترکیبی به حساب میآید. حل اینگونه مسائل با روشهای بهینه سازی غیرخطی مرسوم مشکل میباشد.تابع هدف در این مساله ، یک تابع غیرخطی است. در این مقاله؛ تابع هدف چنان فرموله میشود که یک تابع غیرخطی از متغیرهای دودوئی بدست میآید و سپس با توجه به شکل کلی تابع هدف، یک روش بسیار ساده و سریع جهت بهینه کردن آن ارائه میشود. این روش یک روش مستقیم و منطقی است که پاسخ بهینه مطلق را در اختیار میگذارد و اشکالات روشهای الگوریتمژنتیک و شبیه سازی گرم و سرد کردن فلزات را ندارد یعنی نیاز به زمان طولانی ندارد. همچنین امکان رسیدن به یک پاسخ بهینه موضعی وجود ندارد. در این مقاله چگونگی فرموله کردن مساله بهینه سازی برحسب متغیرهای دودوئی و روش حل آنها برای یک شبکه مثال ساده ارائه شده است.
-3 قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع
قابلیت اطمینان یک مشخصه ذاتی و یک معیارمعین برای هر وسیله یا سیستم است که توانائی آنها رادر انجام وظیفه مورد انتظارشان نشان میدهد. در یک سیستم قدرت معیارهای قابلیت اطمینان بیان میدارد که این سیستم تا چه حد به وظیفه اصلی خود که تامینانرژی مصرف کنندگان است ، عمل میکند. سطوحقابلیت اطمینان با ملاحظات اقتصادی وابستگی دارند زیرا برای بدست آوردن قابلیت اطمینان بیشتر و یا حتی نگهداری حد فعلی و قابل قبول آن، با توجه به رشد فزاینده شبکه، احتیاج به سرمایه گذاری بیشتری است.سنجش قابلیت اطمینان با یک دسته شاخصها صورت میگیرد. محاسبه این شاخصها مبتنی بر ریاضیات احتمالات است. از آنجا که معمولا قسمتعمده خاموشیهای پیش بینی نشده تغذیه مشترکین،ناشی از سیستم توزیع است، افزایش قابلیت اطمینان آن تاثیر بسزا و عمده ای بر تمامیشاخصهای قابلیتاطمینان میگذارد.
مدارهای فوق توزیع، پستهای توزیع، فیدرهای اولیه، ترانسفورماتورهای توزیع،مدارهای ثانویه و ارتباطات سرویسهای مشترکین بخشهای مختلف یک سیستم توزیع را تشکیل میدهند.بنابراین ارزیابی قابلیت اطمینان در یک سیستم توزیعمیزان کفایت این عناصر و ترکیب آنها برای انجاموظایفشان را بررسی میکند. یک سیستم توزیع رامیتوان به دو بخش تقسیم بندی کرد. بخش فوق توزیع و بخشهای شعاعی سیستم. بخش فوق توزیعارتباط بین سیستم انتقال و پستهای توزیع را برعهدهدارد و بخشهای شعاعی بین پستهای توزیع و بارهایمشترکین ارتباط برقرار میکند. فیدرهای فشار متوسطجزء بخش شعاعی هستند که در این مقاله بررسی میشوند.دو نوع شاخص برای قابلیت اطمینان سیستمهای توزیع تعریف میشوند. یک نوع شاخصهای اساسینقاط بار و نوع دوم شاخصهای عملکرد کل سیستم هستند. شاخصهای اساسی نقاط بار از دیدگاه یک نقطه بار مشترک مهم است ولی عملکرد کل سیستم را نشان نمیدهد.
عملکرد کل سیستم توزیع با ترکیب وزندارشاخصهای نقاط بار بدست میآیند. شاخصهای اساسی که معمولا برای پیش بینی قابلیت اطمینان یک سیستم توزیع استفاده میشوند عبارتند از نرخ خاموشیهای بار - - λ، متوسط زمان خاموشی - r - و میزان دسترس پذیری سالیانه . - u - شاخصهای سیستم را میتوان با استفاده از این سه شاخص اساسی و تعداد مشترکینمتصل به هر نقطه بار محاسبه نمود. مهمترین شاخصهای سیستم عبارتند از شاخص متوسط دفعات قطع سیستم - SAIFI - ، شاخص متوسط مدت زمان قطع سیستم - SAIDI - ، شاخص متوسط در دسترس بودن سرویس - ASAI - ، شاخص متوسط در دسترس نبودن سرویس - ASUI - ، انرژی توزیع نشدهٍ - - ENSو متوسط انرژی توزیع نشده . - AENS -
طرح مساله تعیین محل کلیدهای جداکننده و تابع هدف آن
در نقاط مختلف یک سیستم توزیع شعاعی میتوان کلیدهای جداکننده نصب نمود. هرچه تعداد کلیدها بیشتر باشد؛ در هنگام خطا، نقاط بار کمتری قطع میشوند و انرژی توزیع نشده کمتر شده و درآمدشرکت برق مربوطه بالاتر میرود. از طرفی با افزایش تعداد کلیدها، سرمایه مورد نیاز برای خرید آنها و هزینههای نگهداری آنها هم افزایش مییابد. در اینجا هدف این است که تعداد و محل کلیدها چنان انتخاب شوند که مجموع هزینه انرژی توزیع نشده و هزینههای سرمایه گذاری و نگهداری حداقل شود و در نتیجه سود شرکت حداکثر گردد. بنابراین تابع هدف این مساله را به صورت زیر معرفی میکنیم:[1]که F مجموع هزینههای مزبور است که باید حداقل شود.
Ecost مجموع هزینه انرژی توزیع نشده سالانه سیستم
Icost مجموع هزینه سرمایه گذاری
Mcost مجموع هزینه نگهداری است و همه این هزینهها برحسب $/yr هستند.
هزینه انرژی توزیع نشده را میتوان برای خطاهای مختلف و در نهایت برای مجموع خطاها محاسبه نمود.[1] هزینه های سرمایه گذاری و نگهداری کل کلیدها هم برابر مجموع هزینههای سرمایه گذاری و نگهداری هر یک از کلیدها است. بنابراین رابطه - 1 - را میتوان بصورت زیر نوشت:
