ترکیب منابع تجدید پذیر بهینه به منظور کمینه کردن تلفات انرژی سیستم توزیع

چکیده

اصظلاحات مربوط

مقدمه

شکل 1.   بلوک دیاگرام کار ارایه شده.

  تابع هدف

مدلسازی منابع تجدیدپذیر و اطلاعات بار

 پردازش اطلاعات موجود

مدلسازی تابش (تشعشع) خورشید

مدل سازی بار

انتخاب حالت

محاسبه خروجی ماژول PV و توان توربین بادی

محاسبه توان خروجی ماژول PV

محاسبه توان خروجی یک توربین بادی

 تطبیق مکان

 مدل ترکیبی تولید-بار

ففرمولبندی مساله برنامه ریزی

 تابع هدف

شکل 2.   سیستم تحت مطالعه

جدول 1.   مشخصات توربین بادی در دسترس

شکل 3.   CF توربین بادی در دسترس.

 مطالعه موردی

جدول 2.   مشخصات ماژول PV دردسترس

شکل 4.   CF مربوط به ماژول PV دردسترس.

جدول 3.   اطلاعات بار برای سیستم تحت مطالعه

اطلاعات سرعت باد و توربین بادی

اطلاعات تابش خورشید و ماژول PV

اطلاعات واحد DG زیست توده

 اطلاعات بار

جدول 4.   نتایج با استفاده از اندازه های DG گسسته 

شکل 5.   تلفات توان هین 4 بخش نخست (4 ترکیب بار اول)

شکل 6.   تلفات توان هین 4 بخش آخر.

 نتایج

 باد با خورشید

 اثر زیست توده بر تلفات سیستم

جدول 5.   نتایج بدون خدشه دار کردن محدودیت اندازه DG

جدول 6.   ترکیبات مختلف توان بادی و بار (مارتیس )

شکل 7.   کاهش ساعتی تلفات توان درصدی طب بخش 2 (DG مبنی بر باد).

شکل 8.   کاهش ساعتی تلفات توان درصدی طب بخش 3 (DG خورشیدی).

اثر اندازه گسسته واحدهای DG تجدیدپذیر بر روی تلفات سالانه انرژی

شکل 9.   مقایسه بیشینه نفوذ و نفوذ واقعی برای همه بخش ها.

جدول 7.   احتمال ترکیب بارهای مختلف و توان خروجی تجدیدپذیر 

 نتیجه گیری

پیوست

این قضیه که منابع انرژی تجدید پذیر، کلید زیربنای منبع انرژی قابل اطمینان هستند، بشدت قابل قبول است؛ زیرا این منابع هم پایان-ناپذیر بوده و هم نا آلاینده هستند. تعدادی از تکنولوژی های تجدید پذیر هم اکنون کاربرد تجاری دارند، جالب توجه ترین آنها توان بادی، فوتوولتیک، سیستم های خورشیدی گرمایی، بیومس (زیست توده)، و اشکال مختلف توان هیدرولیک(با استفاده از انرژی های آب) هستند. در این مقاله، روشی برای تخصیص بهینه انواع گوناگون واحدهای تولید توزیع شده تجدیدپذیر (DG)، در سیستم توزیع _بطوری که تلفات انرژی سالانه را کمینه کنیم_ ارایه شده است. این روش مبنی بر تولید یک مدل احتمالی تولید-بار می باشد که همه ی شرایط عملیاتی ممکن واحدهای DG (تولید توزیع شده) تجدیدپذیر را با احتمال آنها، ترکیب می کند، ازینرو این مدل را در یک مساله برنامه نویسی قطعی، جا می دهیم. مساله برنامه نویسی به عنوان یک برنامه نویسی غیرخطی عددصحیح مرکب (MINLP)، با یک تابع هدف برای کمینه کردن هزینه تلفات انرژی سالانه سیستم، فرمولبندی شده است. محدودیت ها عبارتند از محدوده های ولتاژ، ظرفیت (قدرت) فیدر، بیشینه حد نفوذ، و اندازه مجزای واحدهای DG در دسترس. این روش پیشنهاد شده بر روی یک سیستم توزیع روستایی با بخش های مختلف _شامل همه ی ترکیبات ممکن واحدهای DG تجدیدپذیر_ اعمال شده است. نتایج نشان می دهند که یک کاهش چشمگیر در تلفات انرژی سالانه برای همه ی بخش های مختلف، بدست آمده است.

سیستم های توزیع الکتریکی، از سیستم های هجیم متمرکز شده با نیروگاه های تولید کننده متصل به شبکه توزیع گرفته، تا سیستم های غیر متمرکز با واحدهای تولید کننده کوچکتر، که بطور مستقیم به شبکه های توزیع در مجاورت محل مصرف توان متصل شده اند، سروکار دارند. این نوع واحدهای تولیدی با نام تولید توزیع شده (DG) شناخته شده است. آگاهی محیطی و توسعه قابل اطمینان مبنی بر گوناگونی بلند-مدت منابع انرژی، محرک های کلیدی این تغییرات هستند، که سهمی در ارتقای منابع انرژی تجدید پذیر داشته است. تکنولوژی های که می توانند توان تجدید پذیر با قیمت مناسب برای مصرف کننده تامین کنند _بدون اینکه قابلیت اطمینان سیستم توزیع و امنیت آن را کاهش دهند، دارای پتانسیل گسترده ای می باشند. اگر این هدف ترکیب موثر توان تجدیدپذیر به منبع الکتریکی، قرار بر دستیابی باشد، چالش های فنی و اقتصادی که طبیعت متناوب تولید که توان تجدید پذیر دارا می باشد، باید برطرف شود. تخصیص مناسب واحدهای DG به یک سیستم توزیع موجود، نقش حیاتی در پیشرفت عملکرد سیستم ایفا می کند؛ ازینرو، تخصیص بهینه ی DG یکی از مهم ترین نمودهای برنامه ریزی DG می باشد. با در نظر گرفتن نفوذ توان کل از واحدهای DG، مرجع های [1] و [2] از الگوریتم هرفورد رنچ برای کمینه کردن تلفات سیستم، استفاده کرده اند. (مرجع) [3] با همین هدف، یک تکنیک تکرار شونده برای تعیین جایگذاری تقریبا بهینه واحدهای DG در شبکه قدرت، ارایه داده است. مطالعات درون [5] و [6] از یک روش تکرار شونده برای تخصیص واحدهای DG در سیستم توزیع، بکار برده اند. آنها از آنالیز معادلات پخش بار برای هم حاسیست ولتاژ و هم حسیاسیت تلفات، استفاده کرده اند تا بهترین مکان ها برای قرار دادن واحدهای DG در سیستم توزیع را بیابند. در [7]، از یک روش مبنی بر پخش بار بهینه برای مشخص کردن ظرفیت تولید جدید در نقاط اتصال از پیش تعیین شده در شبکه موجود، استفاده شده است. کار ارایه شده، محدودیت های شبکه، از جمله محدودیت های سطح خطا که توسط قابلیت های سوییچ-گیر تحمیل شده است را در نظر گرفته است. در [8]، نفوذهای بهینه تکنولوژی های DG مختلف، توسط بررسی اثری که تغییر سطح نفوذ بر تلفات انرژی سالانه داشته است، تعیین شده است. از یک روش ابتکاری برای برنامه ریزی سرمایه گذاری ظرفیت-DG _ با در نظر گرفتن مزایده های بازار رقابتی برق_ در [9] ارایه شده است. تخصیص بهینه واحدهای DG توسط آنالیز هزینه-سود از دید یک شرکت توزیع، بدست آمده است. کار اریه شده در [10]، یک فرمولبندی چند-منظوره برای تعیین اندازه ی منابع DG و جاسازی آنها درون شبکه توزیع موجود، ارایه داده است. روش ارایه شده به طراح توانایی می دهد که بهترین سازش میان هزینه ی ارتقای سیستم، هزینه تلفات توان، هزینه انرژی که تامین نمی شود، هزینه انرژی که برای مشتریانی که به آنها سرویس می شود، مورد نیاز است، را انتخاب کند. در [11]، یک روش تحلیلی برای تخصیص بهینه واحدهای DG، در یک سیستم توزیع شعاعی که تلفات توان را کمینه می کند، ارایه شده است. روش ارایه شده انواع مختلف شکل موج های بار، با بارهای متغیر با زمان و خروجی DG در نظر گرفته است، درحالیکه محدودیت های فنی همچون حدود ظرفیت فیدر و شکل موج ولتاژ را نیز لحاظ می کند. در [12]، از یک الگوریتم GA جهت تخصیص بهینه ی واحدهای DG در یک سیستم توزیع، استفاده شده است. به منظور تعادل اثر عدم قطعیت های مربوط به نفوذ و حفاظت DG، [13] و [14] از یک الگوریتم بهینه سازی ابتکاری مبنی بر تیوری تصمیم گیری، استفاده کرده اند. کارآورده شده در [15] یک آنالیز حالت-ماندگار چند-دوره ای را برای بیشینه کردن اتصال میان تولید توزیع شده متناوب، توسط یک تکنیک مبنی بر پخش بار بهینه، پیشنهاد داده است. تکنیک پیشنهادی، سطوح بازگذاری مختلف سیستم تحت مطالعه و نیز طبیعت خروجی های باد را لحاظ کرده است. به منظور تامین ترکیب سوخت بهینه تکنولوژی های DG مختلف، [16] و [17] برنامه خطی عدد صحیح مرکبی برای استفاده ی بهینه از منابع انرژی در دسترس برای بخشی (سکشن) از شبکه توزیع، فرمولبندی شده است. تابع هدف، شامل ضرایب تنظیم تلفات (LAF) و نیز ضرایب بار با تولید انفرادی (LF) می باشد، ازینرو تعیین ترکیب نیروگاه DG بهینه را برای یک سکشن (بخش) شبکه آسان می کند. شکل 1. بلوک دیاگرام کار ارایه شده. این مرور نوشته، نشان می دهد که کار مهمی با در نظر گرفتن تخصیص واحدهای DG در سیستم توزیع، صورت گرفته است؛ اگرچه، بیشتر کارهای ارایه شده بر این فرض هستند که خروجی DG قابل فرستادن و کنترل می باشد. بیشتر روش های در دسترس، قادر به مدل کردن طبیعت تناوبی توان خروجی نمی باشند. بنا به دانش نویسنده، تنها تعداد کمی مطالعات، عدم قطعیت های موجود در خروجی توان واحدهای DG تجدیدپذیر یا مساله ترکیب سوخت بهینه را، لحاظ کرده اند. ازینرو این مساله، با در نظر گرفتن تخصیص بهینه و ترکیب سوخت واحدهای DG تجدیدپذیر، هنوز هم نیازمند توجه هستند. در این مقاله، همان طور که در شکل 1 می بینید، یک تکنیک برنامه ریزی مبنی بر احتمال، برای تعیین ترکیب بهینه سوخت های انواع مختلف واحدهای DG تجدیدپذیر (یعنی DG مبنی بر باد، DG خورشیدی، و DG زیست توده) ارایه شده است، تا تلفات سالانه انرژی را در سیستم توزیع _بدون خدشه دار کردن محدودیت های سیستم_ کمینه کند. الگوریتم پیشنهادی ما، هم اندازه گسسته و هم بیشینه محدوده های نفوذ مجاز DG را در خود لحاظ کرده است. مساله مورد نظر به صورت برنامه نویسی غیرخطی عددصحیح مرکب (MINLP) _با در نظر گرفتن عدم قطعیت ناشی از منابع DG تجدیدپذیر و همچنین تغییرات ساعتی در مشخصات بار_ فرمولبندی شده است. این مقاله بدین صورت سازمان یافته است: 6 بخش پیش رو، تابع هدف، مدلسازی منبع تجدیدپذیر، مدلسازی بار، و مدلسازی تولید-بار ترکیب شده را تشریح می کنند. بخش 8، فرمولبندی ریاضیاتی تکنیک برنامه ریزی پیشنهادی را ارایه داده، و بشخ 9 یک مطالعه موردی ساده از یک سیستم توزیع را معرفی می کند. نتایج و نتیجه گیری ها در بخش 10 و 11 به ترتیب ارایه می شوند.