استفاده از بهینه‌ساز گرگ خاکستری برای حل مسئله توزیع بهینه توان راکتیو

چکیده

کلمات کلیدی

1- مقدمه

2- ‎تدوین مسئله  ORPD

شکل 1- سلسله مراتب گرگ‌های خاکستری ]5[

3- بهینه‌ساز گرگ خاکستری (GWO)

3- 1- مدل‌سازی ریاضی

جدول 1- تنظیمات حد برای متغیرهای کنترل سیستم 30 باس IEEE

4- GWO برای حل مسئله ORPD

شکل 2- GWO پیشنهاد شده برای حل مسئله ORPD

5- شبیه‌سازی و بحث

5-1- مطالعه موردی برای سیستم 30 باس IEEE- با 13 متغیر کنترل

جدول 2- نتایج متغیرهای کنترل بعد از بهینه‌سازی توسط SGA، PSO، HAS، ICA، IWO، MICA-IWO و GWO

شکل 3- عملکرد برای تعداد مختلف عوامل GWO (محور عمودی: اتلاف، محور افقی: تکرار)

شکل 4- عملکرد GWO برای 30 عامل جستجو برای 30 اجرای شبیه‌سازی 

شکل 5- عملکرد GWO برای کمینه کردن انحراف ولتاژ (محور عمودی: انحراف ولتاژ، محور افقی: تکرار)

جدول 3- مقایسه انحراف ولتاژ برای تکنیک‎های مختلف برای سیستم 30 باس IEEE

5- 2- مطالعه موردی برای سیستم 30 باس IEEE- با 25 متغیر کنترل

5- 3- سیستم 118 باس IEEE

6- نتیجه‌گیری

جدول 4- نتایج متغیرهای کنترل (p.u) برای سیستم 30 باس IEEE

شکل 6- عملکرد برای بهترین، متوسط و بدترین نتیجه مطالعه موردی دوم (محور عمودی: اتلاف، محور افقی: تکرار؛ خط چین آبی: بهترین نتیجه، خط چین سبز: نتیجه متوسط، خط چین قرمز: بدترین نتیجه)

شکل 7- عملکرد GWO برای 30 عامل برای 30 اجرای شبیه‌سازی مطالعه موردی دوم

جدول 5- تنظیمان حد متغیرهای کنترل برای سیستم 118 باس IEEE

جدول 6- مقایسه نتایج برای سیستم 118 باس IEEE

در این مقاله استفاده از یک تکنیک جدید فراابتکاری یعنی بهینه‌ساز گرگ خاکستری (GWO) که از رهبری و رفتارهای شکار گرگ‌های خاکستری الهام گرفته شده، برای حل مسئله توزیع بهینه توان راکتیو (ORPD) ارائه شده است. ORPD یک مسئله بهینه‌سازی غیرخطی معروف در سیستم توان است. از GWO برای یافتن بهترین ترکیب متغیرهای کنترل مانند ولتاژ ژنراتور، نسبت‌های ترانسفورماتور تغییردهنده تپ و همچنین میزان دستگاه‌های جبران‌سازی راکتیو استفاده می‎شود تا کمینه‌سازی اتلاف و انحراف ولتاژ حاصل شود. در این مقاله، دو مطالعه موردی از سیستم 30 باس IEEE و 118 باس IEEE برای نشان دادن اثربخشی تکنیک GWO در مقایسه با سایر تکنیک‌های موجود در مقاله استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که GWO قادر به دستیابی به اتلاف توان و انحراف ولتاژ کمتری نسبت به روش‌های دیگر است.

سیستم قدرت الکتریکی، شبکه‌ای پیچیده از شبکه تولید، انتقال و توزیع برای تأمین برق انواع تقاضای بار است. انتظار می‌رود با حداقل مصرف منابع کار کند، بنابراین امنیت و قابلیت اطمینان حداکثری خواهد داشت. در تحولات اخیر تحقیقات سیستم قدرت، توزیع بهینه توان راکتیو (ORPD) به‌دلیل تأثیر قابل توجه بر مسائل امنیتی و اقتصادی، توجه همواره رو به افزایشی را به‌ویژه در مورد تجهیزات الکتریکی به خود جلب کرده است.ORPD را می‌توان به‌عنوان مسئله فرعی از محاسبات جریان توان بهینه (OPF) طبقه‌بندی کرد. ORPD یکی از مهمترین مسائل غیرخطی در سیستم توان است که شامل متغیرهای کنترل پیوسته و گسسته می‌باشد که هر دو محدودیت‌های برابری و نابرابری را برآورده می‌کند. برای تعیین حداقل اتلاف در یک سیستم، باید چندین متغیر اصلی کنترل و تنظیم شوند، مانند ولتاژ ‌باسای ژنراتور، مقدار عناصر راکتیو شنت و تنظیم انشعاب ترانسفورماتور. سال‌ها پیش از [1-4]، مسائل ORPD بحث شده بود و بعدا با استفاده از تعدادی از روش‌ها یا تکنیک‌های کلاسیک مانند برنامه‌نویسی خطی و غیرخطی، برنامه‌نویسی درجه دوم و همچنین روش نیوتن راه حل‌ها حل شده‌اند. در مقایسه با روش‌های کلاسیک، پیشرفت های اخیر در تکنیک‌های کاربردی فراابتکاری گزینه‌های وسیعی ارائه داده‌اند که نتایج بهتری در حل مسئله ORPD می‌دهند. به‌طور خلاصه، تکنیک‌های فراابتکاری را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد که مبتنی بر هوش ازدحامی (SI) ، محاسبه تکاملی (EC) و فیزیک هستند ]5[. برایSI ، بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) ]7-6[ و کلونی زنبور مصنوعی (ABC) ]8[ به‌همراه انواع مختلف بهینه‌سازی جفت‌گیری زنبور عسل (HBO) ]9[ در حل مسئله ORPD بکار رفته‌اند. مراجع ]15-10[ تکنیک‌هایی هستند که برای حل مسئله ORPD در مقوله EC قرار می‌گیرند، در حالی‌که الگوریتم جستجوی هارمونی (HSA) ]16[،HSA بهبودیافته ]17[ و همچنین الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA) ]19-18[ تکنیک‎های مبتنی بر رویکرد فیزیک هستند. همچنین تلاش‌هایی برای حل ORPD با استفاده از تکنیک‌های ترکیبی مانند تکامل تفاضلی ترکیبی با سیستم مورچه ]20[ و ترکیبی از الگوریتم رقابتی امپریالیستی اصلاح شده با بهینه‌سازی علف‎های هرز مهاجم (MICA-IWO) وجود دارد ]21[. در این مقاله استفاده از تکنیک جدید فراابتکاری مبتنی بر رویکرد SI به‌نام بهینه‌ساز گرگ خاکستری (GWO) برای حل مسئله ORPD پیشنهاد شده است. این تکنیک توسط [5] پیشنهاد شده است که رفتار شکار گرگ‌های خاکستری را تقلید می‌کند. ساختار این مقاله به شرح زیر است: بخش 2 در مورد ‎تدوین مسئله ORPD بحث می‌کند، توضیحات مختصر از تکنیک GWO در بخش 3 ارائه می‌شود و سرانجام، بخش 6 نتیجه‌گیری این مقاله را بیان می‌کند.