توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن اثر شیر ورودی بخار با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات

واحد بروجرد

دانشکده­ی تحصیلات تکمیلی، گروه برق

پایان­نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد « M.S.C»

گرایش:  قدرت

عنوان:

توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن اثر شیر ورودی بخار با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات

 

 

 

چکیده

تولید انرژی الکتریکی برای سیستم­های قدرت با هدف حداقل­سازی کل هزینه تولیدی برای واحدهای اکتیو موجود در شبکه قدرت، از مهمترین مباحث برای سیستم­های مدرن امروزی می­باشد. به بیانی دیگر هدف از توزیع اقتصادی بار برنامه­ریزی بهینه و مناسب برای واحدهای تولیدی با در نظر گرفتن عوامل و محدودیت­های غیرخطی موجود در شبکه قدرت و واحدهای تولیدی می­باشد. در این پایان­نامه، مسئله توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن محدودیت­های غیرخطی از جمله تلفات شبکه انتقال، تاثیر شیر ورودی بخار بر تابع هزینه تولیدی، توازن تولید و مصرف در سیستم، نواحی ممنوعه، حدود تولید و نرخ سطح شیب­دار به یک مسئله بهینه­سازی تبدیل شده و در نهایت با الگوریتم اجتماع ذرات (pso) به حل آن پرداخته شده است. روش PSO یک روش مرتبه صفر است و نیازی به عملیات سنگین ریاضی مثل مشتق­‌گیری ندارد. یک روش مبتنی بر جمعیت است که از مشارکت ذرات استفاده می­کند. به منظور نشان دادن کارایی این روش، الگوریتم پیشنهادی بر روی سیستم نمونه ۶ نیروگاهی با کل بار ۱۲۶۳ مگاوات اعمال شده است و نتایج به دست آمده از حالات مختلف الگوریتم پیشنهادی با هم مقایسه شده و سپس نتایج به دست آمده از الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک (GA) مقایسه شده که نشان­دهنده کارایی و سرعت زیاد، زمان کم این الگوریتم در حل مسئله توزیع اقتصادی بار می­باشد.

واژگان کلیدی: توزیع اقتصادی بار، الگوریتم اجتماع ذرات، اثر شیر بخار، هزینه سوخت، نواحی ممنوعه تولید، ظرفیت ژنراتور، نرخ سطح شیب­دار، توازن توان اکتیو

 

 

 

 

فهرست مطالب       

                                

عنوان صفحه
   
فصل اول – مقدمه  
۱-۱ مقدمه ۲
۱-۲ بررسی سوابق تحقیق ۴
۱-۳ ساختار پایان­نامه ۸
فصل دوم – مسئله توزیع اقتصادی بار
۲-۱ معرفی توزیع اقتصادی بار ۱۰
۲-۲ مشخصه واحد بخار (حرارتی) ۱۰
۲-۳ منحنی محدب هزینه­های عملیاتی یک واحد حرارتی ۱۱
۲-۴ منحنی هزینه سوخت افزایشی ۱۳
۲-۵ منحنی نرخ حرارت ۱۳
۲-۶  منحنی نامحدب هزینه­های در واحد حرارتی ۱۴
۲-۷ توزیع اقتصادی بار در نیروگاه برق ۱۶
۲-۸ توزیع اقتصادی بار در سیستم قدرت ۱۷
۲-۹ محدودیت برابری و نابرابری ۱۷
۲-۱۰ معرفی ضرایب B تلفات انتقال ۲۰
فصل سوم – الگوریتم پیشنهادی اجتماع ذرات PSO
3-1 معرفی PSO 24
3-2 بررسی سوابق تحقیق ۲۵
۳-۳ مفهوم بهینه­سازی اجتماع ذرات ۲۷
۳-۴ فرمول­بندی PSO 28
3-5 فلوچارت استاندارد بهینه­سازی اجتماع ذرات ۳۳
۳-۶ شبه کد در PSO 34
3-7 اساس الگوریتم PSO برای محدود کردن مشکل ۳۵
فصل چهارم – پیاده­سازی الگوریتم پیشنهادی در مسئله توزیع اقتصادی بار
۴-۱  فرمول­بندی تابع هدف ۳۷
۴-۲ برابری و نابرابری محدودیت­ها ۳۹
۴-۳ اصلاح تابع هدف ۴۰
۴-۴ پیاده­سازی PSO برای مشکل ED 41
4-5 شبیه­سازی ۴۳
۴-۶  مقایسه نتایج الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک ۵۶
فصل پنجم – نتیجه­گیری و پیشنهادات
۵-۱ نتیجه­گیری ۵۸
۵-۲ پیشنهادات ۵۹
ضمیمه ۶۰
مراجع ۶۲

 

 

فهرست شکل­ها و نمودارها    

                             

عنوان صفحه
   
شکل (۲-۱): واحد دیگ بخار- توربین – ژنراتور ۱۰
شکل (۲-۲): مشخصه ورودی- خروجی واحد تولید ۱۱
شکل (۲-۳): منحنی هزینه افزایشی ۱۳
شکل (۲-۴): منحنی نرخ حرارت ۱۴
شکل (۲-۵): ویژگی­های یک ژنراتور توربین بخار با ورودی چهار دریچه بخار ۱۵
شکل(۲-۶): واحد تولید متصل به یک باس مشترک ۱۶
شکل (۲-۷): تعداد ng واحدهای حرارتی جهت تغذیه بار از طریق شبکه انتقال ۱۷
شکل (۲-۸): محدودیت نرخ سطح شیب­دار ۱۹
شکل (۳-۱): فلوچارت SPSO 33
شکل (۴-۱):  تابع هزینه ژنراتور با شیر بخار ۳۸
شکل (۴-۲):  نحوه اتصال شبکه برای سیستم با ۶ ژنراتور ۴۴
شکل (۴-۳): تغییرات تابع هدف برای سیستم ۶ نیروگاهی در حالت ۱ ۴۸
شکل (۴-۴): تغییرات تابع هدف برای سیستم ۶ نیروگاهی در حالت ۲ ۵۰
شکل (۴-۵): تغییرات تابع هدف برای سیستم ۶ نیروگاهی در حالت ۳ ۵۲
شکل (۴-۶): تغییرات تابع هدف برای سیستم ۶ نیروگاهی در حالت ۴ ۵۴

 

 

 

 

فهرست جداول

 

عنوان صفحه
   
جدول (۴-۱):  ضرایب تابع هزینه و حدود واحدهای تولیدی با ۶ ژنراتور ۴۵
جدول (۴-۲):  مشخصات واحدهای تولیدی با ۶ ژنراتور ۴۵
جدول (۴-۳):  نتایج شبیه­سازی واحدهای تولیدی سیستم ۶ نیروگاهی در حالت ۱ ۴۷
جدول (۴-۴):  نتایج شبیه­سازی واحدهای تولیدی سیستم ۶ نیروگاهی در حالت۲ ۴۹
جدول (۴-۵):  نتایج شبیه­سازی واحدهای تولیدی سیستم ۶ نیروگاهی در حالت۳ ۵۱
جدول (۴-۶):  نتایج شبیه­سازی واحدهای تولیدی سیستم ۶ نیروگاهی در حالت۴ ۵۳
جدول (۴-۷):  مقایسه نتایج حالت­های ۱،۲،۳،۴ ۵۵
جدول (۴-۸):  مقایسه بین نتایج الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک ۵۶

 

فهرست علائم

: ضرایب هزینه واحد iام

: ضرایب اثر بارگذاری(موقعیت) شیر بخار واحد iام

: توان خروجی واحد iام

: حداکثر و حداقل محدوده تولید توان از واحد حرارتی iام

ng : تعداد کل ژنراتورهای متعهد

: تقاضا (دیماند) کل سیستم

: تلفات کل سیستم

: ضرایب B تلفات انتقال

: بازه توان خروجی قبلی واحد حرارتی iام

: حد بالا نرخ سطح شیب­دار از واحد iام

: حد پایین سطح شیب­دار از واحد iام

: عوامل جریمه

:n ابعاد فضای جست و جو

:N تعداد ذرات در اجتماع

:X موقعیت اجتماع

:V سرعت اجتماع

:S فضای جست و جو

:  موقعیت iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی

:  سرعت iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی

:  بهترین موقعیت فعلی iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی

:  بهترین موقعیت فعلی سراسری از اجتماع در زمان t در یک فضای n بعدی

:  عامل وزن اینرسی

:  حداکثر مقدار عامل اینرسی وزن

:  حداقل مقدار عامل اینرسی وزن

:  عامل شتاب از مولفه­های شناختی

:  عامل شتاب از مولفه­های اجتماعی

:  مقدار اولیه عامل شتاب

: مقدار نهایی عامل شتاب

:  مقدار اولیه عامل شتاب

:  مقدار نهایی عامل شتاب

:  اعداد تصادفی

:  حداکثر سرعت

:K عامل انقباض

:r اعداد تصادفی

:k تکرار فعلی

:  حداکثر تعداد تکرار

 

 

 

 

فصل اول

مقدمه

 

1-1 مقدمه

توزیع اقتصادی بار[۱] یکی از موضوعات مهم در زمینه مدیریت و بهره­برداری سیستم­های قدرت به شمار می­رود. هدف از توزیع بهینه یا اقتصادی بار در واقع تخصیص تولید بین واحدهای در مدار سیستم (فعال) می­باشد به نحوی که همزمان با تامین تقاضای بار، حدود تولید، نواحی کار ممنوع، سایر محدودیت­های نیروگاه­ها در نظر گرفته شده و با لحاظ تلفات شبکه انتقال، کل هزینه تولید در هر بازه زمانی و برای شرایط بار پیش بینی شده، حداقل گردد [۱].

امروزه با توجه به روند رو به رشد بار و بالا بودن هزینه­های تولید انرژی الکتریکی، افزایش تقاضای انرژی الکتریکی و محدودیت در نصب واحدهای جدید نیروگاهی، نیاز به بهره­برداری بهینه از واحدهای موجود در جهت کاهش هزینه­های بهره­برداری به شدت احساس می­شود.

مسئله توزیع اقتصادی بار هنگامی مطرح است که واحدهای موجود در مدار، معلوم بوده و بخواهیم ببینیم که برای تامین بار مورد نیاز شبکه و ذخیره چرخان مورد نیاز، هر یک از واحدهای موجود در مدار چه توانی را تولید کنند تا هزینه سوخت کل واحدها حداقل شود. اما باید توجه داشت که در شبکه واقعی، همواره بار مورد نیاز شبکه در حال تغییر است. لذا باید تعیین شود که بهتر است که چه ترکیبی از واحدها در مدار قرار گیرند تا علاوه­بر تامین بار مورد نیاز شبکه در کلیه مراحل دوره زمانی مورد مطالعه، در پایان دوره مورد نظر خط مشی بهینه حاصل گردد.

یکی از مهمترین مسائل روز بهینه­سازی تولید انرژی، تعیین نحوه آرایش نیروگاه­ها جهت تولید بار مصرفی در یک دوره کوتاه مدت (معمولا ۲۴ ساعت) است که از آن به عنوان مسئله مشارکت نیروگاه­ها[۲] یاد می­شود. این مسئله به دلیل حجم زیاد محاسباتی و وسعت ابعاد در زمره مسائل دشوار قرار می­گیرد. مسئله توزیع اقتصادی بار به عنوان زیر مجموعه مسئله مشارکت نیروگاه­ها می­باشد.

توزیع اقتصادی بار به صورت یک مسئله بهینه­سازی با هدف حداقل­کردن تابع هزینه سوخت نیروگاه­های بخاری بیان می­شود.

 

12000 تومان – خرید