بخشی از مقاله
چکیده:یکی از روشهای بهبود شاخصهای کیفیت توان و کاهش تلفات سیستم استفاده از خازنهای موازی میباشد. اما مسئلهای که وجود دارد انتخاب اندازه و مکان بهینه این خازنها میباشد. اگر بانکهای خازنی به درستی انتخاب نشده و در سیستم قدرت جایابی نشوند میتواند این هارمونیکها تقویت شده و در شبکه پخش شوند و کیفیت توان را به سطوح غیرقابل قبول برسانند. بنابراین تحلیل، شبیهسازی و انتخاب بهینه بانکهای خازنی تحت شرایط هارمونیکی در شبکههای توزیع مورد نیاز است.
در این مقاله روشی بر پایه الگوریتم PSO برای مکانیابی و اندازه بهینه بانکهای خازنی ثابت در شبکههای توزیع شعاعی در حضور ولتاژ و جریانهای هارمونیکی ارائه میگردد. این الگوریتم برای دو تحلیل هارمونیکی خطی و غیرخطی پیادهسازی میشود. در حالت اول از روش نیوتن رافسون برای انجام پخش بار استفاده شده و بارهای غیرخطی به صورت جزئی مدل میگردد. در این روش، روابط حاکم بر الگوریتم پخش بار نیوتن – رافسون برای لحاظ نمودن بارهای غیرخطی، تغییر داده میشوند.
در حالی که در حالت دوم از روش جاروب پسرو – پیشرو استفاده شده و بارهای غیرخطی به صورت منابع جریان در نظر گرفته میشوند. در این روش که به نام روش تزریق جریان نیز شناخته میشود، بارهای غیرخطی در هارمونیکهای مختلف به صورت منابع جریان سینوسی با فرکانس هارمونیک مربوطه در نظر گرفته میشود. دامنه و زاویه فاز این منابع جریان مستقل از شکل موج ولتاژ در نظر گرفته شده و هارمونیکهای مرتبههای مختلف به صورت مجزا محاسبه میگردند.
از الگوریتم PSO برای حل مسئله بهینهسازی مکان و اندازه خازنهای موازی ثابت در حضور هارمونیکهای جریان و ولتاژ استفاده خواهد شد. تلفات انرژی و توان در نتیجه نصب خازن و هزینه نصب خازن به عنوان توابع هدف در نظر گرفته می-شوند. نتایج شبیهسازی برای شبکههای توزیع 18 و 33 باسه استاندارد IEEE با استفاده از این روش ارائه میگردد که باعث کاهش قابل ملاحظه در هزینه تلفات و نصب خازن شده است.
مقدمه
اکثر مصرف کنندگان انرژی الکتریکی علاوه بر توان اکتیو، کم یا بیش توان راکتیو هم مصرف میکنند. توان اکتیو یا همان توان حقیقی باید در نیروگاه تولید گردد در صورتی که توان راکتیو میتواند در نیروگاه یا در محلهای دیگر تولید شود. مناسبترین و ارزانترین وسیله برای تولید توان راکتیو در محلهای غیر از نیروگاه، خازنهای موازی میباشند. مسئله اصلی در استفاده از خازن در شبکه توزیع جایابی و مقداریابی آن است، به نحوی که سود حاصل از جایگذازی خازن بیشینه گردد.
در برخی مقالات اخیر، وجود ولتاژ هارمونیکی برای حل مسئله جایابی خازن در نظر گرفته شده است. روشهای بهینهسازی ریاضی ارائه شده شامل جستجوی جامع [ 1] ، تغییرات محلی [2]، برنامهریزی ترکیبی غیرخطی عددی [3 ]، روشهای ابتکاری [4]، انتخاب حساسیتهای حداکثر [ 5 ]، نظریه مجموعه فازی [6 ] و الگوریتم ژنتیک [7] میباشند. برخی از این مطالعات تزویج بین ولتاژها و جریانهای هارمونیکی را در نظر نمیگیرند.
بیشتر روشهای ذکر شده فوق سریع هستند اما قادر به رهایی از حلهای بهینه محلی نیستند. الگوریتم تبرید شبیهسازی شده - SA - 1، جستجوی ممنوعه - TS - 2 و ژنتیک سه روش بهینه-سازی کلی هستند که توانایی خوبی در مکانیابی خازن از خود نشان داده اند [8 ] اما بار محاسباتی آنها بالا است. الگوریتم بهینهسازی تجمعی ذرات یکی از مهمترین الگوریتمهایی است که در حوزه ی هوش جمعی جای میگیرد. با تولید یک جمعیت اولیه تصادفی شروع میشود، PSO یک جمعیت بر اساس ابزار شبیه سازی است که برای اولین بار توسط آقای کندی3 و ابرهات4 ارائه شد.
الگوریتم PSO به صورت موفقیتآمیزی برای حل مسائل پیچیده مهندسی نظیر حداقلسازی تابع غیرخطی [10]، مکانیابی بهینه خازنها در شبکه توزیع [ 11]، سیستمهای دینامیکی و نظریه بازی [12] و مسائل بهینهسازی چند هدفه استفاده شده است. در این مقاله، الگوریتم PSO با تابع هدف جدید برای تعیین مکان و اندازه بهینه خازن مورد استفاده قرار میگیرد که علاوه بر خازنهای ثابت تاثیرات هارمونیکی نظیر تلفات، رزونانس و ضریب اعوجاج با حضور بارهای غیرخطی را در نظر میگیرد. پیادهسازی تحلیل هارمونیکی به دو صورت غیرخطی و خطی خواهد بود.
در حالت غیرخطی از روش نیوتن رافسون برای انجام پخش بار استفاده میگردد در حالی که در حالت خطی روش پخش بار جاروب پسرو / پیشرو مورد استفاده قرار می-گیرد. محدودیتهای عملیاتی و کیفیت توان شامل حدود ولتاژ شینها، محواتی هارمونیکی کل و تعداد/اندازه خازنهای نصب شده نیز در نظر گرفته میشود. در روش پیشنهاد شده، برازندگی هر تعداد/اندازه خازن نصب شده و ولتاژ برای هر جمعیت بر اساس محدودیتها تعریف میشود. توابع جریمه اعمال شده سطح ارضای محدودیتها را نشان میدهد و با اندیس هزینه - تابع هدف - برای تعیین تابع تناسب استفاده میشود. این توابع جریمه برای محاسبه تابع تناسب استفاده میشود در حالی که عدم قطعیتهای تصمیمگیری بر پایه محدودیتها و توابع هدف را در نظر میگیرد .
این مقاله به صورت زیر سازماندهی میشود در بخش دوم نحوه فرمول بندی، تابع هدف و قیود در نظر گرفته شده برای مسئله جایابی بهینه خازن در شبکه توزیع تعریف میگردد. و در ادامه الگوریتم PSO معرفی میگردد و در بخش سوم نیز نتایج حاصل از حل مسئله بهینه سازی با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات - PSO - ارائه شده و نتایج تحلیل میگردد. در انتها نیز نتیجهگیری و پیشنهادات آورده خواهد شد.
