دانشگاه آزاد اسلامی
واحد علوم تحقیقات گیلان
پایان نامه کارشناسی ارشد ناپیوسته رشته برق قدرت
عنوان:
برنامه ریزی توان راکتیو شبکه با در نظر گرفتن عدم قطعیت باربا بهره گرفتن از یک روش تکاملی
استاد راهنما:
دکترسید سعید محتوی پور
استاد مشاور:
دکتر عبدالرضا توکلی
سال تحصیلی 93
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
چکیده:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 1
فصل اول……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2 طرح موضوع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
1-3 ساختار گزارش………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
فصل دوم توان راکتیو، ادوات تامین کننده و برنامه ریزی آن…………………………………………………………………… 5
2-1 کلیاتی در تعریف توان راکتیو……………………………………………………………………………………………………………………………… 5
2-2 وسایل تولید قدرت راکتیو………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5
2-2-1 ژنراتورهای سنکرون…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 6
2-2-2 کندانسورهای سنکرون…………………………………………………………………………………………………………………………………… 6
2-2-3 موتورهای سنکرون………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6
2-2-4 خازن…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6
2-2-5 محل نصب خازن………………………………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-2-6 خازن گذاری در جهت کاهش تلفات……………………………………………………………………………………………………………… 11
2-3 علل تشدید نیاز به خازن گذاری در شبکه های ایران…………………………………………………………………………………………….. 12
2-4 پیشینه موضوع برنامه ریزی توان راکتیو……………………………………………………………………………………………………………….. 13
2-5 روشهای مورد استفاده برای حل مساله برنامه‌ریزی توان راکتیو……………………………………………………………………………….. 19
2-5-1 روشهای تحلیلی (AM)…………………………………………………………………………………………………………………………….. 20
2-5-2 روشهای برنامه‌ریزی عددی (NP)………………………………………………………………………………………………………………. 20
2-5-3 روش های اکتشافی (HM)…………………………………………………………………………………………………………………………… 20
2-5-4 روشهای هوش مصنوعی (AI)……………………………………………………………………………………………………………………. 21
2-5-5 روشهای ترکیبی (AI)………………………………………………………………………………………………………………………………… 22
2-6 شرح مختصری بر برخی از الگوریتم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی (AI)……………………………………………………………………. 24
2-6-1 الگوریتم (PSO)………………………………………………………………………………………………………………………………………… 24
2-6-2 الگوریتم (GA)…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 26
2-6-2-1 کدگذاری………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 26
2-6-2-2 ارزیابی………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 26
2-6-2-3 ترکیب…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 27
2-6-2-4 جهش…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 28
2-6-2-5 رمزگشایی……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 28
2-7 الگوریتم بهینهسازی مبتنی بر آموزش-یادگیری (TLBO)……………………………………………………………………………………….. 29
2-7-1 مرحله مدرس……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 29
2-7-2 فاز یادگیرنده…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 30
2-8 طبقه بندى کارهای ارائه شده……………………………………………………………………………………………………………………………. 30
فصل سوم الگوریتم PSO…………………………………………………………………………………………………………………………….. 33
3-1 مروری بر الگوریتم PSO……………………………………………………………………………………………………………………………….. 33
3-2 انواع توپولوژی ذرات……………………………………………………………………………………………………………………………………… 34
3-2-1 توپولوژی ستاره ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 34
3-2-2 توپولوژی حلقه…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 34
3-2-3 توپولوژی چرخی………………………………………………………………………………………………………………………………………. 35
3-3 روند الگوریتم PSO……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 35
3-4 مراحل اجرای الگوریتم PSO……………………………………………………………………………………………………………………………. 37
3-5 بررسی تاثیرات پارامترهای PSO………………………………………………………………………………………………………………………… 38
3-5-1 ثابت های شتاب………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 38
3-5-2 تعداد ذرات ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 38
3-5-3 حداكثر سرعت……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 39
3-5-4 وزن اینرسی………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 39
فصل چهارم……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 41
4-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 41
4-2 چارچوب عملکرد مالک بهردار در مسئله برنامه ریزی خازن گذاری…………………………………………………………………………. 41
4-3 کاهش سناریو…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 46
4-4 الگوریتم پسروی کاهش سناریو………………………………………………………………………………………………………………………….. 48
4-5- فرمول بندی ریاضی مسئله برنامه ریزی تصادفی خازن گذاری………………………………………………………………………………. 49
4-6مطالعات تحلیلی…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 58
فصل پنجم:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 85
5-1 نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 85
5-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 87
منابع انگلیسی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 88
چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 94
فهرست جداول
جدول (2-1) طبقه بندى مقالات…………………………………………………………………………………………………………………………………. 7
فهرست اشکال
شکل(2-1) نمایش های برداری برای یک مدار با ضریب قدرت تأخیری…………………………………………………………………………. 9
شکل (2-2) نمایی کلی از روشهای مورد استفاده برای حل مساله برنامه‌ریزی توان راکتیو………………………………………………….. 23
شکل (2-3) مسیر حرکت یک ذره در دو تکرار متوالی…………………………………………………………………………………………………. 25
شکل (2-4) فلوچارت الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………………………………………….. 27
شکل(4-1) مالک-بهرهبردار و متغیرهای تصمیم گیری پیش رو ……………………………………………………………………………………… 42
شکل(4-2) ساختار مسئله برنامه ریزی خازنگذاری……………………………………………………………………………………………………… 43
شکل (4-3) ساختار مسئله برنامه ریزی تصادفی………………………………………………………………………………………………………….. 44
شکل(4- 4) درخت سناریوی برنامه ریزی تصادفی……………………………………………………………………………………………………….. 45
شکل(4-5) هزینه خازن سه پله ای……………………………………………………………………………………………………………………………. 50
شکل(4-6) شماتیک مدل تپ ترانس………………………………………………………………………………………………………………………….. 52
شکل (4-7) شبکه استاندارد 30 باسه…………………………………………………………………………………………………………………………. 58
شکل (4-8) شبکه استاندارد 57 باسه…………………………………………………………………………………………………………………………. 59
شکل (4-9 ) شبکه استاندارد 118 باسه……………………………………………………………………………………………………………………. 60
شکل (4-10) هزینه انتظاری بر حسب تعداد سناریو در شبکه 30 باسه…………………………………………………………………………….. 61
شکل (4-11) هزینه انتظاری بر حسب تعداد سناریو در شبکه 57 باسه…………………………………………………………………………….. 61
شکل (4-12) هزینه انتظاری بر حسب تعداد سناریو در شبکه 118 باسه………………………………………………………………………….. 62
شکل (4-13) درخت سناریو بار مصرفی اکتیو 30 باسه………………………………………………………………………………………………… 63
شکل(4-14) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی اکتیو 30 باسه……………………………………………………………………………. 63
شکل (4-15) درخت سناریو بار مصرفی اکتیو 57 باسه………………………………………………………………………………………………… 64
شکل (4-16) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی اکتیو 57 باسه………………………………………………………………………….. 64
شکل (4-17) درخت سناریو بار مصرفی اکتیو 118 باسه………………………………………………………………………………………………. 65
شکل (4-18) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی اکتیو 118 باسه………………………………………………………………………… 65
شکل (4-19) درخت سناریو بار مصرفی راکتیو 30 باسه………………………………………………………………………………………………. 66
شکل (4-20) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی راکتیو 30 باسه………………………………………………………………………… 66
شکل (4-21) درخت سناریو بار مصرفی راکتیو 57 باسه………………………………………………………………………………………………. 67
شکل (4-22) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی راکتیو 57 باسه ……………………………………………………………………….. 67
شکل (4-23) درخت سناریو بار مصرفی راکتیو 118 باسه…………………………………………………………………………………………….. 68
شکل (4-24) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی راکتیو 118 باسه………………………………………………………………………. 68
شکل (4-25) درخت سناریو قیمت توان اکتیو…………………………………………………………………………………………………………….. 69
شکل (4-26) درخت سناریو کاهش داده شده قیمت توان اکتیو …………………………………………………………………………………… 69
شکل (4-27) درخت سناریو قیمت توان راکتیو ………………………………………………………………………………………………………….. 70
شکل (4-28) درخت سناریو کاهش داده شده قیمت توان راکتیو ……………………………………………………………………………………. 70
شکل (4-29)هزینه انتظاری بر حسب معیار ریسک 30 باسه………………………………………………………………………………………….. 72
شکل )4-30)هزینه انتظاری بر حسب معیار ریسک 57 باسه………………………………………………………………………………………….. 74
شکل (4-31)هزینه انتظاری بر حسب معیار ریسک 118 باسه………………………………………………………………………………………… 74
شکل (4-32) ظرفیت خازن بر حسب معیار ریسک در شبکه 30 باسه……………………………………………………………………………. 75
شکل (4-33) ظرفیت خازن بر حسب معیار ریسک در شبکه 57 باسه……………………………………………………………………………. 76
شکل (4-34) ظرفیت خازن بر حسب معیار ریسک در شبکه 118 باسه………………………………………………………………………….. 77
شکل (4-35)توان راکتیو انتظاری بر حسب معیار ریسک 30 باسه…………………………………………………………………………………… 78
شکل (4-36)توان راکتیو انتظاری بر حسب معیار ریسک 57 باسه…………………………………………………………………………………… 79
شکل (4-37)توان راکتیو انتظاری بر حسب معیار ریسک 118 باسه………………………………………………………………………………… 80
شکل (4-38) نوسانات ولتاژ شبکه 30 باسه بر حسب مقدار ……………………………………………………………………………………. 82
شکل (4-39) نوسانات ولتاژ شبکه 57 باسه بر حسب مقدار ……………………………………………………………………………………. 83
شکل (4-40) نوسانات ولتاژ شبکه 118باسه بر حسب مقدار …………………………………………………………………………………… 84
در شبکه های الکتریکی، هزینه های ناشی از تلفات سیستم و عیوب ناشی از انحراف ولتاژ از حدود مجاز از بزرگترین معضلاتی هستند که گریبانگیر تولید، انتقال و توزیع نیرو میباشد. از این رو کاهش هزینه های برنامه ریزی و بهره برداری سیستمهای قدرت، و در عین حال، رعایت حدود و قیود آن از اهداف اصلی طراحان سیستمهای قدرت بوده است. استفاده از خازن های موازی و تغییر نسبت Tap Changerها از اقتصادی ترین روشها جهت تامین بار راکتیو و تنظیم حدود ولتاژ محسوب می شوند. خازن ها با کاستن تقاضای بار راکتیو ژنراتورها میتوانند سایز و اندازه آنها را کوچک کنند. همچنین خازن ها می توانند جریان خطوط از محل خازن تا نیروگاه را کمتر کرده و در نتیجه تلفات و بارگذاری روی خطوط، ترانسفورماتورها و خطوط انتقال را کاهش دهند. بکارگیری خازن به صورت همزمان با تغییر نسبت Tap Changer علاوه بر موارد مذکور باعث به تاخیر انداختن یا حذف سرمایه جهت توسعه شبکه قدرت می شوند. در این پایان‌نامه به بررسی چگونگی برنامه ریزی خازنگذاری با در نظر گرفتن عدم قطعیتهای تاثیرگذار در سطح شبکه انتقال پرداخته میشود. در این راستا، مالک شبکه انتقال به عنوان بازیگر مالک-بهرهبردار در نظر گرفته شده است که به دنبال کمینهسازی هزینه‌های خود میباشد. در راستای کمینهسازی هزینهها، مالکبهرهبردار با دو دسته متغیر تصمیم گیری روبروست. دسته اول متغیرهای تصمیم گیری مربوط به خازنگذاری در سطح شبکه انتقال میباشد که در ابتدای دوره برنامه ریزی اثرگذار میباشند. دسته دیگر متغیرهای کنترلی در اختیار بهرهبردار شامل تنظیم تپ ترانس، دیسپچ نمودن توان اکتیو و راکتیو ژنراتورها که در طول دوره بهره برداری مورد نظر قرار خواهند گرفت. این دو دسته متغیر به عنوان متغیرهای در اختیار مالک-بهرهبردار لحاظ شدهاند. به عبارت دیگر مالک-بهرهبردار شبکه با تصمیمسازی در ارتباط با این متغیرها به دنبال کمینهسازی هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری خود میباشد. از سوی دیگر پارامترهایی در شکل‌دهی تعریف مسئله برنامه ریزی مالک-بهرهبردار نقش اساسی ایفا می کنند. این پارامترها شامل قیمت، میزان بار مصرفی، قیمت توان اکتیو و راکتیو و هزینه خازنگذاری میباشد که با عدم قطعیت همراه بوده و تاثیر آنها به کمک مدلسازی ریسک در برنامه ریزی تصادفی و درخت سناریو بر روی تصمیمات مالکبهرهبردار قابل ارزیابی خواهند بود. در این پایان نامه با شبیهسازی برنامه ریزی تصادفی طراحی شده بر روی شبکه های 30، 57 و 118 باسه IEEE به ارزیابی صحت مدل برنامهریز شده پرداخته شده است.
Abstract:
The costs of loss and the lack of adeuqtae voltage are the most shortcomings of the generation, transmission and distribution system. Thus, reducing the cost of planning and operation of power systems in accordance with technical constraints of the system is the most fundamental goal of designers. Using capacitors and tap-changers are among the most economic tools to reach these goals. Capacitors redude the rective demand from generators and thus reduce the loss of the system. Using capacitors and tap-changers could deter the investment requirement of the system.
The purpose pf this thesis is to evaluate the capacitor placement in transmission system considering uncertainty of the parameters. The owner of the transmission system is considered as an owner-operator of the system who is pursuing the minimum cost. The owner-operator faces two groups of variables: firstly, capacitor placements decision at the beginning of the planning period, and secondly, control variables including taps, active and reactive power dispatch during the operation of the system. These two groups of variables are tools to be handled by the owner-operator to minimize the cost. On the other hand there are parameters such as demand, the cost of active and reactive power and the cost of capacitors bearing specific uncertainties. Thus, in this thesis, stochastic programming, risk analysis and scenario generations are proposed to examine the effect of these parameters on capacitor placement decision making. Simulations are carried out on standard 30, 57 and 118 buses systems to verify the proposed model.
1 مقدمه
اهمیت انرژی الكتریكی امروزه بر كسی پوشیده نیست. به دلیل سادگی تبدیل به سایر انواع انرژی، سهولت انتقال، كنترل آسان و ملاحظات زیست محیطی انرژی الكتریكی بیش از سایر انواع انرژی كاربرد پیدا كرده است. تامین انرژی الكتریكی مورد نیاز مشتریان با كمترین قیمت و بهترین كیفیت ممكن هدف اصلی یك سیستم قدرت می باشد. در شبکه های الکتریکی، تلفات یکی از بزرگترین معضلات است که گریبانگیر تولید،انتقال و توزیع نیرو میباشد. از این رو کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ از اهداف اصلی طراحان سیستمهای قدرت بوده است و یکی از راهکارهای پیشنهادی جهت نیل به این اهداف،استفاده از خازنهای موازی و تغییر نسبت Tap Changerها در شبکه است ]1[.
توان حقیقی در نیروگاهها تولید میشود در حالی که توان راکتیو در نیروگاه (کندانسورهای سنکرون) و یا توسط نصب خازن ها و تغییر نسبت Tap Changerها تامین می شود. استفاده از خازن های موازی و تغییر نسبت Tap Changerها از اقتصادی ترین روشها جهت تامین بار راکتیو محسوب می شوند. خازن ها با کاستن تقاضای بار راکتیو ژنراتورها می توانند سایز و اندازه آنها را کوچک کنند. همچنین خازن ها می توانند جریان خطوط از محل خازن تا نیروگاه را کمتر کرده و در نتیجه تلفات و بارگذاری روی خطوط، ترانسفورماتورها و خطوط انتقال را کاهش دهند. بکارگیری خازن به صورت همزمان با تغییر نسبت Tap Changer علاوه بر موارد مذکور باعث به تاخیر انداختن یا حذف سرمایه جهت توسعه شبکه قدرت می شوند. در این پایان نامه با بهره گرفتن از خازنگذاری در نقش ادمیتانس های موازی و تغییر نسبت TapChanger اهداف فوق میسر می گردد]2-4[ .
– طرح موضوع
در صنعت برق طراحی و بهره برداری بهینه و مؤثر اقتصادی همواره مورد توجه بوده است از این رو کاهش هزینه های سالانه در شبکه امری ضروری می باشد. لذا جهت کنترل ولتاژ باسها در محدوده حداقل و حداکثر مقدار مجاز، در شرایط تغذیه بارهای مختلف از خازن های موازی و با تغییر نسبت Tap استفاده میشود ]5[.
به رغم مطالعات گسترده جایابای خازن در شبکه های قدرت، فقدان بررسی عمیق در ارتباط با دو مسئله اساسی به چشم میخورد. اول آنکه بررسی همزمان سایر متغیرهای در اختیار بهرهبردار همچون تنظیم تپ ترانس و خازنگذاری در سیستمهای قدرت و ارتباط این فعالیتها با سایر پارامترهای در اختیار بهرهبردار سیستم در خور توجه بیشتری میباشد. دوم آنکه بررسی اقتصادی و تحلیلهای مبتنی بر آن به عنوان حلقه پیوند دهنده تصمیمات فنی با اقتصادی توجه بیشتری را میطلبد. علاوه بر این لحاظ نمودن عدم قطعیت در پارامترها تاثیر گذار بر خارنگذاری نیز عاملی است که لحاظ نمون آن طیف گستردهتر و کاملتری از انتخابها را پیش روی تصمیمسازان شبکه مینهد. بدین منظور سوال اساسی این تحقیق چگونگی برنامه ریزی توان راکتیو با در نظر گرفتن سایر متغیرها و پارامترهای در اختیار تصمیمساز شبکه میباشد. در این راستا لحاظ نمودن اثر عدم قطعیت بار با رعایت قیود محدوده توان راکتیو ژنراتورها، محدوده ولتاژ باس ها، محدوده تغییرات Tap و محدوده تغییرات اندازه ادمیتانس شنت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
با لحاظ نمودن عدم قطعیت در پارامترهای تاثیرگذار بر فعالیتهای تصمیمسازی شبکه، ساختار برنامه ریزی توان راکتیو شمایلی تصادفی به خودگرفته و بررسیهای مبتنی بر فاکتورهای اقتصادی ریسک و سناریو سازی را میطلبد. در اینجا لازم به ذکر است که برای در اختیار داشتن تحلیلی مناسب، ساختار برنامه ریزی نیازمند راهکار حل مسئله مناسب میباشد. بنابراین کاهش ابعاد مسئله و در عین حال داشتن پاسخهای دقیق با بهره گرفتن از تکنیکهای رایج در ادبیات موضوع کاهش ابعاد مسئله همچون تکنیکهای کاهش سناریو در طرح موضوع این تحقیق لحاظ شدهاند. در ادبیات موضوع، استفاده از روشهای بهینهسازی هوشمند برای حل مسائلی با چنین ابعادی پیشنهاد شده است. بدین منظور در این تحقیق از الگوریتم ازدحام ذرات به منظور حل مسئله و در اختیار داشتن پاسخ بهینه فعالیتهای تصمیمسازی شبکه استفاده شده است.
1-3 ساختار گزارش
در فصل دوم کلیاتی در رابطه با تجهیزات قدرت راکتیو و پیشینه تحقیق پیش رو پرداخته شده است. فصل سوم الگوریتم تجمع ذرات باینری به عنوان یک روش هوشمند ابتکاری در حل مسائل بهینه سازی معرفی شده است. در فصل چهارم به موضوع کاهش سناریو و مدلسازی برنامه ریزی توان راکتیو پرداخته شده است. در ادامه این فصل نتایج شبیه سازی به همراه تحلیلهای اقتصادی و فنی تصمیمساز شبکه ارائه شده است. در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهاد ادامه کار ارائه شده است.
تعداد صفحه : 108
قیمت :14700 تومان
