وارد نمودن تغییرات کوتاه مدت باد در توزیع اقتصادی بار

چکیده

واژگان شاخص

مقدمه

توزیع اقتصادی بار بدون در نظر گرفتن تلفات شبکه

توزیع اقتصادی با در نظر گرفتن تلفات شبکه

خروجی WECS در بازه اطمینان یک ELD

شکل 1. تاثیر سطوح مختلف تلاطم بر توان خروجی در یک سیستم متعارف تبدیل انرژی بادی

شکل 2. منحنی توان خروجی  بر اساس (19) و (20) برای یک سیستم متعارف تبدیل انرژی بادی در سطوح مختلف تلاطم

اصلاح مساله­ ی کلاسیک ELD سه ژنراتوری

 اصلاح مساله­ ی ELD بیست ژنراتوری

جدول I. پارامترهای ژنراتور برای مسائل ELD سه واحدی

جدول II. پارامترهای تلفات  (بر حسب ) برای مساله ELD سه واحدی

شکل3. حالت های بهینه برای مساله سه ژنراتور اصلاح شده [4] در مقادیر مختلف سرعت متوسط پایدار باد در کوتاه مدت در مرکز WECS. مقادیر مبنای بهینه به صورت قرمز نشان داده شده ­اند.

شکل4. حساسیت مقادیر بهینه (مربوط به شکل3) به تلاطم برای مساله اصلاح شده­ی سه ژنراتور [4]. همه­ی هشت سطح تلاطم به هر یک از سه شکل اعمال شده­اند.

جدول III. پارامترهای ژنراتور برای یک مساله ELD بیست ژنراتوری

جدول IV. پارامترهای تلفات برای مساله ELD بیست ژنراتوری

 جمع ­بندی

شکل 5. ELD اصلاح شدهبرای مساله­ی 20 ژنراتوری( هر دو مورد AوB) در مقادیر مختلف سرعت متوسط پایدار بادی در بلند مدت و در مرکز WECS. مقادیر مورد مبنای مربوطه با قرمز مشخص شده­ اند.

شکل6. حساسیت ELD بهینه برای مساله­ ی اصلاح شده ­ی ژنراتوری به تلاطم (موردهای A و B مربوط به شکل 5) همه­ ی 8 سطح تلاطم مشخص شده به هر 6 شکل اعمال می­ شوند.

تصادفی بودن سرعت باد در یک مقدار متوسط پایدار و دریک دوره¬ی کوتاه مدت عموماً Short duration wind variation گفته می¬شود. این مقاله اثر واردسازی ظرفیتهای قابل توجه تولید بادی را در مبحث توزیع بهینه¬ی بار، در شرایطی که منبع بادی به تغییرات کوتاه مدت حساس است، بررسی می¬نماید. فرمول¬بندی تحلیلی مساله¬ی توزیع اقتصادی بار (ELD )، با در نظر گرفتن تولید توان بادی، برای دو مورد که در یکی تلفات توان در نظر گرقته می¬شود و در دیگری از این تلفات صرف نظر می¬شود، به صورت جداگانه بررسی شده است. در هر یک از این فرمول¬بندی¬ها، تاثیر تغییرات کوتاه مدت بار به عنوان یک مقدار اضافه شده در نظر گرفته شده است و از این طریق از پیچیدگی مدلهای تصادفی اجتناب شده است. مطالعه¬ی موردی سه ژنراتوری و 20 ژنراتوری جهت مشخص نمودن جنبه¬های متمایز مساله¬ی ELD مورد بحث قرار گرفته¬اند. در ابتدا، هزینه¬ی بهینه، تلفات و سیستم- λ در سرعت¬های متوسط پایدار کوتاه مدت باد ارائه شده¬اند. پس از آن، حساسیت این سه معیار به سطوح متفاوت تغییرات کوتاه مدت سرعت باد بحث شده¬است.

با توجه به اضافه شدن قابل توجه ظرفیتهای مبتنی بر انرژی بادی به شبکه¬های قدرت در سراسر دنیا، عملکردهای اقتصادی به یک مساله مهم در تاسیسات برقی تبدیل شده است [1] و [2]. مساله کلاسیک توزیع بار (ELD) [3] , [4] با شک و تردیدهایی در مورد چگونگی به کارگیری سیستم¬های تبدیل انرژی بادی (WECS ) در طرح توزیع انرژی، به یک مساله¬ی مورد علاقه تبدیل شده است. سوالهایی که عموماً مطرح می¬شود درباره¬ی تغییرات باد در منبع است و راه حل همانی است که میبایست در چارچوب توزیع اقتصادی بار در نظر گرفته شود. این مساله در گذشته در گاهاً مورد بررسی قرار داده شده است [5] در صورتی که اخیراً تلاشهایی جهت تمرکز بر واحدهای WECS به عنوان منابع مستقل صورت پذیرفته است. این تمرکز بر روی مولفه¬های هزینه¬ی اختصاص داده شده به توان باز خرید شده، ملزومات ذخیره¬سازی و خرابی¬ تاسیسات تولید توان بادی بوده است [6]. در [7] و [8] در دسترس بودن احتمالی توان بادی جهت واردسازی قیدهایی به مساله¬ی ELD مورد استفاده قرار گرفته است . در بسیاری از کارهایی که تا به امروز انجام گرفته¬اند [6]-[8] تغییرات باد با استفاده از توزیع شناخته شده Weibull [9] در نظر گرفته شده¬است. چنین توزیعی حداقل در دوره¬های طولانی مدت آماری درست خواهد بود [10]. این مقاله بر اساس این فرض استوار است که برای بسیاری از کاربردها [11]، مقدار بهینه¬ی ELD در یک دوره¬ی کوتاه مدت زمانی مورد نظر است (این مساله در ادامه مقاله به عنوان بازه¬ی زمانی LED در نظر گرفته می¬شود). در این دوره¬ی کوتاه مدت، توزیع Weibull لزوماً بهترین مدل آماری برای تغییرات سرعت باد نخواهد بود [10]. تغییرات کوتاه مدت سرعت باد در درجه¬ی اول شامل دو رخداد غیر ایده¬آل در وضعیت آیرودینامیک (مربوط به حرکت گازها و هوا) است که این دو وضعیت غیر ایده¬آل شامل تلاطم و تندبادها می¬باشد. تلاطم، شامل تغییرات تصادفی تحمیل شده، در یک مقدار متوسط پایدار کوتاه مدت سرعت u ̅ است. منشا چنین تغییراتی می¬تواند جریانهای آشفته¬ در جریان باد ارزیابی گردد. تندبادها، جریانهای سریع و ناگهانی متمایزی در میدانهای متلاطم بادی هستند. ویژگی¬های کمی تندبادها نظیر دامنه، زمان خیز، پیک و زمان افت آنها به وضوح در یک جریان بادی قابل تشخیص خواهد بود. تاثیر این دو رخداد غیر ایده¬آل به شکل مناسبی با استفاده از توزیع¬های ساده¬ی گوسی در متوسط کوتاه مدت و پایدار سرعت باد مدل سازی شده¬اند [12]. علاوه بر این، همانطور که بوسیله¬ی مطالعات اخیر نشان داده شده است [12] ، [13] این امکان وجود دارد که تاثیر تغییرات کوتاه مدت بر روی خروجی توان را با استفاده از یک WECS اضافه نمود. این مساله این امکان را بوجود خواهد آورد که خروجی توان مطلوب واحدهای WECS را در حضور چنین تغییراتی، پیش از واردسازی به ELD متعارف، تصحیح نمود.بدین وسیله می¬توان نیاز به یک مدل تصادفی پیچیده را برای تغییرات کوتاه مدت باد در فرمول¬بندی ELD برطرف نمود. ویژگی¬های خاص مساله ELD متعارف، تقریبا بلافاصله استفاده از اضافه¬سازی روابط ناشی از تغییرات سرعت بار را به فرمولها، به جای استفاده از مدلهای تصادفی پیشنهاد می¬دهند. در عمل واحدهای متعارف به طور کامل عاری از دینامیک¬های جزئی (تغیرات اندک) در حول و حوش نقطه¬ی توان نیستند چرا که که بار همیشه می¬تواند تغییراتی را بر اساس رفتار مصرف کننده تحمیل نماید. در شرایطی که ELD سعی در تامین توان درخواست شده دارد، مقادیر بهینه¬ی تولید، به صورت مقادیر لحظه¬ای دقیقی نخواهند بود اما نسبتاً به مقدار مجموع نزدیک خواهند بود. بنابراین مفهوم تولید انبوه بر اساس WECS به طور طبیعی با مفاهیم ELD متعارف ترکیب می¬شود. مجدداً ضرائب تلفات در ELD متعارف مورد استفاده قرار گرفته¬اند تا تلفات سیستم تولید انبوه را به عنوان تابعی از سطوح تولید مدل نمایند [3] ،[4]. استفاده¬ از چنین ضرائبی، نسبت به سطوح توان لحظه¬ای که برای روشهای آماریبه کار برده می¬شوند، تطابق بیشتری با مفهوم تولید انبوه واحدهای مبتنی بر ELD دارد. در واقع فرآیندهای متعارف ارزیابی فرمولهای تلفات شبکه مبتنی بر ضرائب تلفات [3] را می¬توان به سیستم¬های تولید انرژی باد بسط داد. البته این عمل تحت شرایطی انجام پذیر است که تجمیع قابل قبولی از توان خروجی WECS مورد استفاده قرار بگیرد. چنانچه این امکان وجود نداشته باشد (برای مثال در حضور تغییرات طولانی مدت باد) آن¬گاه تلفات انرژی نهایی را می¬بایست از نقطه نظر زمانی ارزیابی نمود. در نهایت و در مواردی که از یک یا چند سری زمانی تصادفی به عنوان ورودی استفاده می¬شود، ممکن است سوالهایی در مورد استفاده مناسب از قیود و یا توابع هدف تصادفی در بهینه¬سازی مساله مطرح گردند. برای یک مساله¬ی ELD که دربردارنده¬ی تولید مبتنی بر WECS است، داده¬ی اولیه سرعت باد که بر اساس توزیع گوسی و یا ویبول در نظر گرفته می¬شود، تصادفی خواهد بود. اگرچه این ویژگی تصادفی نه توجیه می¬کند و نه لازم می¬دارد که فرآیند بهینه¬سازی در بردارنده¬ی روابط تصادفی باشد. برخلاف چنین وضعیتی، نشان دادن توان بادی به صورت تجمیعی، چنین شبهاتی را برطرف خواهد نمود چرا که داده¬ها و یا روابط تصادفی در آن کاملاً اجتناب می¬شوند. بخش¬های II و ,III مساله¬ی ELD (به ترتیب با عدم در نظر گرفتن و در نظر گرفتن تلفات شبکه) را با واحدهای WECS (که به عنوان بخشی از تاسیسات تولید در نظر گرفته شده¬اند) بررسی می¬نمایند. در هر مورد، تاثیر تغییرات کوتاه مدت مقدار بهینه¬ی ELD بدون در نظر گرفتن هیچگونه توزیع احتمال خاصی بررسی شده است. سوالی که به صورت طبیعی از بحث بالا بوجود می¬آید این است که: بازه¬ی اطمینانی که می¬بایست برای یک ELD در نظر گرفت به نحوی که سهم قابل توجهی از تولید بادی را دربرداشته باشد چیست؟ در یک مفهوم گسترده¬تر، انتخاب بازه¬ی اطمینان می-بایست این امکان را بوجود آورد که اضافه نمودن قابل قبولی از انرژی بادی Pw را در حضور تغییرات کوتاه مدت (در w امین مجتمع متعارف تولید مبتنی بر WECS) با یک مقدار مجموع نوسان¬دار 〈P_w 〉فراهم نماید چنانچه این مساله به هر یک از مجتم¬های تولید بادی در شبکه اعمال گردد، آن¬گاه کارائی مفاهیم ELD متعارف نتیجه گیری خواهد شد. بخش IV راه کار عمقی¬تری را برای سوال مطرح شده در پاراگراف قبل ارائه می¬دهد که این راه کار به تعریف 〈P_w 〉 منجر می-شود و برای ورود به مساله¬ی ELD مناسب خواهد بود. بخش¬های V و VI جنبه¬های مختلف این واردسازی را به ترتیب از طریق مثالهایی از مساله¬ی سه ژنراتوری و 20 ژنراتوری نشان می¬دهند. تمرکز این مقاله بر واردسازی واحدهای WECS در سرمایه¬گذاری¬های تولید تاسیسات برقی، تاثیر آن بر هزینه¬ی بهینه تولید و بررسی نتایج تغییرات کوتاه مدت باد است. به منظور مطالعه¬ی این جنبه¬ها به شکل خاصی، برخی از چالش¬های متعارف مساله¬ی ELD در طول راه کار و در مثالهای V و VI در نظر گرفته نشده¬اند. ملاحظات بارگذاری Valve-Point (نقطه¬ی دریچه¬ای) [14] و [16] و [17] و [18] نیز دیگر چالش¬هایی هستند که در نظر گرفته نشده¬اند. این مسائل کلاسیک به شکل گسترده¬ای در متون گزارش شده¬اند.