- 1 مقدمه كنند[ 1 ]:

Transcript

1 مكانيابي منابع توليد پراكنده در شبكه فوق توزيع با استفاده از الگوريتم ژنتيك غيرمسلط( NSGAII ) 2 1 ري وف قادري محمد رضا بسمي 1 دانشگاه شاهد دانشكده فني مهندسي Raof.ghaderi@yahoo.com 2 دانشگاه شاهد دانشكده فني مهندسي besmi@shahed.ac.ir چكيده پيشرفت هاي صورت گرفته در تكنولوژي هاي توليد پراكنده و بكارگيري آنها در سطح شبكه هاي فوق توزيع و توزيع فرصتي را براي بهره مندي از مزاياي بكار گيري اين منابع در جهت بهبود بهره برداري از شبكه ها را فراهم ساخته است ازجمله سودمندي هاي ناشي از منابع توليد پراكنده مي توان به مواردي همچون كاهش تلفات بهبود پروفيل ولتاژ افزايش قابليت اطمينان شبكه و... اشاره كرد. براي دستيابي به اهداف مورد نظر مسي له جايابي يعني تعيين ظرفيت و مكان بهينه منابع توليد پراكنده بسيار حايز اهميت است. اين مقاله به اراي ه روش پيشنهادي در جايابي بهينه منابع توليد پراكنده با استفاده از الگوريتم ژنتيك غير مسلط به منظور بهبود پروفيل ولتاژ كاهش تلفات و كم كردن هزينه هاي برنامه ريزي مي پردازد و به منظور بررسي كارايي روش اراي ه شده در جايابي منابع توليد پراكنده براي سه هدف مذكور از شبكه 14 شينهIEEE استفاده شده است. كليد واژه توليد پراكنده تلفات توان مكان يابي بهبود پروفيل ولتاژ. 1 مقدمه با ملاحضه روند رو به افزايش استفاده از منابع توليد پراكنده و اهميت بهره برداري مناسب و بهينه از شبكه فوق توزيع تحقيقاتي در زمينه منابع توليد پراكنده كه در شبكه هاي فوق توزيع و حتي توزيع قرار مي گيرند انجام شده است هر نوع توليد انرژي در ظرفيتهاي نسبتا كم كه در محل مصرف كننده يا در نزديكي آن ) بيشتر در بخش توزيع شبكه قدرت ( صورت پذيرد بدون در نظر گرفتن تكنولوژي مورد استفاده در پروسه توليد آن نوعي توليد پراكنده محسوب مي شود توليد پراكنده را با اسامي مختلفي مانند زير خطاب مي كنند[ 1 ]: توليد محدود يا توليد پراكنده. به طور خلاصه شده توليد پراكنده را DG مي گويند. عمده آثار منابع توليد پراكنده شامل كاهش تلفات خط در شبكه هاي توزيع بهبود پروفيل ولتاژ كاهش آلودگي هوا بهينهسازي چند هدفه دارد تشريح مي گردد. و سپس اهدافي كه در يافتن مكان و ظرفيت تجيزات توليد پراكنده اهميت دارند اراي ه مي شود و بعد با استفاده از الگوريتم ژنتيك چند هدفه مذكور به يافتن بهترين مكان براي نصب اين تجهيزات ميپردازيم. و روند پيشنهادي بر روي سيستم 14 شينه IEEE پياده مي شود. 2 بهينه يابي چند هدفه يكي از روشها كه كاربرد فراواني در برنامه ريزي سيستم هاي قدرت دارد الگوريتم ژنتيك است. در يك مسي له بهينه سازي چند هدفه الگوريتم بهينه سازي به دنبال يافتن بهينه ترين جوابهاي ممكن است. شكل 1: بهنيه سازي 2 هدفه داراي 3 متغير تصميم گيري مجموعه جوابهاي بهينه از پيشاني پ ر تو ميگذرد. در شكل 1 دياگرام بهينه سازي چند هدفه را نشان داده شده است. مطابق با تعريف تسلط (dominance) مجموعه جوابهاي بهينه همواره از پيشاني پ ر تو ميگذرد. كاهش مدت زمان خاموشيهاي برق بهبودكيفيت توان افزايش بهره وري كاهش ميزان تحت تاثير قرار گرفتن نوسانات قيمت برق مسايل تكنيكي شبكه همچون پايداري افزايش قابليت اطمينان و قابليت اعتماد مي باشد [1] [6]. يكي از مهمترين مساي ل مطرح در استفاده از توليدات پراكنده مكان و ظرفيت نامي نصب اين تجهيزات است. كه در اينجا روش الگوريتم ژنتيك جدا شده غير مسلط ) nondominated ( sorted genetic algorithm چند هدفه كه تواناي ي بالاي ي در 1448

2 3 اهداف مكانيابي و روابط پخش توان 1 3 تابع هدفها عبارتند از: كمكردن تلفات كلي خطوط انتقال شكل 2 : مفهوم تسلط (dominance) براي بهينه سازي دو هدفه و رابطه آن با پيشاني بهينه پ ر تو. جواب 1 و 2 و 3 نمي توانند بر يكديگر تسلط پيدا كنند. جواب 1 بر جواب 4 تسلط دارد اما نميتواند بر جواب هاي 5 و 6 تسلط يابد.. شكل 3 : دياگرام كلي الگوريتم بهينه سازي چند هدفه.NSGAII مسي له بهينه سازي چند هدفه با اختصاص وزن به هر يك از توابع هدف مسي له به صورت بهينه سازي تك هدفه حل گرديده است. با تغيير اين وزن ها جواب هاي مسي له نيز تا حدي تغيير ميكند. از اينرو جواب هاي مسي له به قضاوت طراح و اينكه چه وزن هاي ي را اختصاص دهد بستگي دارد. براي جلوگيري از وارد كردن اين تاثير فردي بر روي جوابها مفهوم تسلط پ ر تو dominance) (pareto مطرح گرديد. مطابق با اين مفهوم به جاي اختصاص دادن يك مقدار مطلق به راه حل يك مقدار جزي ي كه مطابق با تسلط تعريف شده است به راه حل اختصاص مي يابد. در شكل 2 مفهوم تسلط براي يك بهينه سازي دو هدفه نشان داده شده است. كمكردن انحراف معيار ولتاژ از مقدار نامي كمكردن هزينههاي برنامهريزي توليدات پراكنده 2 3 روابط رياضي: مدل رياضي براي حل مسي له پخش توان به ميباشد : معادلات مربوط به توان در هر گره : براي گره, 0 براي گره, 0 قيود مربوط به توان ظاهري عبوري از خط:, قيود مربوط به توان توليدي هر ژنراتور: قيود ولتاژ باس ها: : تعداد ژنراتورها : تعداد بارها : توليدي آن آن منحني قيمت مزايده ژنراتور i صورت زير بر حسب توان : منحني قيمت مزايده بار i بر حسب توان مصرفي : ماكزيمم توان عبوري از خط ميان گره i و j و : ماكزيمم و مينيمم توان اكتيو توليدي ژنراتور i و ژنراتور i : و ماكزيمم و مينيمم توان راكتيو توليدي : ماكزيمم و مينيمم ولتاژ در گره i و : توان اكتيو و راكتيو مصرفي در گره i و : توان اكتيو و راكتيو توليدي بوسيله ژنراتور i : ولتاژ گره i, به گره i : و, توان اكتيو و راكتيوخالص تزريقي در تمامي محاسبات فرض بر اين است كه هيچ رابطه اي ميان هزينه نصب تجهيزات توليدات پراكنده و پارامترهاي كنترلي وجود ندارد[ 7 ]. در اين صورت تابع هزينه توليدات پراكنده كه شامل هزينه سرمايه گذاري و نصب توليدات پراكنده ميباشد يك مقدار ثابت مثبت است و به صورت زير ميباشد. U βc U (1) 1449

3 : C U هزينه كلي توليدات پراكنده كه مقداري ثابت است : فاكتور بازيابي سرمايه كه به صورت زير محاسبه ميشود: β مدت زمان بازگشت (2) كه در آن: سرمايه مي باشد. ny و نرخ تورم در تمامي محاسبات فرض بر اين است كه تابع هزينه براي هر توليد پراكنده مانند پيل سوختي شامل هزينه نصب هزينه نگهداري و هزينه سوخت ميباشد. و در تمامي محاسبات از اطلاعات مربوط به پيل سوختي نمونه استفاده ميشود : هزينه نصب ( $/MW) هزينه نگهداري سالانه ($/MW) هزينه سوخت سالانه.($/MW) ميشود. براي مدل كردن اين موضوع ميتوان از منحني بار ساليانه استفاده كرد. شكل : 5 منحني بار ساليانه براي يك شبكه نمونه در شكل 5 مصرف شبكه مورد نظر به چهار قسمت پيك لحظه اي متوسط Peak) (Instantaneous پيك (Peak) بار (Intermediate) و پيك خاموشي (Off Peak) تقسيم شده است. در تمامي شبيه سازيها براي مدل كردن بار واقعي از چنين مدلي استفاده مي شود. مقادير بار مصرفي اين چهار قسمت بر حسب مقدار پيك لحظه اي به صورت زير است : D IP =, D P =, D I =, D OP = T IP = hr, T P = hr, T I = hr, T OP = hr 4 شكل : 4 فلوچارت روش بهينهسازي پيشنهادي براي يافتن بهترين مكان و ظرفيت نصب.DG پياده سازي الگوريتم بهينهسازي ژنتيك NSGAII بر روي شبكه 14 شينه نمونه و بررسي نتايج شبيه سازي از ديد برنامهريز بهترين نقطه برنامهريزي نقطهاي است كه در آن تعادلي ميان اهداف مطرح ايجاد شود. روش بهينهسازي الگوريتم ژنتيك NSGAII ابزاري لازم براي ايجاد تعادل ميان اهداف مورد نظر است. تلفات كلي ايجاد شده در يك شبكه واقعي به مصرف شبكه بستگي دارد. به تناسب ساعات روز در بعضي از ساعات با تغيير مصرف تلفات نيز دچار تغيير شكل : 6 شبكه نمونه 14 شينه براي بررسي معيارهاي گفته شده در شكل 6 شبكه 14 شينه IEEE نشان داده شده است. اطلاعات مربوط به اين شبكه در مرجع[ 8 ] اين آمده است. شبكه از 14 شين 20 شاخه 10 بار و 5 ژنراتور تشكيل شده است. شينه ظرفيتي DG در شبيهسازي را روش پيشنهادي بر روي شبكه هدف ما اين است كه در چه شينههاي ي نصب كنيم. 14 و با چه مطابق با فلوچارت پيشنهادي فرض ميكنيم كه در همه شينها DG نصب ميشود. براي برنامه ريزي به كارگيري DG در اين شبكه تعداد متغيرهاي ورودي برابر با 9 ميباشد. تعداد توابع هدف كه بايد مينيمم شوند نيز برابر با 3 ميباشد. الگوريتم بهينه سازي NSGAII بهترين جواب هاي ممكن را به ترتيب ميچيند. تعداد اين جواب هاي بهينه برابر با جمعيت اوليه اي است كه از پيش 1450

4 تعريف شده. در اين شبيه سازي تعداد جمعيت اوليه 100 و توليد برابر با 50 در نظر گرفته شده است. همچنين مقدار بهينه توليدات پراكندهاي كه بايد در هر شين نصب شود بهدست ميآيد. اگر اين ظرفيت نزديك صفر يا صفر شود به معناي عدم نياز به نصب DG در شين مورد نظر است. نقاط برنامه ريز با در نظر گرفتن ملاحظات مختلف بهترين طرح ممكن را انتخاب ميكند. چنانچه از DG استفاده نشود اطلاعات مربوط به اين شبكه در جدول 1 قابل مشاهده است. مطالعات مربوط به پخش توان اين شبكه سازيها بوسيله نرم افزار MATLAB تمامي شبيه و بسته نرم افزاري 3.2 [8] matpower صورت پذيرفته است. جدول : 1 محاسبه معيارهاي مطرح شده براي حالتي كه در آن از هيچ DG استفاده نشده است (شبكه 14 شينه). شكل : 7 هزينههاي برنامهريزي DG بر حسب تلفات كلي سالانه. شكل : 8 انحراف معيار از مقدار نامي ولتاژ برحسب تلفات كلي سالانه (شبكه 14 شينه (IEEE شكل 9 : انحراف معيار از مقدار نامي ولتاژ برحسب هزينههاي برنامهريزي.(IEEE 14 شينه (شبكه DG شكل 10 : منحني توابع هدف (شبكه 14 شينه.(IEEE در شكل هاي 7 تا 10 ميتوان نتاي ج شبيه سازي را مشاهده نمود. در اين شكل ها منحني توابع هدف بر حسب يكديگر رسم شدهاست. اين شكل ها نشان ميدهد كه مجموعه جواب هاي بهينه از منحنيهاي پ ر تو عبور ميكند. با توجه به اين در جدول 1 براي محاسبه انحراف معيار از مقدار پريونيت N استفاده ولتاژ از رابطه N 1 2 ميشود. در اينجا تعداد شينهاي موجود در شبكه است. N b همچنين تلفات كلي خطوط انتقال از رابطه بدست مي آيد.كه در اينجا I اندازه جريان عبوري از خطوط و R مقاومت هر خط ميباشد. لازم به ذكر است كه جريان عبوري از خطوط از محاسبات پخش توان بهينه بهدست ميآيد. 5 فرضها و ديدگاههاي مختلف براي شبكه 14 شينه: محاسبه معيارهاي مطرح در برنامه ريزي براي شبكه با فرض يكسان بودن اهميت تلفات ساليانه و هزينه برنامهريزي. محاسبه معيارهاي مطرح در برنامه ريزي براي شبكه با فرض اهميت بيشتر تلفات ساليانه و انحراف معيار ولتاژ. 1 5 مورد 1 براي شبكه 14 شينه: محاسبه معيارهاي مطرح در برنامه ريزي براي شبكه با فرض يكسان بودن اهميت تلفات ساليانه و هزينه برنامهريزي مكانيابي DG را با فرض اهميت تلفات ساليانه و هزينه برنامه ريزي انجام شده است بعبارت ديگر در جدول 2 با فرض اينكه تمامي اهداف از اهميت يكساني برخوردار هستند 1451

5 شكل 12( براي مورد شبكه در طول سال ): تاثير DG در تغييرات تلفات سالانه 1 (شبكه 14 شينه.(IEEE همراه جزي يات آمده است. و سپس بهترين طرح ممكن به بدونDG ( به ) 1 ( را با جدول نتيجه جدول ) 2 با DG صورت مقايسه در جدول 3 آورده شده است. و اگر بخواهيم ببينيم طبق جدول 3 مي توانيم به طور واضح تر نتيجه را كدام از معيارها (انحراف معيار و تلفات ساليانه) در براي هر DG و بدون DG به صورت نمودار هيستو گرام به حالت استفاده كنيم. شكلهاي 11 و 12 ترتيب از ريزي براي جدول ) 2 براي مورد ): 1 محاسبه معيارهاي مطرح در برنامه كه با فرض يكسان بودن اهميت تلفات ساليانه و هزينه شبكه اي برنامهريزي در بهترين نقاط DG نصب شده است (شبكه 14 شينه). شبكه 14 شينه: محاسبه معيارهاي مطرح 25 مورد 2 براي بودن اهميت براي شبكه با فرض يكسان در برنامه ريزي تلفات ساليانه و انحراف معيار ولتاژ ولتاژ مكانيابي با فرض اهميت تلفات ساليانه و انحراف معيار و بهترين و بهينه ترين طرح ممكن كه آن را انجام مي دهيم دارد انتخاب مي شود. به بستگي به ديدگاه برنامه ريز هم 4 نشان داده همين منظور تمام محاسبات مربوطه در جدول بين جدول 4 شده است و همچنين در اينجا نيز عمل قياس ) بباDG ( با جدول ) 1 بدون (DGG در جدول 5 آورده شده است. ): 2 محاسبه معيارهاي مطرح در برنامه ريزي براي جدول ) 4 براي مورد يكسان بودن اهميت تلفات ساليانه و انحراف معيار شبكه اي كه با فرض ولتاژ در بهترين نقاط DG نصب شده است (شبكه 14 شينه.(IEEE با حالتي در حضور DG جدول ) 3 براي مورد ): 1 مقايسه وضعيت شبكه.(IEEEE استفاده نشود (شبكه 14 شينه DG كه از هيچ جدول 5 ) براي مورد ): 2 مقايسه وضعيت شبكه در حضور DG و بدون استفادهDG (شبكه 14 شينه 13 و 14 نشان صورت نمودار درشكل هاي نتايج جدول 5 به داده شده است. DG در تغييرات انحراف معيار از مقدار ولتاژ نامي براي مورد ): 1 تاثير شكل 11( در طول سال (شبكه 14 شينه (IEEE 1452

6 مورد براي در تغييرات انحراف معيار از مقدار تاثير DG شده از قضاوت پيش از صورت پذيرفت. اين الگوريتم ذكر به عمل ميآورد. نتاي ج شبيهسازي كه تصميمگيري جلوگيري شينه مورد بررسي قرار گرفت نشان داد بر روي سيستم 14 ميگذرد و بهينه از سطوح بهينه پ ر تو كه مجموعه جواب هاي جواب هاي ريز به راحتي ميتواند با كمك اين مجموعه برنامه اهداف توجه به اهميت بهينه بهترين طرح ممكن را با كاهش تلفات و پروفيل مختلف پيدا كند. و همچنين علاوه بر مورد نياز براي نصب توليدات پراكنده ولتاژ ههزينههاي ي كه سطح معقولي ميباشد. است در :( 2 ولتاژ نامي در طول سال ) (شبكه 14 شينه.(IEEEE شكل 13( مراجع [1] W..ElKhattam, M.M.A.Salama, "Distributed generation technologies,definitions and benefits", Electric Power System Research (57), pp ,14 january قرن بيست و يكم/ تاليف: الكتريكي در [2] منابع توليد انرژي نصير طوسي. دكتر مقدس تفريشي : دانشگاه خواجه [3] T.Q.D.Khoa,P.T.T. Binh, and H.B. Tran, Optimizing Location and Sizing of Distributed Generation in Distribution Systems,2006 [4] G.Carpinelli,G.Celli,F.Pilo,A.Russo, Distribute Generation Siting and Sizing under Uncertainty, [5] Pathomthat Chiradeja, R. Ramakumar, An Approach to Quantify the Technical Benefits of DistributedGeneration, [6] JoonHo, JaeChul Kim, "Networ Reconfiguration at the Power Distribution System With Dispersed Generations for Loss Reduction", Annual Conf. IEEE, PP , 2002 [7] P. Paterni, S. Vitet, M. Bena, A. Yokoyama, Optimal location of phase shifters in the French network by genetic algorithm, IEEE Trans. Power System vol. 14,pp , [8] R.D. Zimerman, C.E. MurilloSanchez, D. Gam, MATPOWR A MATLAB Power System Simulation Package, Version 3.2 Available at cornell.edu/matpower. طول در تغييرات تلفات سالانه شبكه در مورد :( 2 تاثير DG شكل ) 14 براي 14 شينه IEE نمونه). سال (شبكه شبكه همچنين در جدول 6 براي موارد 1 و 2 مقايسه براي DG انجام شده حضور DG و بدون حضور 14 شينه در است. كلي براي موارد 1 و 2 براي شبكه 14 شينه و مقايسه جدول : 6 نتيجه DG استفاده نشود حالتي كه از هيچ وضعيت شبكه در حضور DG با ) (شبكه 14 شينه.(IEEEE 6 نتيجهگيري به نصب DG مكان و ظرفيت مورد نياز براي يافتن بهترين اين اهداف برنامه ريز بستگي دارد. در اين مقاله براي يافتن پارامترها از معيارهاي ي كاهش تلفات توان تختي پروفيل ولتاژ شد تجهيزات DG استفاده كم كردن ههزينههاي نصب و كه چند هدفه شد يك مسي له توجيه اين معيارها منجر به حل NSGAII مسي له با استفاده از الگوريتم ژنتيك حل اين 1453