بخشی از مقاله
چکیده
مسئله پخش بار اقتصادي در حضور نیروگاههاي بادي به دلیل غیر قابل پیش بینی بودن و نوسانات نیروي باد، یک مسئله کاملا پیچیده میباشد. در این مقاله براي حل بهینه این مسئله از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. قیودي نظیر محدودیتهاي نرخ شیب، اثرات نقطهاي دریچه، و تابع هزینهي غیرمسطح براي واقعی شدن مسئله پخش بار اقتصادي در نظر گرفته شده است. این مسئله در صورت حضور و یا عدم حضور نیروگاههاي بادي حل شده است.
کلمات کلیدي: پخش بار اقتصادي، نیروگاه بادي، الگوریتم ژنتیک.
.1 مقدمه
امروزه استفاده از انرژي باد براي تولید برق پیشرفت زیادي داشته است. استفاده از انرژي باد نسبت به سایر انواع انرژي، بیشترین رشد را در جهان داشته است، بگونه اي که میتوان گفت رشد آن بطور متوسط، سالانه بین 20 تا 30 درصد بوده است.[1] کل ظرفیت نصب شده توربینهاي بادي در سطح جهان در سال 1992 برابر 2500 مگاوات بوده است که این مقدار در ژانویه 2006 به بیش از 59000 مگاوات رسید.[2] به علت آلودگی کمتر نیروي باد، امکان استفاده به صورت محلی و نیز صرفه اقتصادي آن، بعضی از دولتها برنامهریزيهاي زیادي براي استفاده از انرژي باد انجام دادهاند. به همین دلیل در کشورهاي مختلف اروپایی تحقیقات زیادي در زمینه میزان ظرفیت قابل نصب نیروگاههاي بادي در کنار نیروگاههاي حرارتی معمول، انجام شده است. بدیهی است که در کنار تحقیق روي ظرفیت قابل نصب نیروگاه بادي در شبکه قدرت، میبایست براي پخش توان تولیدي این ظرفیت نصب شده به شکل مطلوب برنامهریزي شود. به عبارت دیگر، میبایست روي پخش بار اقتصادي شبکه همراه با نیروگاه بادي بررسیهاي لازم انجام شود. لزوم این بررسیها به خاطر خاصیت غیر قابل پیشبینی بودن و نوسان نیروي باد است، که نمیتوان با آن مثل یک نیروگاه حرارتی عادي برخورد کرد. بنابراین مسئله پخش بار همراه با نیروگاه بادي یک مسئله نسبتاً پیچیده است.
نفوذ توان نیروگاههاي بادي در شبکههاي مرسوم، ممکن است سبب الزام موارد امنیتی خاص شود. بنابراین در پخش بار اقتصادي شامل نفوذ توان بادي، یک توازن منطقی بین هزینهي عملیاتی و خطرات سیستم، ضروري به نظر میرسد که در مرجع [3] به این موضوع پرداخته شده است. پخش بار اقتصادي یک سیستم قدرت مجزا، به همراه درصد نفوذ بالاي انواع گوناگون منابع انرژي تجدیدپذیر به خصوص انرژي باد با استفاده از یک روش جدید، موضوعی است که در مرجع [4] به آن پرداخته شده است. در این مرجع از الگوریتم برنامهریزي تکاملی استفاده شدهاست. در مرجع [5]، پخش بار اقتصادي محیطی - - EED سیستم قدرت که مشتمل بر نیروگاههاي بادي و خورشیدي است، مورد بررسی قرار گرفته است. در این مرجع، کاهش هزینهي سوخت وکاهش انتشار آلایندههاي محیطی به عنوان هدف در نظرگرفته شدهاست. در واقع، در این مرجع بهینهسازي بدون عناصرکمکی انجام شده است و مسأله، حداکثر توان را از منابع تجدیدپذیر استخراج کرده و بقیهي توانها را توزیع میکند. در این مقاله، مسئله پخش بار اقتصادي یک شبکه حاوي نیروگاههاي حرارتی در صورت حضور و یا عدم حضور نیروگاههاي بادي حل شده است. برخی از قیود مهم مرتبط با واحدهاي حرارتی لحاظ شدهاند. تابع هدف بگونه اي در نظر گرفته شده است که علاوه بر حداقل نمودن هزینه توان تولیدي، محدودیتهاي واحدهاي حرارتی را نیز لحاظ نماید.
.2 مسئله پخش بار اقتصادي
در این مقاله پخش بار اقتصادي در یک سیستم قدرت همراه با نیروي بادي شامل تولید بین واحدهاي بادي و حرارتی است تا هزینه کلی تولید کمینه شده در حالیکه شروط مختلف که به آنها اشاره شد نیز برآورده و ارضا شوند. هزینه تولید نیروگاه بادي در فرایند بهینه سازي نادیده گرفته شده است، زیرا قانون انرژيهاي تجدیدپذیر به گونهاي تنظیم شده است که همه آنها میبایست تطبیق داده شوند و هزینه سوخت فسیلی نیز در آنها وجود ندارد. بعد از ارزیابی رابطه بین نیروي باد و نیروگاههاي حرارتی - مرسوم - ، هزینه نیروگاه بادي به هزینه کلی اضافه میشود. هدف از پخش بار اقتصادي،کمینه کردن هزینه کلی تولید سیستم قدرت در فواصل زمانی مشخصمثلاً - یک ساعت - است در حالیکه شرطهاي مختلف ارضا شوند. در این مقاله از توزیع اقتصادي پایهاي بار استفاده شده است. هدف توزیع اقتصادي پایهاي بار به حداقل رساندن مجموع هزینهي تولید در یک شبکهي قدرت میباشد، در حالیکه حدود توازن توان و حدود توان واحد تولیدي در مقادیر اسمی صدق کند. بنابراین مسئله پخش بار اقتصادي میتواند بصورت رابطه - 1 - مطرح گردد.
که در این رابطه n برابر تعداد واحدهاي تولیدي میباشند، Fi برابر هزینه توان تولیدي توسط واحد i ام و FT برابر مجموع هزینه توان تولیدي توسط همه واحدها میباشد. بصورت معمول، تابع هزینه یک واحد تولیدي توسط یک معادله درجه دو بیان میشود.در عمل، منحنی هزینه یک واحد تولیدي بسیار غیرخطی است و یکی از عوامل آن اثر شیرهاي بخار است. انواع گوناگونی از مشخصات واحدهاي بخاري وجود دارد. مشخصه ورودي- خروجی تولیدکنندههاي بخاري همیشه محدب و هموار نیست. اینگونه واحدها تعدادي شیربخار ورودي دارند که به ترتیب براي بالا بردن توان خروجی باز میشوند. در شکل - 1 - مشخصهي ورودي- خروجی واحدي با 4 شیربخار ورودي مشخص است. این نوع مشخصهها به صورت غیر محدب بوده و نمیتوانند به راحتی در روشهاي متداول بهینهسازي که یاز به مشخصههاي محدب دارند مورداستفاده قراربگیرند. با در نظر گرفتن اثر شیرهاي بخار، تابع هزینه را براي هر واحد به صورت مجموع یک تابع درجه دوم و قدرمطلق یک تابع سینوسی در نظرمیگیرند.که در این رابطه ai، bi، ci، ei و fi ضرایب هزینه مربوط به واحد i ام می باشند.
میزان توان تولیدي در هرلحظه بایستی برابر با توان مصرفی در آن لحظه باشد. در حضور این شرط، با کم شدن مصرف، تولید نیز کم میشود و بالعکس. این شرط، یکی از شرطهاي ضروري در پخش بار اقتصادي است و بیان ریاضی بصورت رابطه - 4 - میباشد. خروجی تولیدي هر ژنراتور میبایست در محدوده مجاز آن واحد قرار گیرد که در رابطه - 5 - نشان داده شده است. که PGi,min و PGi,max به ترتیب مقدار مینیمم و ماکزیمم توان تولیدي ژنراتور i ام می باشند. واحدهاي حرارتی بصورت آنی نمیتوانند میزان ظرفیت تولیدي خود را تغییر دهند[7] که به آن محدودیت نرخ شیب١ گفته میشود. در حقیقت با این شرط گستره عملیاتی واحدهاي حرارتی محدود میشود و به صورت زیر نشان داده میشود :
اگر تولید افزایش یابد:
DR حد پایین شیب و UR حد بالاي شیب نام دارد. همچنین Pi - t - تولید در ساعت فعلی و Pi - t-1 - تولید در ساعت قبلی است.
.3 الگوریتم بهینه ساز ژنتیک
الگوریتم ژنتیک یکی از زیر مجموعههاي محاسبات تکامل یافته است که رابطه مستقیمی با هوش مصنوعی دارد. در واقع الگوریتم ژنتیک یکی از زیر مجموعه هاي هوش مصنوعی می باشد. الگوریتم ژنتیک را می توان یک روش جستجوي کلی نامید که از قوانین تکامل بیولوژیک طبیعی تقلید میکند. الگوریتم ژنتیک بر روي یکسري از جوابهاي مسئله به امید بدست آوردن جواب هاي بهتر، قانون بقاي بهترین را اعمال میکند. در هر نسل به کمک فرآیند انتخابی متناسب با ارزش
