تجدید ساختار شبکه بهینه سیستم توزیع مقیاس بزرگ با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی

چكيده

مقدمه

 فرمول مسئله

شكل1: دياگرام تك خطي يك فيدر اصلي

 مروری بر الگوریتم جستجوی هارمونی

مقدار دهی اولیه دادن به حافظه هارمونی

مقدار دهی اولیه  دادن به مسئله و پارامترهای الگوریتم 

بروز رسانی حافظه هارمونی

 چک و بررسی معیار نهایی

کاربرد HSA برای مسئله تجدید ساختار

شكل 2: يك سيستم توزيع شعاعي 33 باسه

شکل 3: فلوچارت الگوریتم جستجوی هارمونی

 نتايج آزمايش

آزمايش موردي 

جدول 1: پارامترهاي HSA

جدول 2: ولتاژها و زواياي گره سيستم 33 باسه

شكل 4: پروفايل ولتاژ سيستم 33 باسه

شكل 5: زواياي ولتاژ در باسهاي مختلف در سيستم 33 باسه

شكل 6: پخش توان در سيستم 33 باسه، قبل و بعد از تجديد ساختار

شكل 7: تلفات توان در سيستم 33 باسه، قبل و بعد از تجديد ساختار

جدول 3: نتايج شبيه سازي سيستم 33 باسه

شكل 8: مشخصات همگرايي HSA براي سيستم 33 باسه

جدول 4: نتايج بر اساس پارامترهاي مختلف تنظيمي براي HSA در سيستم 33 باسه

 آزمايش موردي

شكل9:‌ساختار اوليه سيستم تست 119 باسه

شكل10:‌ ساختار بهينه سيستم تست 119 باسه

جدول 5: نتايج شبيه سازي سيستم 119 باسه

نتيجه گيري

تجديد ساختار شبكه توزيع الكتريكي يك فرآيند بهينه سازي تركيبي مختلط با هدف پيدا كردن يك ساختار عملكردي شعاعي مي باشد كه تلفات سيستم قدرت را حداقل مي كند. در اين مقاله يك الگوريتم جستجوي هارموني (HSA) براي حل مسئله تجديد ساختار جهت دستابي به تركيب كليد زني بهينه در شبكه پيشنهاد مي شود كه نتيجه آن حداقل شدن تلفات است. الگوريتم جستجوي هارموني (HSA) يك الگوريتم توسعه يافته جديدي است كه با استفاده از فرآيند موزيكال جستجو براي يك حالت هارموني كامل تصور مي شود. اين الگوريتم بجاي استفاده از الگوريتم گرادياني از الگوريتم جستجوي راندوم و تصادفي استفاده مي كند كه در نتيجه نياز به گرفتن و اتخاذ اطلاعات، حذف مي شود. شبيه سازي ها بر روي سيستمهاي 33 باسه و 119 باسه جهت اعتباربخشي الگوريتم پيشنهادي انجام شده است. نتايج با روشهاي ديگر موجود در ساير مقالات مقايسه مي شود. مشاهده مي شود كه روش پيشنهادي در مقايسه با ساير روشها بر حسب كيفيت حل، به خوبي اجرا مي شود.

تجديد ساختار فيدر شامل تغيير ساختار توپولوژي فيدرهاي توزيع بوسيله تغيير وضعيت بازكردن/بسته كردن سوئيچ ها تحت هر دو شرايط عملكرد نرمال و غيرنرمال انجام مي شود. از آنجايي كه تعداد زيادي از تركيبات سوئيچ زني دلخواه و اختياري در يك سيستم توزيع امكان پذير هستند پيدا كردن تجديد ساختار شبكه در مقابل مسئله بهينه سازي، يك مسئله تركيبي پيچيده و غير قابل تشخيص مي باشد. تجديد ساختار سيستم توزيع براي كاهش تلفات در ابتدا توسط آقايان Merlin و Back [1] پيشنهاد شد. آنها تركيبي بهينه و ابتكاري (هيريستيك) را جهت تعيين ساختار عملكرد با حداقل تلفات براي سيستم توزيعي كه بوسيله يك ساختار درختي فاصله اي در يك شرايط بار ويژه ارائه شده، بكار بردند. نقاط قوت الگوريتم آن مقاله اين است كه راه حل بهينه اي كه بدست مي آيد مستقل از وضعيت اوليه كليد مي باشد. اما نقاط ضعف آن مقاله عبارتند از: 1) فقط مولفه حقيقي جريان بررسي مي شود در حاليكه تلفات توان محاسبه نمي شود و فرض شده كه زاويه ولتاژ ناچيز است. 2) تلفات مربوط به تجهيزات خطا بررسي نمي شوند. 3) اثبات حل زمان زيادي طول مي كشد همچنانكه ساختارهاي امكان پذير براي سيستم 2n حالت مي باشد كه n بخشهايي از خط مي باشند كه به كليدها مجهز هستند. يك الگوريتم نوع كران دار و شاخه اي توسط آقاي sivanlar و همكارانش [2] پيشنهاد شد كه از يك فرمول ساده براي تعيين تغيير تلفات ناشي از تبادل شاخه استفاده مي كند. مزيت هاي اين الگوريتم تعيين سريع ساختار كليدزني اي كه تلفات را كاهش مي دهد و تعيين تعداد تركيبات كليدزني كاهش يافته ناشي از قواعد مي باشد. و معايب آن عبارتند از: 1) فقط يك جفت تركيبات كليدزني در يك زمان بررسي مي شود. 2) تغيير ساختار شبكه بستگي به وضعيت اوليه كليد دارد. الگوريتم مبتني بر پخش بار (PFBHA) براي تعيين ساختار حداقل تلفات شبكه هاي توزيع شعاعي توسط تعدادي از نويسندگان پيشنهاد شده است [3-5]. آقايان Shirmohammadi و Hong [3] شبكه هاي مشي (توري) ضعيف را بطور دقيقي با استفاده از يك تكنيك پخش توان مبتني بر جبرانسازي مدل كردند. نواقص اين روش ناموثري استراتژي جستجو است كه زمان حل آن زياد مي باشد و سيستم هاي توزيع چند فازه نامتعادل بطور موثر مدل نمي شوند. آقاي magner و همكارانش [4] مسئله تجديد ساختار را بصورت مسئله انتقال خطي ارائه دادند و تلفات درجه دوم خط فيدر را بصورت تابع خطي تكه اي تقريب زدند. اين روش همگرايي خوبي دارد و براي سيستم هاي توزيع كوچك مفيد است. با اين حال تحليل شبكه هاي بزرگتر (بيشتر از 1000 باس) منجر به بار محاسبه اي اضافي براي پياده سازي زمان-حقيقي مي شود. Goswami و Basu [5] يك روشي را پيشنهاد دادند كه در آن هر كليد بسته با باز شدن كليد ديگري براي اطمينان شدن از شبكه شعاعي، كامل مي شود. اگرچه اين روش براي سيستم هاي كوچك مناسب مي باشد ولي براي شبكه هاي بزرگتر منع مي شود زيرا حل آن محاسبات بسيار زيادي را در بر دارد. الگوریتم تبرید شبیه سازی شده (SA) (الگوريتم سرد کردن تدریجی فلزات) به عنوان يك روش حل براي جستجوي حل مطلوب قابل قبول، توسط تعدادي از نويسندگان [6-8] پيشنهاد شده است، اگرچه روابط سخت رياضي اين الگوريتم براي مسئله عملي خيلي زمان بر است. VARA و همكارانش [9] يك راه حل با استفاده از الگوريتم ژنتيك (GA) براي جستجوي ساختار مينيمم تلفات ارائه دادند. آنها رشته هايي كه وضعيت كليدها و تابع مناسب شامل تلفات كل سيستم و مقادير پنالتي (مقادير جريمه)، حد افت ولتاژ و حد ظرفيت جريان را نشان مي داد را تشكيل دادند. نتايج نمونه نشان مي دهد اگر چه راه حل هاي حداقل تلفات بدست مي آيند ولي زمان حل براي سيستم نمونه 97 باسه زياد مي باشد (بيشتر از 15 دقيقه). آقاي DOS [10] يك الگوريتم مبتني بر قواعد و روش چند هدفه فازي براي بهينه سازي ساختار شبكه ارائه داد. چهار هدف (متعادلسازي بار بين فيدرها، تلفات توان حقيقي، انحراف ولتاژ گره ها و تجاوز از محدوديت جريان شاخه) مدلسازي شده اند و نتايج بدست آمده قابل قبول بودند اما معياري براي انتخاب يك عضو تابع براي هر هدف مشخص نشده است. اگرچه روشهاي ذكر شده در بالا مشخصه همگرايي خوبي ندارند ولي بيشتر آنها بدليل زمان محاسبه كمتر براي سيستم هاي كوچك استفاده مي شوند. براي سيستم هاي بزرگ زمان محاسبه خيلي زياد است و ممكن است براي عملكرد زمان – حقيقي مناسب نباشد. در اين مقاله الگوريتم جستجوي هارموني (HAS) براي حداقل سازي تلفات توان در سيستم توزيع پيشنهاد مي شود. روش پيشنهادي بر روي سيستمهاي 33 باسه و 119 باسه آزمايش مي شود و نتايج بدست آمده قابل قبول مي باشند. علاوه بر اين، همگرايي نتايج براي حل بهينه حتي براي سيستم هاي بزرگ خيلي سريع مي باشد . ادامه اين مقاله بصورت زير سازماندهي شده است: بخش 2 فرمول مسئله را مشخص مي كند. بخش 3 مروري بر الگوريتم HSA‌ مي باشد و توضيح مي دهد كه چطور اين الگوريتم مي تواند براي مسئله تجديد ساختار اعمال شود. بخش 4 نتايج سيستم هاي 33 و 119 باسه را ارائه مي دهد و بخش 5 خلاصه نتايج را ارائه مي دهد.