دانشگاه آزاد اسلامی

واحد اهـــر

Islamic Azad University, Ahar Branch

پایاننامه‌ی کارشناسی ارشد

بازآرایی وتخصیص بهینه خازن در شبکه های توزیع در جهت  به حداقل رسانی  تلفات انرژی

 

 

الف- عنوان تحقیق

۱)  عنوان به زبان فارسی:

بازآرایی وتخصیص بهینه خازن در شبکه های توزیع در جهت  به حداقل رسانی  تلفات انرژی

۲)  عنوان به زبان انگلیسی:

Optimal reconfiguration and capacitor allocation in radial distribution systems for energy  losses minimization

 

3)  نوع کار تحقیقاتی:    بنیادی     نظری      کاربردی               عملی

 

5)  پرسش اصلی تحقیق: (مساله تحقیق):

نکتۀ آغازین هر کار تحقیقی، سؤالی است که ذهن را مشغول و پژوهشگر را وادار به تأمّل و اندیشیدن می‌کند.

بهبود ولتاژ و کاهش تلفات شبکه های توزیع ، از جمله مسائل مهم مورد توجه شرکت های توزیع است. اولین و مهم ترین سؤال این پژوهش این است:  بازآرایی و اختصاص بهینه خازن در سیستم های توزیع انرژی برق تا چه اندازه در بهبود و کاهش تلفات و هزینه ها و تامین انژی قابل اطمینان در شبکه های توزیع  نقش دارند؟و مزایای این روش نسبت به روش های دیگر چه می باشد؟

ب-  بیان مساله اساسی تحقیق به طور کلی (شامل تشریح مسأله و معرفی آن، بیان جنبه‌های مجهول و مبهم، بیان متغیرهای مربوطه و منظور از تحقیق):

سیستم توزیع انرژی  ارتباط بین سیستم انتقال و مصرف کننده نهایی را برقرار می سازد.و نزدیکترین بخش سیستم قدرت به مصرف کننده می باشد.بطور کلی پایین بودن سطح ولتاژ  و در نتیجه بالاتر بودن جریان در این سیستم ها نسبت به سیستم های انتقال ، داشتن ساختار شعاعی و گسترش پیچیدگی آنها ، تلفات الکتریکی یکی ازمشکلات آنها محسوب می شود.

امروزه کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه های توزیع  مهمترین اولویت در طراحی وبهره برداری شبکه های برق کشور ها می باشد.جهت کاهش تلفات در سیستم های توزیع تدابیری اندیشه شده است که از آن جمله  می توان به موارد زیر اشاره نمود:

–  خازن گذاری در شبکه

–  بالابردن سطح ولتا‍ژ

–  مدیریت بار ترانسفورماتورهای توزیع

–  اصلاح و نوسازی در شبکه

–   تجدید پیکربندی شبکه های توزیع

خازن ها برای تامین توان راکتیو جهت حداقل کردن تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد.

با خازن گذاری ، توان راکتیومورد نیاز توسط خازن ها تولید می شود و به این طریق توان عبوری از خطوط کاهش می یابد و در نتیجه تلفات راکتیو و تلفات کل سیستم کاهش می یاید.از آنجایی که تمامی راه حل های ذکر شده مستلزم صرف وقت و هزینه زیا د است ،لذا اقتصادی ترین و سریع ترین راه حلی که امکان برطرف نمودن مشکلات مطرح شده را در اکثر موارد فراهم می آورد و نیز باعث استفاده حداکثر و بهینه از امکانات موجود می گردد،تجدید پیکربندی یا بازآرایی شبکه های توزیع جهت کاهش تلفات ،درصورت امکان است.

روش باز آرایی شبکه های توزیع  نیازی به نصب و راه اندازی وسائل جدید در شبکه ندارد و با همان وسائل و کلیدهای موجود به صورتی ساده و کم هزینه تلفات را کاهش میدهد.معمولاً در هر شبکه توزیع تعدادی کلید حالت عادی باز و تعدادی کلید حالت عادی بسته وجود دارد با بستن بعضی از کلیدهای باز و باز کردن همان تعداد کلید بسته، می توان مسیر پخش توان در شبکه توزیع را به گونه ای تغییر داد که تلفات سیستم کاهش یابد

بازآرایی در شبکه های توزیع در واقع تغییر توپولوژی شبکه است.که باحفظ ساختار شعاعی شبکه به منظور بهبود وضعیت سیستم صورت می گیرد .که با تغییر مناسب وضعیت کلید های سیستم می توان به آن هدف رسید.یعنی: تجدید پیکربندی یا بازآرایی شبکه توزیع به منظور کم کردن تلفات عبارت است از،تغییر ساختار و وضعیت کلید های شبکه توزیع بگونه ای که تلفات توان در شبکه کم شود ، و ثانیأ ساختار شعاعی شبکه حفظ گردد ،که این امر با تغییرمناسب در وضعیت کلید های سیستم تحقیق می یابد.در این پایان نامه بکار گیری ترکیبی و همزمان بازآرایی و خازن گذاری بهینه مد نظر است که با استفاده از این روش می توانیم به نتایج مطلوبتری دست یابیم.

با توجه به گسترش شبکه های توزیع و پیچیده شدن ارتباطات در این شبکه ها استفاده از تکیک های هوشمند اجتناب ناپذیر است .در این پایان نامه از الگوریتم ژنتیک به منظور جایابی بهینه خازن ها و  یافتن کلید هایی که با تغییر وضعیت آنها (باز/بسته بودن)بازآرایی بهینه انجام گیرد استفاده شده است.

منظور از این تحقیق عبارت است از:

الف- بکار گیری  بازآرایی و جایابی بهینه خازن می توانند بطور چشم گیری به کاهش تلفات در شبکه های توزیع کمک کنند.

ب- استفاده از متد های هوشمند همچون الگوریتم ژنتیک جهت دست یابی به بهینه ترین نتایج .

ج- کاهش تلفات و هزینه ها،  بهبود پروفیل ولتاژ ، ضریب توان و پایداری سیستم.

 

ج- مرور ادبیات و سوابق مربوطه (بیان مختصر پیشینه تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور پیرامون موضوع تحقیق و نتایج آن‌ها و مرور ادبیات و چارچوب نظری تحقیق):

          در داخل و خارج کشور تحقیقات در مورد بازآرایی و خازن گذاری به صورت مجزا و با استفاده از متد های هوشمندی چون الگوریتم ژنیگ ، الگوریتم کلونی مورچه ها و PSO   و …. صورت گرفته  است  ولی   هدف اصلی از ارائه این پایان نامه بکارگیری بازآرایی و خازن گذاری در ترکیب های مختلف و بطور همزمان با رعایت محدودیت موجود در شبکه  با استفاده از روش های نوین و الگوریتم های هوشمند همچون الگوریتم ژنتیک می باشد.آمار و گزارش ها نشان می دهد که دلیل عمده کاهش ولتاژ و افزایش تلفات ، مکان غیر بهینه ای است که برای نصب سکسیونرو خازن در سیستم های توزیع در نظر گرفته می شود.مساله کاهش تلفات و بهبود کارایی تحویل انرژی الکتریکی سیستم قدرت عمدتأ به بخش توزیع الکتریکی بر می گردد.وضعیت سکسیونر ها و مکان بهینه خازن ها به تنهایی ، نقش مهمی در بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات سیستم ایفا می کنند.از این رو تعداد ، مکان و وضعیت آنها باید بطور هوشمندانه و مناسبی تعیین شوند.الگوریتم ها و روش های متعددی برای تعیین تعداد و مکان بهینه سکسیونر در شبکه توزیع هوایی ارائه شده است.در سال ۱۹۸۹ برای اولین بار آقایان M.Baran و F.Wu در روش پیشنهادی خود تعویض شاخه را برای آرایش بهینه مطرح کردند. در این روش ابتدا کلیه کلیدهای باز بسته شده سپس جستجو جهت یافتن حلقه ای که بیشترین تلفات را ایجاد می کند انجام می گیرد. در حلقه منتخب شاخه ای که بیشترین تلفات را ایجاد کند باز می شود. به همین ترتیب تا آخرین حلقه برنامه اجرا می شود.

در مرجع [۱] یک روش موثر با استفاده از شبیه سازی جایابی خازن و بازآرایی فیدر در جهت مینیمم سازی  تلفات توان وبهبود پروفیل ولتاژ در سیستم های توزیع شعاعی ارائه شده است.در این منبع با در نظر گرفتن ناهمزمانی بار ، یک روش بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت تعیین اندازه و موقعیت خازن های ثابت و سوئیچ پذیر پیشنهاد می شود. کاهش تلفات انرژی و قدرت به همراه هزینه های خازن در فرمولبندی مسئله  مورد نظر قرار گرفته شده است..روش پییشنهادی با بکارگیری هم زمان جایابی خازن و باز آرایی فیدر می تواند در حدود ۱۰% انرژی بیشتری را تولید و کاهش تلفات پیک را داشته باشد .

در مرجع  [۲] منحنی بار روزانه با تعداد معین از سطوح بار در نظر گرفته می شود. و الگوریتم پیشنهادی برای بازآرایی ،در حالت اولیه برای شبکه ای با ساختار حلقوی در نظرگرفته می شودوسپس بصورت مداوم باز و بسته کردن کلیدها صورت میگیرد تا زمانی که یک پیکربندی شعاعی بهینه بدست آید.همچنین  در  این منبع برای متغیرهای کلیدزنی یک شاخص حساسیت تعریف می شودکه این شاخص حساسیت نسبت عکس با افت ولتاژ در شاخه مورد بررسی دارد شاخه ای که مقدار افت ولتاژ بیشتری دارد یک کاندید بالفعلی جهت باز شدن است زیرا که از جریان توان در آن باید جلوگیری شود.در مراجع [۴] و  [۱۱]یک روش ابتکاری برای جایابی بهینه خازن در  شبکه ارائه کردیده است که بر مبنای توان عبوری از شاخه ها این روش بکار گرفته می شود.و متغییر های صحیح در یک تابع بنام تابع sigmoid بکار گرفته میشوند. در مرجع [۵] نیز یک متد بهینه سازی جهت جایابی خازن و بازآرایی شبکه توزیع ارائه شده است که با ساده سازی روابط ریاضی و مسائل بهینه سازی به کاهش تلفات در شبکه دست می یابد. در مراجع[۶]  و [۸]  با استفاده از الگوریتم ژنتیک و الگوریتم کلونی مورچه ها (ACSA) ، جهت کاهش تلفات شبکه ، جایابی بهینه خازن و بازآرایی بصورت مجزا انجام می گیرد و در نهایت  نتایج بدست آمده از دو روش جایابی خازن و بازآرایی شبکه مقایسه می گردد و یکی از دو روش که کمترین تلفات در شبکه را نتیجه می دهد ، انتخاب می گردد.در مرجع [۷] روش تکاملی دیفرانسیلی ترکیبی سنجش متغیر  (VSHDE) برای بازآرایی شبکه توزیع جهت کاهش تلفات توان بکار گرفته شده است.همچنین تابع هدف جهت مینیمم سازی تلفات تعریف می شود.که نتایج به دست آمده در این مرجع با با نتایج بدست آمده از الگوریتم ژنتیک مورد مقایسه قرار گرفته است.در مراجع [۹] و [۱۲]جایابی بهینه خازن و بازآرایی شبکه توزیع بطور همزمان به ترتیب با استفاده از الگوریتم ژنتیک تطبیقی بهبود یافته (IAGA) و الگوریتم ژنتیک انجام گرفته است.در این در این دو مرجع ، سوئیچ زنی بهینه خازن و سپس الگوریتم تعویض شاخه جهت دست یابی به ساختار شبکه بهینه انجام می شود.   در مرجع [۱۰] جهت بازآرایی شبکه توزیع به منظورکاهش تلفات  از الگوریتم تکاملی  (Evolutionary algorithms) استفاده شده است.این الگوریتم اولین بار توسط schwefel در دهه ۱۹۶۰پیشنهاد گردیده است.الگوریتم تکاملی با ایجاد جهش هایی با توزیع نرمال در نقاط موجود و استفاده از روش انتخاب بهترین ها (روش () یا () ) نقاط بهینه را جستجو می کند.از ویژگی های مهم الگوریتم تکاملی ، بهینه سازی پارامترهای کنترلی ( انحراف از معیار ها و زوایای چرخش ( Rotation Angles) به همراه بهینه سازی تابع هدف است.

با توجه به توضیحاتی که در مورد مراجع داده شد در این پایان نامه بهبود پروفیل ولتاژ ، کاهش تلفات با در نظر گرفتن و رعایت محدودیت موجود در شبکه های توزیع از جمله محدویت توان عبوری از خطوط و …با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در نهایت دست یابی به نتایج بهینه تر نسبت به سایر روش ها مد نظر می باشد.

 

12000 تومان – خرید