بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به استفاده روزافزون از تولیدات پراکنده و باد و تغییر ماهیت شبکههای توزیع، این موضوع منجر به ایجاد شبکههای توزیع اکتیو شده که توانایی تولید توان جهت تمام یا بخشی از بار مصرفی خود رادارند. بنابراین سیستمهای توزیع علاقهمندند که بتوانند درمدار قرارگیری منابع تولیدشان را خودشان انجام دهند. به این دلیل، در سیستم تجدید ساختار شده، برای شبکه انتقال، بهرهبردار مستقل خط و برای سیستمهای توزیع، شرکتهای توزیع را بهعنوان بهرهبرداران این سیستمها در نظر گرفتهاند که در صورت وجود ارتباط فیزیکی بین دو سیستم، امکان انتقال اطلاعات و تبادل توان بین دو سیستم برقرار است.
توجه به این نکته لازم است که بهرهبرداری اقتصادی هر سیستم بر روی سیستم دیگر تأثیر میگذارد و باید کل سیستم را به نحوی مورد بهرهبرداری قرارداد که به نقطه تعادلی برای تمامی سیستمها دستیافت. در این مقاله یک روش برنامهریزی غیرمتمرکز درمدار قرارگیری با حضور قید شبکه با تعریف سیستم دارای زیرسیستم باوجود تعدادی شبکه اکتیو و باوجود منابع تولید بادی انجامگرفته است. کارایی این روش بر روی سیستمهای 6 شینه IEEE و 118 شینه IEEE مورد ارزیابی قرارگرفته و تأییدشده است.
-1 مقدمه
در مدار قرارگیری واحدهای تولید به معنی بهرهبرداری از سیستم به نحوی است که هزینه بهرهبرداری حداقل گشته محدودیتهای سیستم رعایت شود. بهبیاندیگر یعنی تأمین بار به صورتی که هزینه کل سیستم حداقل گردد. تحقیقات زیادی در مورد مسئله در مدار قرارگیری واحدها انجامشده است. در مقاله [1]، به حل مسئله با حضور تولید بادی پرداخته، [2] مسئله را با استفاده از الگوریتم آموزش و یادگیری بر پایه بهینهسازی که با روش شبه مخالف بهینهشده، حل کرده، [3] با ترکیب روشهای فرا اکتشافی و لاگرانژ، [4] یک برنامه زمانبندی نیمه معین تقلیل دادهشده، بر پایهی تکنیک ترکیبشده با هرس انتخابی، در [5] از برنامهریزی درجه دوم با یک الگوریتم جدید بهینهسازی تکراری، [6] یک روش حق تقدم ساده با در نظر گرفتن پاسخ سمت تقاضا و ابزارهای ذخیرهسازی انرژی مسئله حلشده است.
در مورد مسئله با وجود قید خط مقاله [8] مسئله را با تولیدات بادی و نوسانات آن بهصورت احتمالاتی حل نموده، در [9] و [10]، مسئله با در نظر گرفتن واحدهای حرارتی-آبی حلشده است. بر روی تأثیر سهیم کردن مصرفکننده در شبیهسازی بازارهای انرژی و ذخیره در [11] و اثر قابلیت اطمینانی منابع شبکههای هوشمند مثل تولیدات خورشیدی و پاسخ سمت مصرف در کار [12] در نظر گرفته است. در [13] یک مدل احتمالاتی است که خطای پیشبینی بار و منابع تولید تجدید پذیر و همچنین خروج تصادفی عناصر سیستم قدرت را در نظر گرفته است. در این مدل، ذخیره موردنیاز و محدودیت پخش بار بهصورت مقید به شانس فرمولبندی شده است.
اتصال منابع تولید پراکنده به شبکههای توزیع باعث تغییر ماهیت این نوع شبکهها شده بهطوریکه شبکههایی که از این نوع منابع بهره میبرند را میتوان شبکههای توزیع اکتیو در نظر گرفت و دیگر شبکهها را غیر اکتیو خواند. شبکههای اکتیو قابلیت تولید و کنترل، برنامهریزی منابع تولید و بهرهبرداری شبکه خود را بهطور مستقل و همانند حالت جزیرهای دارند. در سیستمهای مدرن، بهرهبردار شبکه انتقال بهرهبردار مستقل شبکه و بهرهبردار شبکههای اکتیو شرکتهای توزیع میباشند.
هر بهرهبردار میتواند منابع تولیدی خود را با قوانین بهرهبرداری و کنترلی خود بهطور مستقل مورد بهرهبرداری قرار دهد. در این حالت برنامهریزی سنتی منابع تولید به روش متمرکز برای این نوع سیستم چالشبرانگیز است به این دلیل که باید متغیرها و اطلاعات بار زیادی بین شبکهها تبادل شود. از سوی دیگر باید به این نکته نیز توجه نمود که این اطلاعات ازنظر شبکهها محرمانه تلقی شده و اشتراکگذاری آنها از سوی شرکتها صورت نمیگیرد.
به این دلیل سیستمهای مستقل میتوانند یا جداگانه مورد بهرهبرداری قرار گیرند یا اینکه بر مبنای مفهوم سیستم دارای زیرسیستم بهرهبرداری شوند. سیستم دارای زیرسیستم به مفهوم یک گروه از سیستمهای متفاوت و مستقل است که بهصورت مجزا توانایی بهرهبرداری برای اهداف خود رادارند اما در حالتی که این سیستمها به یکدیگر متصل باشند، میتوانند شرایط بهرهبرداری ایمن و قابلاطمینان را برای کل سیستم فراهم کنند. .[14]
در کار [14] شبکه توزیع را به شبکههای اکتیو و غیر اکتیو تقسیمبندی نموده است. بهرهبردار شبکههای توزیع اکتیو، شرکتهای توزیع در نظر گرفتهشده که در صورت وجود اتصال فیزیکی بین دو شبکه به همکاری با بهرهبردار خط انتقال جهت بهرهبرداری کل سیستم میپردازد. در این حالت تبادل توان و قرارداد بین شرکتهای توزیع و شرکت انتقال بهصورت دوسویه است. این نوع سیستم فرصت را برای شرکتهای توزیع اکتیو جهت شرکت در بازار برق و دریافت سود از تولیداتشان فراهم مینماید. بر طبق مفهوم سیستم دارای زیرسیستم، میتوانیم از ساختار تصمیمگیری غیرمتمرکز دوسطحی استفاده کنیم .[14] در این روش هر بهرهبردار به اجرای مدل بهینهسازی خود با توجه به قیود موردنظر خود میپردازد. سپس یک مدل بهینهسازی غیرمتمرکز جهت حداقل نمودن هزینه بهرهبرداری با توجه به تأمین قیود تمامی بهرهبرداران سیستم اجرا میشود.
در این مقاله با در نظر گرفتن تولیدات پراکنده و بادی، تأثیر آن بر مسئلهی در مدار قرارگیری نیروگاهها با توجه به محدودیت امنیت در شبکههای تقسیمشده به چندین زیر شبکه موردبررسی قرارگرفته است. بهرهبردار مستقل شبکه، بهرهبردار سیستم انتقال و بهرهبرداران شبکههای توزیع دیگر بازیگرانی هستند که شبکههای اکتیو را بهرهبرداری میکنند. در این مقاله مزارع بادی در شبکههای اکتیو در نظر گرفتهشده که میزان توان تولیدی آنها حداکثر به مقدار 10 درصد از بار مصرفی آن شبکه است. هرکدام از این دو بهرهبردار برنامهریزی منابع تولید در حضور قید شبکه خود را بر طبق منابع، توپولوژی مداری و بار مورد پیشبینی حل مینمایند.
-2 تعریف درمدار قرارگیری واحدها در سیستم دارای زیرسیستم
-1-2 تعریف مدل سیستم دارای زیرسیستم
در آینده شبکههای توزیع به شبکههای توزیع اکتیو بدل خواهند شد که توانایی تولید توان دارند. بر طبق شکل 1 در این سیستمها ، انتقال برق، اطلاعات و درآمد از شبکه انتقال به شبکه توزیع و برعکس دوطرفه هستند و این موضوع در تجزیهوتحلیل سیستم پیچیدگی ایجاد میکند .[14] در مدل سیستم تجدید ساختار شده بهرهبردار مستقل سیستم انتقال و بهرهبرداران شبکههای اکتیو را بهعنوان بهرهبرداران مستقل سیستم تعریف میکنند که برنامهریزی، شرایط بهرهبرداری و کنترل سیستم قدرت را بر طبق نظر خودشان و با توجه به مدل سیستم دارای زیرسیستم طراحی نموده و انجام میدهند. مدلسازی مسئله بهینهسازی، ارزیابی و ایجاد تصمیم تحت قیود مختلف و مدلسازی اقتصادی در محیط رقابتی برای سیستمهای مستقل ازجمله چالشهای تکمیل چارچوب سیستم دارای زیرسیستم میباشند .[14]
شکل -1 سیستم قدرت تبدیلشده به زیرسیستم
-2-2 مدل درمدار قرارگیری برای سیستمهای مستقل
مسئله در مدار قرارگیری با قید شبکه یک مسئله بهینهسازی مقید است که هدف آن حداقل نمودن هزینههای بهرهبرداری - شامل هزینه سوخت، راهاندازی و خاموش کردن واحدها - است. در این مقاله هزینه تعمیر و نگهداری مزرعه بادی نیز به تابع هدف افزودهشده است. قیدهای تساوی و نامساوی معمول این مسئله شامل: تعادل بار، ذخیره چرخان و ذخیره بهرهبرداری، حد ظرفیت واحدها، نرخ شیب افزایشی و کاهشی، حداقل زمان روشن و خاموش بودن و همچنین قید پخش بار و محدودیتهای امنیت سیستم هستند.
باید توجه شود که مسئله در مدار قرارگیری منابع تولید در حضور قید شبکه اعمالی به دو سیستم تفاوتهایی با هم دارند. بهعنوانمثال، ازآنجاکه منابع تولید پراکنده ذات سریعی دارند، بنابراین محدودیت شیب و حداقل زمان روشن یا خاموش بودن موردنیاز برای این واحدها قابلچشمپوشی است . یا اینکه شبکه انتقال بهصورت حلقوی است اما شبکهای توزیع عموماً بهصورت شعاعی هستند. بر این اساس مسئله درمدار قرارگیری منابع تولید برای این دو نوع سیستم تفاوتهایی دارد.
