بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحي امکاني چندهدفه شبکه هاي توزيع با در نظر گرفتن عدم قطعيت نقاط بار با استفاده از تئوري مجموعه فازي
چکيده - اين مقاله مدل امکاني (فازي ) را براي طراحي بهينه شبکه هاي توزيع استفاده مي کند. در اين مساله چندهدفه در مرحله اول با کمينه کردن تابع هزينه اقتصادي فازي و مقدار ريسک شبکه (بهينه سازي نيرومندي شبکه ) توسط روش ابتکاري به جوابهاي غيرغالب (بهينه pareto) رسيده و در مرحله دوم با استفاده از اعمال روش max-min سعي در انتخاب جواب مناسب دارد. اين مدل مسيريابي و همچنين تعيين سطح مقطع فيدرهاي آينده ، را با در نظر گرفتن عدم قطعيت بار انجام مي دهد. اين روش مي تواند روي طراحي يک مرحله اي يا چند مرحله اي سيستم توزيع اجرا شود.
کليد واژه - پخش بار فازي ، تعيين سطح مقطع فيدر، طراحي سيستم هاي توزيع ، عدم قطعيت بار، مسيريابي فيدر.
١- مقدمه
طراحي بهينه شبکه هاي توزيع ، از مسائل بسيار مهم در سيستمهاي قدرت است و بايد به گونه اي انجام شود که ساختار پيشنهادي علاوه بر کارکرد در شرايط بهينه محدوديت هايي نظير حدود مجاز ولتاژ باسها، ظرفيت مناسب خطوط ، ... در شبکه را ارضا نمايد. در طراحي شبکه توزيع ، بخشي از اطلاعات ، بدليل خطاهايي در پارامترهاي شبکه (مثل اشتباه در طول يا نوع خط و خطا در مقدار بار گره ) کم و بيش حاوي عدم قطعيت ١ مي باشند. تئوري مجموعه هاي فازي ٢ به عنوان يک راه چاره براي اطلاعات نادرست يا اطلاعاتي که با عدم قطعيت همراه هستند به کار مي رود. امتياز اصلي تئوري فازي اين است که مي تواند براي
مدل کردن قضاوت انسانها٣ و اطلاعاتي که با درستي کامل بيان نشده اند به کار رود [٣]. در طراحي فازي سيستم توزيع مي توان يک مفهوم براي ريسک (ايکسپوژر) که براي ارزيابي امکان نقض قيود شبکه به کار برده مي شود، تعريف کرد. در مسائل چند هدفه ، معمولا" يک جوابي که همه توابع هدف را برآورده کند وجود ندارد بنابراين از مفهوم جوابهاي غيرغالب ٤ براي بيان جوابهاي اينگونه مسائل استفاده مي شود. اين جوابها طوري هستند که بهبود يکي از توابع هدف باعث خراب شدن جواب يکي ديگر از توابع هدف مي شود. مرجع [٤] با استفاده از روش کوتاهترين فاصله ٥ مسيريابي فيدر فشار متوسط در منطقه را با مقادير نقاط بار معين انجام مي دهد. در مرجع [٥] الگوريتم گداختگي شبيه سازي ٦ شده براي مسيريابي فيدر شبکه استفاده شده که تابع هدف آن ترکيبي از هزينه ثابت و هزينه متغير باضافه هزينه انرژي تغذيه نشده مي باشد. در مراجع [٦,٧] به ترتيب با استفاده از الگوريتم ژنتيک و الگوريتم کلوني مورچگان ، توسعه شبکه متناسب با رشد سالانه بار صورت گرفته است . تابع هدف و قيود به صورت معين ٧ در نظر گرفته شده است . در مراجع [٩ ,٨] براي حل مساله چندهدفه ، توابع هدف را به صورت توابع عضويت از مجموعه فازي مدل مي کند، ولي عدم قطعيت در نقاط بار در نظر گرفته نشده است . در اين مقاله سعي بر اين است که به کمک تئوري مجموعه فازي عدم قطعيت ذاتي مقادير نقاط بار مدل شده و با استفاده از مفهوم جوابهاي غيرغالب يک مصالحه اي بين هزينه طراحي و ريسک مرتبط با شبکه طراحي شده صورت گيرد.
٢- مدل سازي فازي از پارامترهاي ورودي
در بسياري از کاربردهاي عملي ، تئوري فازي به صورت اعداد فازي اعمال شده است . شکل اين توابع عضويت توسط افراد خبره که اطلاعات و تجربه کافي در مورد مشخصات شبکه داشته باشند تعيين مي شوند. مدلسازي پارامترهاي ورودي با استفاده از تئوري فازي جهت استفاده آنها در مساله پخش بار فازي مي باشد. پخش بار استفاده شده اين مقاله ، در مراجع [١,٣] آورده شده است .
٣- الگوريتم مسيريابي فيدر فشار متوسط
الگوريتم استفاده شده در اين مقاله براي مسيريابي فيدر فشار متوسط از روش ارائه شده در مرجع [٢] استفاده مي کند. اين روش شامل دو مرحله است که در مرحله اول با استفاده از روش کوتاهترين فاصله ٨ [٤] ابتدا جواب حول نقطه بهينه را بدست مي آورد و در مرحله دوم با اعمال يک روش ابتکاري سعي در رسيدن به جواب نقطه بهينه دارد.
٤- انتخاب سطح مقطع بهينه فيدر
هدف از انتخاب سطح مقطع بهينه فيدر، طراحي شبکه فشار متوسط به طوريکه تابع هدف که شامل هزينه هاي سرمايه گذاري و هزينه تلفات توان اکتيو است کمينه شود در ضمن قيود مساله در سطح قابل قبولي در شبکه ارضا شوند. روش استفاده شده در اين مقاله در مرجع [١٠] آورده شده است . در طراحي شبکه نياز است که زيربرنامه انتخاب سطح مقطع در هر مرحله اجرا شود، بنابراين روشي مورد نياز است که داراي سرعت اجراي بالا و جواب نيرومند باشد.
اين روش يک روش ابتکاري است که با سرعت و نيرومندي کافي صورت مي گيرد.
٥- مدل امکاني و طراحي چند هدفه
٥-١- متغيرهاي فازي
توان درخواستي در هر گره مي تواند با توزيع امکاني (فازي ) مثلثي نشان داده شود که به طور همزمان مجموعه اي بزرگ از مقادير ممکن بار آينده در گره درخواستي را نشان مي دهد. متغيرهاي فازي به طور معمول با علامت (~) نشان داده مي شوند. ساير متغيرهاي مهم شبکه عبارتند از، توان عبوري از فيدرها و پست ها، هزينه اقتصادي (هزينه ثابت و متغير) و ولتاژ گره هاي شبکه . همه اين مقادير به دليل عدم قطعيت ذاتي به وسيله توزيع امکاني (فازي ) نشان داده مي شوند. توانهاي انتقالي فازي و ولتاژهاي فازي ذکر شده در اين قسمت بوسيله پخش بار فازي [١] حاصل مي شوند.
٥-٢- مقايسه مقادير تابع هدف
بدليل اينکه پارامترهاي شبکه به صورت فازي هستند، مقدار تابع هدف محاسبه شده نيز به صورت فازي مي باشد. اين مقادير فازي بايد براي بوجود آوردن چندين جواب طراحي باهم مقايسه و رتبه بندي شوند. تابع رتبه بندي Removal، [١٣] براي تعيين و مقايسه اين مقادير به کار مي رود. براي مثال در شکل (١)، Removal مقدار فازي a براي به صورت تعريف شده است .
٥-٣- ريسک مرتبط با شبکه
قيود حد ظرفيت توان فيدر يا بيشترين افت ولتاژ در طراحي بهينه سيستم توزيع ، با درجه امکاني از نقطه نظر توان عبوري فازي يا قيد افت ولتاژ برآورده مي شود. براي چنين درجه امکاني ، ريسکي وجود دارد که قيد حد ظرفيت توان يک فيدر (يا قيد افت ولتاژ) برآورده نمي شود که به عنوان ايکسپوژر تعريف مي شود[١٢,١٣]. بنابراين ايکسپوژر، مرتبط با توان عبوري k–امين فيدر، پايين ترين سطح است که توان فازي عبوري فيدر در آن کمتر (يا مساوي ) از حد توان عبوري فازي فيدر باشد. پس
ايکسپوژر مرتبط با ولتاژ k–امين گره ، پايين ترين سطح است که ولتاژ فازي گره در آن بيشتر (يا مساوي ) پايين ترين حد مجاز ولتاژ باشد. پس
ايکسپوژر مربوط به فيدرهاي شبکه مورد نظر (متشکل از NFe فيدر) به صورت زير مي باشد،
مفهوم مشابه مي تواند براي ايکسپوژر براي ولتاژ نقاط بار شبکه مورد نظر، بسط داده شود.
که مجموعه نقاط بار شبکه مورد نظر مي باشد. پس ايکسپوژر EX کل براي شبکه مورد نظر به صورت زير بدست مي آيد،
٥-٤- روش تحليل مدل امکاني
اين روش در دو قسمت توضيح داده مي شود. در قسمت اول ، مجموعه جوابهاي غيرغالب طراحي (با توجه به توابع هدف هزينه اقتصادي فازي و ايکسپوژر) بدست مي آيند. در قسمت دوم ، يک جواب از بين مجموعه جوابهاي غيرغالب با روش مناسب اپراتور مينيمم ٩ انتخاب مي شود.
١-١-١- قسمت اول : جستجوي مجموعه جوابهاي غيرغالب
اين روش به اين صورت عمل مي کند که يکي از توابع هدف در مساله چند هدفه را به قيد تبديل کرده و يکي ديگر را به صورت اختياري به عنوان تابعي که بايد بهينه سازي شود در نظر مي گيرد. به عبارت ديگر، مساله چند هدفه به يک مساله بهينه سازي تک هدفه تبديل مي شود که بوسيله روشهاي مرسوم براي حل مسائل تک هدفه قابل حل مي باشد [١١]. هر جواب طراحي k بدست آمده از مدل طراحي امکاني ، يک مقدار مرتبط با هزينه طراحي فازي و يک مقدار معين ايکسپوژر EXk دارد.
