بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله پخش بار اقتصادي بوسیله الگوریتم پیشنهادي ژنتیک انجام شده است. براي نزدیک شدن مسئله پخش بار اقتصادي به شرایط واقعی، تابع هزینه مصرف سوخت نیروگاههاي سیستم قدرت بصورت ناصاف1 در نظر گرفته شده است، از طرف دیگر، کاهش میزان آلودگی ناشی از نیروگاهها و همچنین نرخ شیب هر نیروگاه به عنوان جزئی از اهداف مسئله در نظر گرفته شده است. براي انجام این پخش بار بهینه، نقطه کار سیستم و تلفات شبکه نیز در روند بهینه سازي مد نظر قرار گرفتهاند. در نهایت اثر در نظر گرفتن نرخ شیب و همچنین در نظر گرفتن تابع هزینه بصورت ناصاف با حالتی که بصورت یک تابع درجه دوم باشد، مقایسه شده است.
-1 مقدمه
موضوع بهره برداري اقتصادي براي یک سیستم قدرت، از نظر برگشت سود سرمایه گذاري انجام شده، بسیار مهم است. نرخهاي تعیین شده به وسیله ارگانهاي دولتی و اهمیت صرفه جویی در سوخت، شرکتهاي برق را جهت حصول حداکثر بازدهی ممکن، تحت فشار قرار میدهد. بازده حداکثر، هزینه یک کیلو وات ساعت تحویلی به مصرف کننده و هزینه مربوط به شرکت تحویل دهنده آن کیلو وات ساعت را، علیرغم افزایش نرخ سوخت، دستمزد، ملزومات و تعمیر و نگهداري حداقل میکند.
اقتصاد بهره برداري شامل تولید، انتقال و توزیع توان به دو بخش تقسیم میشود. یک بخش، در مورد حداقل نمودن هزینه تولید بحث میکند که پخش بار اقتصادي نام دارد. بخش دیگر، در مورد حداقل نمودن تلفات توان تحویلی به مصرف کنندهها بحث میکند. براي هر شرایط بار پیش ببنی شده، پخش بار اقتصادي توان خروجی هر نیروگاه و نیز هر واحد مولد در داخل یک نیروگاه را تعیین میکند؛ بطوریکه که کاربرد الگوریتم ژنتیک در پخش بار اقتصادي و پخش آلودگی براي توابع هزینه ناصاف با در نظر گرفتن محدودیتهاي شیب نیروگاهها و محدودیتهاي عملی سیستم قدرت هزینه کلی سوخت مورد نیاز براي تامین بار سیستم را حداقل نماید.
در اینجا فرض بر آن است که ظرفیت تولید قدرت شبکه، بیشتر از قدرت مورد تقاضاي بارها میباشد و لذا امکان انتخاب قدرت تولیدي هر ژنراتور وجود دارد. به این منظور در این مقاله، پخش بار اقتصادي بوسیله الگوریتم پیشنهادي GA انجام می پذیرد که نسبت به روشهاي سنتی تکرار λ و کاهش گرادیان، سریعتر و دقیقتر میباشد. یکی از محدودیتهاي عملی مسئله پخش بار اقتصادي، در نظر گرفتن فرم واقعی تابع هزینه میباشد.
در واقعیت تابع هزینه یک واحد نیروگاهی فقط یک تابع درجه دو نمیباشد بلکه یک منحنی ناصاف میباشد. براي نمایش این خاصیت میتوان تابع هزینه را به صورت حاصل جمع دو قسمت در نظر گرفت. قسمت اول، یک تابع هزینه درجه دوم و قسمت دومِ تابع هزینه، قدر مطلق یک تابع سینوسی میباشد. این روشِ نمایش تابع هزینه در بعضی مقالات مورد بررسی قرار گرفته است .[3-1]
در این مقاله محدودیتهاي ناحیه مد نظر قرار گرفته شده است. یکی دیگر از عوامل تاثیر گذار در تولید اقتصادي نیروگاهها در نظر گرفتن مسائل زیست محیطی شامل گازهاي خروجی از نیروگاههاست که مهمترین این گازها اکسیدهاي نیتروژن - NOX - و اکسیدهاي گوگرد - SOX - میباشند که در اینجا در تابع هدف وارد شدهاند. همچنین در این مقاله تاثیر نرخ شیب در نظر گرفته شده است.
بدین شکل که هر نیروگاه داراي محدودیتهایی در شیب افزایش یا کاهش توان تولیدي خود است که تجاوز از این محدودیتها منجر به خسارت به روتور شده و باعث افزایش هزینه عملکرد میگردد. براي مسئله بهینه سازي و در نظر گرفتن محدودیتهاي ذکر شده از الگوریتم ژنتیک استفاده شده که نسبت به روشهاي حل عددي بسیار پربازده تر و با حجم محاسبات کمتر میباشد.
-2 بیان مسئله
پخش بار اقتصادي، یکی از مسائل مهم در بررسی اقتصادي سیستمهاي قدرت میباشد. این موضوع به صورت یک مسئله بهینه سازي مطرح میگردد که از توابع هدف و محدودیتهاي مسئله تشکیل شدهاست.
-1-2 توابع هدف
-1-1-2 تابع هزینه تولید نیروگاهها
در پخش بار اقتصادي، با تغییر میزان توان تولیدي نیروگاهها به گونهاي عمل میشود که تابع هزینه ارائه شده به صورت رابطه - 1 - - هزینه سوخت مصرفی - حداقل شود. از طرفی در پخش بار اقتصادي، تابع هزینه به صورت درجه دو نمیباشد، بلکه داراي نقاط زانویی مشتق ناپذیر میباشد. به منظور نمایش این خاصیت، تابع هزینه یک نیروگاه، حاصل جمع دو قسمت در نظر گرفته میشود. قسمت اول یک تابع هزینه درجه دو و قسمت دوم نیز قدر مطلق یک تابع سینوسی میباشد. این تابع هزینه به صورت رابطه - 2 - ارائه میشود.[8]
-2-1-2 تابع هزینه زیست محیطی
یکی از مهمترین چالشهاي پیش روي بشر در دهههاي آینده به طور قطع، کاهش آلودگی هوا خواهد بود. تولید انرژي کاربرد الگوریتم ژنتیک در پخش بار اقتصادي و پخش آلودگی براي توابع هزینه ناصاف با در نظر گرفتن محدودیتهاي شیب نیروگاهها و محدودیتهاي عملی سیستم قدرت الکتریکی ناشی از سوختهاي فسیلی، چندین ماده مختلف مثل دي اکسید گوگرد، اکسید نیتروژن و دي اکسید کربن را در هوا پخش میکند. دو نمونه از مهمترین این ترکیبات که در اکثر نیروگاههاي قدرت تولید میشوند، اکسید نیتروژن - NOX - و دي اکسید گوگرد - SO2 - میباشند.
گوگرد به عنوان یک بخش از سوخت وارد دیگ بخار - بویلر - شده و این گوگرد با اکسیژن به میزان معین ترکیب میشود و SO2 را تشکیل میدهد. باقیماندهي گوگرد به عنوان خاکستر در مواد ناشی از احتراق ماده سوختنی در بویلر قرار میگیرد. ابتداییترین راه براي از بین بردن آن، استفاده از دودکشهاي مخصوص است که تحت اثر فیلترهاي مخصوص قرار میگیرند که بدین وسیله میتوان از انتشار SO2 تا حدي در هوا جلوگیري کرد. اما با روشهاي جدیدي نظیر استفاده از ترکییب سوخت، سوئیچ سوخت و پاك کننده مالشی میتوان به میزان زیادي از انتشار SO2 در هوا جلوگیري کرد.
مراحل انتشار NOX نسبت به SO2 پیچیدهتر است. براي ترکیب نیتروژن با اکسیژن و تشکیل NOX دو راه وجود دارد. راه اول نیتروژن موجود در هواست که به NOX حرارتی معروف است و راه دوم، نیتروژن موجود در سوخت است که NOX سوخت نامیده میشود. کل NOX تولید کننده در طول احتراق، مجموع NOX حرارتی و NOX سوخت است که در اینجا هزینه ناشی از جلوگیري انتشار این ترکیبات در هوا نیز در تابع هدف دیده شده است.
-3-1-2 تابع تلفات
در یک شبکه به هم پیوسته بزرگ که توان در فواصل طولانی انتقال مییابد و چگالی بار مناطق کوچک است، تلفات انتقال، عامل مهمی بوده و بر توزیع بهینه توان اثر میگذارد. معمولاً در عمل براي در نظر گرفتن اثر تلفات، کل تلفات انتقال به عنوان یک تابع درجه دوم و برحسب توان خروجی ژنراتورها بیان میشود.
