بخشی از مقاله
خلاصه
در شبکههای برق اطلاعات مربوط به تولید و انتقال انرژی توسط کنتورهایی که بر روی تجهیزات نیروگاهی، در طول خطوط انتقال و در سراسر شبکهتوزیع نصب است، محاسبه شده و جهت تحلیل ذخیره خواهندشد. اطلاعات ذخیره شده پتانسیل کاوش و بررسی بالقوهای را از حیث موضوعات فنی داراست که در میان آنها مبحث تلفات با توجه به ارزش اقتصادی انرژی، امروزه بسیار مورد اهمیت واقع شده است. از این رو ارائه الگوی شکلگیری و توزیع تلفات میتواند نتیجه ارزشمندی جهت تسهیل فرآیند تصمیمگیری و کنترل توسط متخصصین این حوزه ارائه کند. در این پژوهش تلاش داریم راهکارهای بهبود تلفات از دیدگاه کارشناسان برققدرت را از نظر الگوریتمی بررسی کرده و با استفاده از روشهای کاوش داده روشی برای دستهبندی آن ارائه کنیم. با توجه به شرایط اقلیمی و میزان انرژی الکتریکی تولیدشده در کشور، از دادههای شبکه برق منطقهای خوزستان جهت تولید مجموعهدادهها و با توجه به کثرت عوامل مرتبط از روش دستهبندی درخت تصمیم فازی استفاده شده است. آزمایشهای انجام گرفته در یازده دوره با پارامترهای متفاوت تکرار شده و بهترین نتیجه با استفاده از درخت تصمیم C4.5 با دقت 99,48 حاصل گردیده است.
کلمات کلیدی: تلفات برق، دسته بندی، Classification، Decision Tree، Power Systems
.1 مقدمه
شبکه قدرت شامل سه بخش تولید، انتقال و توزیع نیرو است. انرژی الکتریکی پس از تولید در نیروگاهها و عبور از شبکه های انتقال و توزیع به مصرفکنندگان میرسد و در این مسیر مقداری از آن تلف میشود. این اتلاف انرژی به دلایل مختلف اعم از تجهیزات مورد استفاده در شبکه برق، خطوط انتقال، فرسودگی تجهیزات و ... بهوجود میآید. در واقع تلفات انرژی در شبکه برقرسانی، کل تلفاتی است که شبکه در فرآیند تحویل انرژی الکتریکی از تولید تا مصرف متحمل میشود. تولید و انتقال نیرو، تغییر سطح ولتاژ، پستهای توزیع نیرو، مصرفکنندگان برق، اعم از مشترکین خانگی، تجاری، اداری، صنعتی و کشاورزی هر کدام بخشی از انرژی را تلف میکنند. کاهش این تلفات، همواره از اهم علاقهمندیهای شرکتهای برق بهعنوان یک بنگاه اقتصادی بوده و توجه بسیاری را به خود معطوف میدارد. [1]
در این تحقیق به بررسی علل مختلف اتلاف انرژی برق در مسیر تولید تا مصرف پرداخته شده است. بدیهی است در زمینه اتلاف انرژی، ارائه راهکارهای عملی که سبب کاهش تلفات میشود از اهمیت بالایی برخوردارند. راهکارهای متفاوتی جهت کاهش تلفات وجود دارند که هر کدام دارای مزایا و معایبی است. از اینرو ارائه راهکاری که میزان تلفات را به حداقل برساند بسیار دشوار است. مطالب عنوان شده در پژوهش جاری ضمن اشاره به راهکارهای فنی مقابله با تلفات به پردازش و بررسی الگوهایی پرداخته که بتوان به کمک آنها تلفات را پیشبینی و دستهبندی نمود. جهت نیل به هدف مذکور از تکنیکهای دستهبندی بر روی دادههای سیستم جامع مدیریت دادههای بازار برق خوزستان استفاده شده است. تعدد عوامل درگیر در مباحث مرتبط با تلفات سبب شد تا روش انتخابی تکنیک درخت تصمیم باشد و از آنجا که در میان کارشناسان برق قدرت اتفاق نظری در خصوص اولویت پارامترها وجود نداشته از درختهای تصمیم فازی بهره گرفتهشده است. درخت-های حاصل از اعمال الگوریتمهای دستهبندی ضمن پیشبینی، مدلی نیز جهت رتبهبندی عوامل مربوطه در ساختاری سلسله مراتبی ارائه میکنند.
.2 شبکه توزیع برق
در بخش تولید وظیفه تولید انرژی بر عهده مولدهای انرژی است. توربینی که توسط نیرویی طبیعی مانند انرژی زمین گرمایی، نیروی امواج سطح دریا، باد یا همچنین نیرویی غیرطبیعی مانند تجهیزات دیزل و ... دوران و ولتاژی را در سیمپیچ-های مولد القا کرده، الکتریسیته تولید میکند. پس از آن انرژی تولید شده به کمک شبکه انتقال و توسط تأسیسات انتقال که از پستها و خطوط انتقال فوق توزیع تشکیل میشوند وارد فاز توزیع شده تا از طریق آن به مصرفکنندگان نهایی برسد.فاز توزیع شامل چهار قسمت زیر است:مدارهای فوق توزیع که نیرو را از پستهای بزرگ انتقال به پستهای توزیع منتقل میکنند.
ترانسفورماتور پست فوق توزیع که ولتاژ فوق توزیع را به ولتاژ توزیع کاهش میدهد. - هر پست شامل سوئیچگیر مدار فوق توزیع، ترانسفورماتور، دستگاه تنظیم کننده، باس بار یا شینه ولتاژ توزیع، چندین فیدر متصل به باس بار و سوئیچگیر برای فیدر توزیع است. - اتاق کنترل مرکزی که به دادههای پست نظیر ولتاژ فیدر و مقدار بار دسترسی دارد و میتواند سوئیچگیر پست را قطع و وصل نماید.ترانسفورماتور توزیع که مشترکین را تغذیه مینماید، ولتاژ فیدر اولیه را به ولتاژ مصرف کاهش میدهد. این ترانسفورماتور میتواند با توجه به نوع سیستم توزیع، بهصورت هوایی یا در کیوسک نصب شود.در نهایت انرژی تولید و منتقل شده به کابل سرویس مشترکین میرسد و میتواند بهصورت هوایی یا زمینی، تکفاز یا سهفازمستقیماً از ترانسفورماتور یا باس بار ثانویه تغذیه شود. [1]
.3 اهمیت تلفات
تلفات توان و انرژی، ذاتاً موضوعاتی فنی هستند، اما در مباحث مربوط به مطالعات اقتصادی سیستمهای قدرت مطالعه میشوند. بهعبارتدیگر، برخلاف شاخصهای کیفیت توان و قابلیت اطمینان که در مباحث فنی نظام برنامهریزی سیستمهای قدرت ارزیابی میشوند، تلفات بهعنوان معیاری اقتصادی و در هنگام ارزیابی و مقایسه اقتصادی بین طرحهای مختلف موردتوجه قرار میگیرد.در کشورهای صنعتی از همان ابتدای شکلگیری صنعت برق یعنی سال 1900 میلادی مبحث تلفات موردتوجه قرار گرفت و تاکنون تلاشهای زیادی در این زمینه صورت گرفته و با ابداع روشهای مختلف و بهکارگیری آنها نتیجه خوبی نیزبهدست آمده است.
اگرچه میزان تلفات شبکه انتقال و توزیع در کشور ما نیز طی سالهای گذشته کاهش پیدا کرده، اما روند کاهش آن کند بوده و بهعلاوه بخش عمدهای از کاهش تلفات این دو شبکه که تاکنون محقق شده به سبب کاهش تلفات غیرفنی است و در زمینه کاهش تلفات تا حد مطلوب هنوز راه طولانی در پیش است. این مسأله خود ضرورت توجه به این امر را متوجه مسئولان و محققان میسازد.براساس نشریه آمار تفسیری صنعت برق کل تلفات در شبکه انتقال و توزیع به صورت متوسط 7601 میلیون کیلووات ساعت بیان شده است که میزان 13/9 درصد کل تولید را در بر میگیرد. اگر مصارف داخلی نیروگاه را هم به آن اضافه کنیم به عدد 20/5 درصد میرسیم.
همانطورکه عنوان شد این اعداد مقدار متوسط است و تلفات در پیک به مقداری حدود 30 درصد هم میرسد اما اگر همین 13/9 درصد را در نظر بگیریم، ضرری که از این سو به صنعت برق یک کشور تحمیل میشود، بالغ بر 600 میلیارد ریال در سال است. این مسئله نشان میدهد که هنوز تلفات با همه ابعادش شناخته شده نیست. به عنوان مثال تلفات چند کشور را در نظر میگیریم تا فاصله ما با بقیه کشورها مشخص شود:در سال 2012 تلفات شبکه توزیع ایران 23/2 درصد، در برزیل 18/8 درصد، ژاپن 5/3 درصد، ایتالیا 6/6 درصد و در ایالات متحده آمریکا 5/6 درصد بوده است. [2]علاوه بر زیانهای اقتصادی،تلفات انرژی از بُعد زیست محیطی و ملی نیز خسارات و هزینه هایی را بههمراه دارد، لذا بررسی و شناسایی مشکلات و اجرای راهکارهای اساسی در راستای کاستن آن، کاهش هزینهها را برای صنعت برق و کشور به ارمغان میآورد.
.4 انوع تلفات از دیدگاه فنی
بهطورکلی تلفات در سه گروه تلفات فنی، تلفات غیرفنی و تلفات تجاری دستهبندی میشوند. تلفات فنیاصطلاحاً به آن دسته از تلفات انرژی اطلاق میشود که بهطور مستقیم به حرارت تبدیل میگردند و عمدتاً به دلیل بهینه نبودن سیستم واجزاء آن بهوجود میآیند؛ درحالیکه تلفات غیرفنی به تلفاتی گفته میشود که بیشتر جنبه اندازهگیری و محاسباتی دارند. اما تلفات تجاری دارای ماهیتی متفاوت از دو نوع تلفات فنی و غیرفنی است و در واقع نوعی هدر رفتن مستقیم انرژی نیست؛ بلکه به آن دسته از زیانهای اقتصادی اطلاق میشود که در اثر قطع برق و یا مشکلات کیفیت توان دامنگیر تولیدکنندگان و مصرفکنندگان انرژی الکتریکی میگردد. از این میان اهمیت تلفات فنی به اندازهای است که در بسیاری از مواردشتباهاً به جای کل تلفات سیستم قدرت درنظر گرفته میشود. تلفات فنی مشتمل بر طیف وسیعی از انواع تلفات استو معمولاً در دو بخش انتقال و توزیع شبکه برق شکل میگیرد.
همانطور که در بخش 3 عنوان شد تاکنون راهکارهای متعددی جهت مقابله با مشکل تلفات شناسائی و مورد تجربه قرار گرفته است. این راهکارهاعمدتاً شامل اقداماتی است که باعث میگردد یک یا چند عامل تلفات کاهش پیدا کرده یا با دستیابی به فنون و نوآوریهای جدید علمی و کشف پدیده و یا خواص جدیدی در مواد، مصالح و ... این راهکارها افزایش مییابد. از آنجاکه برخی از تلفات ناشی از تلفیق دو و یا چند عامل است لذا انجام و بهکارگیری تعدادی از راهکارها میتواند اثربخشی بیشتری برای کاهش تلفات داشته باشد.روشهای مطالعه و بهبود تلفات را میتوان به دو گروه کوتاهمدت و بلندمدت تقسیم کرد. در روشهای بلندمدت از نظر آماری و در روشهای کوتاه مدت بهصورت فرمولی و عملی تلفات مورد بررسی قرار میگیرد ونهایتاً با استفاده از تلفیق این دو روش بهترین نتیجه حاصل میشود. درنتیجه راههای شناسایی، تشخیص و کاهش تلفات از جنبههای مختلفی بررسی میشوند. از مواردی که عموم متخصصین این حوزه در خصوص آن اتفاق نظر دارند می تواند به موارد زیر اشاره کرد:
•ایجاد تعادل و تعدیل بار کابلها و خطوط فشار متوسط و فشار ضعیف - اعمال مدیریت کنترل بار -
