1. 1. مقدمه

تجدید آرایش شبکه‌های توزیع با اهداف مختلفی نظیر کاهش تلفات خطوط، برگرداندن سرویس‌دهی مشترکان و به حداقل رساندن نواحی بدون برق، بهبود پروفایل ولتاژ، بالانس کردن بار، کاهش خاموشی‌ها و افزایش امنیت شبکه بکار می‌رود بنابراین می توان گفت تجدید آرایش شبکه‌های توزیع یک مساله بهینه‌سازی با اهداف و محدودیت‌های متعدد است و بدست آوردن یک حل بهینه مطلق برای آن مشکل است. برای تجدید آرایش شبکه‌های توزیع تا کنون روش‌های متعددی ارائه شده است.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

با توجه به گستردگی شبکه‌های توزیع و حجم بالای انرژی توزیع شده توسط آنها، انجام تحقیقات و پژوهش در زمینه بهره‌برداری موثر و اقتصادی از این سیستم‌ها سبب صرفه‌جویی عظیمی خواهد شد. یکی از روش‌های مدرن بهره‌برداری بهینه از سیستم‌های توزیع، تجدید آرایش شبکه‌های توزیع در بهره ‌برداری است یعنی با تغییر شرایط بهره ‌برداری مثل تغییر بارها و یا وقوع یک خطا، آرایش شبکه را چنان تغییر دهیم که از نظر فنی و اقتصادی بهینه باشد، اهداف فنی و اقتصادی متعددی برای تجدید آرایش شبکه‌های توزیع مطرح است. یکی از اهداف اصلی تجدید آرایش، کاهش تلفات اهمی خطوط توزیع است. با توجه به گستردگی و همچنین پایین بودن ولتاژ در شبکه‌های توزیع، تلفات انرژی در این شبکه‌ها قابل توجه است، همچنین تجدید آرایش ممکن است به منظور ایجاد توازن بارگذاری روی فیدرها انجام شود. در شرایطی که خطای دائم ایجاد شده است، تجدید آرایش شبکه برای برگرداندن سرویس دهی مشترکان و به حداقل رساندن نواحی بدون برق بکار می‌رود، بهبود پروفیل ولتاژ، بالانس کردن بار، کاهش خاموشی‌های مصرف کنندگان و افزایش امنیت شبکه از جمله اهداف دیگری هستند که تاکنون برای تجدید آرایش شبکه‌های توزیع مورد توجه قرار گرفته‌اند. در سیستم‌های توزیع سنتی، تجدید آرایش به صورت فصلی انجام می‌شود. برای تغییر آرایش این شبکه‌ها از کلیدها و جدا کننده‌های دستی و اتوماتیک استفاده می‌شود. اما اکنون با توجه به تمایل روز افزون به خودکارسازی (اتوماسیون) شبکه‌های توزیع، امکان کنترل و تغییر آرایش این شبکه‌ها روز به روز آسان تر می‌شود و لذا تجدید آرایش ممکن است بطور روزانه و یا حتی ساعتی و با بهره گرفتن از کلیدهای اتوماتیک و کنترل از راه دور صورت گیرد.
برآوردن تقاضاهای مشتریان در یک روش مطمئن و مقرون به صرفه، هدف اصلی سیستم های قدرت مدرن الکتریکی است. شبکه توزیع توان الکتریکی بارهای متنوعی مانند بارهای مسکونی، تجاری، صنعتی و غیره را تامین می کند که به طور معمول برای تغییرات بار روزانه در یک محدوده وسیع می‌باشد. با افزایش بارگذاری و بهره ‌برداری از ساختار موجود، احتمال وقوع فروپاشی ولتاژ در سیستم توزیع افزایش قابل توجهی می‌یابد. تجدید آرایش شبکه سیستم توزیع فرایند تغییر توپولوژی توسط باز و بستن کلیدها برای پیدا کردن ساختار عملکرد شعاعی که تلفات را مینیمم می کند و باعث بهبود پایداری ولتاژ می‌شود در حالی که محدودیت‌های عملکرد برآورده و رعایت می‌شوند. با توجه به اینکه تعداد ترکیب های کلیدزنی در سیستم توزیع زیاد می باشد، تجدید آرایش شبکه یک مسئله بهینه سازی محدود شده پیچیده و غیر قابل مشخص می‌باشد. علاوه براین، قید شعاعی بودن به طور معمول پیچیدگی مسئله رو افزایش می دهد.
شبکه‌های توزیع معمولا دارای ساختاری شعاعی با کلیدهای جدا کننده که معمولا بسته و کلیدهای ارتباطی معمولا باز هستند برای اتصال فیدرها دارند که انتقال بار بین آنها را ممکن می‌سازد. در سیستمهای توزیع بزرگ با کلید های زیاد، تعداد ترکیبات بسیار زیادی وجود دارد که می توانند پاسخگو تقاضا باشند و البته هر ترکیبی منجر به توپولوژی و تلفات توان خودش می‌شود. تجدید آرایش در سیستم‌های توزیع برای پیدا کردن آرایش بهینه کلیدها است، به طوری که تلفات به حداقل برسد و محدودیت‌های عملکرد(بهره برداری) از جمله محدودیت ولتاژ، رتبه بندی شاخه‌ها و ساختار شعاعی حفظ شوند.
تجدیدآرایش شبکه یک روش موثر برای بهبود کارایی سیستم بدون هیچ گونه سرمایه‌گذاری مالی است. با این حال تجدید آرایش ممکن است قادر به برآورده ساختن کاهش تلفات و محدودیت‌های کیفیت توان نباشد بنابراین تجدید آرایش شبکه‌ با قرار دادن خازن یا منابع تولید پراکنده(DG)^[1] برای رسیدن به عملکرد بهتر بکار گرفته می‌شود.
به تازگی، استفاده از تولیدات پراکنده یک راه‌حل امیدوارکننده برای جبران چالش های مطرح شده توسط نیروگاه‌های سنتی مانند گرم شدن کره زمین و کیفیت ضعیف هوا در مناطق شهری تبدیل شده است. تولیدات پراکنده که به عنوان منابع تولید قدرت الکتریکی تعریف شده‌‌اند به طور مستقیم به بارها یا شبکه‌های توزیع متصل می‌شوند( توربین بادی، فتوولتاییک، پیل سوختی، بیوماس و میکرو توربین). برخی از آنها مانند توربین بادی وفتوولتاییک‌ها انرژیهای پاکی تولید می‌کنند که قادر به مهیا کردن مزایای زیست محیطی برای جامعه است. مقررات‌زدایی از صنعت برق نیز انگیزه‌های کافی برای سرمایه‌گذاران برای سرمایه‌گذاری روی DG‌ها و فروش برق تولیدی خود در بازارهای برقی مهیا می کند. از زمان‌های اولیه سیستمهای قدرت، تلفات توان یکی از مسائل مهم در سیستم‌های توزیع بوده و امروزه شرکتهای توزیعدر یک
محیط نامنظم (نظارتی) به دنبال استفاده بهینه از شبکه ها با تلفات کمتر برای سود بیشتر می‌باشد. تولیدات پراکنده برای کنترل و کاهش تلفات در سیستم های توزیع نیز استفاده می‌شود.

• ضرورت احتیاج به تحقیق

شبکه های توزیع برق از دیر باز مورد توجه محققین در سرتاسر دنیا بوده است. این شبکه ها با توجه به اینکه وظیفه تامین توان الکتریکی بخش های مختلف صنعتی، تجاری، مسکونی و کشاورزی را برعهده دارند بسیار حائز اهمیت می باشند. سیستم های توزیع شعاعی از یک نقطه تغذیه شده (باس توزیع) و این باس توزیع، توان را از ژنراتورهای متمرکز از طریق سیستم انتقال دریافت می‌کند. مصرف‌کنندگان نیز این توان را از باس توزیع از طریق شبکه توزیع شعاعی که یک شبکه پسیو است دریافت می‌نمایند. بنابراین شارش توان در این شبکه یکطرفه است. نسبت بالای R به X در این خطوط منجر به افت ولتاژ^[۲] ، پایداری ولتاژ پایین و تلفات بالای توان می‌شود. تحت شرایط بارگذاری بحرانی در یک ناحیه بخصوص، این شبکه‌ی توزیع شعاعی به علت پایین بودن شاخص پایداری ولتاژ در بیشتر نقاط آن، دچار فروپاشی یا کاهش شدید ولتاژ می‌شود.
تاکنون، راه ‌حل‌های متعددی برای بهبود این مسئله با افزودن واحدهای کوچک تولید توان الکتریکی به شبکه‌ی توزیع و تامین توان توسط آن‌ها پیشنهاد شده است. چنین واحدهایی را تولیدات پراکنده (DG) می‌نامند.
تولیدات پراکنده نقش مهم و حیاتی در سیستم‌های قدرت درحال ظهور بازی می‌کنند. مطالعات نشان می‌دهد که تولیدات پراکنده درصد قابل توجهی از تولیدات نصب شده جدید را تشکیل می‌دهند . افزایش ضریب نفوذ این تولیدات در شبکه‌ی توزیع منجر به تاثیرات بسزایی برروی انتشار توان، پروفیل ولتاژ، تلفات، پایداری، سطح اتصال کوتاه و کیفیت توان تولیدی خواهد داشت. این اثرات بستگی به عوامل مختلفی از قبیل محل نصب، ظرفیت و فن‌آوری این تولیدات دارند. لذا، استفاده از این تولید کننده ها در جهت کمینه و یا بیشینه کردن توابع هدفی خاص همواره مورد توجه بوده است. در برخی از موارد این توابع رفتار متناقضی با یکدیگر دارند که اپراتور شبکه را مجبور به سبک و سنگین کردن آن‌ها می‌کند. در این شرایط استفاده از راهکار بهینه سازی چند هدفه روشی مناسب برای تصمیم گیری می‌باشد.
در میان مسائل مختلف مربوط به بهره‌برداری شبکه، بحث تجدید آرایش شبکه توزیع یکی از موارد مهمی‌ است که باید مورد بررسی قرار گیرد. تجدید آرایش می تواند با اهدف مختلف و در شرایطی گوناگونی انجام شود. تجدید آرایش می تواند موجب بهبود قابلیت اطمینان، بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات سیستم گردد. و در بهبود عمکلرد سیستم تاثیر بسیار خوبی داشته باشد.

• هدف تحقیق و اهمیت آن

با توجه به مباحث یاد شده اهداف و نوع آوری‌های انجام گرفته در این پایان نامه را می‌توان به صورت زیر لیست نمود:

• برای این پایان نامه مسئله بهبود پروفیل ولتاژ و تلفات با توجه به اهمیت و ضرورت توجه به آن انتخاب شده است . بهبود پروفیل ولتاژ در کنار تجدید آرایش مناسب شبکه های توزیع با رعایت تمامی محدودیت های موجود در شبکه های توزیع به همراه در نظر گرفتن اهدف مختلف می توان برای شبکه های توزیع بسیار سومند واقع شود.

• در این پایان نامه از الگوریتم بهینه سازی پرندگان یا همان الگوریتم ازدحام ذرات که یک الگوریتم هوشمند می باشد برای حل مسئله بهینه سازی استفاده شده است.این الگوریتم به دلیل داشتن ساختار بهینه سازی مناسب و سرعت خوب برای انجام بهینه سازی استفاده شده است.

• در این پایان نامه از الگوریتم بهینه سازی قورباغه نیز برای بهبود عمکلرد و کارایی سیستم تحت مطالعه استفاده شده است.

• در این پایان نامه کاهش هزینه ها، کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و متعادل سازی بار به عنوان اهداف اصلی مورد مطالعه قرار گرفته اند.

• بخش‌های پایان نامه

در این پایان نامه بعد از فصل اول در فصل دوم به بررسی انواع روش های تجدید آرایش پرداخته شده است. در این بررسی ها سعی شده تا روش های مختلف توسط محققین مختلف معرفی شوند. در این فصل انواع الگوریتم های بهینه سازی معرفی شده است. هر کدام از این الگوریتم ها دارای ویژگی های خاص خوب خود برای حل مسئله تجدید آرایش در شبکه های توزیع با در نظر گرفتن توابع هدف گوناگون می باشند.
در فصل سوم این پایان نامه در مورد اصل تجدید آرایش و انواع روش های تجدید آرایش مطالب خوبی بیان شده است. در فصل چهارم این پایان نامه در مورد به بیان اصلی پایان نامه پرداخته شده است.
در فصل پنجم به بیان تحلیل نتایج پرداخته شده است. همچنین در این پایان نامه از محیط برنامه نویسی و شبیه سازی نرم افزار متلب به منظور مدلسازی و شبیه سازی سیستم تحت مطالعه استفاده شده است.
درفصل ششم نیز نتیجه گیری کلی و بیان پیشنهادات برای ادامه کار آورده شده است.
فصلدوم:
مروریبرتحقیقاتانجامشدهدر زمینه تجدید آرایش در شبکه های توزیع
۲-۱- مقدمه
در این فصل ابعاد مختلف مسئله تجدید آرایش بررسی و تحلیل می شود. در ادامه قیود مختلف مربوط به روش های مختلف تجدید آرایش بررسی شده و انواع روش های آن مطرح می شود. همچنین در زمینه انواع الگوریتم های بهینه سازی که در زمینه تجدید آرایش کار شده است مطالعاتی انجام می شود. علاوه براین در این فصل مسئله تجدید آرایش در کنار مسئله های مختلف مورد ارزیابی قرار میگرد. تجدید آرایش با مسئله قابلیت اطمینان، پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات بررسی می شود.
۲-۲- بررسی ریاضی قیود در مسئله تجدید آرایش
همانطور که می­دانید عمدتا از شبکه ­های توزیع، به چند دلیل مختلف مانند دلایل اقتصادی، به صورت شعاعی بهره ­برداری می­ شود. در مسئله تجدیدآرایش شبکه باید به روشی از شعاعی بودن آرایش بهینه شبکه اطمینان حاصل کنیم. درمرجع [۱] از الگوریتمی بر پایه تئوری گراف­ها برای بررسی قید شعاعی بودن شبکه استفاده شده است. این مقاله نشان می­دهد که این الگوریتم نسبت به روش­هایی که در گذشته برای چک کردن شعاعی بودن شبکه استفاده می­شده ­اند از کارآیی و تاثیر بالایی برخوردار است. نتایج حاصل از این مقاله نشان می­دهد که با این روش تا ۳۰ درصد زمان انجام محاسبات CPU کاهش پیدا می­ کند که عدد چشمگیری است. این عدد از این نظر قابل توجه است که بدانیم در مسئله تجدید آرایش شبکه به منظور کاهش تلفات، زمان زیادی از محاسبات به بررسی شعاعی بودن آرایش­های کاندید جواب مسئله اختصاص پیدا می­ کند و ۳۰ درصد کاهش زمان محاسبات CPU مدت زمان یافتن آرایش بهینه را بسیار کاهش می­دهد. در این اثر شبکه توزیع به صورت یک گراف مسطح (تخت) مدل شده است که این گراف چک کردن شعاعی بودن شبکه را به روشی آسان و موثر در مقایسه با گراف منظم، مقدور می­سازد. گراف مسطح گرافی است که می­توان آن را در یک صفحه دو­بعدی رسم نمود و یالهای آن تنها در محل رئوس گراف به یکدیگر برخورد می­ کنند. به عبارت دیگر حتی اگر تقاتعی بین یالهای گراف باشد، باز هم با تغییر مکان رئوس گراف می­توان آن را به صورت یک گراف مسطح رسم نمود. معمولا شبکه ­های توزیع از این ویژگی برخوردار هستند. یکی از مفیدترین ویژگی­های گراف مسطح، گراف دوگان آن است. این ویژگی ما را قادر به نمایش قید شعاعی بودن شبکه به یک روش موثر می­سازد. با بهره گرفتن از گراف­های اصلی و دوگان، می­توان مینیمم درختهای پوشای یک گراف را به آسانی پیدا نمود. یک گراف مسطح با m راس و n یال، صفحه را به f وجه تقسیم می­ کند که رابطه این سه پارامتر با یکدیگرطبق فرمول اویلر به صورت زیر است[۱].
(۲-۱)