بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله کنترل کننده بار فرکانس - LFC - بهینه شده با الگوریتم رقابت استعماری - ICA - در هماهنگی با باتری جریان اکسیداسیون و کاهش - RFB - و کنترل کننده میان خطی توان - IPFC - در یک سیستم قدرت دو ناحیهای در محیط تجدید ساختار یافته با حضور منابع تولید پراکنده - DGs - ارائه شده است.
تاثیر حضور DG، که شامل نیروگاههای دیزلی و بادی میباشد، IPFC که به صورت سری با خط ارتباطی قرار گرفته است و RFB که در ناحیه اول تعبیه شده است، بر میرایی نوسانات فرکانس و توان انتقالی در خط ارتباطی سیستم قدرت شامل واحدهای حرارتی، در محیط تجدید ساختار یافته برای معاملات مبتنی بر نقض قرارداد، بررسی شده است.
الگوریتم ICA به منظور بهینه سازی بهره انتگرالی کنترل کننده بار فرکانس و ضرایب عددی IPFC در بازار برق رقابتی تحت مطالعات مختلف استفاده شده است. بررسی نتایج شبیه سازی نشان میدهد که هماهنگی RFB با IPFC برای حلقه LFC در محیط تجدید ساختار یافته در حضور DG، دارای پتانسیل بیشتری برای بهبود عملکرد دینامیکی سیستم است.
-1 مقدمه
در کارکرد دینامیکی سیستم قدرت، عرضه توان الکتریکی قابل اعتماد بسیار با اهمیت است. این هدف همچنین شامل نیاز به حفظ فرکانس در مقدار نامی و پروفیل پخش توان در خط ارتباطی نیز می شود که همیشه تحت تاثیر تغییر درخواست بار در هر سیستم قدرتی میباشد. هدف اصلی LFC حفظ فرکانس به صورت پایدار، کنترل پخش توان در خط ارتباطی، کنترل انحراف فرکانس با حفظ توازن توان بین کل توان تولیدی و کل بار مصرفی همراه با تلفات است
اخیرا، توجه به آلودگی محیط زیست و محدودیت سوخت های فسیلی، در واحدهای تولید برق در سیستم سنتی اهمیت پیدا کرده است. همچنین بعضی مناطق به دلیل فاصله طولانی دسترسی به سیستم قدرت ندارند، بنابر این استفاده از منابع تولید پراکنده - DGs - از جمله منابع انرژی تجدیدپذیر و واحدهای کوچک تولید انرژی مانند میکرو توربین ها و دیزل ژنراتورها که توانایی تامین برق مورد تقاضا برای واحدهای کوچک مستقل را دارند بسیار ضروریست
این سیستم از نهادهای مستقل از قبیل شرکت های تولید توان - GENCO - ، شرکت های توزیع - DISCO - ، شرکتهای انتقال - TRANSCO - و اپراتور مستقل سیستم - ISO - تشکیل شده است. در بازارهای باز انرژی، احتمال مشارکت یا عدم مشارکت شرکتهای تولید توان - GENCOs - در وظیفه AGC وجود دارد، زیرا آنها شرکتهای مستقلی هستند. از سوی دیگر شرکت های توزیع - DISCOs - ممکن است که با GENCOها به عنوان تولید کنندههای مستقل توان، به منظور انتقال توان در نواحی مختلف عقد قرارداد کنند. بنابر این در محیط مقررات زدایی شده، کنترل بسیار غیر متمرکز است و اپراتور مستقل سیستم - ISO - مسئول حفظ فرکانس سیستم و پخش توان در خط انتقال است.
[5] برای AGC یک راهکار در سیستم قدرت دو ناحیه ای در محیط مقررات زدایی شده، در حضور RFC و IPFC پیشنهاد کرده است. [6] سیستم قدرت با چند منبع تولید انرژی در محیط مقررات زدایی شده با استفاده از کنترل کننده فیدبک خروجی بهینه را مورد مطالعه قرار داده است. کنترلخودکارتولید بیشتر در سیستم های چند ناحیه ای با چند واحد تولیدی از قبیل: حرارتی-آبی/گازی[7]، حرارتی-آبی. [8] علاوه بر این AGC در سیستمهای چند ناحیهای با چند منبع برای سیستم های سنتی گرمایی-آبی[9]، گرمایی-آبی-گازی[10] و گرمایی-آبی-بادی و دیزل[11] نیز مورد بحث قرار گرفته است.
با توجه به پاسخ کند گاورنر کنترل کننده های بار فرکانس متداول ممکن است توانایی لازم به منظور کاهش نوسانات بزرگ را نداشته باشند. پیشرفت های اخیر در الکترونیک قدرت، منجر به توسعه سیستم های جریان متناوب انعطاف پذیر شده است . - FACTS - این ادوات توانایی کنترل شرایط شبکه در روشی بسیار سریع تر را دارند به همین دلیل استفاده است ادوات FACTS جهت بهبود پایداری سیستم مناسب میباشد. [5] از بین این تجهیزات، کنترل کننده پخش یکپارچه توان - UPFC - و کنترل کننده میان خطی توان - IPFC - از جمله ادوات FACTS با بیشترین انطباق هستن که به صورت سری با خط انتقال و یا با خط ارتباطی بین دو ناحیه به منظور کنترل پخش توان قرار می گیرند.
همچنین UPFC و IPFC هردو نیاز به دو مبدل دارند و با توجه به تحقیقات انجام شده مشاهده میشود که UPFC به منظور کنترل پخش توان فقط به یک خط انتقال متصل می شود در حالی که IPFC توانایی کنترل پخش توان در سیستم انتقال با چند خط را دارد. بنابر این IPFC برای جبرانسازی سیستمهای چند خطه از نقطه نظر اقتصادی قابل توجه است. از طرفی IPFC می تواند هر خط انتقال را به طور جداگانه یا همزمان جبران کند به طوریکه بهینه سازی کلی سیستم قدرت با انتقال مناسب توان از خطوط پر بار به خطوط کم بار تامین گردد .[12] از این رو در این مقاله یک مدل ساده از IPFC با روش کنترل پخش بار بهینه به منظور مرتفع کردن مشکل Over Load و پخش بار یکنواخت به منظور کاهش هزینه پیشنهاد شده است.
ضروریست که در سناریوی تجدید ساختار فعلی برای بهبود مشکل AGC و جبران تغییرات ناگهانی بار یک منبع توان اکتیو با پاسخ سریع مانند باتری های ذخیره انرژی - BES - مورد استفاده قرار گیرد. از میان تمام BESها، باتری جریان اکسیداسیون و کاهش - RFB - برای کاربردهایی که نیاز به ذخیره انرژی طولانی مدت دارند، مناسب میباشد.
از طرفی RFB همانند یک منبع توان اکتیو می تواند به عنوان یک وسیله جبران سریع برای مصارف انرژی مصرف کنندهای بزرگ و همچنین به عنوان یک میراساز نوسانات فرکانس عمل کند.[13] همچنین RFB علاوه بر جبران بار می تواند کاربردهای دیگری از قبیل حفظ کیفیت توان برای منابع توان غیر متمرکز باشد. اما با توجه به دلایل اقتصادی، نصب RFB در تمام نواحی اقتصادی نمی باشد. زمانی که IPFC و RFB در سیستم حضور دارند، باید به صورت هماهنگ باهم عمل کنند تا بتوانند شرایط شبکه را سریع و به طور اقتصادی کنترل نمایند.
الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری - ICA - به دلیل جست و جوی سراسری و ویژگی های سازگار با قابلیت های پایدار می تواند به عنوان یک روش تنظیم دقیق استفاده شود. الگوریتم رقابت استعماری از ایده اجتماعی سیاسی الهام گرفته شده است. در سال های اخیر ICA با موفقیت در فرآیندهای کنترلی یا مسائل بهینه سازی مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به تحقیقات حاضر کنترل کننده طراحی شده با ICA توانایی اداره پارامترهای عدم قطعیت را دارد، مقاوم است، توانایی حذف خطای حالت ماندگار را دارد و همچنین پایداری را بهبود میبخشد.
در این مقاله کنترل کننده انتگرالگیر متداول برای یک سیستم قدرت دو ناحیهای بهم پیوسته شامل واحدهای حرارتی در هر دو ناحیه با هماهنگی IPFC و RFB در حضور واحدهای DG مانند نیروگاه بادی در ناحیه اول و دیزل ژنراتور در ناحیه دوم استفاده شده است. به منظور نشان دادن تاثیر مطلوب واحدهای DG برای حل مسئله LFC در سیستم قدرت دوناحیه ای شامل کنترل کننده میان خطی توان و RFB برای سناریوی نقض قرارداد مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 مدل خطی سیستم قدرت
در این مقاله سیستم قدرت از دو ناحیه و هر ناحیه از سه GENCO و دو DISCO تشکیل شده است که بلوک دیاگرام آن در [2] نشان داده شده است. هر GENCO/DISCO دارای همان اختیار قبلی در برقراری قرارداد با یکدیگر در قیمت بازار رقابتی هستند. به خوبی مشخص است که هر GENCO دارای اختیار عقد قرارداد با DISCO و یا GENCO دیگر در هر ناحیه، مطابق قوانین است. به عبارت دیگر انواع مختلف قراردادها برای ترکیبات مختلفی از GENCO-DISCO امکان پذیر است. از این رو ماتریس مشارکت - DPM - DISCO برای درک بهتر روابط قراردادی معرفی میشود.
در ماتریس DPM تعداد سطرها بیانگر تعداد کل تولید کننده ها یا GENCOها و تعداد ستون ها نشانگر تعداد کل شرکت های توزیع یا DISCOها می باشد. درایه ijام مربوط به کسری از بار کل قرداد شده توسط j DISCOام - ستون - و i GENCOام - سطر - می باشد. مجموع تمام درایه های هر ستون از این ماتریس برابر یک می باشد. ماتریس DPM مربوط به این تحقیق مطابق رابطه - 1 - میباشد:
هر درایه از ماتریس CPF - عنصر مشارکت قرارداد - نشان دهنده بار قراردادی DISCO می باشد که باید توسط GENCO مربوطه تامین شود و این تقاضای بار باید در دینامیک سیستم قدرت منعکس شود. گاورنر و توربین باید به درخواست های بار قراردادی پاسخ دهند.
در مکانیزم LFC سنتی، در صورت تغییر بار ژنراتور در آن ناحیه باید پاسخگو باشد اما در یک سیستم تجدیدساختار یافته، GENCO طرف قرارداد باید پاسخگوی تغییرات بار یا تقاضای بار یک DISCOخاص باشد. بنابر این باید سیگنال جریانی وجود داشته باشد که DISCO مورد نظر را به GENCO طرف قرارداد، به منظور مشخص کردن تقاضای بار متصل کند. مفهوم سیگنال جریان در تقاضای بار سیستم های سنتی وجود ندارد.
این سیگنال اطلاعات مفیدی را به سمت GENCO مورد نظر هدایت می کند. همچنین برای DISCOهایی که با GENCOها در نواحی دیگر بجای ناحیه خود عقد قرار داد کرده اند، سیگنال نشان دهنده تقاضا باید پخش توان برنامه ریزی شده را در خط ارتباطی برقرار نماید. این تغییر در تولید توان برنامه ریزی شده، پخش توان در خط ارتباطی را با انحراف رو به رو خواهد کرد.
از آنجایی که در هر ناحیه سه GENCO وجود دارد سیگنال ACE باید بین GENCOها و با توجه به میزان مشارکت آنها در LFC توزیع شود. ضرایبی که ACE را بین GENCOها توزیع میکند تحت عنوان عوامل مشارکت ACE - apfs - شناخته میشوند. در یک ناحیه کنترلی مشخص مجموع apfها برابر یک می باشد. از این رو apf11، apf12 و apf13 عوامل مشارکت ACE در ناحیه اول و apf21، apf22 و apf23 در ناحیه دوم هستند.
-3 مدل تزریق توان کنترل کننده میان خطی توان
در حالت کلی، کنترل کننده میان خطی توان از تعدادی مبدل dc-ac تشکیل شده است که هر یک از آنها برای جبران یک خط انتقال به صورت سری به کار گرفته می شود. به عبارت دیگر IPFC از تعدادی جبرانساز سری سنکرون استاتیکی - SSSC - تشکیل شده است. ساده ترین شکل IPFC از دو مبدل پشت به پشت تشکیل شده است که به صورت سری با خط انتقال از طریق ترانسفورماتور و ترمینال dc مبدلها از طریق لینک مشترک dc بهم متصل شده اند.
این تجهیز به راحتی می تواند در مدل پخش بار نیز گنجانده شود. به طور معمول، در تجزیه و تحلیل حالت ماندگار سیستم قدرت، مبدل منبع ولتاژ ممکن است که به صورت تزریق یک منبع ولتاژ سنکرون با ولتاژ تقریبا سینوسی با دامنه و زاویه فاز قابل کنترل نشان داده می شود. معمولا، IPFC در عملکرد ماندگار برای کنترل پخش توان اکتیو و راکتیو در خط انتقال استفاده می شود
