اراي ه روشي براي کاهش تلفات در سيستم هاي توزيع بر مبناي تغيير محل تغذيه سيستم هاي توزيع احد کاظمي حيدر علي شايانفر حسن فشکي فراهاني سيد مهدي حسيني دانشگاه علم و صنعت ايران- دانشکده مهندسي برق چکيده براي افزايش بازده سيستم در شبکه هاي توزيع بايد بتوان تلفات سيستم که شامل قسمتهاي مربوط به مولفه هاي اکتيو وراکتيو است کاهش داد. در اين مقاله روش جديدي براي کاهش تلفات سيستم پيشنهاد شده است که در ا ن هر دو مولفه اکتيو و راکتيو تلفات کاهش پيدا مي کند. با تغيير محل تغذيه سيستم شعاعي مکان بهينه منبع به منظور کاهش تلفات بدست مي ا يد. اين روش براي هر سيستم توزيع شعاعي با هر تعداد شين و شاخه قابل اجرا مي باشد. روش ذکر شده بر روي سيستم توزيع شينه پياده سازي شده و نتايج بدست ا مده نشان مي دهد که کاهش تلفات قابل ملاحظه اي در سيستم حاصل مي شود. واژه هاي کليدي: خازن گذاري محل تغذيه سيستم شعاعي سيستم هاي توزيع شعاعي اندازه و مکان بهينه کاهش تلفات روش تغيير - مقدمه سيستم هاي توزيع به عنوان نزديکترين سيستم ارتباطي با مصرف کننده گان در شبکه قدرت مي باشند. در اين سيستم ها به علت نوع ساختار ا نها که اغلب شعاعي است بين مصرف کننده و منبع تغذيه فاصله زيادي وجود دارد و از طرفي به علت پايين بودن ولتاژ و بالا بودن جريان تلفات RI بسيار بيشتر و مهمتر از سيستم هاي انتقال است. در مقالات و تحقيقات انجام شده روش هاي مختلفي براي کاهش تلفات در سيستم هاي توزيع وجود دارد. يکي از اين روشها خازن گذاري است که در ا ن قسمتي از توان راکتيو مورد نياز بارها توسط خازن ها توليد مي شود و بدين طريق توان راکتيو عبوري از خطوط کاهش مي يابد و در نتيجه تلفات راکتيو و در نهايت
تلفات کل سيستم کاهش مي يابد. يکي ديگر از مزاياي اين روش بهبود پروفيل ولتاژ ضريب توان و پايداري سيستم مي باشد [-]. يکي ديگر از روش هاي کاهش تلفات سيستم هاي توزيع تجديد ا رايش مي باشد. در اين روش مسير عبور توان از منبع به بارها طوري تغيير مي يابد که ضمن حفظ شعاعي بودن سيستم تلفات حداقل شود. در روش تجديد ا رايش بر خلاف روش خازن گذاري مولفه اکتيو تلفات کاهش مي يابد[ 4-6 ]. در اين مقاله با محل تغذيه سيستم شعاعي مکان بهينه براي منبع به منظور کاهش تلفات سيستم بدست مي ا يد. در اين روش با تغيير محل تغذيه مي توان همزمان تلفات اکتيو و راکتيو سيستم را کاهش داد. اين روش بر روي سيستم توزيع شعاعي با شين پياده سازي شده و نتايج مطلوبي در کاهش تلفات و بهبود پروفيل ولتاژ بدست ا مده است. - تلفات در سيستم هاي توزيع شعاعي تلفات RI به دو مولفة اكتيو و راكتيو تقسيم مي شود. كل تلفات RI در يك سيستم توزيع كه داراي n شاخه است به صورت زير بيان مي شود[ 7 ]: = n P L, total i= R I i i () () I i و Ri به ترتيب اندازه جريان و مقاومت در شاخة i ام هستند. جريان شاخه ها از حل در اين رابطه I a پخش بار بدست مي ا يد. جريان شاخه را مي توان به دو مولفه اكتيو و راكتيو تقسيم كرد. مولفة اكتيو با I r نشان داده مي شوند. تلف ات مولفه هاي اكتيو و راكتيو را و مولفة راكتيو مي توان به صورت زير نوشت: P P L, active L, reactive = n i= = n i= R I i ai R I i ri () بعد از محاسبه تلفات خطوط مجموع کليه بارهايي که بعد از شين i ام قرار دارند به همراه مجموع تلفات خطوطي که بعد از اين شين قرار دارند بصورت زير مي باشند که نحوه بدست ا وردن شين ها و خطوطي که بعد از شين i ام قرار دارند در بخش بصورت کامل توضيح داده خواهد شد. - ا لگوريتم تشخيص شينها و شاخه هاي بعد از يک شين براي استفاده در پخش بار يکي از مهمترين اطلاعات براي انجام پخش بار در سيستمهاي توزيع داشتن شين ها و شاخه هاي بعد از هر شين مي باشد. در اين بخش نحوه بدست ا وردن اين اطلاعات توضيح داده مي شود. همانطور که در
شکل مشاهده مي شود خط به شين دريافت کننده اش که شين است وصل شده است. اين خاصيت براي تمام شين ها و خطوط در نظر گرفته شده است. فرض شود بخواهيم شين ها وخطوط بعد از شين را تعيين نماييم در اين صورت شين هاي مورد نظر عبارتند از : 0 4 4 و شاخه هاي بعد از اين شين نيز 0 4 و 4 مي باشند. شماره شين ها و شاخه هاي قرار گرفته شده بعد از هر شين در جدول نشان داده شده است. جدول ماتريس شين و شاخه را براي سيستم با 5 شين (شکل ) نشان مي دهد. ا لگوريتم تشخيص مسيرهاي منتهي به فيدر به ترتيب زير مي باشد: الف) گرفتن اطلاعات سيستم ب)تشکيل ماتريس M که دارايNL سطر(تعداد شاخه ها) و NB ستون(تعداد شين ها) مي باشد. در اين ماتريس براي هر شاخه در هر سطر شين سمت فرستنده - و شين سمت دريافت کننده در نظر گرفته مي شود. در نتيجه در هر سطر فقط يک درايه و يک درايه - بوده و مابقي صفر مي باشند. ج) براي تعيين شين هاي متصل به يک شاخه ابتدا در ستون مربوط به ا ن شين سطر متناظر با تعيين مي شود که اين مربوط به اولين شاخه متصل به اين شين است. سپس در سطر تعيين شده ستون متناظر با - را پيدا نموده و اگر در اين ستون عدد وجود داشت مرحله را مجددا انجام داده و در غير اين صورت به شين منبع رسيده ايم و تمام شاخه ها پيدا شده اند. براي سيستم با 5 شين شين هاي انتهايي عبارتند از: 9 8 6 4 و 4 مجموعه مسيرهاي شين هاي انتهايي در جدول نشان داده شده است. 4- ا لگوريتم بدست ا وردن مکان بهينه محل تغذيه سيستم در اين روش منبع تغذيه به ترتيب در تک تک شين هاي سيستم قرار مي گيرد و برنامه پخش بار براي هر حالت انجام شده تلفات کل(تلفات مربوط به مولفه اکتيو و راکتيو جريان) سيستم محاسبه شده و بهترين نقطه که داراي کمترين تلفات است به عنوان شين تغذيه بدست مي ا يد. براساس روش شرح داده شده در بخش 5 با تغيير محل منبع تغذيه شماره گذاري سيستم نيز بايد متناسب با محل تغذيه تغيير پيدا کند. به عنوان مثال فرض کنيم که سيستم از شين تغذيه شده باشد در اين صورت نحوه شماره گذاري شين ها و شاخه ها مطابق شکل خواهد بود. حال اگر بخو اهيم محل منبع تغذيه در شين باشد در اين صورت شماره گذاري شين ها و شاخه ها براي اينکه کمترين تغيير در سيستم نسبت به حالت اوليه به وجود ا يد مطابق شکل مي باشد. سپس برنامه پخش بار با کمترين تغيير انجام مي شود. اين کار براي تمامي شين ها تکرار مي شود تا اين که محل بهينه تغذيه سيستم به منظور کاهش تلفات سيستم بدست ا يد. 5- نتايج شبيه سازي
روش شرح داده شده در قسمت هاي قبل براي انجام پخش بار روي يک سيستم توزيع شعاعي نمونه که داراي شين است با استفاده از برنامه نويسي به زبان MATLAB پياده سازي شده است که نتايج شبيه سازي روي اين سيستم در اين قسمت ا ورده شده است. اطلاعات اين سيستم که داراي شين و ولتاژ 0 kv مي باشد از مرجع [9] بدست ا مده است. بار کل سيستم 00)kVA +75) j است. در اين سيستم بار برنامه پخش بار (تعداد شين ها منهای يک) اجرا شده است که مشخص شده است که اگر شين تغذيه در شين شماره 5 درسيستم اوليه که اطلاعات ا ن در جدول 4 داده شده است نصب شود تلفات کل سيستم به کمترين مقدارخود مي رسد. در حالت اول تلفات کل سيستم 70/66 kw ) kw 0/09 تلفات مربوط به مولفه اکتيو جريان و 60/57 kw تلفات مربوط به مولفه راکتيو جريان )مي باشد در شرايطي که محل تغذيه از شين 5 صورت پذيرد تلفات سيستم به 59/5 kw ) kw 70/05 مربوط به تلفات مولفه اکتيو جريان و 89/ kw مربوط به تلفات مولفه راکتيو جريان) مي رسد. در اين حالت مشاهده مي شود که هر دو مولفه تلفات کاهش چشمگيري مي يابند. در صورتي که محل تغذيه به صورت نامناسب انجام گيرد تلفات سيستم بسيار زياد مي شود. نتايج پخش بار نشان مي دهد در اين سيستم محل تغذيه از شين 7 صورت گيرد تلفات سيستم 8/9 kw ) kw 07/0 مربوط به تلفات مولفه اکتيو جريان و 56/6 kw مربوط به تلفات مولفه راکتيو جريان) مي رسد. شکل ميزان تلفات کل ايجاد شده را در سيستم زماني که منبع تغذيه در هر شين قرار مي گيرد نشان مي دهد. نكته ديگري كه در اين جا مطر ح است مسي له پروفيل ولتاژ مي باشد. شكل 4 وضعيت ولتاژ شين ها ی شبکه را در سه حالت مختل ف که در ا ن تغذيه سيستم به ترتيب از شين هاي 5 و 7 صورت می گيرد را نمايش مي دهد و مشخص است كه پروفيل ولتاژ در حالت سوم (تغذيه در شين 7) بسيار نامطلوب مي باشد كه اين مسي له به خاطر وجود تلفات بالا در اين وضعيت است. پس در حالتي كه محل تغذيه تعويض مي شود مي توان علاوه بر کاهش تلفات پروفيل ولتاژ را نيز بهبود بخشيد. 6- نتيجه گيري در اين مقاله روشي نوين براي کاهش تلفات سيستم اراي ه شد که در ا ن هر دو مولفه اکتيو و راکتيو تلفات کاهش پيدا مي کند. در اين روش با تغيير محل تغذيه سيستم شعاعي مکان بهينه منبع به منظور کاهش تلفات بدست مي ا يد. اين روش براي هر سيستم توزيع شعاعي با هر تعداد شين و شاخه قابل اجرا مي باشد. روش ذکر شده بر روي سيستم توزيع با شين پياده سازي شده و نتايج بدست ا مده نشان مي دهد که صرفه جويي تلفات قابل ملاحظه اي در سيستم حاصل مي]شود. همچنين مشاهده شد با تغيير محل تغذيه و قرار گرفتن ا ن در محل مناسب علاوه بر صرفه جويي تلفات پروفيل ولتاژ نيز به طور قابل ملاحظه اي بهبود مي يابد. 4
شکل - دياگرام تک خطي سيستم شعاعي با 5 شين شکل - دياگرام تک خطي سيستم شعاعي با 5 شين در حالت تغيير محل تغذيه توان تلفاتي( kw ) شکل - ميزان تلفات کل ايجاد شده در صورت قرار گرفتن تغذيه در ا ن شين 5
ب( ج( 0.5 ولتاژ شين (پريونيت) 0 0 5 0 5 0 5 0 ( فلا( 0.5 ولتاژ شين 5 (پريونيت) 0 0 5 0 5 0 5 0 ( 0.5 ولتاژ شين 7 (پريونيت) 0 0 5 0 5 0 5 0 ( شکل 4- پروفيل ولتاژ در حالت قرار گرفتن تغذيه در الف- شين ب- شين 5 ج- شين 7 جدول - ماتريس شين و شاخه جدول - ماتريس شين ها و شاخه هاي متصل به هر شين شين ها و شاخه هاي متصل به شين گيرنده شماره شين گيرنده شماره شين فرستنده شماره شاخه 0 4 5 6 7 8 9 0 4 4 0 4 4 4 4 4-5 5 6 6 5 6-7 7 8 9 8 7 8-9 7 9-0 0 0 - - 4 4 - جدول - مجموعه مسيرهاي شين هاي انتهايي 6
شماره شين انتهايي 4 4 6 5 6 8 7 8 9 7 9 0 4 4 جدول 5- تلفات سيستم در صورت قرار گرفتن تغذيه در شين هاي مختلف جدول 4: اطلاعات سيستم با شين 7
شماره شين 4 5 6 7 8 9 0 4 5 6 7 8 9 0 4 5 6 7 8 9 0 P(kW) 0 /09 0 /9 8 /59 80 / 70 /05 00 /8 80 /6 40 /5 77 / /47 4 /85 445 /78 58 /64 59 /55 67 /69 699 /7 07 / 5 /45 67 /46 4 /5 445 /9 57 / 55 /4 /0 /88 /49 97 /9 5 /79 75 / 78 /0 4 /5 494 /4 Q(kVar) 60 /57 46 /46 08 /58 0 /07 89 / 98 /64 08 /55 9 /5 /5 404 /5 44 /55 595 /4 658 /5 76 /4 88 /7 866 /5 56 /6 76 /67 4 /9 8 /5 474 /6 44 /76 05 /4 9 /07 59 /8 78 /67 5 /69 6 /69 60 /5 464 /66 50 /0 548 /97 S(kVA) 70 /66 49 /6 89 /7 8 /7 59 /5 99 /47 88 /7 5 /0 608 /7 76 /6 766 /4 04 / 86 /9 7 /6 5 /9 566 /7 8 /9 0 / 60 /75 707 /68 90 /0 5 /09 60 /48 55 / 8 /69 0 /6 45 /6 569 /48 65 /65 84 /67 9 /55 04 /4 شين گيرنده شين فرستنده شماره شاخه ها R (Ω) X (Ω) توان راکتيو شين ها توان اکتيو شين ها 0 0 / 0470 0 / 09 00 60 0 / 5 0 / 490 90 40 0 / 864 0 / 660 0 80 4 4 0 / 94 0 / 8 60 0 5 4 5 0 / 7070 0 / 890 60 0 6 5 6 0 / 688 0 / 87 00 00 7 6 7 / 5 / 74 00 00 8 7 8 0 / 7400 / 000 60 0 9 8 9 0 / 7400 / 0440 60 0 0 9 0 0 / 0650 0 / 966 45 0 0 0 / 8 0 / 744 60 5 / 550 / 4680 60 5 0 / 79 0 / 546 0 80 4 4 0 / 560 0 / 590 60 0 5 4 5 0 / 5450 0 / 746 60 0 6 5 6 / 70 / 890 60 0 7 6 7 0 / 5740 0 / 70 90 40 8 8 0 / 565 0 / 640 90 40 9 8 9 / 554 / 504 90 40 0 9 0 0 / 4784 0 / 4095 90 40 0 0 / 97 0 / 7089 90 40 0 / 08 0 / 45 90 50 0 / 709 0 / 8980 40 0 4 4 0 / 70 0 / 8960 40 0 5 5 5 0 / 04 0 / 00 60 5 6 5 6 0 /447. 0 / 84 60 5 7 6 7 0 / 977 / 0590 60 0 8 7 8 0 / 7006 0 / 804 0 70 9 8 9 0 / 585 0 / 5075 00 600 0 9 0 0 / 960 0 / 9744 50 70 0 0 / 69 0 / 05 0 00 0 / 50 0 / 40 60 40 6- مراجع 8
[] BARAN, M.E., and WU, F.F. Optimal capacitor placements on radial distribution systems, IEEE Trans. 989, PD-4, (), pp. 75-7. [] W. H. Kersting and W. H. Phillips, A Radial Three-phase Power Flow Program for the PC, Conference paper, presented at 987 Frontiers Power Conference, Stillwater, OK, October 987. [] M SCHMILL, J.V., Optimal size and location of shunt capacitors on distribution feeders, IEEE Trans. 965, PAS-84, (9), pp. 85-8. [4] G BARAN, M.E., and WU, F.F. Network reconfiguration in distribution systems for loss reduction and load balancing, IEEE Trans. 989, PD-4, (), pp. 40-407. [5] CHIANG, H.D., and JEAN-JUMEAU, R. Optimal network reconfiguration in distribution systems- part : Solution algorithm and numerical results, IEEE Trans. 990, PD-5, (), pp. 568-574. [6] S.K., and BASU, S.K. A new algorithm for the reconfiguration of distribution feeder for loss minimization, IEEE Trans. 99, PD-7, (), pp. 484-49. [7] M. H. HAQUE, Capacitor placement in radial distribution system for loss reduction, IEE Proc. Gener. Transm. Distrib Vol. 46, No. 5, September 999, pp. 50-505 [8] JIN, M.A., JIANYUAN, X.U., WANG SHENGHUI and LIN XIN, Calculation and analysis for line losses in distribution network, IEEE Trans. 00, pp. 57-54. [9] SUNDHARAJAN, A., and PAHWA, A., Optimal selection of capacitors for radial distribution systems using genetic algorithm, IEEE Trans. 994, PWRS-9, (), pp. 499-507. 9