بخشی از مقاله
چکیده
مسئله جایابی بهینه خازن در شبکه های توزیع، بهمنظور کاهش تلفات انرژی, کاهش تلفات در پیک مصرف, آزادسازی ظرفیت KVA تجهیزات نصب شده در سیستم توزیع و نیز بهبود پروفیل ولتاژ, یکی از مسائل مهم و قدیمی در بهره برداری مؤثر از سیستم توزیع میباشد. در این مقاله یک روش ابتکاری برایجایابی خازنهای ثابت در سطح فشارضعیف ارائه شده است و مزایای آن نسبت به روشهای مرسوم که در حال حاضر در شرکتهای برق منطقهای بکار گرفته میشود بیان گردیده است. در این روش ابتدا متوسط جریان راکتیو سالانه ابتدای فیدر, تعداد مشترکین
متصل به پایه های فشار ضعیف و اطلاعات الکتریکی فیدر فشار ضعیف جمعآوری شده و سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک, محل بهینه خازنها تعیین میگردد. نتایج حاصل از اجرای این روش بر روی یک فیدر نمونه نیز ارائه شده و با نتایج روش تحلیلی معرفی شده در مرجع [2] مقایسه گردیده است.
واژههای کلیدی: خازنگذاری, شبکه توزیع فشار ضعیف، تلفات انرژی، الگوریتم ژنتیک
- 1 مقدمه
مطالعات نشان می دهد که حدود %13 از توان تولید شده در سیستم قدرت بصورت تلفات اهمی در بخش توزیع تلف میگردد.[1] جریانهای راکتیو درصدی از این تلفات را به خود اختصاص میدهند وبا افزایش جریان راکتیو بارها, تلفات سیستم نیزافزایش مییابد. نصب مناسب خازنها با جبران بخشی از جریان راکتیو مصرفی, علاوه بر کاهش تلفات انرژی و تلفات پیک مصرف, میتواند باعث آزادسازی ظرفیتKVA تجهیزات نصب شده در سیستم توزیع و نیز بهبود پروفیل ولتاژ گردد و در عین حال میتواندبیشترین منافع اقتصادی را نیز دربر داشته باشد. روشهای جایابی بهینه خازن به چهار گروه اصلی تحلیلی, برنامه ریزی عددی, ابتکاری و هوش مصنوعی دستهبندی میشوند.[1]
پرکاربردترین این روشها، روش تحلیلی است. این روش فرض میکند که فیدر فاقد شاخههای فرعی است؛ سطح مقطع آن در تمام بخشها یکسان است و همچنین بار بصورت یکنواختو پیوسته در طول فیدر توزیع شده است.[2] روشهای تحلیلی، به اطلاعات کمی از سیستم توزیع نیاز دارند وبکارگیری آنها در عمل بسیار آسان است. از اینرو، باوجود فرضیات غیرواقعی موجود در آنها هنوز تعدادیاز شرکتهای برق منطقهای، اساس برنامههای جایابی خازن خود را بر این قانون بنا نهادهاند[3] و پارهای از کارخانجات سازندۀ خازن، این قانون را در راهنمای کار محصولات خود، توصیه میکنند.[4] معروفترین نتیجه روش فوق قانون " " 3 است.
بر اساس این قانون: "برای کسب بیشترین کاهش در تلفات، باید خازنی با قدرت 3 توان راکتیو کشیده شده از ابتدای فیدر، درمحلی به فاصله 3 طول فیدر, نسبت به ابتدای فیدر نصب گردد". فرضیات ساده کننده در روش فوق,به طور حتم باعث ایجاد خطا در کسب بهترین نتیجهمیگردند. مرجع [5] نشان میدهد که چگونه اعمال قانون" " 32 میتواند حتی باعث افزایش تلفات گردد!در مقاله حاضر با حذف فرضیات غیر واقعی، از مدل ارائه شده در روش تحلیلی مرجع [2]، رابطه تلفات توان بگونهای بسیار دقیقتر بدست می آید وبدین ترتیب عمل جایابی خازن با دقت بالاتری صورت میگیرد. از طرفی این افزایش دقت تا جایی صورت گرفته است که گردآوری اطلاعات مورد نیاز ازشبکه و بارهای سیستم توزیع عملاً امکانپذیر واقتصادی باشد.
از اینرو میتوان گفت، مدل ارائه شده برای فیدر در این مقاله، دقیقترین مدلی است که درسیستمهای توزیع فشار ضعیف - با وجود وسعت بسیار زیاد آنها و تغییرات نامعلوم و مداوم بارها - میتواندبکار گرفته شود.در این مقاله پس از ارائه مدل فوق، و بسط روابط تلفات توان، به جایابی خازن بر اساس کمینه کردن تلفات انرژی پرداخته شده است. حل مسأله بهینهسازی مربوطه توسط الگوریتم ژنتیک انجام میشود.جریان فیدر، بعلت تغییرات بارها، در طول زمان تغییر مینماید. در بخش - - 9 این مقاله نشان داده میشود که در این حالت، برای حل مسأله جایابی خازن - بهمنظور کمینه سازی تلفات- »مقدار متوسط جریان راکتیو ابتدای فیدر« مورد نیاز میباشد.در انتها با استفاده از یک مثال موردی، کارآییروش ارائه شده، به نمایش درآمده است.
-2 چگونگی تاثیر خازن بر کاهش تلفات
به منظور بررسی نحوۀ تأثیر خازن بر کاهش تلفات,فیدر سادهای مطابق شکل - 1 - در نظر گرفته شده است:در این شکل تلفات توان اهمی فیدر قبل از نصبخازن برابر است با:که در آن R مقاومت مسیر فیدر و IL اندازۀ فازور جریان بار و ϕ اختلاف فاز بین جریان و ولتاژ بارمیباشد. پس از نصب خازن داریم :و به این ترتیب میزان تغییر در تلفات توان، بانصب خازن از رابطه زیر بدست میآید:از رابطه - 3 - ملاحظه میشود که تغییر حاضر درمیزان تلفات، تابعی ازجریان راکتیو بار - IL sinφ - است و جریان اکتیو بار - IL cosφ - نقشی در کاهش تلفات ندارد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که نصب خازن تاثیری بر تلفات ناشی از جریان اکتیو فیدرندارد، و فقط بر تلفات ناشی از جریان راکتیو فیدر - یا بطور خلاصه تلفات جریان راکتیو فیدر - تأثیرگذاراست. ازاینرو در مسئله خازنگذاری، کمینه سازی تلفات فیدر، با کمینه سازی تلفات راکتیو فیدر متناظر است.
-3 مدل فیدر
همانگونه که اشاره گردید مدل فیدر در روشهای تحلیلی به صورتی بسیار ساده در نظر گرفته شده است.در جایابی خازن بر اساس این مدل، اطلاعات مورد نیاز فیدر حداقل بوده و نیازی به داشتن سطح مقطع فیدر در قسمتهای مختلف، نوع و تعداد مشترکین متصل به فیدر، فاصله پایهها از یکدیگر و اطلاعات جزئی از این قبیل نیست و فقط دانستن جریان ابتدای فیدر برای این کار کفایت میکند. بعلت دست به گریبان بودن شرکتهای برق منطقهای با مشکلات جمعآوری اطلاعات، تاکنون عموماً عملیاتخازنگذاری بر مبنای این مدل صورت گرفته است. ازطرف دیگر این مدل، روشی ساده و قابل اجرا در محل را به صورت یک »دستورالعمل« در اختیار میگذارد، به گونهای که اپراتور با در دست داشتن یک »دستورالعمل نصب خازن« به محل مراجعه کرده و پس
از اندازهگیری جریان ابتدای فیدر، از روی دستورالعمل محل نصب خازنها را تعیین مینماید.
این همزمانی جمعآوری اطلاعات با عمل نصب خازن نیز عاملی دیگر برای محبوبیت روش و مدل فوق میباشد. عموماً فیدرها دارای شاخه های فرعی میباشند. ازطرفی توزیع بار روی فیدر به طور یکنواخت نبوده، واز آنجاکه بارها فقط به پایهها متصلند، پیوسته بودن توزیع بار نیز فرضی غیر واقعی است. سطح مقطعهادیها نیز در طول فیدر یکسان نیست. این فرضیات غیر واقعی عدم دقت زیادی را در مسأله ایجاد میکند.ازاین رو در مدلی که در این مقاله پیشنهاد شده و در ادامه ملاحظه خواهد شد، این موارد در نظر گرفته شده، و سعی گردیده که تا جایی که جمع آوری اطلاعات عملی و اقتصادی باشد از مدلی واقعیتر استفاده شود.البته مدل بار و فیدر می تواند باز هم پیچیدهتر شودتا پاسخ دقیقتری از مسئله بدست آید.
این موارد عبارتند از: لحاظ کردن عدم تقارن سه فاز، استفاده ازمدلZIP بارها، لحاظ کردن مشخصهها و رفتارهای هارمونیکی آنها و غیره که البته بدست آوردن اطلاعاتیتا این حد دقیق مستلزم مطالعات فراوان روی بارهای متصل به فیدر، و از طرفی افزایش شدید حجم و زمان انجام محاسبات و هزینه جمعآوری اطلاعات میباشد.این موضوع باعث غیر عملی شدن مدلهای فوقگردیده و از این رو فقط در کارهای آکادمیک ملاحظه میشوند. از طرفی بعلت تغییر بارها و مشخصههایشان، از مدلهای فوق باید به نحوی متوسطگیری شود و یاباید به چند حالت طبقهبندی شوند. بدین ترتیبمیتوان ملاحظه کرد که لحاظ کردن آنها عملاً نمیتواند بمقدار زیادی به دقت پاسخ مسئله بیافزاید - حداقل در برابر هزینههایی که برای مدلسازی وجمعآوری اطلاعات باید متحمل شد ارزشی ندارد - .
-4 مدل پیشنهادی برای فیدر
در شکل - 2 - یک فیدر نوعی فشار ضعیف نمایش داده شده است. گرههای مشخص شده بر روی فیدر نمایش دهندۀ پایههای فشار ضعیف است. سطح مقطع و طول هادیهای بین هر دو پایه میتواند متفاوت از تکههای دیگر باشد. بارها فقط از پایهها منشعب میشوند و از این رو پروفیل بار و جریان بر روی فیدر به صورت گسسته خواهند بود
