یک معماری هایبرید جدید شبکه برای افزایش تعبیه DG در سیستم های توزیع الکتریکی

چکیده

 مقدمه

معماری جدید برای افزایش تعبیه و جا اندازی DG: ساختار هایبرید

معماری جاری شبکه فرانسه 

شکل 1: ساختار ایمن شده

معماری و ساختار هایبرید

شکل 2: معماری هایبرید

تعریف شاخص های ارزیابی

متعادل سازی تولید PL

هزینه های مختلف شبکه

معیارهای قابلیت اطمینان

ماکزیمم نرخ تعبیه  DG

شکل 3: الگوریتم مونت کارلو

 مدلسازی و ایجاد ساختار هایبرید

شکل 4: تناقض بین معیارهای PL  و L

مقایسه الگوریتم های موجود

مسئله ساختار هایبرید

الگوریتم پیشنهادی برای ایجاد ساختار هایبرید

توضیح الگوریتم پیشنهادی

ایجاد راه حل اولیه:

شکل 5: مثالی از یک چکربرد مورب و شیب دار

الگوریتم بهبود:

شکل 6: الگوریتم بهبود

انتخاب حلقه ها

چرخ اریب:؟؟؟

شکل 7: مثالی از چرخ اریب

دوباره ایجاد سازی حلقه ها و چک عدم تقاطع (گراف مسطح)

ایجاد فیدرهای اصلی

کاربرد در یک شبکه شهری واقعی

شکل 8: شبکه مورد مطالعه

هزینه های مختلف شبکه

شکل 9: تغییر هزینه ها با توجه به تعداد حلقه ها

معیارهای قابلیت اطمینان

شکل 10: شاخص های قابلیت اطمینان با توجه به تعداد حلقه ها

ماکزیمم نرخ تعبیه DG

شکل 11: ماکزیمم نرخ تعبیه DGها با توجه به تعداد حلقه ها

مقایسه بین ساختار هایبرید و فیدر ایمن شده

جدول 1: مقایسه بین ساختار هایبرید و فیدر ایمن شده

نتیجه گیری

شبکه های توزیع، یک تغییر عمیق را در رابطه با طراحی و قواعد عملکردشان به علت انتظار افزایش اتصال تولید پراکنده (DG) به شبکه، تجربه می کنند. در حقیقت مطرح شدن بازار برق و نگرانی رشد جهانی برای موضوعات محیطی منجر به توسعه عظیم DG ها شده است. شمار زیادی از DGها توانسته اند مسائل تکنیکی و مشکلات فنی شبکه های توزیعی که برای پخش توان دو جهته طراحی نشده اند را مرتفع نمایند. راه حل های موجود برای حل اتصالات حاشیه ای DG ممکن است مناسب نباشند. شبکه های توزیع به طور قطعی باید به سمت هوشمند سازی و قابلیت انعطاف پذیری بیشتر پیش بروند. دو روش ممکن برای رسیدن به این هدف عبارتند از معماری های جدید و ایجاد و توسعه سیستم های هوشمند. این مقاله بر روی معماری های جدید و مدهای عملکرد تمرکز می کند. شبکه های توزیع شعاعی مرسوم و سنتی می توانند DGهای بیشتری را بوسیله مطرح کردن و معرفی کردن حلقه های ویژه مناسب، بپذیرند. یک ساختار هایبرید (ترکیبی یا چندگانه) جدید که قادر به عملکرد بصورت شعاعی و مشی (مشبکی) می باشد پیشنهاد می شود و به بریکرهای اتوماسیون و کلیدهای اتوماتیک تجهیز می شود که قابلیت اطمینان آن را بهبود می بخشد. همچنین یک الگوریتم هیریستیک (ابتکاری) برای ساختار این معماری جدید ، جهت تضمین ساختن استمرار و پیوستگی سرویس برای مشتریان و حداقل کردن هزینه کل، پیشنهاد می شود.

DGها، واحدهای کوچکی مبتنی بر یکی از منابع انرژی تجدید پذیر (همانند بادی و خورشیدی) و یا منابع مرسوم و سنتی (همانند موتورهای کوچک گازی و دیزل ژنراتورها) هستند. ظرفیت نصب شده DGها در امریکا به 10MW و در فرانسه به 12MW می رسد. امید است که در آینده ای نزدیک، نگرانی رشد مسائل محیطی جهت امنیت تغذیه، باعث شود که منابع تجدیدپذیر محلی DG توسعه داده شوند. این منابع توان به شبکه های توزیعی که فقط برای پخش توانهای یک جهته از بالا دست به بار طراحی شده اند متصل می شوند. با این حال در خصوص شرایط مصرف و تولید، گزارش شده است که DGها اثرات قابل توجهی بر روی شبکه توزیع دارند. نخست اینکه، DGها می توانند مقادیر الکتریکی مانند ولتاژها، جریانها، و پخش توان را اصلاح کنند. پروفایل ولتاژ در شبکه توزیع بستگی به هر دو توان اکتیو و راکتیو تزریقی توسط DG ها و بارها دارد. در حال حاضر می دانیم که اتصال DGها می تواند منجر به تجاوز از حدود ولتاژ شود و موجب عملکرد نادرست و عدم کار و حتی خراب شدن اجزای شبکه شود. علاوه براین، پخش توانهایی که یک جهته می باشند و از شبکه انتقال به سمت مصرف کنندگان انتهایی جاری می شوند می تواند بوسیله توان تزریقی DG ها اصلاح شوند. در بعضی شرایط، از ماکزیمم جریان هادی می تواند تجاوز کند. اگر تولید DGها بزرگتر از مصرف کل باشد، شبکه توزیع می تواند توان صادر کند. جریان های اتصال کوتاه می توانند تغییر کنند و منجر به رفتارهای نامطلوب طرح حفاظتی شوند. ( برای مثال عدم دید رله های حفاظتی و تریپ های بی موقع و نابهنگام). علاوه براین، جریانهای اتصال کوتاه تامین شده از DGها ممکن است از حدود عملکرد عناصر شبکه تجاوز کنند. همچنین کیفیت ولتاژ می تواند کاهش یابد. در بسیاری از کشورها، جهت مواجه شدن با این مشکلات، از تقویت و وضع مجدد شبکه یا فیدرهای اختصاصی استفاده می شود. اولین راه حل عبارت است از آشکارسازی بخشی از شبکه که پارامترهای آن از قیود و محدودیتهای آن تجاوز کرده اند. در مورد تجاوز جریان یا ولتاژ ، تغییر قطر هادیها می تواند مشکل را حل کند. دومین راه حل عبارت است از اتصال DG به یک فیدر اختصاصی بطور مستقیم به یک ایستگاه برق فشار قوی/فشار متوسط (HV/MV substation). با انجام این کار، پخش توان در مد عملکرد نرمال یک جهته می شود. اگر چه اتصال کمیتهای حاشیه ای و لبه ای DGها به شبکه توزیع در حال حاضر به خوبی با استفاده از تکنیکهای تجاری و حرفه ای معمولی مدیریت می شود، ولی استفاده سیستماتیک و اصولی از فیدرهای اختصاصی می تواند یک راه حل خیلی گران و پرهزینه ای برای مدیریت کردن با نظر به توسعه قابل ملاحظه DGها باشد. پس راه حل های جدیدی لازم است. بنابراین برای پیدا کردن و تشخیص، از تعدای زیادی DG در شبکه توزیع کمک می گیریم. برخی از مطالعات پیشنهادی برای تغییر مد عملکرد شبکه توزیع، از شبکه انتقالی الهام گرفته می شود که از عملکرد مشی یا مشبکی (mesh) استفاده می کنند. این راه حل ، به علت عملکرد موازی شبکه توزیع و شبکه انتقال، در سالهای زیادی به عنوان یک راه حل غیر عملی و غیر قابل اجرا مطرح و بررسی شده است. چنین راه حلی می تواند اثبات شود که بدون پیاده سازی طرح حفاظتی مناسب به علت اینکه جریان های حلقه ای و گردشی ایجاد می شوند خطرناک است. مطالعات اخیر و جدید پیشنهاد کرده اند که از محدودکننده های جریان و یا ادوات D-FACTS (ادوات FACTS در توزیع) استفاده شود تا جریانهای حلقه و اتصال کوتاه را محدود کنند. مطالعات دیگر گزارش می دهند که مشبک کردن (meshing) می تواند یک روش جامع برای افزایش اتصال DGها در شبکه توزیع باشد. در این مقاله یک معماری جدیدی که ساختار هایبرید (ترکیبی) نامیده می شود پیشنهاد می شود که می تواند اتصال DG به شبکه را افزایش دهد. این معماری یک سیر تکاملی و تغییر شکل معماریهای موجود می باشد که با مشبک بودن جزئی فیدرهای فرعی، بطور شعاعی عمل می کند. با شروع از محل ایستگاه برق HV/MV و MV/LV یک الگوریتم ساخته می شود و ساختار هایبرید برای تضمین کردن کیفیت تغذیه انرژی مصرف کنندگان در حالیکه طول کل هادیها مینیمم می شود پیشنهاد می گردد. این الگوریتم به یک شبکه شهری موجود اعمال می شود و توانایی ساختار هایبرید برای منطبق نمودن و وفق دادن با DG ها بیشتر مشخص می گردد.