بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مطالعه بهره برداری سیستم مرکب تولید و انتقال با حضور نیروگاه های آبی جریانی
چکیده
امروزه روند استفاده از انرژیهای نو و تجدیدپذیر به منظور تولید برق در حال افزایش میباشد. یکی از انواع مهم این انرژیها انرژی آب بوده که سبب ایجاد نیروگاههای آبی و آبی جریانی شده است. با توجه به اینکه توان تولیدی واحدهای آبی جریانی کم است میتوان در طول مسیر رودخانه چندین واحد را با هم ترکیب نمود و در نتیجه توان الکتریکی تولیدی را افزایش نمود. به این نیروگاهها نیروگاههای آبی جریانی زنجیرهای گفته میشود. با توجه به اینکه توان تولیدی این نیروگاهها قابل توجه است میتوان این نیروگاهها را از طریق خطوط انتقال به شبکه قدرت متصل نمود. از طرف دیگر به علت اینکه توان خروجی این نیروگاهها به میزان دبی آب رودخانه وابسته بوده و میزان دبی آب رودخانهها نیز در طول سال و فصول مختلف تغییر میکند لذا توان تولیدی این نیروگاهها نیز متغیر بوده و نمیتواند به طور دقیق پیشبینی شود. بر همین اساس باید روشها و تکنیکهای مناسبی به منظور بررسی تأثیر این نیروگاهها بر مطالعات مختلف سیستم قدرت از جمله مسائل بهرهبرداری معرفی شود. در این مقاله ضمن بدست آوردن مدل قابلیت اطمینان واحدهای آبی جریانی، روشی به منظور انجام مطالعات بهرهبرداری سیستم قدرت مرکب تولید و انتقال شامل این نیروگاهها معرفی میشود.
واژگان کلیدی: بهرهبرداری، عدم قطعیت، سیستم قدرت مرکب، قابلیت اطمینان، نیروگاه آبی جریانی
مقدمه
افزایش تدریجی قیمت سوختهای فسیلی، رو به پایان نهادن این منابع، مسائل زیست محیطی ناشی از مصرف اینگونه سوختها و تولید گازهای گلخانهای نظیر CO2, SO2, NO2 که منجر به تخریب لایه ازن میگردد، سبب رشد روزافزون استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر به مانند توربینهای بادی، انرژی برقآبی و سیستمهای فتوولتاییک شده است. یکی از مشکلات واحدهای بادی، خورشیدی و آبی متناوب بودن منابع انرژی آنهاست که سبب شده است تولید برق آنها همراه با عدم قطعیت باشد. بنابراین برای تأمین پیوسته بار نمیتوانند به تنهایی استفاده شوند. از طرف دیگر با توجه به پیشرفت تکنولوژی، امروزه نیروگاههای آبی جریانی با ظرفیت زیاد بر روی رودخانهها نصب گردیده است که قابلیت انتقال توان زیاد به شبکه قدرت را داراست. با زیاد شدن سهم انرژیهای نو در تأمین بار، بررسی تأثیر آنها بر مسائل مختلف موجود در سیستم قدرت نظیر بهرهبرداری، کیفیت توان و قابلیت اطمینان اهمیت پیدا کرده است. مطالعه تأثیر نیروگاههای آبی جریانی بر مسائل مختلف سیستم قدرت تنها در (Khalilzadeh et al, 2014) صورت گرفته است. در این روش تأثیر نیروگاههای آبی جریانی بر کفایت سیستم قدرت بررسی شده است. ابتدا یک مدل قابلیت اطمینان برای این نیروگاهها بدست آمده و کفایت سیستم قدرت شامل این نیروگاهها بررسی شده است. با توجه به عدم قطعیت دبی آب رودخانه توان خروجی واحدهای آبی جریانی متغیر میباشد که از این لحاظ به نیروگاههای بادی و خورشیدی بسیار شبیه است؛ چرا که در نیروگاههای بادی و خورشیدی نیز به دلیل تغییر سرعت باد و تابش خورشید، توان خروجی متغیر است. بر این اساس میتوان از مقالاتی که بهرهبرداری سیستم قدرت شامل نیروگاههای بادی و یا خورشیدی را بررسی نمودهاند ایده گرفت. در مرجع (Hosseini and Abbasi, 2007)، مسئله انتخاب واحدها با در نظر گرفتن محدودیت انتشار و ماکزیمم توان تولیدی واحدهای بادی و اینکه واحدهای بادی به علت هزینه بهرهبرداری کم حتما باید روشن باشند به روش شبیهسازی انجماد فلزات حل شده است. مرجع (Pappala et al, 2008)، مسئله انتخاب واحد برای واحدهای حرارتی، بادی، هستهای و ذخیره پمپ را حل نموده است. از روش سناریوسازی، حالتهای مختلف میزان بار و باد تعیین شده و سپس با استفاده از روش بهینهسازی توده ذرهها و الگوریتم کاهش سناریو تعداد حالتها کم شده است. در مرجع (Senjyu et al, 2008)، مسئله انتخاب واحدهای حرارتی در حضور تولیدات بادی با وجود تغییرات غیرمنتظره بار حل شده است. در این مقاله فرض شده است سرعت باد ثابت بوده، با پیشبینی بار در 24 ساعت آینده پخش بار برای 1 روز صورت میگیرد. مرجع (Leite et al, 2010)، از روش مونت کارلوی ترتیبی برای شبیهسازی میزان بار و توان واحدهای بادی استفاده کردده و میزان رزرو بهرهبرداری سیستم قدرت در حضور نیروگاههای بادی محاسبه شده است. در مرجع (Dany, 2001)، تأثیر وجود تولیدات بادی بر میزان رزروهای مختلف موجود در سیستم قدرت بررسی شده است. در مرجع (Ortega and Kirschen, 2009)، روشی به منظور تعیین میزان رزرو بهینه در یک سیستم قدرت شامل واحدهای بادی ارائه شده است. این میزان بهینه با مینیمم کردن هزینه بهرهبرداری واحدهای موجود در رزرو و هزینه اجتماعی ناشی از قطع بار به دست آمده است. در مرجع (Ummels et all, 2007) تأثیر تولیدات بادی بر انتخاب واحدهای حرارتی در یک برنامه تأمین بار بررسی شده است. در این مطالعه واحدهای موجود شامل واحدهای حرارتی، ترکیب توان و گرما (CHP)، واحدهای تولید پراکنده و واحدهای بادی میباشند. در مرجع (Doherty and Malley, 2005) روشی به منظور در نظر گرفتن میزان رزرو در سیستم قدرت با وجود تولیدات بادی ارائه شده است. عدم قطعیت موجود در پیشبینی بار و باد به صورت توزیع نرمال در
نظر گرفته شده و با توجه به استقلال پیشبینی این دو کمیت، انحراف معیار بار خالص به صورت ریشه مجموع واریانسها به دست آمده است. در مرجع (Haghifam and Omidvar, 2006) قابلیت اطمینان سیستم مرکب تولید و انتقال با وجود واحد بادی بررسی شده است. با داشتن دادههای گذشته سرعت باد منحنی نرمال به سرعت باد برای 6 ماه اول و دوم سال به صورت جداگانه برازش شده و بر اساس مشخصه توربین، توان خروجی واحد بادی به دست آمده و سپس به 11 حالت با احتمالهای مربوطه گسسته شده است. این مدل به سیستم تولید و انتقال جنوب ایران اعمال شده و شاخصهای قابلیت اطمینان سیستم مرکب به دست آمده است. در این مقاله هدف این است که یک روش ارائه شود تا بتوان بر اساس آن تأثیر افزایش تولیدات مربوط به نیروگاههای تجدیدپذیر آبی جریانی را بر مطالعات بهرهبرداری سیستم قدرت مرکب تولید و انتقال بررسی نمود. بر این اساس ساختار این مقاله به صورت زیر خواهد بود: در بخش دوم نیروگاههای آبی جریانی و در بخش سوم مسئله بهره-برداری سیستم قدرت و روش پیشنهادی در تعیین رزرو با وجود نیروگاههای آبی جریانی تشریح میشود. در نظر گرفتن تأثیر خطوط انتقال و تکنیک ارزیابی بهرهبرداری سیستم مرکب با حضور نیروگاههای آبی جریانی و نتایج حاصل از اعمال روش به سیستمهای تست در بخش چهارم و نتیجهگیری مقاله نیز در بخش پنجم آورده شده است.
نیروگاههای آبی جریانی
در مناطق کوهستانی که شیب رودخانهها زیاد است، در موقعیت مناسبی از نظر توپوگرافی و زمینشناسی، بند انحرافی احداث میشود تا آب را از مسیر طبیعی منحرف کرده و وارد سیستم انتقال آب (کانال روباز یا بسته، تونل و سیفون) نمایند. کانال پس از طی مسافتی در یک موقیعت مناسب به حوضچه تنظیم (حوضچهی هدایت) متصل میگردد. در این محل سیستم تحت فشار کهعموماًلوله میباشد، آب را به پرههای توربین رسانده و بدین شکل آب تحت فشار، توربین را به چرخش در میآورد. در ادامه انرژی آبی تبدیل به انرژی مکانیکی میگردد. انرژی مکانیکی توربین به وسیله ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل میگردد و از طریق پست به شبکه انتقال هدایت میشود. در شکل 1 شمای کلی یک نیروگاه آبی جریانی ساده نشان داده شده است. هر واحد آبی جریانی، شامل بند انحرافی، کانال انتقال آب، حوضچه، آشغالگیر، سرریز، لولههای پنوستاک، شیر اصلی، توربین، ژنراتور و ترانسفورماتور میباشد(.(Khalilzadeh et al, 2014 چنانچه رودخانه دارای موقعیت مناسبی از نظر توپوگرافی باشد، تعدادی از این واحدهای آبی جریانی ساده پشت سر هم قرار میگیرند، به طوری که خروجی پایاب واحد اولی وارد کانال انتقال واحد دومی شده و این سیکل تا واحد آخری ادامه خواهد یافتاصطلاحاً. این نیروگاهها را نیروگاههای آبی جریانی زنجیرهای مینامند. مانند نیروگاههای آبی جریانی زنجیرهای یاسوج و سرداب رود در مازندران . همانطور که گفته شد برخلاف واحدهای متداول، منابع انرژی نیروگاههای آبی جریانی متغیر میباشد؛ بنابراین توان خروجی واحدهای آبی جریانی ثابت نبوده و وابسته به دبی آب میباشد. علت این موضوع این است که دبی آب بسته به فصل، روز، ساعتهای مختلف و شرایط آب و هوایی متغیر بوده و به طور دقیق قابل پیشبینی نیست. بنابراین توان خروجی این واحدها برخلاف واحدهای متداول از مقدار صفر تا مقدار ماکزیمم ظرفیت آن واحد متغیر میباشد و از نقطه نظر قابلیت اطمینان نمیتوان این واحدها را در حالت عادی به صورت واحدهای متداول با مدل دو حالته نشان داد، بلکه یک مدل چند حالته با چندین ظرفیت مختلف میتوان برای واحدهای آبی جریانی استخراج نمود که این امر مستلزم جمعآوری دادههای دبی آب در طول چندین سال و تعداد خرابی و تعمیر اجزای تشکیلدهنده این واحدها در طول سال خواهد بود. بنابراین در استخراج مدل قابلیت اطمینان این واحدها میبایست، عدم قطعیت موجود در دبی آب رودخانه و همچنین خرابی اجزای تشکیلدهنده آنها را در نظر گرفت. در (Khalilzadeh et al, 2014) یک مدل قابلیت اطمینان بر اساس دو فاکتور بیان شده برای واحدهای آبی جریانی بدست آورده شده است. این مدل برای انجام مطالعات بلند مدت مناسب بوده و به منظور انجام مطالعات بهرهبرداری که در کوتاه مدت صورت میگیرد مناسب
نیست. لذا در این مقاله هدف این است که ابتدا یک مدل قابلیت اطمینان مناسب نیروگاههای آبی جریانی در مطالعات بهره-برداری تعیین شود.
شکل -1 ساختار نیروگاه آبی جریانی
بهرهبرداری سیستم قدرت از منظر قابلیت اطمینان
در این بخش بهرهبرداری سیستم قدرت با توجه به برآورده شدن شاخصهای قابلیت اطمینان معرفی میگردد.
قابلیت اطمینان سیستم قدرت
در یک سیستم قدرت هدف تأمین تقاضای بار مصرفکنندگان میباشد. بنابراین قابلیت اطمینان سیستم قدرت میزان توانایی این سیستم در تأمین برق مشترکین به صورت پیوسته همراه با کیفیت مطلوب و رعایت استانداردهای مربوطه میباشد. این توانایی در دو بخش کفایت و امنیت سیستم قدرت مورد مطالعه قرار میگیرد. کفایت سیستم قدرت زمانی فراهم میشود که امکانات کافی در قسمتهای تولید، انتقال و توزیع فراهم باشد که بتواند تقاضای بار را همراه با رعایت قیود بهرهبرداری پاسخگو باشد. امنیت سیستم قدرت به توانایی این سیستم در پاسخ به هرگونه اغتشاش نظیر از دست رفتن یک واحد تولیدی و یا قطع خطوط انتقال گفته میشود. مطالعات قابلیت اطمینان برای سیستمهای قدرت با توجه به وجود قسمتهای اساسی تولید، انتقال و توزیع در سه سطح سلسله مراتبی انجام میشود: در سطح اول (HLI) تنها قسمت تولید در نظر گرفته شده و توانایی واحدهای تولیدی موجود در تأمین کل بار بدون در نظر گرفتن قسمتهای انتقال و توزیع بررسی میشود. در سطح دوم (HLII) در کنار بخش تولید، بخش انتقال نیز در نظر گرفته شده و توانایی سیستم مرکب در تغذیه بار مورد مطالعه قرار می-گیرد. در سطح سوم (HLIII) هر سه قسمت تولید، انتقال و توزیع در مطالعات وارد میشوند اما به دلیل حجم محاسبه و پیچیدگی زیاد به دلیل گستردگی شبکه تنها قسمت توزیع با استفاده از نتایج به دست آمده در سطوح قبل مورد بررسی قرار میگیرد .(Billinton and allan, 1994)
مفهوم بهرهبرداری سیستم قدرت
مسائل بهرهبرداری سیستم قدرت در بخش امنیت سیستم مورد مطالعه قرار میگیرد. برخلاف مطالعات برنامهریزی که مدت زمان بررسی، زیاد و تا چندین سال میباشد در بهرهبرداری، این زمان در حد ساعت و ماکزیمم یک روز میباشد. بنابراین در مطالعات بهرهبرداری از سیستم قدرت بار باید به صورت کوتاه مدت پیشبینی شده و بر اساس آن تولید کافی در سیستم قرار بگیرد. مطالعات بهرهبرداری سیستم قدرت دارای دو مرحله انتخاب واحدها و پخش بار اقتصادی میباشد. در مرحله اول باید تعداد و نوع واحدها به منظور فراهم نمودن بار پیشبینی شده تعیین گردد اما در مرحله دوم مشخص میشود که بار به چه صورت بین واحدها تقسیم شود؛ به این معنا که از بین واحدهای انتخاب شده، سهم هر کدام در تأمین بار چقدر است. مسائل بهرهبرداری سیستم قدرت در بخش امنیت مطالعه شده و در این بخش وضعیت سیستم در برابر بروز اغتشاشات بررسی می-گردد. بنابراین اگر یکی از واحدهای تولیدی و یا خطوط انتقال خراب و از سیستم خارج شد و یا بار سیستم به طور ناگهانی زیاد گردید سیستم باید به طور مناسب پاسخ دهد. برای این منظور همواره در سیستم مقداری رزرو وجود دارد تا سیستم بتواند به هرگونه عدم قطعیت در شبکه نظیر خروج واحدهای تولیدی، خروج خطوط انتقال، انحراف تولید از مقادیر برنامهریزی شده و خطا در پیشبینی بار پاسخ دهد. در روش PJM برای انتخاب تعداد و نوع واحدها در بهرهبرداری معیار ریسک انتخاب واحد استفاده میشود .(Billinton and allan, 1994)
در سال 1963 روش PJM در تعیین میزان رزرو چرخان بر مبنای ریسک انتخاب واحدها در سیستم به هم پیوسته مربوط به ایالتهای پنسیلوانیا، نیوجرسی و مریلند در آمریکا استفاده شده است. اساس این روش بر مبنای این است که واحدهای انتخاب شده با احتمال قابل قبول بتوانند بار مورد انتظار را در طول مدت زمانی که امکان جایگزینی واحد تولید وجود ندارد و به زمان عملکرد (lead time) معروف است تأمین نمایند. مدلسازی واحدهای متعارف به دو صورت سالم و خراب بوده و چون زمان کوتاه است تعمیرات نمیتواند صورت پذیرد. بر این اساس احتمال خراب شدن واحدها در مدت زمان عملکرد به دست آورده میشود که به نرخ جایگزینی خروجیها (ORR) معروف است. در این روش وضعیت سیستم در زمان شروع مطالعه (زمان صفر) مشخص میباشد و اینگونه فرض میشود که تمامی واحدها سالم هستند. اگر خطا و تعمیر دارای توزیع نمایی باشند با فرض اینکه در زمان t=0 واحدها سالم باشند احتمال اینکه در زمان t=T خراب شوند به صورت (1) خواهد بود.
در واقع نرخ جایگزینی خروجیها، احتمال این است که یک واحد در زمان عملکرد برابر با T خراب شده و جایگزین نشود. با داشتن نرخ خرابی و ظرفیت واحدها در یک زمان عملکرد مشخص با استفاده از جدول احتمال خروج ظرفیتها (COPT) مدل تولید حاصل میشود. بنابراین مدل قابلیت اطمینان واحدهای متداول با مدل مارکوف دو حالته شامل حالتهای سالم و خراب بدون لحاظ نمودن نرخ تعمیر در نظر گرفته میشود. بار نیز در مدت زمان عملکرد ثابت فرض شده و با ترکیب مدل تولید و بار ریسک انتخاب واحدها تعیین میشود.
از آنجا که واحدهای آبی جریانی دارای عدم قطعیت میباشند نمیتوان آنها را با مدل دوحالته نشان داد و لذا لازم است روش PJM به منظور در نظر گرفتن واحدهای با مدل چندحالته توسعه داده شود. در زمان شروع (صفر) وضعیت تمامی واحدها مشخص است و فرض میشود تمامی واحدها سالم میباشند. پس از گذشت زمان عملکرد احتمال خراب بودن واحدهای متداول برابر با ORR بوده و به راحتی جدول COPT آنها به دست میآید. در لحظه صفر همچنین دبی آب مشخص بوده و ظرفیت اولیه نیروگاههای آبی جریانی مشخص است. پس از گذشت زمان عملکرد این نیروگاهها با یک مدل چند حالته بر اساس احتمالهای مربوطه مدل میشوند که احتمال حالتها از روش ضرب ماتریسی بر اساس (2) بدست میآید.
در رابطه فوق P(0) ماتریسی سطری است که نشان دهنده احتمال مربوط به حالتهای مختلف در زمان شروع میباشد. در
لحظه صفر وضعیت واحد مشخص است و لذا احتمال مربوط به حالتی که واحد در آن قرار دارد 1 و بقیه صفر گذارده میشود. زمان عملکرد را به بازههای زمانی Δt تفکیک میکنیم. ماتریس STPM ماتریس احتمال گذر تصادفی بوده و درایههای آن نرخ گذر بین حالتهای مختلف بر حسب تعداد رخداد در زمان Δt میباشد. ماتریس P(LT) نیز ماتریسی سطری بوده و احتمال مربوط به حالتهای مختلف را در زمان عملکرد به دست میدهد و بدین صورت جدول COPT مربوط به نیروگاههای آبی جریانی تعیین و با جدول COPT بقیه واحدها ترکیب میشوند. در این مطالعه مقدار پیک بار ثابت در نظر گرفته میشود. ریسک انتخاب واحد برابر با مجموع احتمال حالتهایی است که میزان تولید از بار کمتر و یا برابر میباشد.
مطالعه بهرهبرداری سیستم مرکب
به منظور ارزیابی تحلیلی قابلیت اطمینان سیستم قدرت در سطح دو شامل منابع تولید متعارف، از روش آنالیز پیشامدها استفاده میگردد. برای هر کدام از المانهای این سیستم شامل واحدهای تولید متعارف و خطوط انتقال یک مدل دو حالته به صورت سالم و خراب در نظر گرفته شده و بر این اساس تمام حالتهای ممکن مشخص میگردد. هر کدام از این حالتها یک پیشامد نامیده شده که اگر یک سیستم مرکب m واحد تولید و k خط انتقال داشته باشد میتوان n=2m+k پیشامد برای آن متصور شد. با توجه به اینکه در یک سیستم قدرت تعداد منابع تولید و خطوط انتقال بسیار زیاد میباشد در نظر گرفتن تمامی پیشامدها سبب زیاد شدن حجم محاسبات و پیچیدگی مسئله میگردد. بر این اساس از بین حالتهای موجود تعدادی حالت انتخاب و حالتهای با احتمال بسیار کوچک کنار گذارده میشود. به عنوان نمونه میتوان تنها حالتهای شامل تا حداکثر دو خرابی (چه برای واحدهای تولید و چه برای خطوط انتقال) را در نظر گرفت و از بقیه خرابیها صرف نظر نمود. در مرحله بعد باید تعیین شود که تأثیر پیشامدهای به دست آمده بر نقاط بار مختلف سیستم چگونه است. اگر در یکی از حالتها، توان تولیدی در یک نقطه بار کمتر از بار مورد نظر باشد باید ابتدا با انجام اعمال اصلاحی به مانند تغییر آرایش سیستم قدرت مشکل برطرف گردد و اگر این اعمال نتوانند از قطعی بار جلوگیری نمایند به ناچار همه بار یا قسمتی از آن قطع میگردد. باید توجه داشت که در این مرحله قطع بار بر اساس اولویتبندی انجام میشود؛ به این معنا که ابتدا بارهای کم اهمیت قطع شده و اگر مشکل برطرف نشد به ناچار در نهایت بارهای پراهمیت نیز قطع میشوند. میزان اهمیت بار میتواند بر اساس قیمت برق در باسهای مختلف، اهمیت مصرفکننده به لحاظ سیاسی، اجتماعی و ... تعیین شود. در این مقاله اولویتبندی قطع بار بر اساس میزان ارزش بارهای قطع شده (VOLL ) میباشد. به این ترتیب با بررسی پیشامدهای تعیین شده شاخصهای قابلیت اطمینان در نقاط مختلف بار به دست میآید. به منظور بررسی تأثیر خطوط انتقال بر سیستم قدرت به سه صورت میتوان پخش بار را انجام داد: حالت اول که سادهترین روش میباشد پخش بار شبکه نام دارد و تنها خطوط انتقال به عنوان اتصال دهنده بین باسهای مختلف مطالعه میشوند. در روش دوم که پخش بار جریان مستقیم نامیده میشود، ظرفیت خطوط انتقال نیز در مطالعات اهمیت دارد. در اینگونه مطالعات ممکن است با قطع یکی از خطوط و یا واحدهای تولیدی خطوط دیگر دچار اضافه بار شوند که حد حرارتی این خطوط اجازه نمیدهد بار آنها از مقدار نامی تجاوز نماید. روش سوم که کاملترین و در عین حال پیچیدهترین روش میباشد علاوه بر ظرفیت خطوط محدودیت مربوط به ولتاژ و توان راکتیو را نیز در نظر میگیرد. این روش پخش بار جریان متناوب نام دارد. در این تحقیق به منظور بررسی خطوط انتقال از روش دوم استفاده شده و تنها محدودیت حرارتی خطوط که سبب میشود میزان توان اکتیو عبوری محدود و مشخص باشد، مد نظر قرار میگیرد. همانگونه که گفته شد به منظور انجام مطالعه قابلیت اطمینان در سطح دوم به ازای هر کدام از پیشامدها در صورتی که بار مورد نیاز در یک نقطه بار نتواند تأمین شود باید قطع بار انجام شود. در این پیشامدها باید به گونهای عمل شود که این قطع بار بهینهترین حالت ممکن باشد. در ادامه الگوریتم قطع بار بهینه تشریح میگردد.
قطع بار بهینه
در هنگام قطع بار باید هزینه قطعی بار بر اساس میزان بار قطع شده در هر باس و ارزش قطع بار در آن مینیمم شود. این مسئله باید با رعایت محدودیتهای شامل تعادل تولید و مصرف، قرار داشتن توان هر نیروگاه در محدوده مجاز، قرار داشتن میزان بار قطع شده بین صفر تا بار متصل به باس مورد نظر و رعایت ماکزیمم توان قابل انتقال در خطوط انتقال حل شود. در این مقاله مسئله بهینهسازی به روش برنامهریزی خطی و از تکنیک نقطه داخلی در نرمافزار متلب حل میشود.
در نظر گرفتن نیروگاههای آبی جریانی
به دلیل وجود عدم قطعیت در منابع تجدیدپذیر به مانند دبی آب رودخانه، تابش خورشید و سرعت باد توان خروجی واحدهای آبی جریانی، خورشیدی و بادی متغیر بوده و دارای تنوع زیادی میباشد بنابراین نمیتوان این واحدها را با یک مدل دو حالته نمایش داد؛ بلکه این نیروگاهها با مدلهای m حالته نمایش داده میشوند. با اضافه شدن یک واحد آبی جریانی m حالته به سیستم مرکب تعداد پیشامدهای حاصل m برابر شده که تحلیل آن مشکل میباشد. به همین منظور از روش احتمال شرطی استفاده میشود. بر این اساس هر کدام از m حالت واحدهای تجدیدپذیر آبی جریانی به صورت جداگانه و با احتمال واحد به سیستم مرکب اضافه شده، شاخص قابلیت اطمینان در هر کدام از این حالتها محاسبه شده و در نهایت از مجموع وزن داده شده این شاخصها در احتمال مربوطه مقدار نهایی شاخص به صورت رابطه (3) تعیین میشود. در شکل 2 فلوچارت الگوریتم محاسبه شاخصهای قابلیت اطمینان سیستم مرکب با حضور واحدهای تجدیدپذیر آبی جریانی آورده شده است.
مطالعه بهرهبرداری سیستم مرکب شامل واحدهای آبی جریانی
در این گونه مطالعات مدت زمان مورد مطالعه کوتاه بوده و قابلیت اطمینان به صورت توانایی سیستم مرکب تولید و انتقال در تغذیه نقاط بار تعریف میشود. به منظور انجام مطالعات این فاز از روش PJM و تعمیم یافته آن استفاده میشود. خطوط انتقال به مانند واحدهای تولید متداول مدلسازی شده و احتمال خرابی آنها در مدت زمان عملکرد T به صورت ORR=λT در نظر گرفته میشود. در این مطالعات نیز به مانند بخش قبل به منظور تحلیل قابلیت اطمینان سیستم مرکب از روش آنالیز پیشامدها استفاده میشود و اثر اضافه شدن یک واحد تجدیدپذیر بر اساس مدل احتمال شرطی تعیین میشود؛ احتمال پیشامدها بر اساس ORR واحدها و خطوط انتقال با صرف نظر از تعمیر به دست میآید. بر اساس مدل m حالته واحدهای آبی جریانی احتمال مربوط به حالتهای مختلف در مدت زمان عملکرد تعیین شده و از روش احتمال شرطی شاخصهای قابلیت اطمینان مربوطه به دست میآید. البته در این مقاله شاخص ریسک سیستم مرکب (CSR) که احتمال قطع بار در هر نقطه بار بوده و همان مفهوم ریسک انتخاب واحد را در سیستم تولید دارد برای سیستم مرکب در فاز بهرهبرداری به دست میآید. مقدار این شاخص از رابطه (4) بدست میآید. در این رابطه CSR(T) شاخص امنیت در زمان عملکرد T، Pi احتمال پیشامد iام، B عددی باینری که نشان دهنده این است که آیا پیشامد منجر به قطع بار میشود یا نه و n تعداد پیشامدها است.
نتایج شبیه سازی تعیین مدل نیروگاه آبی جریانی
در (Khalilzadeh et al, 2014) مدل قابلیت اطمینان یک نیروگاه آبی جریانی زنجیرهای بدست آمده است. این مدل باید به منظور مطالعات بهرهبرداری اصلاح گردد. در بهرهبرداری زمان عملکرد کوتاه بوده، از تعمیر صرفنظر شده و فرض مدل مارکوف نیز این است که در هر بار تغییر فقط یک خرابی اتفاق میافتد. از طرف دیگر در شروع مطالعه اینگونه فرض میشود که تمام واحدها سالم هستند . همانگونه که مشخص است نرخ خرابی برخی از المانها نظیر کانال انتقال آب، حوضچه، پنوستاک و سرریز نزدیک صفر بوده و به منظور ساده نمودن مدل از آوردن این المانها صرفنظر میگردد. بنابراین در مدل قابلیت اطمینان نیروگاه آبی جریانی شامل n نیروگاه تکی هرکدام با m پنوستاک، تعداد mn شاخه موازی بوده که با المان 10 که ترانسفورماتور قدرت میباشد سری شدهاند. با توجه به اینکه تنها خرابی یک المان در مدت زمان عملکرد امکانپذیر است یا یکی از المانهای موجود در شاخهها خراب میشود که در نتیجه آن شاخه مربوطه خراب شده و توان تولیدی نیروگاه به اندازه توان یک شاخه کاهش می-یابد و یا اینکه ترانسفورماتور قدرت خراب شده که در نتیجه آن توان تولیدی نیروگاه صفر خواهد شد. بنابراین مدل قابلیت اطمینان نیروگاههای آبی جریانی بدون در نظر گرفتن عدم قطعیت دبی آب به صورت شکل زیر خواهد بود:
