دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباسپور)
دانشکده برق
پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق- تجدید ساختار
عنوان:
تعیین مکان، ظرفیت و زمان راه اندازی بهینه مولدهای گاز سوز به منظور حفظ قابلیت اطمینان شبکه با در نظر گرفتن مسئله ترانزیت برق
تحقیق و تدوین:
علیرضا لطفی
استاد راهنما:
دکتر مهرداد ستایش نظر
(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:
1 آشنایی با ساختار شبکه های الکتریکی با تأکید بر بخش توزیع……………………. 3
1-1 مقدمه………………….. 3
1-2 ساختار سیستم های قدرت…………………… 3
1-3 آشنایی با شبکه های توزیع………………….. 5
1-4 انواع شبکه های توزیع………………….. 5
1-5 جزیره ای شدن………………….. 8
1-6 عوامل مؤثر در طراحی و بهره برداری از شبکه های توزیع………………….. 9
2 مروری بر منابع تولید پراکنده و اهمیت مطالعه آنها ………………….14
2-1 مروری بر منابع تولید پراکنده…………………. 14
2-1-1 منابع تجدید ناپذیر………………….. 15
2-1-1-1 توربین های گازی…………………… 15
2-1-1-2 موتور های احتراق داخلی پیستونی…………………… 17
2-1-1-3 تکنولوژی میکرو توربین ها ………………….20
2-1-2 منابع تجدید پذیر………………….. 21
2-1-2-1 توربین های آبی كوچك…………………….. 21
2-1-2-2 پیل های سوختی…………………… 21
2-1-2-3 انرژی باد………………….. 22
2-1-2-4 سیستم های فتوولتاییک…………………….. 23
2-1-2-5 استفاده از حرارت انرژی خورشید………………….. 24
2-1-2-6 زیست توده…………………. 25
2-1-2-7 زمین گرمایی……………………26
2-1-3 مقایسه انواع تکنولوژی ها…………………. 26
2-2 اهمیت تولید پراكنده…………………. 28
2-2-1 مزایای اقتصادی…………………… 28
2-2-2 تولید مطمئن و ایمن………………….. 29
2-2-3 مزایای اجتماعی…………………… 30
2-2-4 مزایای محیطی…………………… 30
2-2-5 محدودیت های تولید پراكنده…………………. 31
2-2-6 آثار منابع تولید پراكنده بر روی شبكه های الكتریكی………. 31
2-2-7 تأثیر DG بر قابلیت اطمینان شبكه توزیع………………….. 32
2-2-8 تاثیر DG بر تنظیم ولتاژ در شبكه………………….. 33
2-2-9 حفاظت…………………… 34
2-2-10 اثرات منفی احتمالی DG در شبكه………………….. 34
2-3 مطالعات انجام شده…………………. 35
3 ملاحظات مدل سازی در توسعه DG……………………
3-1 عوامل مؤثر در مدل سازی…………………… 40
3-1-1 ساختار شبکه های توزیع………………….. 40
3-1-1-1 مدل انحصاری…………………… 40
3-1-1-2 مدل رقابتی…………………… 43
3-1-2 نکات قابل توجه در توسعه منابع تولید پراکنده…………………. 44
3-2 انتخاب نوع تکنولوژی…………………… 45
3-3 مدل سازی مسئله………………….. 46
3-3-1 تأثیر DG بر تلفات…………………… 47
3-3-2 تأثیر DG بر قابلیت اطمینان………………….. 47
3-3-2-1 شاخصهای مورد کاربرد در ارزیابی قابلیت اطمینان توزیع……… 48
3-4 تصمیم گیری چند معیاره…………………. 51
3-4-1 بهینه سازی چند خصیصه ای…………………… 51
3-4-2 بهینه سازی چندهدفه………………….. 52
3-4-2-1 روش بهینه سازی ترتیبی…………………… 52
3-4-2-2 روش ضرایب وزنی…………………… 53
3-4-2-3 روش محدودیت …………………… 53
4 فرمول بندی توسعه منابع DG در شبکه های توزیع………………….. 56
4-1 فرمول بندی پخش بار………………….. 56
4-2 محدودیت های پخش بار………………….. 59
4-3 محدودیت خرید توان از شبکه………………….. 60
4-4 هزینه خرید توان از بازار عمده فروشی…………………… 61
4-5 مدل سازی تولید پراکنده ………………….62
4-6 فرمول بندی توسعه منابع تولیدپراکنده…………………. 63
4-7 هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری DG……………………
4-7-1 هزینه سرمایه گذاری DG……………………
4-7-2 هزینه بهره برداری DG…………………..
4-8 فرمول بندی هزینه تلفات…………………… 65
4-9 فرموله بندی قابلیت اطمینان………………….. 65
5 مطالعات عددی و شبیه سازی…………………… 72
5-1 مطالعه نخست : مدل انحصاری DisCo بدون حضور DG های خصوصی……….. 72
5-1-1 سیستم مورد مطالعه………………….. 73
5-1-1-1 نتایج مطالعه نخست……………………. 78
5-1-1-2 جمع بندی…………………… 85
5-1-2 اثر تغییر نرخ رشد بار………………….. 86
5-1-2-1 جمع بندی…………………… 92
5-2 مطالعه دوم: حضور توأم DG های خصوصی و غیر خصوصی…………. 92
5-2-1 شبیه سازی 1………………….. 96
5-2-2 جمع بندی…………………… 101
5-3 مطالعه سوم : توسعه DG در حضور ترانزیت…………………… 102
5-3-1 تعیین مکان، زمان و ظرفیت بهینه منابع DG در حضور ترانزیت…….. 102
5-3-1-1 شبیه سازی 2………………….. 102
5-3-1-2 شبیه سازی 3…………………. 104
5-3-1-3 اثر تغییر ظرفیت ترانزیت……………………. 110
5-3-1-4 جمع بندی…………………… 114
6 نتیجه گیری و پیشنهاد………………….. 117
6-1 نتیجه گیری…………………… 117
6-2 پیشنهادات…………………… 118
7 منابع و مراجع………………….. 119
چکیده:
متولیان سیستمهای توزیع، بهعنوان آخرین زنجیره از زنجیره برق رسانی به مشترکین، در تصمیم گیری های بلند مدت خود با مشکلاتی روبرو هستند. توجه به بازارهای الکتریکی و نرخهای متأثر از عملکرد بازیگران بازارهای برق، شرکتهای توزیع را که مسئول و مالک سیستمهای توزیع هستند، در تصمیم گیریهای کلان به چالش می اندازد. از طرفی، تولیدات پراکنده از منابع و گزینههایی هستند که در توسعه بمنظور تأمین توان مشترکین و مصونیت در برابر هزینه های اضافی در کنار توسعه خطوط، پست ها و … مورد توجه تصمیم گیران قرار میگیرند. از دیگر سو، این منابع در کاهش تلفات و بهبود قابلیت اطمینان میتوانند مفید واقع گردند. دراین پایان نامه ، منحصراً توسعه منابع تولید پراکنده مورد توجه قرار گرفته و از بین انواع فنآوری ها، مولد گازی را انتخاب کرده و توسعه را بنحوی انجام میدهیم که زمان، مکان و ظرفیت بهینه منابع مورد نیاز در دوره برنامه ریزی را با توجه به ملاحضات قابلیت اطمینان مشخص نماییم. انجام مطالعات در چند مدل صورت میگیرد که در این مدلها خردهفروشان در بازار جایگاهی نخواهند داشت. بررسی نحوه توسعه منابع تولید پراکنده متعلق به شرکتهای توزیع، بررسی توسعه در حضور تولید کنندگان خصوصی و بررسی توسعه در حالتی که امکان ترانزیت برق در سیستم وجود دارد، از مجموعه مطالعات این پایان نامه میباشد. اما پیش از شروع مطالعات طبق مدلهای تعریف شده، در فصل اول آشنایی مختصری با شبکه های توزیع خواهیم داشت. در فصل دوم، مروری بر انواع تکنولوژی منابع تولید پراکنده و اهمیت بررسی آنها انجام میشود. فصل سوم نحوه مدل سازی مسئله را ارائه می کند و در فصل چهار فرمول بندی این مسئله شرح میشود. در نهایت در فصل پنجم شبیه سازی و مطالعات عددی برای نیل به اهداف فوق انجام خواهد گردید.
مقدمه:
در جوامع امروزی با رشد شدید استفاده از انرژی الکتریکی، نقش حیاتی این انرژی بیش از پیش آشکار است. سیستمهای توزیع نقش اساسی در فراهم نمودن سرویس با کیفیت و مناسب به مصرف کنندگان ایفا می کنند. اهداف متنوعی در سلسله طراحی سیستمهای توزیع انرژی الکتریکی مطرح است. اما با این وجود در این فرآیند ابتدا رشد مشترکین پیش بینی میشود و سپس نیاز یا عدم نیاز به توسعه ظرفیت مشخص میشود. در نگاه کلی گزینه های مطرح در توسعه ظرفیت عبارتند از احداث و یا ارتقاء پستها و خطوط و منابع تولید پراکنده که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجا که بهره گیری از منابع تولید پراکنده می تواند مزایای بسیار زیادی داشته باشد، در این پایان نامه به عنوان تنها گزینه مطرح در توسعه استفاده میشود. از این رو روند سیر مطالب پایان نامه مطابق شکل (1) خواهد بود. همانگونه که مشخص است، در فصل اول، مرور مختصری بر شبکه های قدرت با تأکید بر سیستمهای توزیع الکتریکی انجام خواهد شد. در فصل دوم، آشنایی مختصری با انواع منابع تولید پراکنده و تأثیر آنها برشبکه های توزیع الکتریکی به همراه مطالعات انجام شده در این زمینه مشخص میشود. در فصل سوم، نحوه مدلسازی مسئله توصیف خواهد گردید. در فصل چهارم، فرمول بندی توسعه منابع تولید پراکنده شرح می شود و در فصل پنجم، شبیه سازی و نتایج در حالات مختلف شرح داده خواهد شد. در نهایت در فصل ششم، نتیجه گیری و پیشنهاداد ارائه خواهد گردید.
فصل اول: آشنایی با ساختار شبکه های الکتریکی با تأکید بر بخش توزیع
1-1- مقدمه
امروزه بهدلیل وابستگی شدید به انرژی الکتریکی، نقش حیاتی این انرژی در زندگی بر کسی پوشیده نیست. سیستم های توزیع که آخرین بخش از زنجیره برق رسانی به مصرفکنندگان این انرژی هستند، نقش اساسی را در فراهم نمودن یک سرویس مناسب، مطمئن و با کیفیت بازی می کنند. در این بخش، به دلیل اهمیت ذکر شده، ساختار یک سیستم قدرت را با تکیه بر بخش توزیع انرژی الکتریکی ارائه خواهیم نمود.
2-1- ساختار سیستم های قدرت
اهمیت انرژی الکتریکی در زندگی جوامع امروزی بر کسی پوشیده نیست. بدلیل سادگی تبدیل به سایر انواع انرژی، سهولت انتقال، کنترل آسان و ملاحظات زیست محیطی، انرژی الکتریکی بیش از سایر انواع انرژی کاربرد پیدا کرده است. هدف اصلی یک سیستم قدرت عبارت است از تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکان با کمترین قیمت و بهترین کیفیت ممکن. در شرایط حاضر انرژی الکتریکی عمدتاً در در نیروگاههای حرارتی اعم از بخاری و یا گازی، و همچنین نیروگاههای آبی و اتمی که معمولاً در فواصل زیادی از مراکز مصرف واقع شده اند، تولید میشود. انتخاب محل نیروگاهها با توجه به ملاحظات زیست محیطی، در دسترس بودن سوخت و معمولاً آب زیاد، نزدیکی به مراکز مصرف و عوامل متعدد دیگر عموماً بهنحوی صورت میگیرد که هزینه احداث و بهره برداری با توجه به تمام عوامل، حداقل شود. انرژی تولید شده برای کاهش تلفات، با ولتاژهای بسیار بالا و توسط خطوط انتقال به نزدیکی مراکز مصرف منتقل میگردد و پس از کاهش ولتاژ توسط شبکه توزیع بهدست مصرف کنندگان میرسد. لذا صنعت برق همواره با سه فعالیت اصلی تولید، انتقال و توزیع همراه بوده است و اغلب مؤسساتی که در زمینه انرژی فعالیت دارند، یکی از فعالیتهای سهگانه فوق را در یک منطقه خاص جغرافیایی پوشش میدهند[1].
همانطور که پیشتر نیز گفته شد، مراکز تولید معمولاً بسیار دور از شهرها احداث میشوند و دلیل این موضوع می تواند برای واحدهای آبی دوری رودخانه های بزرگ از شهرها و برای نیروگاههای اتمی و فسیلی ملاحظات ایمنی و زیست محیطی باشد. بنابراین، ضروری به نظر میرسد که برای انتقال انرژی این نیروگاهها به مراکز مصرف، سیستم مناسب انتقال انرژی در دسترس باشد. برای انتقال مقادیر بزرگ انرژی در مسافتهای طولانی، به سیستم با ولتاژ بسیار بالا که گاهی از آن به سیستم انتقال اصلی نام برده میشود، نیاز است. این سیستم ها با ولتاژهای بالای 300 کیلو ولت، معمولاً 400 یا 500 و یا 765 کیلو ولت کار می کنند. معمولاً تعاریف زیر برای سطوح مختلف ولتاژ بکار میرود. ولتاژ ضعیف یا پایین (LV) به کمتر از یک کیلو ولت اطلاق میشود. ولتاژ متوسط (MV) ولتاژهای بین یک تا 36 کیلو ولت را پوشش میدهد و بویژه در در شبکه های توزیع بکار میرود و ولتاژ بالا (HV) برای ولتاژهای بالای 36 کیلو ولت استفاده میشود. البته در هر سیستم انرژی الکتریکی مفاهیم ولتاژ ضعیف، متوسط و بالا، نسبی بوده و الزاماً با آنچه در سیستم دیگری بکار میرود تطابق کامل ندارد. از ولتاژ بسیار بالا(EHV) معمولاً برای تأکید روی ولتاژهای بالای 300 کیلوولت استفاده میشود. شبکه های انتقال معمولاً بهم پیوسته بوده و برای شبکه های پیچیده حتی اشکالات و خطاهای همزمان ممکن است موجب قطع مصرف کنندگان نشود. در سطح پایینتر شبکه انتقال، دو یا سه سطح ولتاژ توزیع برای تأمین بار و شرایط مورد نیاز مشترکان مختلف وجود دارد. در حالت کلی شبکه های ولتاژ متوسط و پایین به صورت شعاعی طراحی و بهره برداری میشوند. شکل(1-1)، سلسله مراتب ارسال انرژی الکتریکی از نقاط تولید به مصرف را نشان می دهد[8].
3-1- آشنایی با شبکه های توزیع
وظیفه یک شبکه توزیع حمل انرژی الکتریکی از پستهای انتقال، فوق توزیع و یا نیروگاههای کوچک به تکتک مشترکین و تغییر سطح ولتاژ بسته به مورد و بر اساس ضرورتها میباشد. در شکل (1-2) ارتباط شبکه های مختلف بصورت شماتیک نشان داده شده و سطوح ولتاژ مورد استفاده در این شبکه ها از ولتاژ ضعیف LV، تا ولتاژ متوسط MV، ولتاژ بالا HV، و سرانجام ولتاژ بسیار بالا EHV، ارائه گردیده است.
4-1- انواع شبکه های توزیع
بسته به سطح ولتاژ سیستم، شرایط جغرافیایی و تمرکز و یا عدم تمرکز بار مصرفی، از انواع شبکه های توزیع میتوان برای تأمین نیازهای مشترکین استفاده نمود. دسته بندی شبکه ها به صورت زیر است[1]:
– شبکه های شعاعی ساده: این شبکه فقط از یک فیدر خروجی پست فوق توزیع تغذیه میشوند و به هر شین فقط یک خط ورودی و یک خط خروجی می تواند متصل شود.
– شبکه شعاعی مرکب: این شبکه ها نیز فقط از یک فیدر خروجی پست تغذیه میشوند، ولی به برخی از شین ها بیش از یک خط خروجی متصل میباشد.
شبکه های شعاعی ساده و ارزان میباشند. ارزانی این شبکه ها به دلیل کم بودن تعداد تجهیزات از یک سو و پایین بودن نسبی توان اتصال کوتاه و در نتیجه ساده و ارزان بودن تجهیزات از سوی دیگر است.
– شبکه های حلقوی با تغذیه از یک سو: این شبکه نیز مانند شبکه شعاعی فقط از یک فیدر خروجی پست فوق توزیع تغذیه میشود، ولی هر یک از پستها از دو سو به این فیدر متصل اند. معمولاً در شبکه های حلقوی از یک کلید که در شرایط عادی باز است، استفاده میشود و بهره برداری از شبکه به صورت شعاعی انجام میشود.
– شبکه های حلقوی با تغذیه از دو سو: در این مدل شبکه توسط دو پست توزیع امکان تغذیه دارد که در حالت عادی با وجود کلیدها، بهره برداری شبکه بصورت شعاعی صورت میگیرد. ازآنجا که احتمال بیبرقی همزمان دو پست بسیار کم است، این شبکه از قابلیت اطمینان بسیار بالایی برخوردار است.
– شبکه غربالی: در این شبکه هر یک از پستهای توزیع به چندین پست توزیع دیگر مرتبط اند. تغذیه شبکه می تواند از یک فیدر خروجی پست فوق توزیع و یا از چندین پست فوق توزیع مجاور و یا تعدادی از فیدرهای خروجی یک پست فوق توزیع صورت گیرد.
از جنبه نظری ساختار سیستم فوق توزیع می تواند از شبکه های شعاعی ساده گرفته تا شبکه های بهم پیوسته پیچیده تغییر کند، اما در اکثر آرایشهای شعاعی فیدرهای فشار متوسط، از پست اصلی تا مصرف کنندگان بصورت شعاعی بهره برداری میشود. اساساً بروز خاموشی در فیدرهای فشار متوسط مسئله ساز بوده و بروز خطا روی هر یک از قسمتهای فیدر، منجر به قطع کلید قدرت ابتدای فیدر و خاموشی شمار زیادی از مشترکان میانجامد. آرایش شعاعی رایج، چنین وقفه هایی را اجتناب ناپذیر میسازد.
برای انتقال انرژی در شبکه های فشار متوسط از خطوط هوایی و یا زمینی استفاده میشود که استفاده از فیدرهای هوایی در خارج از شهرها بیشتر رایج میباشد. در این فیدرها از کلیدهایی بنام سکسیونر جهت تقسیم فیدر به چند بخش استفاده میشود که در حالت عادی بسته میباشند. علت اصلی استفاده از این کلیدها این است که در هنگام وقوع خطا روی قسمتی از فیدر بتوان بخش معیوب را از دیگر بخشها جدا نمود و سایر بخشهای فیدر را برقدار کرد. در صورتیکه شبکه مجهز به خطوط مانور در مواقع اضطراری باشد، کلیدهای دیگری نیز روی فیدر نصب و استفاده می شوند. این کلیدها که از آنها به کلیدهای مانور میتوان نام برد، توانایی وصل دو فیدر به هم را دارا هستند که در حالت کار عادی این کلیدها بصورت باز عمل می کنند. کاربرد این کلیدها در شبکه های حلقوی قابل توجه است. در هنگام بروز خطا در سیستم ابتدا بخش آسیب دیده توسط سکسیونرها از سیستم جدا شده و توسط خطوط و کلیدهای مانور تغذیه بارهای قطع شده را از طریق خطوط مانور امکانپذیر میگردانند. شکل زیر شمای سیستم فوق توزیع و توزیع را نشان میدهد.
در این مدل نقطه تزریق توان فقط از طریق سیستم انتقال یا ولتاژ بالا انجام میگردد. از طرفی در صورت امکان نصب منابع تولید پراکنده[1] (DG) در شینههای فوق توزیع و توزیع، نقاط مصرف و تولید به هم نزدیکتر شده و از دیگر سو امکان تأمین بار با قابلیت اطمینان بالاتر فراهم میشود. شکل زیر شمای سیستم را در این حالت نشان می دهد.
البته در حضور منابع DG، بهره برداری از این منابع می تواند بهصورت مجزا و ایزوله از شبکه صورت گیرد، که از این نحوه عملکرد، عملکرد جزیرهای نام برده میشود.
تعداد صفحه : 137
قیمت :14700 تومان
