بخشی از مقاله
چکیده
- در سال های اخیر با معرفی FACTS به شبکه های قدرت، استفاده از آن ها در کشورهای صنعتی جهت افزایش ظرفیت خطوط انتقال متداول شده است. در این مقاله با تنظیم بهینهمنابع توان راکتیو موجوددر شبکه قدرت همراه با ادوات FACTS سری و موازی شامل TCSC - ، - SVC به منظور هماهنگی آنها با یکدیگر و با استفاده از منطق فازی مبتنی بر الگوریتمهای تکاملی مثل ازدحام ذرات به کاهش تلفات توان اکتیو، هزینههای عملیاتی سیستم از جمله هزینه ادوات FACTSو تراکم در شبکههای انتقال کمک می شود و در پایان با شبه سازی شبکه تست 30 باسه IEEE و قرار دادن ادوات FACTS در آن این امر اثبات خواهد شد.
کلید واژه- ادواتFACTS، الگوریتم های تکاملی، بهینه سازی راکتیو،SVC، TCSC.
-1 مقدمه
یکی از مهمترین دغدغه های امروزه بشر، تأمین انرژی است. درسال هایاخیرباگسترش صنعتالکترونیکقدرت،سیستم هایانتقالجریانمتناوب انعطاف پذیر - FACTS - به شبکه های قدرت ارائه شد و با توجه به قابلیت های فراوان و کاربردهای وسیع به سرعت در شبکه های انتقال قدرت به کار گرفته شد و تحولی در سیستم های انتقال ایجاد کرد. از مشخصه های بارز عناصر FACTS می توان به رنج عملکرد وسیع، پاسخ سریع و قابلیت اطمینان بالا اشاره کرد .جهت استفاده کامل از توانایی های عناصر FACTS لازم است تا بهترین مکان برای این عناصر انتخاب شود .[1] از روش هیبرید TS2/ SA3 و به منظور کمینه سازی هزینه های تولید این عمل انجام گرفته است .[2] در این مقاله با استفاده از روش فازی- تکاملی به بهینه سازی توان راکتیو و کاهش تلفات شبکه انتقال توسط مکان یابی بهینه ی ادوات FACTS سری و موازی می پردازیم. حال در ابتدا به مدل سازی عناصر FACTS پرداخته سپس یک سیستم نمونه را شبیه سازی کرده ایم.
-2 مدل سازی ادوات FACTS
باتوجه به اطلاعاتموجوددرمنبع[3]کنترل کننده های FACTSبرحسب نحوه قرارگیری درشبکه انتقال به سه دسته تقسیم میشوندوبرایهریکازانواعمورداستفادهدراینمقاله مدلمناسبارائهخواهدشد.
.1 عناصر FACTS سری.پرکاربردترینعضواینخانواده TCSC می باشد .
.2 عناصر FACTS موازی.معروف ترین عضو این مجموعه SVC نام دارد.
.3 عناصر FACTS سری-موازی.مهمترینعضواینخانواده UPFC می باشد.
-1-2 مدلSVC
SVCاز یک TCRموازی با یک بانک خازنی XCتشکیل شده است ودر مدار به عنوان یک راکتانس متغیر موازی با جذب یا تولید توان راکتیو ولتاژ نقطه اتصال خود به شبکه را تنظیمکرده و کنترل زاویه آتش تایریستورSVC، را قادر به پاسخ گویی تقریبا آنی کرده است - شکل. - 1قسمتقابلکنترلراکتانس TCRXVبوده که از رابطه - - 1 بدست میآید.که در آنαزاویه آتش تایریستور میباشد. سوسپتانس مؤثرBدرTCRبه صورت معادله - 2 - است.
-2-2 مدلTCSC
TCSCبه عنوان یک راکتانس قابل کنترل تزریق شده به خطانتقال عمل میکند.TCSCراکتانسTCSCاز رابطه - 3 - بدست میآید.که در آنαزاویه آتش تایریستور XC، راکتانس خازنی و XLراکتانسسلفی میباشد . TCSCبه صورت سری در خط قرار میگیرد وطبق رابطه - 4 - با راکتانس خط در ارتباط است.برای مدل سازی بهترTCSCدر مسائل بهینه سازی آن را بهصورت رابطه - - 5 تعریف میکنند.که در آنrفاکتور جبرانسازی TCSCبوده و بسته به اینکه درکدام نقطه از خط قرار گیرد متفاوت خواهد بود رنج آن بین -0/7 تا 0/2 قرار دارد - شکل.[4] - 2
-3 تابع هدف
در اینمقاله چهار هدف بطور همزمان درنظر گرفته شده است. که عبارتند است ازبهبود شاخصهای امنیت شبکه، شاخص عملکرد توان با در نظر گرفتن تلفات خط انتقال وهزینههای تولید انرژی بهره برداری از ادوات.FACTS
-4امنیت شبکه
برای تعیین امنیتیک سیستم انتقال دو شاخص به صورتتوابع تعریف میشود.[5]که در آنVi و Wiولتاژ اعمالی و فاکتور توزین متحدiمین باس وSj و Wjتوان ظاهری وفاکتورتوزین متحدjمین خط هستند. توان حقیقی عبور از یک خط انتقال به کمک رابطه زیر فرمولگذاری میشود.که در آنPij، توان عبوری، Vi و Vjمقدار ولتاژ باسهای فرستنده و گیرنده توانXij راکتانسخطودوپارامتردیگر زوایای فاز بین باسهای فرستنده و گیرنده میباشند.
-5 تلفات شبکه
در این مقاله تلفات کلی شبکه توسط پخش بار به روش نیوتن-رافسون بدست آمده وبه عنوان یکی از فاکتورهای مهم در تابع هدفمورد استفاده قرار میگیرد.[6]
-6 جبران سازی سری کنترل شده با تریستور - TCSC -
با نصب یک TCSC که در حالت خازنی قرار دارد ولتاژ شبکه بهبود پیدا خواهد کرد - شکل. - 4 ادمیتانس شبکه در حضور TCSC به صورت زیر معرفی میگردد.که R و Xline به ترتیب مقاومت و راکتانس خط بدون TCSC هستند و XTCSC نیز راکتانس مربوط به TCSC است.
-7 جبران سازی توان راکتیو استاتیک - SVC -
SVC میتواند در هر دو حالت خازنی و سلفی مورد استفاده قرار گیرد.SVC یا توان راکتیو به باس تزریق میکند که سبب افزایش دامنه ولتاژ آن باس شده یا توان راکتیو از باس جذب میکند که سبب کاهش دامنه ولتاژ آن میگردد. از این رو با هموار کردن پروفیل ولتاژ شبکه تلفات شبکه را کاهش میدهد - شکل. - 5
-8 تابع هزینه و فرموله کردن مسئله
هزینه TCSCها و SVCها به صورت زیر محاسبه میگردند.
-1-8 هزینه : TCSC
-2-8 هزینه :SVC
که TCSCvalue و SVCvalueبه ترتیب مقادیر قدرت بهره برداری این ادوات FACTS بر مبنای مگاوات هستند. هزینه تلفات نیز طبق رابطه زیر محاسبه میگردد:که Plossتلفات توان شبکه بر حسب کیلو وات، EC هزینه انرژی بر حسب دلار بر کیلووات ساعت Clossهزینه تلفات بر حسب دلار است. هدف اصلی این پژوهش جایابی بهینه ادوات ذکر شده با رعایت قیود شبکه به منظور کاهش هزینه تلفات و هزینه بهره برداری در شرایط بارگذاری مختلف شبکه است. هزینه ی بهره برداری ادوات FACTS شبکه شامل هزینه TCSCها و SVCهای شبکه بوده که به ترتیب در معادلات - 2 - و - 3 - آمده اند.هزینه ی بهره برداری از ادوات FACTS و هزینه ی تلفات شبکه با هم ترکیب شده و تابع هدف اصلی مسئله را تشکیل میدهند که باید در حضور ادوات FACTS با تنظیم توان راکتیوی عبوری از خطوط و تنظیم سایر پارامترهای تأثیر گذار از جمله میزان تپ ترانسفورماتورهای شبکه، توان راکتیو تولیدی ژنراتورهای شبکه و اضافه کردن خازنهای موازی در باسهای ضعیف شبکه میتوان تلفات توان اکتیو شبکه را کاهش داد.
مسئله جایابی بهینه ی ادوات FACTS را میتوان به صورت زیر فرموله کرد:که C1 - E - هزینه تلفات توان، C2 - F - هزینه ی بهره برداری از ادوات FACTS شبکه و C - T - کل هزینه ی بهره برداری شبکه است. در طی جایابی بهینه ی ادوات FACTS قیودی که باید رعایت گردند به قرار زیر هستند.که Pi، Qniو Vni به تریب توان اکتیو، راکتیو و دامنه ولتاژ باس i ام شبکه هستند و اندیس max و min این متغیرها نیز به ترتیب بیانگر ماکزیمم و مینیمم مقدار مجاز آنها است.پس از نصب ادوات FACTS در شبکه، معادلات پخش بار به صورت زیر تغییر مییابند که باید در پروسه حل مسئله نیز برقرار باشند .[7]
-9 فرایند شبیه سازی
حال برای اثبات عملی بودن بحث های مطرح شده سیستم تست 30 باسه IEEE را در نرم افزار matlab و بسته Matpower
