بخشی از مقاله
چکیده
طراحی بهینه شبکه توزیع با در نظر گرفتن حضور بارهاي حساس که به افت ولتاژ در تغذیه ورودي خود حساس هستند یک عامل مهم در بهینه سازي شبکه توزیع در نظر گرفته میشود. چراکه هزینه مالی ناشی از این رخداد براي بارهاي حساس، هزینه زیادي را به شبکه تحمیل می کند. یک راه براي جلوگیري از وقوع افت ولتاژ در بارهاي حساس استفاده از تجهیز DVR میباشد. استفاده از این تجهیز در یک فیدر میتواند بار شبکه پایین دست خود را از هر گونه افت ولتاژي محافظت کند.
در این مقاله روش جدیدي براي به کارگیري همزمان این تجهیز در طراحی بهینه شبکه توزیع به منظور کاهش هزینههاي کلی توسعه شبکه با در نظر گرفتن هزینه هاي افت ولتاژها براي شبکه ارائه شده است. روش جدید ارائه شده از ترکیب الگوریتم سیستم هاي ایمنی و روش جستجوي ممنوع براي مسئله بهینهسازي استفاده می- کند. مطالعات عددي بر روي شبکه نمونه کارایی بسیار مناسب روش طراحی را نشان میدهد و مشخص میکند که هزینه طراحی در حضور DVR کاهش قابل ملاحظه اي از خود نشان می دهد.
هدف از طراحی شبکه توزیع، تأمین نیازمندي هاي بار موجود و پیش بینی شده براي یک مدت زمان معین است به طوري که شبکه انتخاب شده، کمترین هزینه را به شبکه تحمیل کند. با توجه به رشد بار هاي حساس در شبکههاي توزیع و در قسمت هاي مختلف صنعتی، تجاري و حتی خانگی تأمین کیفیت توان مطلوب براي این بار هاي حساس، اهمیت زیادي پیدا کرده است. اهمیت حضور این بارها از هر دو جنبه مصرف کننده و شبکه قابل بررسی است. هزینه هاي مالی گزارش شده در اثر وقوع افت ولتاژهاي موقت در شبکه و یا سایر اغتشاشات کیفیت توان براي کارخانجات و یا صنایعی که از تجهیزات و یا فرایندهاي حساس صنعتی بهره- مند می شوند، رقم قابل توجهی را به خود اختصاص میدهد.
به طوریکه در صنعت نیمه رسانا هزینه هاي تحمیل شده به فرایند ناشی از هر بار وقوع افت ولتاژ میتواند به ده میلیون دلار نیز برسد. از طرفی در یک محیط تجدید ساختار یافته و رقابتی، شرکت هاي برق مجبور به پرداخت هزینه هاي تحمیل شده به این صنایع ناشی از وقوع اغتشاشات کیفیت توان هستند. بنابراین طراحی شبکههاي توزیع بدون توجه به حضور این بارهاي حساس می تواند هزینه هاي زیادي را به شبکه تحمیل کند. به همین جهت مقالات مختلفی شبکه توزیع را به منظور کمینه کردن وقوع افت ولتاژها بر فیدر بارهاي حساس شبکه طراحی کرده اند.
از بین اغتشاشات کیفیت توان، افت ولتاژ که به کاهش 10 تا 90 در صد در ولتاژ نامی شبکه براي مدت زمانی کمتر از یک دقیقه اطلاق میشود، رایج ترین مشکل کیفیت توان شناخته شده است که بیشتر بارهاي حساس نیز به همین اغتشاش ولتاژي حساستر هستند. اصلیترین عامل وقوع افت ولتاژ در شبکه رخداد خطا در فیدر مجاور با فیدر با حساسی است که از یک باس بار تغذیه می شوند.
راه اندازي بارهاي موتوري عملیات کلیدزنی خازنها، عملکرد ریکلوزرها و... سایر عوامل بوجود آورنده افت ولتاژ در شبکه می تواند باشد. در هر حال به دلیل رایج بودن این خطاها در سیستم مقالات مختلفی شبکه توزیع را به منظور کمینه کردن وقوع افت ولتاژها بر فیدر بارهاي حساس شبکه طراحی کردهاند. یکی از راه حل هاي بسیار مناسب که کاربرد آنها در شبکه هاي توزیع به منظور حل مشکلات کیفیت توان ،توجه زیادي را به خود جلب کرده است استفاده از ادوات Custom Power میباشد.
این ادوات که مبتنی بر ادوات الکترونیک قدرت هستند با اتصال به یک فیدر می- توانند بارهاي آن را در برابر تعدادي از اغتشاشات ولتاژي حفظ کنند. از بین تمام این ادوات DVR که به طور سري به شبکه متصل می شود به عنوان موثر ترین راه حل براي حل مشکل افت ولتاژ شناخته شده است.
در این مقاله روش جدیدي براي طراحی شبکه توزیع با در نظر گرفتن این تجهیز و نیز حضور بارهاي حساس ارائه شده است. آرایش بهینه شبکه توزیع با الگوریتم جدید مبتنی بر الگوریتم بهینه سازي سیستم ایمنی مصنوعی - AIS1 - و جستجوي ممنوع - TS2 - و نیز با فرض حضور DVR در یک شبکه 75 باسه نمونه، ارائه شده است. نتایج به دست آمده تأثیر مناسب این ادوات را براي کاهش هزینههاي تحمیل شده به شبکه نشان میدهد.
-2 برآورد هزینه ها
-1-2 هزینه شبکه و جبران ساز DVR
هزینه توسعه شبکههاي ولتاژ متوسط، طبیعتاً هزینه احداث پستهاي فوق توزیع وفیدرهاي اولیه، تلفات و هزینه ادوات جبران ساز شامل هزینههاي نصب و هزینههاي تعمیر و نگهداري میشود. هزینه نصب، شامل هزینه خرید قسمتهاي مختلف ادوات، همچنین هزینههاي اتصال به شبکه و ... میباشد .
هزینه تعمیر و نگهداري به صورت سالیانه و در مدت زمان عمر مفید تجهیز مورد محاسبه قرار میگیرد و با یک قاعده سر انگشتی هزینهاي معادل 5 تا 10 در صد از هزینههاي نصب را شامل می شود
هزینه کل ناشی از این ادوات را می توان به صورت تابعی از توان نامی تجهیز بیان کرد. متغیرهاي متفاوتی در برآورد هزینه هاي ادوات custom power در نظر گرفته میشود و به همین دلیل مراجع مختلف هزینههایی را براي نصب این تجهیزات گزارش دادهاند که طور بعضاً با هم بسیار متفاوت هستند. هزینه هاي یک DVR به طور عمده هزینه ناشی از ترانس تزریق، کلیدهاي اینورتر، و خازن یا منبع ذخیره ساز است که با توجه به میزان توان مصرفی آنها مشخص می شود. در این مقاله مطابق با معادله - 1 - ،که از طریق برازش منحنی هزینه-توان [4] به دست آمده است، استفاده شده است. همچنین هزینه تعمیر و نگهداري برابر با 15 درصد هزینه نصب در نظر گرفته شده است
-2-2 هزینه افت ولتاژها
محاسبه دقیق هزینههاي ناشی از افت ولتاژ در یک شبکه توزیع کار بسیار مشکلی است. عوامل متعددي مانند ساختار شبکه، اقدامات تعمیر و نگهداري، نوع خطاهاي سیستم، مکان، نوع و ساختار فرآیندهاي تجاري و یا صنعتی در این ارزیابی نقش دارند. همچنین میزان حساسیت خود تجهیزات به کاررفته در این فرایندها و نیز روش تخمین هزینههاي مالی تحمیل شده به یک فرآیند ناشی از متوقف شدن آن ویا عملکرد نادرست آن ناشی از وقوع این افت ولتاژها در هزینه-هاي بدست آمده مؤثرند
روش هاي آماري برآورد محاسبه افت ولتاژ به طور کامل در مراجع [6] و [7] بسط داده شدهاند. در این مقالات برآورد هزینهها با توجه به طبیعت آماري خطاها و نیز میزان حساسیت فرآیندها و تجهیزات به کار رفته در انواع بارهاي حساس به دلیل افت ولتاژها و یا قطعی در سیستم، صورت گرفته است. در این مقاله به روشی مشابه مراجع اشاره شده برآورد هزینه ها در دو مرحله انجام می شود.
در مرحله اول احتمال وقوع خطا در فیدرهاي تغذیه کننده بارهاي حساس محاسبه میشود. این کار با توجه به این واقعیت صورت می گیرد که احتمال رخداد خطا در یک فیدر با طول آن رابطه مستقیم دارد. در واقع با ضرب مقدار λ - تعداد خطاهاي رخ داده در هر کیلومتر خط در طی مدت یک سال - و ضرب آن در طول هر فیدر کاندید، میزان وقوع خطا در هر فیدر و تعداد آن در فیدرهاي مجاور قابل محاسبه است. در مرحله بعد هزینه ناشی از این افت ولتاژ با توجه به نوع مصرف کننده و هزینه مشخص شده به ازاي هر بار وقوع افت ولتاژ یا قطعی محاسبه میگردد. نمونهاي از این هزینه ها که در [8] ارائه شده است، در شکل - 1 - نشان داده شده است.
در این مقاله هزینهاي معادل با 400K$ ، براي هر بار وقوع افت ولتاژ براي بار حساس در نظر گرفته شده است.
براي مشخص کردن شاخص کیفیت توان براي بارهاي حساس و در نتیجه محاسبه هزینه افت ولتاژ روي بارهاي حساس تعداد وقوع افت ولتاژ - ndip - و با فرض کاهش ولتاژ از یک مقدار مشخص - vcrit - به کار گرفته شده است.
شکل - - - 1 متوسط هزینه هاي تحمیل شده به صنایع مختلف ناشی از هر بار وقوع افت ولتاژ
با توجه به شکل - 2 - میزان افت ولتاژ در باس اصلی برابر خواهد بود با:
که باتوجه به این رابطه می توان طولی از فیدر را که در صورت خطا در آن میزان آن از مقدار vcrit کمتر می شود را به صورت زیر محاسبه کرد:
در نهایت چنانچه N را برابر با تعداد فیدرهاي نشأت گرفته از یک پست توزیع در نظر بگیریم در این صورت تعداد وقوع افت ولتاژ براي یک فیدر خاص به صورت رابطه - 4 - محاسبه می شود .[3] در این مقاله λ برابر با 0/1 در نظر گرفته شده است.
شکل - - - 2 خطا در یکی از فیدر هاي متصل به پست و مدل تقسیم ولتاژ براي محاسبه میزان افت ولتاژ
-3 روش بهینه سازي و فرمول بندي مسئله
در این مقاله، انتخاب بهترین آرایش براي شبکه با در نظر گرفتن افت ولتاژ و در حضور DVR، در دو فاز صورت میگیرد. در فاز اول مسأله توسعه شبکههاي فوق توزیع شامل تعیین مکان و ظرفیت پستهاي فوق توزیع جدید، میزان ارتقاء ظرفیت پستهاي فوق توزیع موجود، تعیین نوع و مسیر فیدرهاي ولتاژ متوسط جدید و یا ارتقاء فیدرهاي موجود باید حل شود، به طوریکه تابع هدف هزینه را تحت شرایط عملی مینیمم کند.
