بخشی از مقاله
چکیده
نصب سکسیونرها روي فیدرهاي فشارمتوسط یکی از راهکارهاي عمده براي ارتقاء سطح قابلیت اطمینان شبکههاي توزیع، است. در این مقاله با توجه به محدودیت بودجه طرح و درنظر داشتن ملاحظات فنی و اقتصادي، سه مدل براي مکانیابی سکسیونرها در شبکههاي توزیع ارائه شده است.در مدل اول، هدف، تعیین وضعیت قرارگیري سکسیونرها به صورتی است که ضمن رعایت محدودیت حداکثر بودجه طرح، هزینههاي تجهیزات، تعمیر و نگهداري و خاموشیهاکمینه گردد. در مدل دوم، هدف اصلی تعیین بهترین نحوةصرف منبع مالی در دسترس در شبکههاي توزیع به نحوي است که بیشترین بهبود را در قابلیت اطمینان بوجود آورد. در مدل سوم نیز دستیابی به حد مشخصی از قابلیت اطمینان با صرف کمترین هزینه، به عنوان هدف منظور شده است. براي بهینهسازي مسأله از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. کارایی مدلهاي پیشنهادي از طریق اجراي آزمایشهایی روي شبکه توزیع مربوط به باس 2، RBTS نشان داده شده است.
-1 مقدمه
آمار و گزارشها نشان میدهد که دلیل عمدة قطع برق مشترکین، بروز خطا در شبکه توزیع است 1]و.[2 بنابراین بهبود سطح قابلیت اطمینان این شبکهها را میتوان از جمله مواردي برشمرد که رضایت مشترکین و کاهش هزینههاي ناشی از خاموشیها و درنتیجه افزایش کارایی اقتصادي شرکتهاي توزیع را توأماً به همراه دارد.عمدهترین و سهلالوصولترین راهکار ارتقاء قابلیت اطمینان شبکههاي توزیع، نصب سکسیونرها در فیدرهاي فشارمتوسط است. میزان موفقیت حاصل از انجام عملیات بازیابی بار در شبکههاي توزیع به تعداد و مکان سکسیونرها وابسته است لذا با تعیین وضعیت قرارگیري این تجهیزات در شبکه میتوان ضمن بهبود کارایی عملیات بازیابی بار، سطح قابلیت اطمینان شبکه توزیع را نیز ارتقاء داد.
تاکنون روشهایی براي تعیین تعداد و مکان بهینه سکسیونرها در شبکههاي توزیع مطرح و ارائه شده است. در مرجع [3].روش سختکاري فولاد براي تعیین مکان سکسیونرها مورداستفاده قرار گرفته است. در مرجع [4] الگوریتمی جهتجایابی سکسیونرها بر پایه اصل بهینهسازي بلمن ارائه شده است. در مراجع [8 - 5] مسأله جایابی سکسیونرها با توجه بهقیمت تجهیزات و انرژي فروخته نشده با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل شده است. در [9] از طریق جستجوي مستقیم بابکارگیري راهکارهایی براي کاهش فضاي جستجو ودستیابی سریعتر به پاسخ، وضعیت نصب سکسیونرها رويفیدرها مشخص شده است. در مرجع [10] نویسندگان روشی را مبتنی بر جابجایی سکسیونرهاي موجود روي فیدر به منظور کاهش خسارتهاي ناشی از خاموشیها ارائه دادهاند.
همین مسأله در مرجع [11] با استفاده از روش بهینهسازياجتماع مورچگان حل شده است. مسأله جایابی سکسیونرهادر شبکههاي توزیع مجهز به منابع تولید پراکنده نیز مطرح شده است [12] که در آن امکان بهرهگیري از واحدهاي تولید پراکنده به عنوان منابع تغذیه پشتیبان درنظر گرفته شده است.در تمامی تحقیقات انجام شده، هدف تعیین مکان و تعداد سکسیونرها در شبکه به نحوي بوده است که مجموع هزینههاي مربوط به سکسیونرها و خسارت ناشی از عدمتأمین انرژي مشترکین کمینه گردد.در بسیاري از شبکههاي توزیع واقعی - از جمله ایران - شرایطی بوجود میآید که براي بهبود سطح قابلیت اطمینان شبکههاي توزیع - توسط نصب سکسیونر - از دیدگاه بودجه مالی محدودیتهایی وجود دارد به طوریکه طراح نمیتواندبیشتر از میزان منبع مالی در دسترس براي بهبود قابلیت اطمینان هزینه کند حتی اگر از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد.
در مواردي نیز طراحان میبایست منبع مالی مشخصی رابه نحوي براي خرید و نصب سکسیونر در کل شبکه صرف کنند که از دیدگاه کلی بیشترین بهبود در قابلیت اطمینانشبکه توزیع حاصل گردد. گاهی نیز همین شرایط براي تعداد مشخصی سکسیونر به وجود میآید به طوري که تعداد محدود و مشخصی سکسیونر براي کل شبکه خریداري شده است و طراحانمیبایست این تعداد تجهیز را در فیدرهاي فشارمتوسط به نحو بهینه جایابی کنند. در حالتی دیگر دستیابی به حد مشخصی از قابلیت اطمینان با صرف کمترینهزینه به عنوان هدف طراحان مطرح میگردد.این گونه شرایط و وضعیتها در هیچ یک از مطالعات وتحقیقات انجام شده لحاظ نشده است و با هیچ کدام ازروشهاي ارائه شده که عمل جایابی را تنها روي یک فیدر از شبکه انجام میدهند، نمیتوان مسأله را در شرایط فوقالذکربه طور صحیح مدلسازي و حل نمود.
در این مقاله با درنظرگرفتن ملاحظات فنی و اقتصادي واهمیت نقاط بار، مسأله جایابی سکسیونرها روي یک شبکهتوزیع شامل چند فیدر فشارمتوسط در شرایط مختلف مدلسازي شده است. براي حل مدلهاي پیشنهادي ازالگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینهسازي استفاده شده است.در ادامه نحوة مدلسازي موضوع و بهینهسازي مسأله در قالبالگوریتم ژنتیک تشریح میگردد. در انتها با انجام آزمایشهایی روي شبکه توزیع باس RBTS 2 و تحلیل نتایج به دست آمده، کارایی روش پیشنهادي نشان داده شده است.
-2 مدلسازي مسأله مکانیابی سکسیونرها
در این تحقیق با توجه به اهداف طرح و مسایل مرتبط با محدودیتهاي مالی، مسأله مورد بحث در سه قالبمدلسازي شده است. در ادامه ضمن تشریح اهداف وفرضیات مدلها، نحوة فرمولهبندي ریاضی توابع هدف و قیود مرتبط با آنها ارائه شده است.
-1-2 مدل اول
در این مدل فرض بر این است که طراح قصد دارد تعداد ومکان سکسیونرها را در شبکه توزیع به نحوي تعیین کند که هزینههاي مرتبط با نصب و احداث این تجهیزات، هزینه عدمتأمین انرژي مشترکین و هزینههاي بهرهبرداري و نگهداري تجهیزات نصب شده کمینه گردد و از طرف دیگر هزینههايسرمایهگذاري اولیه جهت احداث تجهیزات و اجراي طرح ازحد مشخصی که همان میزان منبع مالی قابل دسترس است، فراتر نرود. بنابراین مدل ریاضی تابع هدف و قید مربوطه رامیتوان به صورت زیر نشان داد:
-2-2 مدل دوم
در مدل دوم هدف این است که نحوة صرف میزان معینی بودجه اختصاص داده شده در شبکه توزیع به صورتی تعیین شود که بیشترین بهبود را در قابلیت اطمینان سیستم به دنبال داشته باشد. به عبارت دیگر در این مدل کل میزان منبع مالیمیبایست به نحو بهینه براي بهبود قابلیت اطمینان شبکه ازطریق اضافه نمودن سکسیونرها صرف شود. با این توضیحفضاي حاکم بر مسأله را میتوان توسط تابع هدف و قید زیر به صورت ریاضی مدلسازي نمود:
همانطور که ملاحظه میگردد در تابع هدف - 5 - تنها خسارتهاي مربوط به عدم تأمین انرژي الکتریکی مشترکینمنظور شده است و هزینههاي مرتبط با خرید و نصبسکسیونرها در قالب قید - 6 - ظاهر شده است که حداکثرمیبایست برابر میزان منبع مالی اختصاص داده شده به طرباشد. با توجه به اینکه مسأله در فضاي گسسته حل میشوددر تعریف این قید از علامت نامساوي به جاي مساوياستفاده شده است. در صورت بکارگیري تساوي، این امکانوجود دارد که قید مربوطه هیچگاه برقرار نگردد. در تابعهدف فوق هزینههاي مربوطه به صورت سالیانه میباشند و مقایسه طرحها در قالب ارزش جاري سالیانه انجام میشود.اگر هدف طرح تعیین مکان تعداد مشخصی سکسیونر - NSW - در شبکه باشد، این موضوع را میتوان با تغییر قید - 6 - بهصورت زیر مدلسازي نمود
لازم به توضیح است که با توجه به ماهیت ریاضی مسأله در این مدل میتوان بهبود انواع شاخصهاي قابلیت اطمینان همانند ENS1، SAIDI2 یا CAIDI3 را به عنوان هدف منظور نمود اما با توجه به اینکه هزینههاي مربوط به عدم تأمینانرژي الکتریکی مشترکین شبکه مهمترین و معمولترینشاخص در بهینهسازي قابلیت اطمینان شبکههاي توزیع میباشد و بهبود دیگر شاخصها را نیز در درون خود بههمراه دارد، کمینهسازي این شاخص به عنوان هدف مسأله دررابطه - 5 - در نظرگرفته شده است.
