بخشی از مقاله
چکیده - یافتن تعداد و مکان بهینه ادوات حفاظتی اهمیت بسزایی در افزایش قابلیت اطمینان و هزینههاي سرمایهگذاري در شبکههاي توزیع دارد. در این مقاله با استفاده از ترکیب شاخصهاي مختلف قابلیت اطمینان، تابع هدف جامعی تعریف شده است که با کمک این تابع ترکیبی، مکان بهینه ادوات حفاظتی از دید مشتريها و از منظر انرژي مصرف نشده سیستم، بدست خواهد آمد. از طرف دیگر اختلاف هزینه حاصل از خرید، نصب و نگهداري کلیدها و سود سیستم، ناشی از تغییر در انرژي مصرف نشده شبکه به عنوان تابع سود سیستم آورده شده است. در الگوریتم ارائه شده پس از جایابی بهینه کلیدها، تعداد ادوات حفاظتی نیز با توجه به اینکه سود سیستم حداکثر و هزینههاي سرمایهگذاري شبکه حداقل شود، محاسبه میگردد. براي یافتن مکان بهینه ادوات حفاظتی از الگوریتم بهینه سازي ژنتیک استفاده شده است. شبیهسازيها روي شبکه توزیع 34 شینه IEEE انجام شده است و کارایی الگوریتم پیشنهادي مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
حضور منابع تولید پراکنده و کلیدهاي باز بست - Recloser - در شبکههاي توزیع میتوانند تاثیر بسزایی بروي قابلیت اطمینان شبکه توزیع داشته باشد بطوریکه در حین بروز خطا در شبکه اصلی، منابع تولید پراکنده و کلیدهاي بازبست با تشکیل نواحی جزیرهاي از خاموشی کل شبکه در حین بروز خطا جلوگیري بعمل میآورند. در شکل 1 شاخهاي از یک شبکه توزیع که مجهز به تولید پراکنده میباشد، نشان داده شده است. این فیدر شامل 2 منبع تولید پراکنده و چهار کلید حفاظتی است.
در صورتی که این شاخه شامل منبع تولید پراکندهاي نباشد در حین بروز خطا اولین کلید بالادست خطا جریان اتصالی را قطع مینماید و در این حالت مکان خطا اهمیت خاصی ندارد و تمام مشتريهاي پایین دست کلید عمل کرده، بیبرق خواهند شد. اما وقتی که از کمک منابع تولید پراکنده استفاده شود برخی از مشتريها با تشکیل جزایري با منابع تولید پراکنده میتوانند همچنان در مدار باقی بمانند.
در شبکههاي مجهز به تولید پراکنده ترتیب اتفاقات پس از بروز خطا بشرح زیر است: در ابتدا منابع تولید پراکنده تریپ داده میشوند و ناحیهاي که در آن خطا اتفاق افتاده تشخیص داده میشود و توسط یک یا چند کلید ناحیه خطا دیده ایزوله میشود. در صورتی که منابع تولید پراکنده در ناحیه خطادار نباشند به مدار باز میگردند. پس از برطرف شدن خطا کلیدهاي بازبست، عملکرد منابع تولید پراکنده را با شبکه سراسري سنکرون میکنند و منابع تولید پراکنده به شبکه سراسري متصل میگردند.
از این رو روشهاي آنالیز سنتی مانند برنامهریزي خطی و غیر خطی براي حل این مسائل با مشکل مواجه میشوند. در سالهاي اخیر تکنیکهاي هوشمند محاسباتی گوناگونی گسترش یافتهاند تا جواب بهینه یا حداقل نزدیک بهینه را با استفاده از روش جستجوي تصادفی بیابند. در این پژوهش از الگوریتم ژنتیک که بر پایه جستجوي تصادفی تعریف شده است، براي جایابی بهینه مکان کلیدها در شرایطی که مکان تولیدات پراکنده مشخص میباشد استفاده شده است.
در تحقیقات گذشته با استفاده از الگوریتمهاي مختلف بهینهسازي، جایابی کلیدهاي حفاظتی به منظور بهبود شاخص- هاي قابلیت اطمینان تنها از دید مشتريها انجام شده است ولی مطالعهاي بروي تاثیر این کلیدها روي شاخصهاي انرژي سیستم انجام نشده است. در این پژوهش با استفاده از تابع ترکیبی شاخصهاي مختلف قابلیت اطمینان ارزیابی بهتري از عملکرد سیستم بدست آمده است. همچنین با بررسی هزینههاي سیستم ناشی از خرید کلیدهاي حفاظتی و همچنین سود سیستم ناشی از تغییر در انرژي مصرف نشده سیستم - ENS - ، تابع سود شبکه توزیع ارائه شده است که بعنوان مبنایی جهت یافتن تعداد بهینه کلیدها قرار گرفته است[1]، [2] و .[3]
-2 فرمولبندي مسئله
جایابی بهینه کلیدهاي حفاظتی در حالت مشخص بودن مکان منابع تولید پراکنده، مسئله بسیار پیچیدهاي میباشد که از دو بخش اساسی تشکیل شده است. بخش اول شامل ناحیهبندي شبکه توزیع است بطوریکه براي هر ترکیب از کلیدها، نواحی حفاظتی باید بصورت کامل مشخص شوند و تمامی باسها و خطوط موجود در آنها شناسایی شوند. بخش دوم شامل تعیین اولویت نواحی نسبت به یکدیگر می- باشد.
فرض شده است که در حین بروز خطا بروي یک شاخه از شبکه تنها نزدیکترین کلیدها به نقطه خطا دیده، عمل میکنند و بخش خطا دیده را از شبکه اصلی جدا مینمایند. بنابراین کلیه نواحی که از طریق این ناحیه با شبکه اصلی ارتباط داشتند ارتباطشان را از دست خواهند داد. این نواحی را نواحی پایین دستی نامگذاري میکنیم و میبایستی پس از بروز خطا این نواحی بصورت کامل شناسایی شوند تا در صورت حضور منابع تولید پراکنده در این نواحی با انجام پخش بار امکان جزیرهاي شدن این نواحی بررسی شود.
Wx ضریب وزنی هر شاخص را معلوم میکند که بصورت تجربی انتخاب میشوند و اندیس T مقدار کل هر شاخص را مشخص میکند. هدف براي این مسئله حداقل کردن این شاخصهاي ترکیبی میباشد. قیود مسئله شامل سه بخش است، بخش اول قیود مربوط به منابع تولید پراکنده میباشند که شامل محدودیتهاي توانهاي اکتیو و راکتیو هر منبع است. بخش دوم قید محدودیت ولتاژ مجاز روي بارهاي شبکه است بطوریکه در حین تشکیل جزایر، ولتاژ روي بارها نباید از حدود مجاز تجاوز نمایند.
قیود فوق بصورت زیر فرمولبندي میشوند: - 2 - - 3 - - 4 - و بخش آخر قیود مربوط به کلیدها است که شامل تعداد کلیدها و مکانهاي ممکن و کاندیدا براي جاگذاري میباشند. منابع تولید پراکنده مدل شده در این مقاله، قابلیت کنترل ولتاژ را دارند و بصورت منابع PV مدلسازي شدهاند و در صورت تشکیل جزیره شامل یک یا چند منبع، پخش بار نیوتن- رافسون در جزایر تشکیل شده، اجرا میشود و در صورتی که یکی از قیود فوق نقض شوند ناحیه جزیره شده خاموش خواهد شد [3]و .[4]
-3 کدگذاري کروموزمها در الگوریتم ژنتیک
در الگوریتم ژنتیک جستجو بر اساس مکانیسم ژنتیک طبیعی استوار است. در ابتدا تعدادي نقاط از فضاي جستجو که هر کدام از این نقاط به صورت یک رشته بیان شدهاند، جمعیت اولیه را تشکیل میدهند . الگوریتم شامل تعدادي تکرار میباشد که در هر تکرار جمعیت جدیدي تولید میگردد که با توجه به تابع هدف مورد نظر مسئله به جواب بهینه نزدیکتر میشوند. پس از چندین مرحله تکرار و تولید نسل جدید، اکثر اعضاي جمعیت به سمت نقطه بهینه مطلق تابع برازندگی میل میکنند.
میتوان گفت که کدگذاري، نگاشت از فضاي جستجو به فضاي رشتههایی با طول L میباشد. در این اینجا طول هر کروموزوم برابر با تعداد کلیدهاي کاندیدا جهت نصب میباشد. براي مثال همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، در صورتی که تعداد کلیدهاي مفروض 4 عدد باشند، کروموزومهایی با طول 4 تشکیل میشوند بطوریکه عدد نوشته شده در هر سلول از کروموزوم نشانگر شماره شاخهاي است که کلید در آن قرار گرفته است.
-4 محاسبه تابع هدف
هدف ما در اینجا حداقل کردن تابع هدف با مقادیر مثبت است. براي محاسبه تابع هدف نیازمند به محاسبه شاخصهاي قابلیت اطمینان شبکه میباشیم. فرآیند محاسبه تابع هدف سیستم در روندنماي شکل 2 نشان داده شده است. براي هر ترکیبی از کلیدها نواحی قابلیت اطمینان مشخص خواهند شد. سپس با در نظر گرفتن قابلیت شبکه براي جزیرهاي شدن، مقادیر شاخصهاي قابلیت اطمینان از طریق شبیهسازي خطا در تک تک خطوط شبکه بدست خواهد آمد.
براي هر ناحیه که مجهز به منابع تولید پراکنده است و پس از بروز خطا در نواحی دیگر، ارتباطش با برق شبکه قطع شده باشد، مقدار توان خروجی تمام منابع تولید پراکنده آن ناحیه با مقدار منحنی بار آن مقایسه میگردد. در صورتی که مقدار بار از مقدار تولید ناحیه کمتر باشد پخش بار انجام میگردد و در صورتی که قیود مربوط به توان منابع تولید پراکنده و ولتاژ بارها ارضاء شده باشند ناحیه مجاز به کار بصورت جزیرهاي میباشد و در غیر این صورت ناحیه توانایی کار بصورت جزیرهاي را نخواهد داشت و خاموش خواهد ماند. پس از انجام شبیهسازي خطا بر روي تک تک خطوط شبکه و محاسبه شاخص هاي قابلیت اطمینان، با استفاده از رابطه 1 مقدار تابع هدف براي تک تک کروموزمها محاسبه می- گردد.
