بخشی از مقاله
خلاصه
بدلیل پیچیدگی سیستم قدرت تجدید ساختار شده،کاهش هزینه واحد های تولیدی بسیار حائز اهمیت است تا با بررسی و ارائه راه حل مناسب برای نگه داشتن سیستم در حالت ماندگار پس از هر اغتشاشی بهترین راه حل را با توجه به نوع اغتشاش مورد نظر پیشنهاد و اجرا کرد. اما تنها مسائل فنی ما را همواره به بهترین نقطه نمی رسانند بنابراین باید در نظر داشت که در مسیری که کیفیت توان را لحاظ می کنیم مسائل اقتصادی مد نظر قرار گیرند، چنانچه از ابتدا طوری سیستم قدرت تجدید ساختار شده را طراحی کنیم که واحدهای تولیدی توان اکتیو و راکتیو انتخاب شده، تلفات را همواره در سیستم حداقل و ولتاژ در تمامی شین ها را یکسان و به اندازه بهینه نگه دارند در این صورت باید با حداقل هزینه نقاط بهینه بدست آمده باشند.
در ابتدا روش های بررسی پروفیل ولتاژ و تلفات در سیستم قدرت تجدید ساختار شده تشریح شده، سپس با یادگیری چگونگی بدست آوردن نقطه بهینه و الگوریتم های بهینه سازی به این نتیجه می رسیم که چنانچه از الگوریتم آموزش و یادگیری و پخش بار با روش نیوتن رافسون استفاده شود ما نقطه بهینه را با رعایت مسائل فنی و اقتصادی بدست آورده ایم.
کلمات کلیدی: بهینه سازی، هزینه، تجدید ساختار، الگوریتم آموزش و یادگیری.
مقدمه
تعیین کردن نقطه بهینه عبارت است از یافتن مناسب ترین جواب یک مساله با در نظر گرفتن شرایط معین. با این توضیح یک عبارت ریاضی زمانی بهینه می گردد که بتوان مقادیر متغییرهای آن را تا حد امکان - که وابسته به شرایط فیزیکی آن ها است - به نحوی مشخص کرد که مقدار آن بیشینه یا کمینه گردد. بهینه سازی را همچنین می توان به عنوان یک ابزار ریاضی برای پیدا کردن بهترین استراتژی جهت انجام یک کار مشخص از بین چندین روش بهینه سازی دانست که در تمام زمینه های کاربردی از مهندسی تا علم اقتصاد استفاده می شوند.
مسائل تصمیم گیری شامل انتخاب بین چندین حالت مختلف بوده و هدف ما از این انتخاب، بدست آوردن بهترین حالت تصمیم گیری ممکن می باشد. معیار اندازه گیری هر یک از این حالت های انتخابی یک تابع هدف است. در اینجا تابع هدف هزینه واحدهای تولیدی است که با بدست آوردن نقطه بهینه آن به بهره بردار مستقل شبکه کمک می کنیم که پایداری سیستم قدرت تجدید ساختار شده با حداقل هزینه تضمین نماید. در نظریه بهینه سازی و روش های موجود آن سعی می شود بهترین حالت از بین مجموعه شرایط ممکن برای انتخاب، توسط تابع هزینه تعیین شده بدست آید.
شرایط اقتصادی در دنیا، صنعت برق را به یک بازار رقابتی انرژی مبدل نموده است که تحت عنوان صنعت برق تجدیدساختارشده از آن یاد می شود. در صنعت برق تجدید ساختار شده، اپراتور مستقل سیستم موظف به فراهم نمودن پایداری سیستم است. حوزه بهینه سازی در سال های اخیر بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است، یکی از دلایل این امر سرعت پیشرفت فناوری های کامپیوتری می باشد، که نتیجه آن پیشرفت و توسعه نرم افزار های کاربر پسند می باشد.
از سوی دیگر تنوع و پراکندگی اسمی و نحوه عملکرد الگوریتم های بهینه سازی جدید کاربران را با مشکل انتخاب و درک صحیح از کاربرد آن ها رو به رو کرده است. طراحی، ساخت و نگهداری هر سیستم مهندسی نیازمند تصمیمات تکنولوژی و مدیریتی بسیاری است که در چندین مرحله گرفته می شوند، هدف نهایی اینگونه تصمیمات کمینه کردن تلاش لازم و یا بیشینه کردن سود مورد نظر است. تلاش لازم یا سود مطلوب در هر موقعیت را می توان به صورت تابعی از متغییرهای تصمیم گیری بیان کرد.
در بررسی الگوریتم های بهینه سازی همگرایی و عملکرد دو معیار مهم به حساب می آیند. بعضی از این الگوریتم ها با وجود آنکه از همگرایی مناسبی برخوردار هستند ولی ممکن است عملکرد ضعیفی داشته باشند، یعنی فرآیند بهبود آن ها از کارایی و سرعت لازم برخوردار نباشند. لذا تاکنون مطالعات بسیاری در این زمینه انجام شده است،گروهی از این پژوهش ها با ارائه روش های جدید و یا اعمال الگوریتم های بهینه سازی تکاملی به مساله سعی در بهبود جواب ها داشته اند.
استفاده از الگوریتم ژنتیک، الگوریتم گروه ذرات یا پرندگان، از جمله مطالعات انجام شده در این زمینه است. در این مقاله از الگوریتم آموزش و یادگیری برای کاهش هزینه واحد های تولیدی درسیستم قدرت تجدید ساختار شده استفاده می گردد، باید بدانیم برای بررسی صحیح تابع هزینه درسیستم قدرت تجدید ساختار شده ابتدا پخش بار را از چه روشی محاسبه کنیم تا در پی آن با استفاده از انتخاب صحیح الگوریتم های فراابتکاری برای محاسبه پخش بار به نقطه مطلوب برسیم.
درگذشته برای بدست آوردن اندازه ولتاژ و تلفات از روش های متداول پخش بار شامل گوس سایدل، نیوتن رافسون، و پخش بار DC در سیستم قدرت استفاده گردیده با تحقیق و محاسبات مختلف با نرم افزار متلب و الگوریتم های کاربردی در شبکه قدرت می خواهیم در این پژوهش به نتایجی برسیم تا متوجه شویم از بین روش های پخش بار کدام با بهترین الگوریتم بهینه سازی در زمینه قدرت سازگاری دارد، بنابراین در ابتدا با مقایسه روش های مختلف پخش بار متوجه می شویم کدام روش پخش بار دارای سرعت و همگرایی بهتری است سپس تعیین می کنیم کدام الگوریتم فراابتکاری جهت محاسبات روش پخش بار مورد نظر، ما را به نقطه بهینه می رساند.
الگوریتم گروه ذرات یا پرندگان ، الگوریتم آموزش و یادگیری و الگوریتم ژنتیک برای محاسبات پخش بار مناسبند. اما پس از محاسبات مختلف به این نتیجه می رسیم که کدام یک ما را به نقطه بهینه می رساند.در الگوریتم اجتماع ذرات یا پرندگان تمام اعضای جمعیت در ارتباط با یکدیگرند و از طریق تبادل اطلاعات به حل مساله می پردازند. این الگوریتم از رفتار گروهی جانوران مانند ماهی ها و یا پرندگان طراحی شده است. الگوریتم آموزش و یادگیری یکی از جدیدترین الگوریتم های بهینه سازی تکاملی است که بر اساس مدل سازی تدریس معلم در کلاس بنا نهاده شده است.
تا به حال از الگوریتم ژنتیک که بر پایه زاد و ولد و انتخاب پدر ، مادر و فرزندان است در زمینه پخش بار استفاده شده اما چون دو الگوریتم اجتماع ذرات و آموزش و یادگیری در زمینه سیستم قدرت ما را به نقاط بهتری هدایت می کنند و جدید تر هستند بعد از معرفی هر دو الگوریتم با هم مقایسه می شوند که هر کدام به چه دلیل در محاسبات سیستم قدرت تجدید ساختار شده اپراتور مستقل سیستم را بهتر یاری می سازند.
در ابتدا به مطالعه پخش بار در سیستم قدرت می پردازیم تا با مشخص شدن بهترین راه حل بتوانیم در سیستم قدرت تجدیدساختار شده با الگوریتم های متفاوت بررسی بهینه در زمینه اندازه ولتاژ شبکه داشته باشیم. در ادامه بخش دوم ، الگوریتم اجتماع ذرات و چگونگی کاربرد آن در بدست آوردن حداقل هزینه تولیدی واحدها ، در بخش سوم الگوریتم آموزش و یادگیری در تعیین نقطه بهینه هزینه ، در بخش پنجم نتایج شبیه سازی توسط منحنی مشخصه همگرایی و جداول و در نهایت نتیجه گیری ارائه می گردد.
مطالعه پخش بار
روند جاری شدن توان از تولید کننده به مصرف کننده را پخش بار گویند.که تفاوت محاسبات مداری در سیستم قدرت وجود دارد زیرا در یک مدار الکتریکی با مشخص بودن گره ها و جریان های کل، مدار قابل درک و حل است اما در سیستم قدرت برای محاسبه اندازه ولتاژ و زاویه هرشین، توان اکتیو و راکتیو تولیدی و مصرفی عوامل مختلفی از جمله ضریب توان، تولید کننده و مصرف کننده بودن هر شین باید در نظر گرفت تا تمام المان های سیستم مشخص شوند. ملاحظه می گردد P مقدار توان تولیدی که از سمت ژنراتور به سمت بارها در حال شارش است، N تعداد گره ها، Bus تعداد شین و Load بارهای سیستم قدرت مورد نظر هستند.
شمای پخش بار
اولین هدف پخش بار در سیستم قدرت بدست آوردن نحوه شارش توان در شبکه قدرت و دومین هدف آن تعیین معادلات پخش بار و ورودی سیستم که مانند قوانین kvl,kcl در مدار نمی باشند. در معادلات پخش بار ورودی از جنس مختلف که شامل توان اکتیو - P - و توان راکتیو - Q - همچنین اندازه ولتاژ V و زاویه ولتاژ می باشند. در این صورت خروجی در سیستم قدرت همنام ورودی ها ست که با معادلات پخش بار محاسبه می گردد بنابراین ورودی ها و خروجی ها در معادلات پخش بار با معادلات گره مداری متفاوت است.
معرفی کردن بار در سیستم قدرت تا مداری فرق می کند و بر اساس وات،کیلووات و.... می باشد. المان قدرت بر مبنای توان بررسی می گردد که با توجه به تجهیز واحد آن مشخص می شود، به طور مثال ترانس براساس کیلوولت آمپر و بار بر اساس کیلووات یا لامپ بر اساس وات.نکاتی که همواره در مطالعه پخش بار باید بدان توجه ویژه کرد:بدست آوردن نحوه شارش توان نیروگاه ها در شبکه قدرت.ورودی به معادلات شبکه از یک جنس نیستند.
در سیستم قدرت همواره می خواهیم رفتار شبکه، DC باشد زیرا در این حالت تلفات به حداقل خود می رسد و اندازه ولتاژ همواره یک پریونیت و مقاومت سیستم قدرت صفر است. در حقیقت طراحی و توسعه آینده شبکه قدرت با توجه به رشد بار و لزوم اضافه کردن ژنراتورها، ترانسفورماتورها و خطوط جدید در سیستم بدون مطالعه پخش بار امکان پذیر نمی باشد . همچنین مطالعه پخش بار نقش اساسی را در بررسی وضعیت فعلی یک سیستم و تصمیم گیری در مورد بهترین شرایط بهره برداری از آن را بعهده دارند. به طور کلی محاسبه پخش بار حل یک سیستم قدرت در حالت ماندگار و متقارن است.
