بخشی از مقاله
چکیده
شبکه های توزیع امروزی با نفوذ تولیدات پراکنده و امکانات کنترلی تبدیل به شبکههای توزیع فعال شدهاند. یکی از منابع مهم در این شبکهها خودروهای برقی میباشند. این منبع از آنجاکه کمتر قابل کنترل میباشد دارای عدم قطعیت بالایی برای تولید یا تامین ذخیره میباشد. با توجه به دینامیک اتصال و انفصال خودروهای هیبریدی به شبکه و مسئله بهرهبرداری صحیح این منابع با شبکه هوشمند این منابع در پایداری ولتاژ وکیفیت توان شبکه بسیار تاثیر گذار هستند.
در این مقاله یک روش احتمالاتی برای تامین رزرو مورد نیاز شبکه هوشمند شامل خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه1 ارائه شده است. مقدار رزرو غیرچرخان از طریق مصالحه بین قابلیت اطمینان و هزینه بهرهبرداری تعیین میگردد. با تعیین سناریوهای قطعیت بار و سناریوهای خودرو، کاهش هزینه رزرو و کاهش میزان انرژی توزیع نشده2 در شبکه حاصل شده است.
میزان تولید رزرو واحدهای تولیدی وخودروها توسط نرم افزار متلب محاسبه و سپس توسطsolver dicopt درنرم افزار gams بهینه سازی صورت گرفته است. نتایج حاصله حاکی از این است که هزینه تامین رزرو با حضور خودروهای برقی نسبت به عدم حضور آنها بطور قابل ملاحظهای کاهش یافته است و همچنین انرژی توزیع نشده درصورت خروج واحدهای تولیدی با حضورخودروها کاهش یافته است.
.1 مقدمه
خودروهای برقی می توانند به عنوان بارهای کنترل شده برای مسطح سازی سطح تقاضا در زمان های غیر از اوج مصرف وبه عنوان وسیله ای به منظور تولید و ذخیره سازی انرژی در طول روز برای ارائه انرژی برق به شبکه قدرت در ساعات اوج مصرف برق به کار روند. شبکه هوشمند3 میتواند درحالتهای مختلف این خودروها - V2Gیا - G2Vنقش اساسی داشته باشد چراکه هماهنگی زمانهای شارژ خودروها یا انتقال توان آنها تنها در یک شبکه هوشمند امکان پذیر است. تجمیع خودروهای برقی به عنوان منبع تولید و ذخیره سازی انرژی، انرژی را به صورت مگاوات به بهره بردار سیستم ارائه میدهد.
خودروهای برقی عملکرد، بهرهوری و ظرفیت مورد نیاز شبکه را تحت تاثیر قرار میدهند. [1] نشان داده است که در صورت عدم کنترل و عدم شارژ هوشمند این خودروها، بار پیک افزایش مییابد. در حالیکه اگر از زیرساخت هوشمند استفاده گردد، ضمن افزایش بازدهی شبکه، بار پیک کاهش و دوباره افزایش مییابد .[2] سایر تاثیرات این خودروها بر شبکههای توزیع شامل افزایش بارگذاری ترانسفورماتوها و خطوط و مسائل کیفیت توان است
به لحاظ تئوری حداقل 90 درصد از خودروهای برقی قابل اتصال به شبکه در دسترس میباشند .[4] بنابراین استفاده از خودروها به عنوان منبعی با دسترس پذیری بالا مطرح است. [5] از ظرفیت باتری خودروهای هیبریدی برای ذخیره انرژی الکتریکی استفاده شده و خرید و فروش ساعتی انرژی توسط نهاد گردهمآورنده به منظور کسب درآمد، استفاده کرده است.
مساله خودبرنامهریزی را با درنظر گرفتن اتصال خودروهای برقی به شبکه با استفاده از الگوریتمهای هوشمند حل کردهاند. در این مقالات هیچ توجهی به مدت زمان اتصال خودروهای برقی به شبکه نشده است. همچنین در این مقالات نهاد گردهمآورنده خود را ملزم به رعایت مینیمم مقدار شارژ باتری خودروها هنگام انفصال از شبکه نکردهاند. همانطور که میدانیم اتصال خودروهای برقی فقط به شبکه توزیع فشار ضعیف امکانپذیر میباشد، این در حالیست که در مقالات مذکور، خودروهای برقی در شبکه انتقال با نیروگاههای بزرگ در نظر گرفته شده- اند.
این نقوص را جبران نموده و به بررسی دقیق زمان اتصال و انفصال این خودروها به همراه میزان قیدی برای حداقل شارژ باقیمانده در خودروها در زمان دشارژ پرداخته است. [8] به این مسئله به عنوان یکی از برنامههای تشویق محور و برنامه زمان استفاده نگریسته است. این مرجع برای تشویق صاحبان این خودروها از مبالغ متنوع تشویقی بسته به سطح بار شبکه استفاده کرده است تا به این ترتیب با مدیریت صحیح این خودروها به مسطح نمودن منحنی بار بپردازد. [9] نیز مکانیزمی برای شکل دادن به منحنی بار توسط این خودروها ارائه داده است. این مکانیزم بر اساس استفاده از منابع تجدیدپذیر است به این ترتیب که با هماهنگی دقیق این دو منبع منحنی بار دلخواه را استخراج نموده است. [10] نیز مشابه مرجع قبلی لیکن با الگوریتم هوشمند به حل مسئله پرداخته است.
به علت پایین بودن سطح توان مجموعههای خودروهای برقی، در صورت تمایل به شرکت در بازار عمده فروشی توسط نهاد گردهمآورنده، این نهاد قابلیت شرکت در بازارهای خدمات جانبی را خواهد داشت. [11] به بررسی هزینهها و درآمدهای مشارکت این نهاد در بازارهای خدمات جانبی پرداخته است. [12] مسئله خودبرنامهریزی بهرهبردار یک شبکه هوشمند را با درنظر گرفتن نفوذ شدید این خودروها در شبکه در نظر گرفته است.
با توجه به برنامهریزی توسعه منابع خودروهای هیبریدی به تاثیر آنها در بازار و کاهش آلودگیها پرداخته است. [14] به بررسی تلفات و قابلیت اطمینان در این شبکهها پرداخته است. [15] مشارکت نهاد گردهم-آورنده را در بازار روز پیش مدلسازی و حل کرده است. [16] این منبع را به عنوان تامین کننده رزور ثانویه در بازار در نظر گرفته است.این مقاله به بررسی حضور و عدم حضور خودروها در کاهش هزینه رزرو وکاهش میزان انرژی توزیع نشده در سیستم براثرخروج واحدهای تولیدی پرداخته است.
.2 مدل ریاضی و برازش توابع توزیع نرمال برای عدم قطعیتهای مسئله
جهت حل بهینه و جامع مسایلی که با پارامترهای تصادفی سروکار دارند از برنامهریزی تصادفی استفاده میشود. در این برنامهریزی باید به تعداد کافی سناریو از متغیر تصادفی مورد نظر داشته باشیم. مقالات مختلفی در زمینه تولید سناریو1بحث کرده و روشها گوناگونی نظیر سریهای زمانی ارایه کردهاند. در حوزه ریاضیات محض، مباحثی چون پایداری برای روشهای تولید سناریو مطرح است و مقالاتی که در این حوزه مطرح هستند به اثبات صحت عملکرد هر یک از روشهای تولید سناریو پرداختهاند که بررسی آنها از حوصله این کارخارج است. در این مقاله با بررسی روشهای مختلف، یک روش ابتکاری جهت تولید سناریو ابداع و بکار گرفته شده است.
در این قسمت با داشتن تعداد مشخصی از اطلاعات تابع وزنی احتمال - pmf - 2 طبق شکل 1 برای یک پارامتر تصادفی تولید می-گردد. سپس با تقسیم بازه این متغیر به n قسمت، تعداد میلهها در هر دسته بدست آمده است. لذا اگر فرض کنیم تعداد دستههاn است، با تقسیم تعداد اطلاعات موجود در هر دسته به n،احتمال هر دسته محاسبه میشود - شکل 2 را ببینید - . در واقع با این کار از تابع وزنی احتمال به تابع توزیع احتمال - PDF - 3 میرسیم. سپس با وارد کردن مرکز هر دسته و احتمال مربوطه به پروسه ساخت منحنی4 نرمال لگاریتمی5 ، منحنی احتمال پارامتر تصادفی بدست آمده است.
شکل :1 تابع وزنی احتمال یک پارامتر تصادفی
شکل:2 تابع توزیع احتمال بدست آمده از تابع وزنی احتمال
در مرحله بعدی با تولید اعداد تصادفی در بازه مربوط به هر متغیر تصادفی با در نظر گرفتن یک فاصله معقول از حدود بازه، سناریوها بطور تصادفی تولید شدهاند. در نهایت این سناریوها به ترتیب از پایین به بالا مرتب شده و با استفاده از انتگرالگیری عددی احتمال هر سناریو محاسبه شده است. این پروسه در این مقاله برای تعداد خودروهای متصل به شبکه تحت کنترل نهاد گردهمآورنده، مدت زمان اتصال این خودروها به شبکه مذکور و مقدار شارژ موجود خودروها قبل از اتصال به این شبکهها اعمال شده است.
-1-2 تابع هدف وقیود مسئله تخصیص رزرو از دید بهرهبردار بازار
هدف بهرهبردار شبکه ارائه برق با قیمت و کفیت مناسب و قابلیت اطمینان بالا به مشترکین است. تخصیص رزرو در سیستمهای قدرت سنتی ،در سطح تولید مورد بررسی واقع میشود و معیارهای مختلفی برای آن در شبکههای کشورهای مختلف مطرح میباشد. از معروفترین معیارها در سیستمهای قدرت برای تخصیص رزرو معیار بزرگترین واحد و معیار درصد مشخصی از بار میباشد. البته شایان ذکر است که شبکه انتقال و محدودیتهایی که ایجاد میکند نیز تاثیر عمدهای در تخصیص منطقهای رزرو دارد.
از دیگر معیارهایی که برای تخصیص رزرو در نظر گرفته میشود، معیار امنیت n-k میباشد. بدین معنی که با خروج همزمان k تجهیز از میان n تجهیز سیستم، ذخیره موجود قادر به تامین بار باشد. در این مقاله با توجه به هزینهای که از دست رفتن بار متوجه بهرهبردار میکند، رزرو اختصاص خواهد یافت. حال نکته مهم این است که با توجه به عدم قطعیت در خودروهای برقی چگونه میتوان از آن به عنوان رزرو جهت تولید در مواقع لزوم به منظور جلوگیری از خاموشی استفاده نمود؟ این سوالی است که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد.
جهت درک بهتر معادلات نشانهگذاری به کار رفته به تفکیک متغیرها، ثابتها و اندیسها در فایل پیوست ارائه میگردد.
حال به ارائه معادلات میپردازیم. با توجه به حجم بالای تبادلات در بازار انرژی روزپیش، این نهاد قابلیت شرکت در بازار ذخیره چرخان را دارد. به این ترتیب تابع هدف مسئله شامل حداقل سازی انرزی توزیع نشده باحضورخودروهای برقی توسط نهاد گردهم آورنده بوده است
قبل از پرداختن به قیود، روابط فوق به تفضیل توضیح داده میشود. رابطه - - 1، تابع هدف مسئله بوده که باید کمینه گردد. این رابطه شامل چهار مولفه هزینه است. ترم اول، هزینه تولید توسط خودروهای برقی موجود در شبکه است. مولفه دوم هزینه، هزینه تولید واحدهای ژنراتوری است. مولفه سوم هزینه تخصیص رزرو توسط واحدهای ژنراتوری و خودروهای برقی است
