طرح روشی نوین در برنامهریزي بهینه کوتاه مدت ریزشبکه

Transcript

1 طرح روشی نوین در برنامهریزي بهینه کوتاه مدت ریزشبکه Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 چکیده: محمد قلینیا Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers Vol15 No.1 Sprng مهران صفدري سمیه حسنپور 3 1- کارشناسی ارشد- دانشکده مهندسی برق- دانشگاه صنعتی سجاد- مشهد- ایران M.gholna1981@sadjad.ac.r 2- کارشناسی ارشد- دانشکده مهندسی برق- دانشگاه فردوسی مشهد- مشهد- ایران Mehran.safdary@mal.um.ac.r 3- استادیار- دانشکده مهندسی برق- دانشگاه صنعتی سجاد- مشهد- ایران S_hasanpour@sadjad.ac.r در این مقاله برنامهریزي بهینه اقتصادي در حوزه کوتاهمدت ریزشبکه در دو سطح با افقهاي متفاوت به اجرا در آمده است. هدف از برنامهریزي با افق 24 ساعته تعیین میزان تولید میکروتوربینها تعیین وضعیت مشارکت بارهاي پاسخگو مشخص شدن وضعیت شارژ و دشارژ منابع ذخیره ساز انرژي میزان تبادل با شبکه بالادست و پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر با کمترین هزینه براي بهرهبردار و بیشترین سود رسیده به مشترکین شرکت کننده در طرح پاسخگویی بار و با کمترین میزان تولید آلایندهها براي روز بعد میباشد. برنامهریزي در لایه دوم با هدف کاهش خطاي پیشبینی برنامهریزي لایه اول و هزینههاي ناشی از آن براي 15 دقیقه پیش رو انجام میگیرد. طرح پیشنهادي به کمک جعبه ابزار بهینهسازي نرم افزار متلب بر روي یک ریزشبکه نمونه به اجرا درآمده و نتایج بدست آمده بیانگر عملکرد مناسب این طرح در بهینهسازي هزینههاي ناشی از خطاي پیشبینی لایه اول بوده و با اجراي لایه دوم برنامه ضمن تامین توان مورد نیاز ریزشبکه و کاهش هزینههاي جاري آن سود قابل توجهی نصیب شرکت کنندگان در برنامه پاسخگویی بار نموده است. کلمات کلیدي: منابع تجدیدپذیر تاریخ ارسال مقاله: 1394/07/03 ریزشبکه برنامهریزي ریزشبکه مدیریت بهینه ریزشبکه بار پاسخگو عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر نفوذ زیاد تاریخ پذیرش مشروط مقاله: 1394/11/01 تاریخ پذیرش مقاله: 1395/02/19 نام نویسندهي مسي ول : دکتر سمیه حسنپور نشانی نویسندهي مسي ول : ایران مشهد بلوار جلال آل احمد جلال آل احمد پزشکی 64 دانشگاه صنعتی سجاد دانشکدهي برق و مهندسی 25

2 Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st مقدمه Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers - Vol.15- No.1 Sprng 2018 در سالهاي اخیر با توجه به قابلیت اطمینان بالاي مورد نیاز و با توجه به حضور منابع تولید پراکنده در سطح توزیع مبحثی جدید به نام ریزشبکه مطرح شده است که توجه پژوهشگران زیادي را به خود جلب کرده است. یک ریزشبکه را میتوان به عنوان یک شبکه با سطح ولتاژ پایین با بارها و سیستمهاي تولیدي گوناگون کوچک متصل به آن تعریف کرد که این انرژي تولید شده بارهاي محلی را تامین کند. میتواند هم توان و هم گرماي افزایش نفوذ منابع تجدیدپذیر افزایش نیاز به خدمات جانبی نظیر رزرو چرخان تنظیم فرکانس و نرخ شیب بیشتر را در پیداشته و عملا بر هزینههاي بهرهبرداري میافزاید. همچنین در برخی موارد در اثر اضافه تولید واحدهاي تجدیدپذیر و کمبود بار مصرفی بهرهبردار ناچار به قطع اجباري و خارج کردن این منابع از شبکه است[ 1 ]. بنابراین عدم هماهنگی بین پیک تولید و پیک مصرف یکی دیگر از مشکلات اساسی آنها میباشد که این امر منجر به کمبود انرژي در ساعتهاي پیک بار و اضافه تولید در ساعتهاي غیر پیک میشود[ 2 ]. اجراي صحیح برنامههاي پاسخگویی بار و تعرفههاي متغیر با زمان میتواند به تطبیق الگوي مصرف و تولید کمک کند. بارهاي انعطافپذیر نیز براي منابع انرژي تجدیدپذیر که ذاتا متغیر نوسانی و غیر داي می هستند مکملهاي ایدهآلی محسوب میشوند بنابراین میتوان عدم قطعیت انرژيهاي تجدیدپذیر را از طریق برنامههاي پاسخگویی بار و مدیریت مصرف تا حدي جبران نمود. در [3] ساختاري دو سطحی براي سیستم مدیریت انرژي با هدف بیشینه سازي سود بهرهبرداري و کمینه سازي هزینههاي ناشی از خطاي پیشبینی اراي ه شده است. در [4] مدلی ارایه شده است که طبق آن بهرهبردار هیچ تعهدي از مصرف کننده براي مشارکت در پاسخ تقاضا نمیگیرد و مصرف کننده نیز به خاطر مشارکت در طرح از هیچ تشویقی برخوردار نمیگردد. در [5] به نحوه مدیریت توان در ریزشبکه تنها در حالت قطع از شبکه اصلی پرداخته و حالت متصل به شبکه دیده نشده است. در [6] تنها تاثیر بار پاسخگو در مدیریت تولید ریزشبکه در حالت ایزوله از شبکه بالادست مورد بررسی قرار گرفته است. در [7] به مدیریت هزینه ریزشبکه در دو حالت عدم امکان فروش توان به شبکه بالادست و امکان فروش توان به شبکه بالادست پرداخته شده و بارهاي پاسخگو بصورت حداکثر بارهاي قابل قطع مشاهده شده است. در [8] ریزشبکه بصورت منفصل از شبکه اصلی در نظر گرفته شده و عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر و آلودگی محیط زیست در کنار مدیریت تولید ریزشبکه مشاهده شده است. در [9] به مدیریت هزینه ریزشبکه در حالت منفصل از شبکه اصلی پرداخته و حالتهاي مختلفی از تاثیر حضور منابع تولید مختلف و باتري در نظر گرفته شده است. در [10] یک برنامهریزي براي روز بعد و یک برنامهریزي در همان روز با بازه زمانی 5 دقیقهاي ارایه شده است. در [11] یک روش مدیریت هزینه ریزشبکه در دو سطح ارایه شده است. در سطح اول هدف بیشینهسازي سود بهرهبردار و سطح دوم براي پوشش خطاي پیشبینی و با هدف کمینه کردن هزینههاي رزرو میباشد. در [12] دو ساختمان هوشمند شامل منابع تولید پراکنده و ذخیرهساز انرژي در نظر گرفته شده است. ساختمانهاي مذکور توسط کنتور هوشمند تعرفه برق را دریافت و برنامهریزي براي بارهاي پاسخگو در جهت کاهش هزینههاي مصرف انرژي و بهرهبرداري از منابع براي روز آینده انجام میشود. در این مرجع ساختمانهاي هوشمند امکان استفاده از ذخیرهسازهاي یکدیگر را در مواقع لازم دارند. در [13] به موضوع تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده در یک ریزشبکه مستقل از شبکه اصلی پرداخته شده است. در این مرجع از میکروتوربینها براي پوشش عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر استفاده و یک برنامهریزي سالانه ارایه شده است. از وجوه تمایز این مقاله این است که کلیه ادوات مرسوم یک ریزشبکه در مساله لحاظ شده و هزینههاي ریزشبکه که شامل هزینه تولید ه ز ی ن ه آلایندگی هزینه تبادل با شبکه بالادست هزینه استهلاك باتري و هزینه استفاده از بارهاي پاسخگو میباشد با برنامه ریزي بهینه به حداقل رسیده است. پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر به روشی جدید از شاخصههاي این مقاله است که در کنار استفاده از بارهاي پاسخگو و سایر ابزارهاي موجود منجر به افزایش دقت پیشبینی و پوشش بیشتر عدم قطعیت تولید این منابع شده است. نگاه ویژه به ایجاد انگیزه در بین مشترکین به مشارکت در برنامه پاسخگویی بار از دیگر شاخصههاي این مقاله میباشد که برخلاف سایر کارها که مبلغ پرداختی تشویقی به مشترکین را ثابت و تک نرخی در نظر گرفتهاند بهرهبردار ضمن تعیین بازه پرداختی تشویقی تعیین نرخ پرداخت را بر عهده مشترك گذاشته است که در صورت پذیرفته شدن نرخ پیشنهادي و استفاده از آنها نرخ اعلام شده از سوي مشترکین به آنها پرداخت خواهد شد و در صورت پذیرفته شدن نرخ پیشنهادي و عدم نیاز به آنها پاداشی تحت عنوان آمادگی به آنها تعلق خواهد گرفت. همچنین با توجه به رویکرد کنترل مستقیم بار از سوي بهره بردار ریزشبکه حاشیه امنیتی از جهت تضمین مشارکت ایشان بوجود خواهد آمد. این مقاله با استفاده از اطلاعات مربوط به پیشبینی بار و تعرفه قیمت برق شبکه بالادست و همچنین پیشبینی تولید منابع انرژي بادي و خورشیدي به کمینهسازي هزینه تولید ریزشبکه پرداخته است و از آنجایی که تولید این منابع با عدم قطعیتهایی مواجه است با استفاده از ابزارهاي موجود همچون بارهاي پاسخگو منابع ذخیره ساز انرژي و سایر منابع تولید ریزشبکه به مدیریت این عدم قطعیتها پرداخته و در نتیجه کارآمدي این ابزارها با در نظر گرفتن نفوذ زیاد منابع تجدیدپذیر ثابت شده است. در ادامه با کوتاه کردن افق برنامهریزي و بروز رسانی اطلاعات ورودي برنامه سعی در کمینه کردن هزینههاي ناشی از خطاي پیشبینی داشته است. 26

3 2- طرح پیشنهادي برنامهریزي دو سطحی در این مقاله به دلیل هزینههاي بسیارکم منابع تجدیدپذیر نفوذ این منابع بسیار زیاد در نظر گرفته شده است و این امر بر عدم قطعیت ابزارهاي هوشمند و قابلیت کنترل از دیدگاه بهرهبردار ابزار مناسبی جهت مدیریت عدم قطعیت منابع انرژي پاك و کاهش میزان توان تامین نشده به شمار میآید. Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers Vol15 No.1 Sprng نحوه پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر مروري بر کارهاي گذشته در زمینه پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر بطور کلی کارهایی که در گذشته در مورد نحوه پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر انجام شده است به سه دسته زیر تقسیم میشود: الف) تولید منابع تجدیدپذیر یک مقدار ثابت در نظر گرفته میشود.([ 7 ] و [9] و [14]) همچنین در [3] چند حالت براي تولید منابع تجدیدپذیر در نظر گرفته شده است. ضعف این دسته در نادیده گرفتن عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر با توجه به ماهیت تصادفی و وابسته به اوضاع جوي بودن این منابع میباشد. ب) پوشش عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر با در نظر گرفتن رزرو چرخان و یا تعریف ماتریس آنالیز حساسیت براي تغییر در توان خروجی منابع تولید پراکنده ([15] و [16]) رزرو چرخان را میتوان براي پوشش سایر عدم قطعیتهاي موجود استفاده کرد. محاسبه ماتریس آنالیز حساسیت و در نتیجه تغییر در توان خروجی منابع تولید پراکنده باعث دور شدن از برنامهریزي اقتصادي اولیه و در نتیجه افزایش هزینهها خواهد شد. موارد اشاره شده از ضعف این دسته میباشد. ج) استفاده از توابع توزیع احتمال به جهت مشاهده عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر که در کارهاي گذشته معمولا به دو نوع از این توابع استفاده شده است. نوع اول: تابع توزیع احتمال به چند بخش مجزا (چند بازه سرعت باد و میزان تابش خورشید) تقسیم میگردد. احتمال وقوع هر بخش به سرعت باد و یا میزان تابش خورشیدي که توسط نقطه میانی هر بخش مشخص میگردد نسبت داده میشود. ([17]) نوع دوم: در نظر گرفتن سناریوهاي مختلف (و یا درخت سناریو) و سپس محاسبه احتمال وقوع هر سناریو ([18] و [19]) دخالت انسانی در انتخاب پارامترهاي ورودي در هر دو نوع ذکر شده که ذات نوسانی دارند باعث افزایش عدم قطعیت شده و از ایراد این دسته میباشد ایده پیشنهادي در پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر با توجه به دادههاي باد و تابش خورشید در سالهاي گذشته براي هر ساعت یک کمیت (باد و تابش) کمینه و یک کمیت بیشینه و استخراج شده و تعدادي عدد تصادفی بین این دو مقدار تولید میشود. سپس احتمال کمیتهاي سرعت باد با استفاده از تابع توزیع احتمال ویبول[ 20 ] و احتمال کمیتهاي تابش خورشید با استفاده از تابع هاي مساله برنامهریزي افزوده است. اجراي طرح برنامهریزي دو سطحی به شرح زیر است: در لایه اول برنامهریزي میزان تولید میکروتوربینها وضعیت (میزان و زمان) مشارکت بارهاي پاسخگو وضعیت شارژ و دشارژ منابع ذخیره ساز انرژي میزان تبادل با شبکه بالادست و پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر با کمترین هزینه براي بهرهبردار و بیشترین سود رسیده به مشترکین شرکتکننده در طرح بار پاسخگو با کمترین میزان تولید آلایندهها با در نظر گرفتن قیود تعادل توان محدودیت تولید منابع تولید پراکنده قیود تبادل توان و قیود مربوط به ذخیره سازها مشخص میشود. در لایه دوم برنامهریزي مجددا در بازه زمانی 15 دقیقهاي انجام میشود لذا خطاي پیشبینی لایه اول و هزینههاي ناشی از آن به حداقل رسیده و برنامهریزي به واقعیت نزدیکتر خواهد شد. اختلاف پیشبینی صورت گرفته به بهینهترین وجه با استفاده از تغییر در تولید میکروتوربینها خرید یا فروش به شبکه بالادست و استفاده از بارهاي پاسخگو با قیمت پیشنهادي پایین صورت میگیرد. در این طرح بهرهبردار با در نظر گرفتن هزینه تولید میکروتوربینها نرخ بارگیري آنها نرخ انرژي در شبکه بالادست و نرخ اعلامی مشترکین همکار بهینهترین برنامه را جهت بکارگیري از ادوات موجود در ریزشبکه را در راستاي حفظ تعادل ریزشبکه انتخاب خواهد کرد. با توجه به این که برنامهریزي مجدد براي بازههاي زمانی 15 دقیقه انجام میشود روشن کردن واحدي که در مدار نیست از نظر اقتصادي بهینه نمیباشد. درغیر اینصورت برنامه جدید به شدت از برنامه اقتصادي لایه اول فاصله خواهد گرفت. 3- نحوه پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر و اجراي برنامه پاسخگویی بار بهرهبرداري و برنامهریزي ریزشبکه در حضور منابع تجدیدپذیر با وجود عدم قطعیتها بر پیچیدگی مساله افزوده است. استفاده از منابع تولید پراکنده کنترلپذیر با تغییرات سریع در میزان توان تولیدي استفاده از منابع ذخیرهساز توان و استفاده از منابع سمت تقاضا براي کاهش تاثیر عدم قطعیت در حضور حداکثري منابع تجدیدپذیر در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است. همچنین ویژگی غیر قابل پیشبینی بودن این منابع در زمان نفوذ زیاد آن چالش برقراري تعادل بین تولید و مصرف میباشد. پاسخگویی بار از دید مشترك تغییر در مصرف انرژي الکتریکی در واکنش به تغییر قیمت برق در زمانهاي مختلف و از دید بهرهبردار تغییر در مصرف انرژي الکتریکی براي حفظ پایداري شبکه میباشد. برنامه پاسخگویی بار به علت پاسخ سریع عدم نیاز به سرمایهگذاري براي توسعه ظرفیت سیستم قدرت گسترش 27

4 Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers - Vol.15- No.1 Sprng 2018 توزیع احتمال بتا[ 21 ] محاسبه میشود. از بین این تعداد اعداد تصادفی کمیتی که بیشترین احتمال را داشته باشد بعنوان کمیت برگزیده این ساعت انتخاب میگردد. همچنین با توجه به دادههاي آماري سالهاي گذشته سایر پارامترهاي ورودي توابع توزیع احتمال تعیین میشود. روش اراي ه شده داراي ویژگیهاي زیر است: الف) کمیت احتمالی بر خلاف کارهاي انجام شده گذشته بدون دخالت انسانی انتخاب میشود. ب) کمیت احتمالی در هر ساعت بین کمیت کمینه و بیشینه همان ساعت با توجه به دادههاي سرعت وزش باد و تابش خورشید در سالهاي گذشته است. ج) کمیت احتمالی در هر ساعت آن کمیتی است که بیشترین احتمال را دارد نحوه پیاده سازي برنامه پاسخگویی بار با توجه به اهمیت برقراري قید تعادل توان اکتیو در ریزشبکه فرض میشود که مرکز کنترل ریزشبکه در هر ساعتی که به مشکل کمبود تولید و عدم تعادل توان اکتیو برخورد میکند در صورت همکاري مشترکین در طرح بار پاسخگو حاضر است بین 1/5 تا 2 برابر هزینه تولید میکروتوربینها پرداخت نماید تا تعادل و پایداري ریزشبکه حفظ شود. از ویژگیهاي اجراي این برنامه میتوان به موارد زیر اشاره کرد: الف) نزدیکتر شدن به شرایط واقعی با اعلام میزان همکاري هر مشترك شرکت کننده در برنامه پاسخگویی بار براي کل روز و نه به طور ساعتی ب) تعیین بازهاي براي مشوق پرداختی به مشترکین از سوي بهرهبردار ج) تعیین نرخ مشوق پرداختی از سوي مشترك با توجه به بازه تعیین شده و در نتیجه افزایش تمایل مشترکین براي شرکت در برنامه پاسخگویی بار د) تضمین اجراي برنامه پاسخگویی بار با توجه به امکان کنترل مصرف مشترك از سوي بهرهبردار 4- مراحل گام به گام برنامهریزي دو لایه 4-1- برنامهریزي کوتاه مدت با افق 24 ساعته گام اول- دریافت اطلاعات ورودي شامل دادههاي چند ساله سرعت وزش باد و میزان تابش خورشید بار پیشبینی شده هزینه تولید میکروتوربینها نرخ شبکه بالادست و اطلاعات مربوط به مشترکین شرکت کننده در برنامه پاسخگویی بار گام دوم- اجراي برنامه پیشبینی میزان تولید منابع تجدیدپذیر بر اساس روش پیشنهادي گام سوم- بررسی تابع هدف براي دستیابی به مینیمم هزینههاي ریزشبکه گام چهارم- رعایت قید تعادل توان اکتیو و سایر قیود حاکم بر مساله گام پنجم- استخراج نتایج برنامه بهینهسازي شامل میزان تولید میکروتوربینها میزان تبادل با شبکه بالادست میزان شارژ و دشارژ باتري و میزان استفاده از بارهاي پاسخگو 4-2- برنامهریزي کوتاه مدت با افق 15 دقیقهاي گام اول- بروز رسانی اطلاعات تولید منابع تجدیدپذیر نرخ انرژي در ریزشبکه و شبکه اصلی و اطلاعات بار گام دوم- بررسی تابع هدف براي دستیابی به مینیمم هزینههاي ریزشبکه گام سوم- رعایت قید تعادل توان اکتیو و سایر قیود حاکم بر مساله گام چهارم- بروز رسانی نتایج برنامه بهینهسازي شامل میزان تولید میکروتوربینها میزان تبادل با شبکه بالادست میزان شارژ و دشارژ باتري و میزان استفاده از بارهاي پاسخگو در جهت کاهش هزینهها و افزایش سود مشترکین همکار 5- ریزشبکه مورد مطالعه ریزشبکه مورد مطالعه داراي دو عدد میکروتوربین با تولید توان کمینه 10 کیلووات و بیشینه 30 کیلووات سه عدد سلول خورشیدي با تولید توان نامی 5 کیلووات دو توربین بادي با تولید توان نامی 15 کیلووات یک مجموعه منابع ذخیره ساز انرژي به ظرفیت 25 کیلووات یک مجموعه بار که توان آنها در 24 ساعت ثابت فرض شده و تعدادي بار پاسخگو جهت مشارکت در برنامه پاسخگویی بار که در راستاي کاهش هزینه ریزشبکه و حداکثر کردن سود خود میزان توان همکاري و قیمت مورد نظر خود را با توجه به قیمت روز گذشته پیشبینی و آن را به مرکز کنترل ریزشبکه اعلام میکنند. مولدهاي تجدیدپذیر در این سیستم با توجه به پیشبینی تولید آنها با بکارگیري روش پیشنهادي این مقاله در حداکثر توان ممکن (با توجه به شرایط آب و هوایی) کار میکنند. توان خروجی میکروتوربین بارهاي منعطف پتانسیل منابع ذخیره انرژي و تبادل توان با شبکه بالادست متغیرهاي کنترلی جهت کمینه کردن هزینه روزانه ریزشبکه میباشند. مفروضات ریزشبکه به شرح زیر میباشد: سه بازه کمباري میانباري و در نظر گرفته شده است که ساعتهاي مربوط به هر کدام از بازهها به ترتیب عبارتند از 1 الی 9 8 الی 16 و 17 الی 24. همچنین مقادیر فرض شده براي پارامترهاي ریزشبکه بصورت جدول (1) میباشد. میزان هزینه تولید میکروتوربینها در سه بازه زمانی بصورت جدول (2) فرض شده است. 28

5 Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers Vol15 No.1 Sprng2018 هر مشترك به کنتور هوشمند مجهز بوده و دو پارامتر میزان مشارکت مشترك در طرح بار پاسخگو و همچنین قیمت مد نظر مشترك براي هر کیلووات همکاري خود از روز قبل به مرکز کنترل ریزشبکه ارسال میشود. اطلاعات بدست آمده از مشترکینی که در طرح بار پاسخگو شرکت میکنند تحت جدولی به صورت جدول (3) مرتب میشود. با توجه به قرار داد منعقد شده میان مشترکین و بهرهبردار به هر مشترك شرکت کننده در طرح بار پاسخگو که پیشنهاد وي مورد قبول واقع شده ولی به دلیل عدم نیاز از آن استفاده نشده است درصدي از نرخ تعیین شده از سوي مشترك به عنوان نرخ آمادگی به وي پرداخت میگردد. پیشبینی میزان بار مصرفی در 24 ساعت (میزان بار در لایه اول) و همچنین میزان بار مصرفی دقیق (میزان بار در لایه دوم) مطابق شکل (1) میباشد. جدول (1): مقادیر فرض شده براي پارامترهاي ریزشبکه پارامتر مقدار KOM 0, کیلووات بر دقیقه Ramp Rate Pte SOC SOCmn α dscharge sr 35 کیلووات 25 کیلووات 5 کیلووات 60 درصد 3 کیلووات جدول (2): هزینه تولید میکروتوربینها و کمینه و بیشینه هزینه پرداختی به مشترکین شرکت کننده در طرح پاسخگویی بار دوره بازه زمانی هزینه تولید میکروتوربین (Currency /KW) کمترین هزینه پرداختی به مشترکین همکار (Currency/KW) بیشترین هزینه پرداختی به مشترکین همکار (Currency/KW) , ,6 کمباري میانباري جدول (3): اطلاعات جمع آوري شده مشترکین طرح پاسخگویی بار مشترك توان اعلام شده (KW) قیمت اعلام شده (Currency/KW) دوره مشارکت با توجه به قیمت پیشنهادي هر سه بازه میانباري میانباري میانباري ,5 4 5,7 4,2 7,6 8, ,5 63, شکل (1): منحنی پیشبینی بار در 24 ساعت در دو لایه 6- تابع هدف و قیود حاکم بر مساله بهرهبرداري بهینه از ریزشبکه عبارت است از کمینه سازي هزینههاي آن با در نظر گرفتن تعادل ریزشبکه و سایر قیود که این موضوع تحت قالب یک مساله بهینهسازي بیان میشود. تابع هدف مساله در رابطه (1) و جزي یات آن در روابط (2) تا (8) بیان میشود. Cost 24 MT + CostOM Mn Cost = + Cost + CostI & E Emsson t = 1 + CostDR + CostBattery (1) CostMT بیانگر هزینه تولید میکروتوربین در ساعت t ام بوده و از رابطه (2) بدست میآید. N MT PMT () () () t Cost (2) MT t = C t η( P ( )) 1 MT t = ) MT )η: P راندمان میکروتوربین ام بوده و از رابطه (3) بدست میآید. η ( P MT ) = MT (3) a P + b CostOM بیانگر هزینه تعمیر و نگهداري میکروتوربین در ساعت t ام بوده و از رابطه (4) بدست میآید[ 22 ]. 29

6 Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 N MT CostOM = KOM PMT MT = 1 (4) t بیانگر هزینه آلودگی محیط زیست در ساعت CostEmsson ام بوده و از رابطه (5) بدست میآید[ 22 ]. ρno EFNO PMT N MT x x CostEmsson = + ρso EF () 2 SO P 2 MT t = 1 + ρco EF () 2 CO P 2 MT t (5) CostI بیانگر هزینه و درآمد حاصل از تبادل با شبکه & E بالادست در ساعت t ام بوده و از رابطه (6) بدست میآید. CostI & E = MCP Pte (6) t بیانگر هزینه استفاده از بارهاي پاسخگو در ساعت CostDR ام بوده و از رابطه (7) بدست میآید. N DR CostDR = C PDR = 1 بیانگر هزینه استهلاك باتري در ساعت t ام بوده N Battery Cost Battery = P Batt () t B Batt = 1 (7) Cost Battery و از رابطه (8) بدست میآید. (8) جدول (4): مفهوم پارامترهاي تعریف شده در روابط (1) الی (8 ( پارامتر مفهوم هزینه تولید میکروتوربین در ساعت t ام تعداد میکروتوربینهاي ریزشبکه توان تولیدي میکروتوربین ام در ساعت t ام ضرایب ثابت بوده که وابسته به مشخصات میکروتوربین میباشد. ضریب هزینه تعمیر و نگهداري میکروتوربین ام با یکاي واحد پول بر کیلووات ساعت واحد قیمت جریمه براي تولید آلاینده نوع x ضریب تولید آلاینده نوع x نرخ برق در شبکه اصلی توان مبادله شده با شبکه اصلی که اگر مثبت باشد توان از شبکه اصلی خریداري میشود و اگر منفی باشد توان به شبکه اصلی فروخته میشود. تعداد مشترکین شرکت کننده در برنامه بار پاسخگو هزینه اعلامی از سوي مشترك ام براي هر کیلووات همکاري وي در برنامه پاسخگویی بار میزان مشارکت مشترك ام در برنامه پاسخگویی بار در ساعت t ام تعداد باتريهاي ریزشبکه توان باتري ام در ساعت t ام که اگر منفی باشد باتري توان تحویل میدهد و اگر مثبت باشد باتري توان را ذخیره میکند. قید تعادل توان اکتیو در رابطه (9) نشان داده شده است. N MT N Solar PMT + () PS t = 1 = 1 24 N wnd N DR 24 + Pw + PDR PLoad = t= 1 = 1 = 1 t= 1 N Battery PBatt + Pte = 1 (9) محدودیت تولید هر میکروتوربین توسط رابطه (10) بیان میشود. mn PMT PMT P MT (10) محدودیت نرخ بارگیري در هر ساعت توسط رابطه (11) بیان میشود. P MT ( ) P MT ( 1) 60 Ramp Rate (11) محدودیت رزرو چرخان توسط روابط (12) و (13) بیان میشود. PMT sr = Pactual (12) mn mn PMT + sr = Pactual (13) محدودیت انتقال توان خط رابط میان ریزشبکه و شبکه اصلی توسط رابطه (14) بیان میشود. Pte Pte (14) محدودیت حداکثر همکاري هر مشترك در برنامه پاسخگویی بار توسط رابطه (15) بیان میشود. 24 PDR ( t) P DR t = 1 = 1,..., N DR (15) میزان ذخیره باتري در هر ساعت محدودیتهاي مربوط به باتري و وضعیت اولیه باتري در روابط (16) تا (21) آورده شده است. SOC = SOC ( t 1) + Pcharge Pdscharge SOC mn SOC SOC SOC ( t ) + SOC ( t 1) SOC P SOC charge P SOC α dscharge dscharge SOC ( t = 1) = 0 (16) (17) (18) (19) (20) (21) Ct () N MT PMT b و a KOM MT ρx EFx MCP Pte N DR C PDR N Battery PBatt Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers - Vol.15- No.1 Sprng

7 Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers Vol15 No.1 Sprng جدول (5): مفهوم پارامترهاي تعریف شده در روابط (9) الی (21 ( پارامتر 7- نتایج شبیهسازي مفهوم تعداد سلولهاي خورشیدي ریزشبکه در لایه اول برنامهریزي ضمن در نظر گرفتن همزمان بارهاي پاسخگو تبادل با شبکه بالادست و بکارگیري منابع ذخیره ساز انرژي برنامهریزي 24 ساعته ریزشبکه مورد مطالعه به اجرا درآمد. بخشی از خروجی برنامهریزي لایه اول که پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر میباشد در شکل (2) میزان تولید میکروتوربینها و مجموع تولید ریزشبکه در شکل (3) میزان و وضعیت تبادل توان با شبکه اصلی و همچنین میزان شارژ و دشارژ باتريها در شکل (4) نمایش داده شده است. میزان و زمان استفاده از مشترکین شرکت کننده در برنامه پاسخگویی بار که بخش دیگري از خروجی برنامهریزي لایه اول میباشد در شکل (5) نشان داده شده است. نتایج برنامهریزي لایه اول نشان میدهد که در ساعتهاي کمباري که تعرفه برق در شبکه اصلی ارزانتر از هزینه تولید میکروتوربینها میباشد بهرهبردار تمایل به خرید توان از شبکه اصلی را داشته و تولید میکروتوربینها را در مقدار کمینه خود قرار میدهد. توان خریداري شده به همراه مجموع تولید ریزشبکه صرف تامین بار میشود. مازاد توان خریداري شده از شبکه اصلی در باتريهاي ریزشبکه ذخیره میشود. در بازههاي میانباري و با توجه به بالا بودن تعرفه برق در شبکه اصلی بهرهبردار تمایل دارد از کلیه ظرفیتهاي موجود استفاده کرده تا پس از تامین نیاز بار به جهت کمینه کردن هزینههاي خود توان مازاد را به شبکه اصلی بفروشد. با توجه به افزایش قابل ملاحظه تعرفه برق در شبکه اصلی در بازه استفاده از مشترکین شرکت کننده در برنامه پاسخگویی بار به جهت حداکثر کردن سود رسیده به این مشترکین به این بازه موکول شده است. شکل (2): پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر در لایه اول شکل (3): تولید میکروتوربینها و مجموع تولید ریزشبکه در لایه اول شکل (4): تبادل توان با شبکه اصلی و میزان شارژ و دشارژ باتري در لایه اول N solar Nwnd Ps Pw PLoad P mn MT P MT Ramp Rate sr P DR SOC Pcharge Pdscharge αdscharge تعداد توربینهاي بادي ریزشبکه توان تولیدي سلول خورشیدي ام در ساعت t ام توان تولیدي توربین بادي ام در ساعت t ام بار ریزشبکه در ساعت t ام کمینه توان تولیدي میکروتوربین بیشینه توان تولیدي میکروتوربین نرخ بارگیري میکروتوربین رزرو چرخان حداکثر توان اعلامی از سوي مشترك ام در برنامه پاسخگویی بار میزان ذخیره باتري در ساعت t ام میزان توان شارژ شده باتري در ساعت t ام میزان توان دشارژ شده باتري در ساعت t ام ضریب دشارژ باتري که به منظور جلوگیري از استهلاك زیاد باتري در اثر دشارژ شدن لحاظ میگردد.

8 ریزشبکه در این ساعت و در نتیجه افزایش فروش توان به شبکه اصلی سود مناسبی را نصیب بهرهبردار ریزشبکه مینماید و در نتیجه هزینه کل بهرهبردار در برنامهریزي لایه دوم به مراتب کمتر از برنامهریزي لایه اول میباشد. جدول (6) هزینه کل بهرهبردار را در برنامهریزي لایههاي اول و دوم با یکدیگر مقایسه مینماید. Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers - Vol.15- No.1 Sprng 2018 شکل (5): وضعیت استفاده از مشترکین شرکت کننده در برنامه پاسخگویی بار در لایه اول در لایه دوم برنامهریزي که به جهت کمینه کردن هزینه ناشی از خطاي پیشبینی و براي بازه کمتر از یک ساعت در نظر گرفته شده است چندین اختلاف در مقادیر پیشبینی شده و مقادیر واقعی بوجود آمده است. (ساعتهاي 7 و 21) در ساعت 7 سرعت وزش باد از مقدار پیشبینی شده بیشتر بوده و لذا تولید توربین بادي افزایش مییابد. در این ساعت میزان تابش خورشید کمتر از مقدار پیشبینی شده بوده و لذا تولید سلول خورشیدي کاهش مییابد. همچنین در این ساعت بار مصرفی به میزان چهار مگاووات کمتر از مقدار پیشبینی شده بوده است. نتیجه اجراي برنامهریزي در لایه دوم نشان از کاهش خرید توان از شبکه اصلی در این ساعت را داشته و سایر خروجیها مشابه برنامهریزي لایه اول در این ساعت میباشد. در ساعت 21 سرعت وزش باد از مقدار پیشبینی شده کمتر بوده و لذا تولید توربین بادي مقدار کمی کاهش مییابد. در این ساعت بار مصرفی به میزان هفت مگاووات کمتر از مقدار پیشبینی شده میباشد. نتیجه اجراي برنامهریزي در لایه دوم نشان از افزایش فروش توان به شبکه اصلی در این ساعت را داشته که در پی آن کاهش هزینههاي بهرهبردار با فروش بیشتر توان بوده است. سایر خروجیها مشابه برنامهریزي لایه اول در این ساعت میباشد. نتایج برنامهریزي لایه دوم نشان میدهد که با تغییر در مقادیر پیشبینی شده ورودي در همان روز بیشترین تغییر در خروجیهاي برنامهریزي در توان مبادله شده با شبکه بالادست میباشد. توان مبادله شده با شبکه اصلی در ساعت 7 از 20/55+ به 16/55+ (در حالت خرید توان از شبکه اصلی) و در ساعت 21 از 5/58- به 12/58- (در حالت فروش توان به شبکه اصلی) تغییر میکند. توان تولیدي میکروتوربینها و میزان شارژ و دشارژ باتري بدون تغییر باقی مانده است. در نتیجه از افزایش هزینه تعمیر و نگهداري میکروتوربینها و استهلاك بیشتر باتريها جلوگیري شده و برنامهریزي لایه دوم از برنامهریزي اقتصادي لایه اول فاصله زیادي نمیگیرد. با توجه به کاهش بار در ساعت 21 و همچنین چشمگیر بودن تعرفه برق در شبکه اصلی در بازه کاهش میزان مصرف جدول( 6 ): مقایسه هزینهها در دو لایه برنامهریزي دوم اول لایه 17103, هزینه بهرهبردار 8- نتیجهگیري در این مقاله روشی جدید در برنامهریزي کوتاهمدت ریزشبکه با دو سطح مدیریت منابع ریزشبکه ارایه گردید. هدف از طرح برنامهریزي دولایه گسترش نفوذ منابع تجدیدپذیر به کمک بارهاي پاسخگو و منابع ذخیرهساز انرژي بوده که در سطح اول بهینهسازي سود بهرهبردار و مشترکین همکار مد نظر بوده است و در لایه دوم هدف کمینه سازي هزینه ناشی از خطاي پیشبینی تولید منابع تجدیدپذیر بار و نرخ انرژي میباشد. نتایج شبیهسازي نشان میدهد که امکان تبادل توان با شبکه اصلی باعث شده است تا تغییر در مقادیر پیشبینی شده ورودي موجب تغییر بیشتر این خروجی (توان مبادله شده با شبکه اصلی) نسبت به سایر خروجیها باشد. این موضوع سبب شده است تا از تغییرات شدید در توان تولیدي میکروتوربینها و در نتیجه افزایش هزینه تعمیر و نگهداري آنها و همچنین استهلاك بیشتر منابع ذخیرهساز انرژي به واسطه میزان شارژ یا دشارژ بیشتر آنها جلوگیري کند. 9- منابع [1] A. Bengn, A. Helmedag, K. Chen, D. Calì, P. Jahangr C. Moltor, Multphyscs Test Bed for Renewable Energy Systems n Smart Homes, IEEE Transactons on Industral Electroncs, Vol. 60, No. 3, [2] M. Fotuh-Fruzabad, F. Amnfar, A. Safdaran, Compromsng Wnd and Solar Energes From the Power System Adequacy Vewpont, IEEE Transactons on Power Systems, Vol. 27, pp , [3] حدیث پوراصغرخمامی محمدحسین جاویدي دشت بیاض "مدیریت بهینه منابع انرژي تجدیدپذیر و بارهاي قابل کنترل در ریزشبکه هوشمند" بیست و نهمین کنفرانس بین المللی برق 1393 [4] A. G. Tskalaks and N. D. Hatzargyrou, Operaton of Mcrogrds wth Demand Sde Bddng and Contnuty of Supply for Crtcal Loads, Euro. Trans. Electr. Power, Vol. 21, pp , [5] H. Moras1,P. kadar, Optmal schedulng of renewable mcro-grd n an solated load area usng mxed-nteger lnear programmng, ELSEVIER, Renewable Energy 35(2010). 32

9 Downloaded from jaeee.com at 6: on Thursday November 1st 2018 Journal of Iranan Assocaton of Electrcal and Electroncs Engneers Vol15 No.1 Sprng2018 [20] همایون برهمندپور سیما کمانکش محمد جعفریان "ظرفیت سازي شبکه انتقال با وجود توسعه نیروگاههاي بادي" بیست و هشتمین کنفرانس بین المللی برق 1392 [21] تقی حسینزاده خنکداري حمید عبدي "جایابی بهینه و همزمان منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر و ذخیرهسازهاي انرژي در شبکه توزیع با استفاده از برنامهریزيهاي احتمالی" اولین کنفرانس اتوماسیون صنعت برق 1391 [22] اسماعیل جلال آبادي اشکان رحیمی کیان "بهرهبرداري بهینه و مدیریت ریسک یک ریزشبکه متصل به شبکه" مجله انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران سال 11 شماره 1 بهار و تابستان [6] M. Eghbal, T. K. Saha, and N. Mahmoud-Kohan, Utlzng demand response programs n day ahead generaton schedulng for mcro-grds wth renewable sources, IEEE, n Innovatve Smart Grd Technologes Asa (ISGT), pp. 1-6, [7] E. Nasrolahpour, M. Doostzadeh, H. Ghasem, Optmal Management of Mcro Grd n Restructured Envronment, IEEE, Second Iranan Conference on Renewable Energy and Dstrbuted Generatn, pp , [8] H. Afshar, Z. Moravej, M. Nasat, Modelng and Optmzaton of Mcrogrd Consderng Emssons, IEEE, Conference on Smart Electrc Grds Technology, pp , 2013 [9] S. Ramabhotla, Dr. S. Bayne, Dr. M. Gesselmann, Economc Dspatch Optmzaton of Mcrogrd n Islanded Mode, IEEE, pp. 1-5, [10] T. Logenthran, D. Srnvasan, A. M. Khambadkone, H. N. Aung, Multagent System for Real-Tme Operaton of a Mcrogrd n Real-Tme Dgtal Smulator, IEEE Transactons on Smart Grd, Vol. 3, No. 2, pp , [11] Q. Jang, M. Xue, G. Geng, Energy Management of Mcrogrd n Grd-Connected and Stand-Alone Modes, IEEE Transactons on Power System, Vol. 28, No. 3, pp , [12] مهدي امینیان شهرام جدید "مدیریت انرژي بهینه در ساختمان هاي هوشمند با قابلیت داد و ستد انرژي" مجله انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران سال 13 شماره 3 پاییز [13] بهنام نامور بهرغانی محمد آقا شفیعی معین ابوالقاسمی محمد مرادي دالوند محمد احمدیان "تعیین اندازه بهینه منابع تولید پراکنده ریزشبکه مستقل از شبکه جهت تامین بارهاي الکتریکی و حرارتی با در نظر گرفتن تاثیر هزینههاي سرمایهگذاري بهرهبرداري و زیست محیطی" سال 12 شماره 1 بهار و تابستان [14] محمد خلیلی مجتبی خدرزاده محمد مرادي دالوند "اراي ه مدلی جدید براي قیمت دهی مصرف کننده با در نظر گرفتن نقش آن در مدیریت بار و تاثیر آن بر بهره برداري از ریزشبکهها" مجله علمی و پژوهشی کیفیت و بهرهوري در صنعت برق ایران 1391 [15] علی سفیدگر دزفولی علیرضا صفاریان محسن صنیعی "مدیریت توان منابع تولید پراکنده و منابع انرژي پاك براي بهرهبرداري بهینه و پایدار ریزشبکه" دومین همایش ملی انرژي هاي نو و پاك 1392 [16] رضا حق مرام هادي افشار "مدیریت انرژي لحظهاي در ریزشبکه متشکل از منابع تولید پراکنده و ذخیره ساز انرژي" کنفرانس ملی بهینهسازي مصرف انرژي در علوم و مهندسی 1393 [17] مصطفی اسماعیلی شاهرخت احد کاظمی "مدلسازي بهرهبرداري منابع انرژي تجدیدپذیر با بررسی مزایاي اقتصادي و زیست محیطی" نخستین کنفرانس انرژي بادي ایران 1391 [18] سیده حنانه فلسفی زاده حقیقی شهرام جدید "برنامهریزي بارهاي پاسخگو به منظور پوشش عدم قطعیت نیروگاههاي بادي در سیستم قدرت با استفاده از بهینهسازي تصادفی" نخستین کنفرانس انرژي بادي ایران 1391 [19] روح االله شکروي محسن پارسا مقدم "بهرهبرداري از ریزشبکه با در نظر گرفتن عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر و برنامه پاسخگویی بار" بیست و هشتمین کنفرانس بین المللی برق