بخشی از مقاله
چکیده
نصب یک واحد PMU در مسأله مکانیابی بهینه آن دارای اجزای هزینهای متعددی است. با وجود عوامل متعدد هزینهای، در مطالعات جایابی انجام شده تاکنون تنها به بخش اصلی هزینه یعنی هزینه نصب اولیه پرداخته شده است و تابهحال فرمولبندی جامعی دربردارنده تمام اجزای هزینهای مهم مسأله ارائه نگشته است. این مقاله با ارائه فرمولبندی جامعی سعی در انجام این مهم خواهد داشت. مدل پیشنهادی با انجام اصلاحاتی بر روی مدلهای قبلی، علاوه بر هزینه نصب اولیه، هزینههای مربوط به کانالهای اضافی، تعمیرات و نگهداری و همچنین هزینه تقویت و یا ایجاد زیرساخت مخابراتی در پست محل نصب را نیز در نظر خواهد گرفت.
همچنین مدل پیشنهادی به گونهایست که تعداد کانال-های PMU نصب شده در هرشین مستقل از سایر شینها و براساس نیاز میباشد. مدل پیشنهادی یک مدل برنامهریزی خطی ترکیبی عددصحیح - MILP - میباشد که تضمین کننده همگرایی در شبکه-های بزرگ واقعی است. نتایج پیادهسازی روش روی سیستمهای آزمایشی IEEE شامل سیستمهای 9 ، 14 و 24 شین و همچنین سیستم واقعی 55 شین شبکه انتقال برق منطقهای تهران نشاندهنده کارائی روش در یافتن پاسخ بهینه با حداقل هزینه و در عین حال با در نظر گرفتن تمام اجزای هزینهای مسأله میباشد.
-1 مقدمه
شبکه هوشمند از جدیدترین تکنولوژیهای روز دنیا و حاصل سعی و تلاش متخصصین جهت مدرنیزه نمودن شبکه برق-رسانی موجود است. اصلیترین هدف این شبکه، تأمین برق مطمئن و پاسخگویی به نیازهای رو به رشد مشتریان با کمترین هزینه و با در نظر داشتن عوامل متعدد از جمله کیفیت توان، مسائل زیست محیطی و ... میباشد .[Amin et al, 2005] یکی از اصلیترین نیازمندیهای شبکه هوشمند اندازهگیری و پایش شبکه میباشد. از جمله مطرحترین تکنولوژیهای پایش و اندازهگیری در شبکه هوشمند، سیستم اندازهگیری ناحیه گسترده - WAMS - 1 میباشد Karlsson et al, ] .[2004 این سیستم از اطلاعات اندازهگیری شده توسط واحدهای اندازهگیری فازور - PMU - 2 استفاده میکند.
PMU ابزاری است که با مرجع قرار دادن پالسهای ماهواره GPS میتواند وضعیت فازورهای ولتاژ و جریان تمام شبکه را با دقت یک میکروثانیه نشان دهد. از آنجایی که برای پالسهای GPS مرجع زمانی وجود دارد، اندازهگیریهایی که PMU انجام میدهد شامل اندازه و فاز هر متغیر شبکه میباشد؛ در حالیکه در سیستم کنترل و اکتساب داده نظارتی3 - SCADA - اثری از حضور زاویهی متغیرها نیست. این عامل سبب میشود تا تخمین حالت بهتری از شبکه وجود داشته باشد و در نتیجه اختلالاتی که در شبکه به وجود میآید به دلیل وجود اطلاعات کاملتر از شبکه، دقیقتر و سریعتر پایش شود .
[Phadke et al, 2008] در کنار این کاربرد که مهمترین کاربرد PMU میباشد، از PMU برای اهداف دیگری مانند محلیابی خطا در خطوط انتقال، حفاظت ناحیه گسترده، پایش امنیت ولتاژ و کنترل شبکه قدرت نیز استفاده میشود [Bush et al, 2013] و .[Bevrani et al, 2014] از جمله مسائل مهمی که در مورد این تجهیز - مانند تجیهزات دیگر شبکه - وجود دارد، محل قرار گرفتن آن در شبکه است. سادهترین راه اینست که PMU در کلیه شینها نصب گردد تا در هر لحظه فازورهای ولتاژ و جریان کلیه شینها و شاخههای شبکه اندازهگیری شوند.
در اینصورت بدون نیاز به هر گونه محاسبات، میتوانیم وضعیت واقعی شبکه را داشته باشیم. بدیهی است چنین طرحی قابل اجرا نیست؛ چرا که اولاً هزینههای آن بسیار زیاد خواهد بود. ثانیاً نصب و بهرهبرداری از PMU نیاز به ساختارهای مخابراتی دارد که عملیاتی کردن آن برای چنین گستره وسیعی- شبکه سراسری قدرت- کار مشکلی است. ثالثاً نیازی به نصب PMU در تمام شینها وجود ندارد، زیرا با استفاده از قوانین مداری برای تعداد متغیرهای معلوم شبکه، نیاز به تعداد مشخصی از اندازهگیریها میباشد و در واقع اگر در همه شینها PMU نصب شود، میتوان درستی این قوانین را تأیید نمود .[Aminifar et al, 2010] با توجه به مطالب مذکور لازم است روشی برای تعیین محل بهینه نصب PMU ارائه شود.
مسأله جایابی بهینه PMUذاتاً یک مسأله غیرخطی پیچیده سطح بالا با فضای جواب های ممکن 2N برای یک سیستم قدرت N شینه میباشد. در یک نگاه کلی روشهای محلیابی بهینه نصب PMU دارای دو دیدگاه هستند. در دیدگاه اول، محلیابی طوری انجام میشود تا مجموع اندازهگیریها و محاسبات، کلیه متغیرهای حالت شبکه را مشخص کنند. در اینصورت اصطلاحاً مشاهدهپذیری کامل بدست آمده است [Abur and Magnago, 1999]، [Magnago and Abur, 2000] و .[Chakrabarti et al, 2008] در دیدگاه دوم، برای کاهش هزینهها و با توجه به اهداف استفاده از PMU لازم نیست که شبکه کاملاً مشاهدهپذیر باشد؛ بلکه با تعریف معیارهایی میتوان شینهای با اهمیت را شناسایی و آنها را همواره پایش نمود.
در این شرایط اصطلاحاً مشاهدهپذیری ناکامل وجود دارد [Chakrabarti et al, 2009]، Nuqui and ] [Phadke, 2005 و .[Manousakis et al, 2005] برای اجرای دو دیدگاه فوق معیارهای متفاوتی وجود دارد. همچنین حل معادلات بهینهسازی از طریق الگوریتمهای متفاوتی مانند روشهای حل کلاسیک [Gou, 2008] و Dua et al, ] [2006، الگوریتم ژنتیک [0DU Q HW DO, 2003]، تجمع ذرات [Ahmadi et al, 2011]، جستجوی ممنوعه Peng ] [et al, 2006 و ... انجام میشود.
ساختار نوعی یک واحد PMU نصب شده در پست در شکل - 1 - نمایش داده شده است .[Aminifar et al, 2011] هزینههای یک واحد PMU علاوه بر هزینه نصب اولیه - سرمایهگذاری - ، دربردارنده اجرای متعدد دیگری از جمله هزینه تعداد کانالهای اندازهگیری، هزینه CT، PT و اتصالات آنها، هزینه اتصال زمین پست، هزینه آنتن GPS و اتصالات آن میباشد. علاوه بر موارد فوق، زیرساخت مخابراتی پستهای مختلف با هم متفاوت بوده و این مسأله ممکن است سبب تحمیل هزینههای نصب اضافی جهت ایجاد یا تقویت زیرساخت مخابراتی در پستهای با محدودیت ذکر شده گردد.
از میان هزینههای ذکر شده در بالا، هزینههای مربوط به CT، PT و اتصالات آنها، اتصال زمین پست، آنتن GPS و اتصالات آن در نصب هر PMU وجود داشته و برای همه PMUها یکسان میباشد؛ اما هزینههای مربوط به تعداد کانال-های اضافی و ایجاد یا تقویت زیرساخت مخابراتی وابسته به مکان نصب و ویژگیهای خاص محل بوده و در نصب PMUها متفاوت میباشد. همچنین هزینه تعمیرات و نگهداری مقداری متغیر و وابسته به تعداد کل PMUهای نصب شده میباشد.
با وجود عوامل متعدد هزینهای ذکر شده در بالا، در مطالعات جایابی انجام شده تاکنون تنها به بخش اصلی هزینه یعنی هزینه نصب اولیه پرداخته شده است. در میان هزینههای جانبی متغیر عنوان شده در بالا شامل هزینه تعداد کانالهای اضافی، هزینه ایجاد یا تقویت زیرساخت مخابراتی و هزینه تعمیرات و نگهداری از جمله موارد مهمی میباشند که در کنار هزینه نصب اولیه PMU، نقش بسیار مهمی در تصمیمگیری و انتخاب طرح مکانیابی بهینه خواهند داشت.
