3-6 مزاياي الگوريتم PSO به ساير الگوريتمهاي تکاملي52
فصل چهارم: بهينهسازي تابع هدف
4-1 ديباچه55
4-2 بيان مساله57
4-3 قيود59
4-4 مدل بار پيشنهادي61
4-4-1 مدلسازي بار از لحاظ نوع مصرف61
4-4-2 مدلسازي بار از لحاظ توان، امپدانس و جريان ثابت63
4-5 حل مساله جايابي خازن با استفاده از الگوريتم PSO64
فصل پنجم: نتايج شبيهسازي
5-1 ديباچه67
5-2 جايابي دو خازن68
5-3 جايابي چهار خازن71
5-4 جايابي شش خازن74
5-5 جايابي هشت خازن77
5-6 جمع بندي………………………………………………………………………………………………………………..80
فصل ششم: بحث و نتيجهگيري
6-1 ديباچه82
6-2 نتيجهگيري82
6-3 پيشنهادها84
پيوستها
الف: اطلاعات شبکهي نمونه86
مراجع89
فهرست جدولها
جدول (1-1): مقايسهي نرخهاي سود به هزينهي روشهاي کاهش تلفات…………………………………….14
جدول (4-1): ضريب تغيير بار62
جدول(5-1): مقادير پارامترهاي جايابي خازن در حضور دو بانک خازني69
جدول(5-2): مکان و ظرفيت بهينهي نصب شده دو بانک خازني69
جدول(5-3): مقادير پارامترهاي جايابي خازن در حضور چهار بانک خازني72
جدول(5-4): مکان و ظرفيت بهينهي نصب شده چهار بانک خازني72
جدول(5-5): مقادير پارامترهاي جايابي خازن در حضور شش بانک خازني75
جدول(5-6): مکان و ظرفيت بهينهي نصب شده شش بانک خازني75
جدول(5-7): مقادير پارامترهاي جايابي خازن در حضور هشت بانک خازني78
جدول(5-8): مکان و ظرفيت بهينهي نصب شده هشت بانک خازني78
جدول(الف-1): اطلاعات مربوط به خطوط و توانهاي مصرفي شبکهي نمونه88
فهرست شكلها
شکل (1-1): دياگرام فازوري ولتاژ با ضريب قدرت پسفاز6
شکل (1-2): دياگرام فازوري ولتاژ با ضريب قدرت پيشفاز6
شکل (1-3): دياگرام فازروي يک مدار با ضريب قدرت پسفاز8
شکل (1-4): نمايش مدل بار معادل فيدر شعاعي17
شکل (1-5): بهترين مکان بانک خازني براي اصلاح ضريب قدرت18
شکل(1-6): مثلث توان19
شکل(2-1): ساختار شبکهي عصبي34
شکل(3-1): مفهوم پايهي الگوريتم PSO45
شکل(3-2): شبهکد گام 1 الگوريتم PSO47
شکل(3-3): شبهکد گام 2 الگوريتم PSO48
شکل(3-4): شبهکد گام 3 الگوريتم PSO48
شکل(3-5): شبهکد گام 4 الگوريتم PSO49
شکل(3-6): جمعيت بعد از چند تکرار در يک فضاي دو بعدي50
شکل(3-7): شبه کد الگوريتم PSO51
شکل(3-8): فلوچارت حل نحوهي بهينهسازي الگوريتم PSO53
شکل(4-1): حل مسالهي جايابي بهينهي خازن با استفاده از الگوريتم PSO65
شکل(5-1): شبکهي 33 شينهي نمونه67
شکل(5-2): نمايش نموداري پروفيل ولتاژ و توانهاي شبکه در حضور دو بانک خازني71
شکل(5-3): نمايش نموداري پروفيل ولتاژ و توانهاي شبکه در حضور چهار بانک خازني74
شکل(5-4): نمايش نموداري پروفيل ولتاژ و توانهاي شبکه در حضور شش بانک خازني77
شکل(5-5): نمايش نموداري پروفيل ولتاژ و توانهاي شبکه در حضور هشت بانک خازني80
شکل(الف-1): شبکهي 33 شينهي نمونه87
فصل اول:
کليات تحقيق
1-1 ديباچه
تحليل شبکههاي توزيع يکي از دغدغههاي اصلي بهرهبرداران شبکه است. يک مهندس سيستم بايستي اطلاعاتي دربارهي تعداد، اندازه، محل و نوع المانهاي شبکه، به منظور تحليل شبکهي توزيع، بداند. از آنجائيکه اکثريت سيستمهاي توزيع عملا شعاعياند، جهت مدلسازي و تحليل شبکه بايستي به چالشهاي مختلفي غلبه کرد، که عبارتند از [1]:
* سيستم
شبکهي توزيعي داراي تنوع وسيعي از اجزاست که داراي پيچيدگي و ابعاد بزرگياند. به عنوان مثال، اغلب بارهاي متصل شده، تنها از يکي از سه فاز تغذيه ميکنند.
* توزيع بار
توزيع بار در فيدرها و شاخهها نوعا يکسان نبوده و از اين رو سيستم توزيع نامتعادل است. سيستمهاي نامتعادل، نامناسباند.
* داده
کل سيستم توزيع با حداقل نظارت و کنترل عمل ميکند. بنابراين، دادههاي واقعي موجود سيستم
براي مدلسازي و تحليل آنها بسيار محدود است.
طراحان نيازمند اطلاعات دقيق براي مدلسازي و طراحي جايگزين براي سيستمهاي پيچيده، به
منظور غلبه بر مشکلات مختلف همراه با طراحي، بهرهبرداري و کنترل سيستمهاي توزيع، هستند.
پاسخ برخي از انواع مشکلات مانند انتخاب هادي، تنظيم ولتاژ، جايابي خازن نيازمند مدلها و
تکنيکهاي دقيق است.
مطالعات تحليلي و طراحي براي شرکتها به منظور اطمينان از تامين کيفيت توان انجام شده است.
برخي از دلايل پيچيدگي جنبههاي طراحي سيستم توزيع در ادامه ارائه شده است.
* جنبههاي تجاري سيستمهاي توزيع
بدليل اتصال داخلي تجهيزات مختلف شبکهي توزيع، يک جزء روي عملکرد فني و اقتصادي ساير اجزاء در سيستم تاثير ميگذارد، که اين موجب ميشود ارزيابي راه حل فني- اقتصادي يک فرآيند پيچيدهاي باشد.
* اندازه
تعداد زيادي اجزاء يک سيستم توزيع را تشکيل ميدهند. اين بدان معناست که شناسائي و تحليل جايگزينها بسيار مشکل است. ارزيابي تمامي جايگزينهاي محتمل بسيار مشکل و گاهي نيز ناممکن است.
* عدم قطعيت
در برنامهريزي بلند مدت، پيشبيني ارتقاء در آينده امري ضروري است. هر عدم قطعيتي روي طراحي شبکهي توزيع تاثير ميگذارد. گاهي اوقات، بهترين پيشبينيهاي طراحي، بار و اقتصادي، عدم قطعيت در مورد بارگذاري آينده سيستم براي طراحي نامناسب شبکه توزيع را در بر نميگيرد. بنابراين، طراحي سيستم توزيع به منظور ارضاء تقاضاي آينده با اجتناب از عدم قطعيت در پيشبيني بار و ساير موارد شبکههاي توزيع ضروريست.
* ساير جنبههاي ايمني
در فرآيند طراحي، طراحان سيستم قدرت بايستي جنبههاي ديگر از ايمني شامل مراجع قانوني، گروههاي اجتماعي، مداخله رهبران کسب و کار و ساير خدمات را در محاسبات در نظر بگيرند.
1-2 مطالعهي تاثيرگذاري خازن روي شبکه
تجربهي طراحان شبکهي توزيع در قالب يک سيستم خبره به شکل تعدادي از قوانين با عنوان پايهي قانون2 بيان ميشود. بسياري از مفاهيم در طراحي شبکههاي توزيع در توافق با تقاضاست. کل توان و توليد مورد تقاضا به سادگي “مجموع مصرفکنندگان” نيست. تقاضاي يک مصرفکننده (که به آن در اصطلاح “بار” اطلاق ميشود) عينا توسط توليدکننده (که به آن “توان مفيد” اطلاق ميگردد) ارضاء نميشود. توان مفيد، توان اکتيو مورد نياز براي توليد کارهاي مفيد است، اين همان توان مصرفي در بخش مقاومتي مدار است. ادوات قدرت به صورت ايدهآل مقاومتي نبوده و داراي راکتانساند، که اين امر منجربه مصرف توان راکتيو در مدار ميشود [2].
به طور کلي، يک منبع بايستي توان مختلط يا ظاهري تمامي مصرفکنندگان را تامين کند. توان ظاهري يک بار نقطهاي (مصرفکننده) از رابطهي زير بدست ميآيد:
(1-1)
که در آن،
Si: توان ظاهري در گره i برحسب kVA
Pi: توان اکتيو مورد نياز در گره i برحسب kW
Qi: توان راکتيو مورد نياز در گره i برحسب kVAr
شرکتهاي الکتريکي دريافتهاند که توليد توان راکتيو در نيروگاه و تامين تمامي مصرفکنندگان در فواصل دور از پست از نظر اقتصادي ممکن نيست. نصب بانکهاي خازني در غياب بارها يا مراکز بار راکتيو سيستم قدرت بسيار اقتصادي است. ارسال توان راکتيو سيستم به دو صورت ميتواند صورت گيرد. يک روش، حذف دليل يا نياز به آن است، که با مديريت بخشي از امپدانس بار صورت ميگيرد. اين کار را ميتوان با جبرانسازي راکتانس القائي توسط پست با استفاده از خازنهاي سري همانند شکلهاي (1-1) و (1-2) انجام داد. اين روش، جبرانسازي سري ناميده ميشود.
الف) مدار بدون خازن
ب) مدار با خازن

ج) دياگرام فازوري بدون خازن

د) دياگرام فازوري با خازن
شکل (1-1): دياگرام فازوري ولتاژ با ضريب قدرت پسفاز
الف) بدون خازنهاي سري
ب) با خازنهاي سري
شکل (1-2): دياگرام فازوري ولتاژ با ضريب قدرت پيشفاز
روش ديگر براي غلبه بر نياز به توان القائي راکتيو، تزريق مقدار معادل توان خازني راکتيو مورد نياز در قالب بارها با استفاده از نصب خازنهاي شنت است. خازنهاي سري، جريانهاي پسفاز مورد نياز براي بارهاي القائي را ميکشد. اين مفهوم در شکل (1-3) نشان داده شده است. از اين شکل ميتوان دريافت که خازنهاي شنت منجر به تغيير در زاويه بين ولتاژ سمت فرستنده (VR) و جريان ميشود که آن را به اصلاح ضريب توان مينامند [3].
الف) مدار بدون خازن
ب) مدار با خازن
ج) دياگرام فازوري بدون خازن
د) دياگرام فازوري با خازن
شکل (1-3): دياگرام فازروي يک مدار با ضريب قدرت پسفاز
ترجيحا از خازنهاي سري در شبکههاي توزيع، بدليل نياز به مطالعات مهندسي زياد و حفاظت آن، استفاده نميشود. بعلاوه، احتمال داشتن فرورزونانس در ترانسفورماتورهاي توزيع و افزايش ولتاژ ناشي از جريان پسفاز بالا حاصل از راهاندازي موتورهاي القائي بزرگ وجود دارد. خازنهاي سري، از نظر حفاظت در مقابل موج جريان خطاي ولتاژهاي زياد، به خوبي حفاظت نميشوند. به عبارت ديگر، خازنهاي شنت يا جبرانسازي راکتيو، جريان راکتيو مورد نياز بارهاي القائي را فراهم ميآورند.
در نتيجه، جريان خالص سيستم کاهش يافته و ضريب توان نيز افزايش مييابد. تلفات کل توانهاي اکتيو و راکتيو کاهش يافته و به دنبال آن توان ظاهري نيز کم ميشود. اصلاح ضريب توان برآيند منتج به افزايش صرفهجوئي سيستم و کمينهسازي تلفات ميشود.
مزاياي نصب بانک خازني اقتصادي امري اثبات شده است [4]، که سبب آزادسازي ظرفيتهاي توليد، انتقال و توزيع سيستم ميگردد. اين امر روي افزايش ظرفيت سيستم تاثير گذاشته و از اين رو، امکان کاهش هزينههاي آيند را فراهم ميآورد. علاوه بر کاهش تلفات انرژي، تلفات تجهيزات و خط نيز کمينه ميشود.
ضريب توان اقتصادي، زمانيکه هزينهي نصب بانک خازني برابر با مزاياي اقتصادي نصب آن است، حاصل ميشود. ضريب توان اقتصادي را با اجراهاي مکرر برنامهي پخش بار به صورت زير ميتوان بدست آورد [4]:
* تنظيم ضريب توان سيستم در حد 90%، با اعمال خازنهاي شنت در هر شين.
* محاسبهي سود و هزينهي ضريب توان جريان.
* به ازاي 1% افزايش ضريب توان سيستم، افزودن بانکهاي خازني به شينهها و محاسبهي ضريب توان اقتصادي.
* توقف فرآيند در زمانيکه سودها و هزينهها با هم برابرند.
1-2-1 کاربرد بانک خازني
اگر واحدهاي خازن انفرادي به صورت موازي نصب شوند، ظرفيت kVAr مجموعه افزايش مييابد، در حاليکه اگر به صورت سري نصب شود، مقدار KV مجموعه بيشتر ميشود. مطالعهاي روي منحني طول مدت بار راکتيو فيدر ميتوان انجام داد، به گونهاي که کمترين توان راکتيو مورد نياز (رخ داده در دورههاي بارگذاري سبک، مشهور به حالت پايدار) ميتواند با اعمال بانکهاي خازني شنت حاصل شود، در حاليکه بانکهاي خازني کليدزني را ميتوان در دورههاي پيک بار بکار گرفت .
روشهاي مختلفي را ميتوان براي محاسبهي ميزان اصلاح بانک خازني کليدزني بکار گرفت. همانگونه که در [4] ذکر شده، شرکتهاي برق معمولا افزودن بانکهاي خازني را تحت ارضاء شرايط زير، انجام ميدهند:
(1-2) (KVAr of capacitor ? 0.7 (Total KVAr of feeder at peak load
اگر تعدادي بانک خازني نصب شود، اندازهي هر بانک بايستي داراي تناسب يکسان نسبت به مکان آن باشد، اين مفهوم به صورت زير نشان داده ميشود:
(1-3)
اندازهگذاري خازنها را ميتوان برحسب افزايش درصد معقول ولتاژ تعيين کرد، که آن را ميتوان با استفاده از رابطه زير بيان کرد:
(1-4)
که در آن:
Qc : ظرفيت بانک خازني (برحسب KVAr)
VR% : افزايش درصد معقول در ولتاژ
VLL: ولتاژ خط به خط
X: راکتانس خط (اهم بر مايل)
L: فاصلهي بانک خازني از پست (مايل).
1-2-2 مکان بانک خازني بهينه
تلفات توان اکتيو و راکتيو و بهبود ولتاژ، و همچنين سود اقتصادي نصب بانک خازن را با بهينهسازي تعيين مکان براي هر بانک خازني روي فيدر ميتوان تعيين کرد. براي سودمندي اقتصادي جايابي بهينه خازن، سه عامل زير را بايد در نظر داشت:
* مکان بانک خازني روي فيدر
* ظرفيت بانک خازني
* الگوي بار راکتيو فيدر
الگوي بار راکتيو فيدر ميتواند يکي از موارد زير باشد:
* الگوي بار توزيع شده به صورت يکنواخت
* الگوي بار متمرکز
* ترکيبي از هر دو
تعريف مفاهيم:
(1) نرخ KVAr بانک خازني نصب شده به بار راکتيو کل فيدر، C، که به صورت زير تعريف ميشود:
(1-5)

که در آن،
Ic: جريان راکتيو اعمال شده توسط خازن
I1: جريان راکتيو کل اعمال شده در سمت فرستنده
(2) ? نرخ جريان راکتيو در سمت خط (I2) به کل جريان راکتيو (I1)، پس ? از رابطهي زير بدست ميآيد،
(1-6)
با انجام تحقيقات روي تاثير کاربرد بانکهاي خازني روي شبکهي توزيع با الگوهاي بار مختلف، تاثير استفاده از بانکهاي خازني روي تلفات انرژي به خوبي مورد بررسي قرار ميگيرد.
با تعريف ضريب فاکتور FL به صورت:
(1-7)
که در آن، ? زاويهي ضريب توان است.
به ازاي FL=0.2 يا FL=0.4، کاهش تلفات انرژي برابر صفر است، هنگاميکه نرخ اصلاح يک بانک خازني برابر0.4 و 0.8 باشد. اين حقيقتي است که بر تمامي الگوهاي بار اعمال ميشود. چنين مسائلي را بايد در مراحل طراحي در نظر گرفت. به صورت تجربي، تاثير قابل ملاحظهاي روي طراحي ، بازدهي و هزينهي بهرهبرداري ميگذارد.
1-2-3 مزاياي خازن شنت
خازنهاي شنت به صورت موازي با فيدرهاي توزيع يک سيستم متصل ميشوند. آنها جريان مورد نياز بارهاي القائي را فراهم ميآورند. نوعا، براي بارهاي توزيع، جريان از ولتاژ عقبتر است. بنابراين، يک خازن شنت، جريانهاي پيشفازي را در مقابل مولفههاي پسفاز جريان در نقطهي اتصال آن تزريق ميکند. در نتيجه، ضريب قدرت جريان بهبود يافته، افزايش ولتاژي در نقطهي نصب ولتاژ رخ ميدهد و مولفهي راکتيو جريان با کاهش تلفات RI2 کم ميشود. هنگاميکه توان راکتيو توليد ميشود، رتبهبندي ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط انتقال و توزيع نيز بايستي به همين منوال افزايش يابد. هرچند، هنگاميکه خازنهاي شنت در سيستم توزيع نصب ميشود، تقاضاي توان راکتيو از توليد کاهش مييابد، پس آزادسازي در ظرفيت ژنراتورها، ترنسفورماتورها و خطوط توزيع ايجاد ميشود. به طور خلاصه، منافع اقتصادي نصب بانکهاي خازني در شبکههاي توزيع عبارتند از:
* کاهش تلفات توان پيک و انرژي
* بهبود تنظيم ولتاژ
* آزادسازي ظرفيت فيدرهاي توزيع
* آزادسازي ظرفيت پست
* آزادسازي ظرفيت انتقال
* آزادسازي ظرفيت توليد
بنابراين، مسالهي جايابي بهينهي خازن با تعيين بهترين مکان، اندازه و تعداد خازنها براي نصب در يک سيستم توزيع به منظور حصول منافع اقتصادي سروکار دارد.
1-2-4 گزينههاي عملي براي کاهش تلفات
نصب خازنهاي شنت در شبکههاي توزيع، جريانهاي راکتيو را کاهش ميدهد. اين امر با کاهش يا حذف مولفهي راکتيو جريانهائي که تلفات RI2 را کم ميکند، بدست ميآيد. رائول3 دريافت که استفاده از خازنهاي شنت قادر به 22.5 ميليون دلار صرفهجوئي در 10 سال با اجراي روي تنها 50 درصد شبکههاي توزيع حاصل ميشود [5]. او همچنين کاهش تلفات قابل ملاحظهاي از پروژهي نصب خازن براي برخي از فيدرهاي توزيع را تجربه کرد [6].
مشخص است که غالب تلفات در سطح توزيع وجود دارد. بسياري از شرکتهاي برق توانستهاند صرفهجوئيهاي زيادي از اجراي يک روش يا ترکيبي از روشهاي مختلف کاهش تلفات بدست آورند. نرخهاي سود به هزينه را ميتوان به منظور اندازهگيري کاهش تلفات تعيين کرد. در يک مطالعه در اروپا، نرخ سود به هزينهي طرحهاي کاهش تلفات مختلف در [7] مورد بررسي قرار گرفته است. اين شاخصها در جدول (1-1) فهرست شده است. دامنههاي تغيير نرخ سود به هزينه به صورت گستردهاي قابل تغيير است. جايابي خازن، بازآرائي و مديريت بار ترانسفورماتور توزيع، جزء بهترين تکنيکهاي بهبود نرخ سود به هزينه است. بازآرائي و مديريت بار ترانسفورماتور توزيع ممکن است داراي سودهاي بزرگتري در اروپا باشد، جائيکه اين سيستمها داراي بار سنگين هستند. در شمال آمريکا، که در آن شبکه داراي بار سنگين نيست، دو روش کاهش تلفات فوق چندان موثر نيست. گزارش ارائه شده در [7] تصريح ميکند که جايابي خازن، به عنوان رايجترين تکنيک کاهش تلفات توان باقي ميماند، چرا که آن نياز به هزينهي سرمايهگذاري سنگين و سيمکشي و کابلکشي مجدد يا ارتقاء ولتاژ ندارد. بعلاوه، مدارات شبکههاي توزيع هميشه داراي يک مولفهي القائياند و جايابي خازن مناسب هميشه منجر به کاهش تلفات ميگردد. همچنين، از نقطهنظر بهرهبرداري، نصب خازنهاي ثابت نيازي به هيچ ارتقاء قابل ملاحظهاي در سيستم کنترل نظارتي و اکتساب دادهها 4 (SCADA) ندارد. از اين رو، اجراي برنامهي بازآرائي جديد يا مديريت بار ترانسفورماتور نيازمند افزايش ظرفيتهاي SCADA ميباشد. اين امر براي هزينههاي سرمايهگذاري در [7] لحاظ نشده است. پس در اغلب موارد، جايابي خازن بهترين گزينهي کاهش تلفات سيستم توزيع است.
جدول (1-1) : مقايسهي نرخهاي سود به هزينهي روشهاي کاهش تلفات
نوع تکنيک کاهش تلفاترنج نرخ سود به هزينهجايابي خازن2 به 8سيمکشي مجدد0.6 به 7ارتقاء ولتاژ1.5 به 3بازآرائيتا 13مديريت بار ترانسفورماتور توزيع1 به 15
1-3 معيار طراحي
ملاحضات بسيار مهمي در طراحي يک سيستم توزيع الکتريکي در نظر گرفته ميشود، که عبارتند از بازدهي تلفات/انرژي، هزينهي کل، ايمني و تناسب. نوع مرتبط در بين آنها، کاهش تلفات توان فيدر توزيع شده است. کمترين تلفات توان و انرژي منجر به بالاترين بازدهي توان و انرژي، سيستم قابل اطمينان و کاهش هزينهي کل شبکه ميشود.
معيار طراحي شبکه توزيع بايستي با اهداف زير جهتدهي شود:
* کمينهسازي تلفات انرژي کل فيدر اصلي.
* تنظيم پروفيل ولتاژ فيدر اصلي، به گونهاي که تمامي بارها تا سمت گيرنده با محدودهي خطاي ولتاژ مشخص بکار روند.
* تنظيم پخش بار راکتيو در محدودههاي توان مشخص، به گونهاي که با کمترين تلفات جمع شده در کل سيستم بکار روند.
* تنظيم امپدانس ظاهري فيدر در محدودههاي مشخص براي حفظ امپدانس شبکه يکنواخت.
مبناي ميزان ارضاء شرايط فوق را از رابطهي زير ميتوان تقريب زد:
(1-8)
که در آن، ?Vi، ?Ploss و ?Qloss به ترتيب انحراف ولتاژ در گره i ام، تلفات توان اکتيو و تلفات توان راکتيو است. ضرائب ?1، ?2 و ?3 توسط کاربر با تعيين ميزان اهميت هر پارامتر در فرآيند طراحي شبکه مقداردهي ميشود.
1-4 جبرانسازي توان راکتيو
جبرانسازي توان راکتيو فيدر را ميتوان با استفاده از يک يا چند ابزار زير انجام داد:
* جبرانسازي توان راکتيو از طريق کنترل ولتاژ پست
مقداري که ولتاژ پست بايستي تغيير دهد با استفاده از مدل مجموع5 محاسبه ميشود. در ادامه، IP و IQ (جريان اکتيو و راکتيو) با استفاده از روابط زير بدست ميآيند :

(1-9)
و
(1-10)
مقدار ?V با استفاده از رابطهي زير بدست ميآيد:
(1-11)
* جبرانسازي توان راکتيو با استفاده از خازن
نصب بانکهاي خازني، يکي از موثرترين و رايجترين روشهاي بکار رفته براي اصلاح ضريب قدرت، کنترل ولتاژ يا جبرانسازي توان راکتيو است. ظرفيت بانک خازني مورد نياز براي جبرانسازي توان راکتيو را ميتوان با استفاده از مدل بار مجموع توسط روش لحظهاي تعيين کرد (شکل (1-4) را ببينيد).
خازن مورد نياز بايستي در اندازهي Qc باشد. آن بايستي در نزديکي نقطهي اتصال بار راکتيو فيدر محاسبه شود، که برابر است با فاصلهي Lqeq از پست. اندازهي Qc به الگوي بار بستگي داشته و با اجتناب از جبرانسازي بيش از حد به ازاي ولتاژ در ديماند بار پائين انتخاب ميشود. سطح جبرانسازي 50-60 درصد معمولا کافيست (Qc=(50-60%)Qleq).
* جبرانسازي توان راکتيو با استفاده از کنترل رگولاتور ولتاژ
رگولاتور ولتاژ قادر به اصلاح ولتاژ در يک محدوده مشخص است. قوانين محدوديت پروفيل ولتاژ، مقداري که توسط رگولاتور ولتاژ تنظيم ميشود را تعيين خواهد کرد.
1-5 اصلاح ضريب قدرت
اصلاح ضريب قدرت در شبکهي توزيع معمولا با استفاده از جبرانسازي توان راکتيو بدست ميآيد که اساسا با نصب بانک خازني حاصل ميشود. بهترين مکان يا فاصلهي الکتريکي Lc براي نصب بانک خازني به ازاي اصلاح ضريب توان در شکل (1-5) نشان داده شده است.
که در آن،
(1-12)
و Lc فاصلهي الکتريکي هندسي است.
اندازهي بانک خازني مورد نياز را بر مبناي زير ميتوان محاسبه کرد:
PFeq: ضريب قدرت بار کلي معادل حاصل از مدل معادل فيدر.
PFsp: ضريب قدرت مشخص شينهي پست تحت شرايط بار سنگين و سبک براي اجتناب از اضافه جبرانسازي.
شکل (1-4): نمايش مدل بار معادل فيدر شعاعي

شکل (1-5): بهترين مکان بانک خازني براي اصلاح ضريب قدرت
از مثلث توان نشان داده شده در شکل (1-6) و با فرض ضريب توان پسفاز، داريم:
(1-13)
قبل از جبرانسازي
(1-14)
(1-15)
(1-16)
و در آن

که وابسته به ظرفيت پست است.
شکل (1-6): مثلث توان
1-6 محدوده و هدف پاياننامه
در اين پاياننامه، براي اولين بار، مدلسازي بارهاي شبکه در مساله جايابي و تعيين ظرفيت بهينهي خازن مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. در اين تحقيق، سه فرضيهي اصلي مبناي مطالعه است:
* حضور بانک خازني منجر به کاهش تلفات توان و به دنبال آن بهبود پروفيل ولتاژ ميگردد.
* لحاظ کردن مدلهاي مختلف روي محل و ظرفيت بانک خازني موثر خواهد بود.
* شبکههاي مورد بررسي داراي بار ثابت و متعادلاند.
همچنين مطالعه پيشرو اساسا از سه فرضيه تسهيلي رايج استفاده کرده است:

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

* بانکهاي خازني از نوع ثابتاند.
* ميزان انحراف ولتاژ، معيار بررسي نحوه بهبود پروفيل ولتاژ است.
* شبکه نمونه، شبکه توزيع شعاعي است.
با توجه به فرضيههاي فوق، اهداف تحقيق را ميتوان به صورت زير خلاصهسازي کرد:
* کاهش تلفات توان اکتيو و بهبود پروفيل ولتاژ شينههاي شبکه با حضور بانکهاي خازني،
* بررسي تاثيرگذاري بارهاي تجاري، خانگي، کشاورزي، عمومي و صنعتي روي محل/ظرفيت خازن نصب شده،
* کمينهسازي تلفات توان و بهبود پروفيل ولتاژ در حضور بانکهاي خازني با مدلسازي بارهاي شبکه به صورت امپدانس ثابت، جريان ثابت و توان ثابت،
* بررسي توانائي الگوريتم PSO در حصول جوابهاي بهينه براي جايابي خازن.
همچنين نتايج مورد انتظار تحقيق عبارتند از:
* محاسبه دقيق تلفات اهمي شبکه با اعمال دو سطح مدلسازي پيشنهادي
* تعيين محل/ظرفيت بهينه خازن بر اساس تلفات شبکه
* بررسي ميزان تاثير مدل سازي بار در تلفات توان و پروفيل ولتاژ
1-7 بيان مسأله اساسي تحقيق
نياز به تامين توان راکتيو بدليل رشد چشمگير مصرف انرژي الکتريکي بويژه در مقياس صنعتي، يکي از دغدغههاي اصلي بهرهبرداران از شبکه قدرت است. منابع اصلي توان راکتيو در شبکه عبارتند از: ژنراتورهاي سنکرون، موتورهاي سنکرون، توليدات پراکنده6 (DG)، جبرانکنندههاي سنکرون استاتيک7 (STATCOM)، جبرانکننده وار استاتيک8 (SVC) و خازن شنت. خازن شنت با وجود مشخصههاي نه چندان مطلوب فني (بويژه سرعت پاسخ) بدليل هزينه نصب و نگهداري بسيار کمتر از ساير منابع، گزينهي بهتري براي تامين توان راکتيو در شبکه است. منافع اقتصادي حاصل از نصب خازن به صورت خلاصه عبارتند از: آزادسازي ظرفيت توليد، آزادسازي ظرفيت انتقال، آزادسازي ظرفيت پست توزيع، کاهش تلفات انرژي، کاهش افت ولتاژ (بهبود تنظيم ولتاژ)، افزايش کيفيت توان و بهبود پارامترهاي قابليت اطمينان.
با توجه به تاثير زياد مصرف توان راکتيو در شبکه و اثرات نامطلوب آن، کاهش مصرف توان راکتيو در سيستم قدرت اجتنابناپذير است. نصب خازن بايستي با در نظر گرفتن ملاحظات فني و اقتصادي باشد. حضور خازن از نظر فني، موجب افزايش ضريب توان ميشود، اما اين افزايش نبايد آنقدر زياد باشد که موجب پيشفاز شدن شبکه شود. همچنين نصب خازن بايستي توجيه اقتصادي داشته باشد، يعني نصب آن از لحاظ اقتصادي چنان به صرفه باشد که براي مصرفکننده جذابيت لازم را داشته باشد. براي ارضاء اين دو، بايستي خازن در بهترين نقطه ممکن و با مناسبترين ظرفيت نصب شود. چه آنکه عدم نصب آن در محل مناسب با ظرفيت مناسب نه توجيه اقتصادي دارد و نه توجيه فني. اينجاست که بهينه بودن جايابي و تعيين ظرفيت خازن نمايان ميشود. مهمترين دغدغه در نصب خازن شنت، تعيين مکان و ظرفيت بهينه خازن در شبکه است. مساله جايابي خازن در سادهترين صورت تابعي از صرفهجوئي اقتصادي ناشي از کاهش ميزان تلفات توان و هزينه نصب و بهرهبرداري بانک خازني در شبکه است.
يکي از پارامترهاي بسيار موثر در تعيين ظرفيت و اندازه خازن نصب شده در شبکه قدرت، نوع بار شبکه است که در بسياري از مطالعات از آن بدليل پيچيدگي زياد چشمپوشي ميشود. اساسا شبکه قدرت متشکل از بارهاي متنوعي است که الگوي مصرف، ميزان مصرف و کيفيت مورد نياز توان آنها کاملا متفاوت است. در اين پاياننامه، يک روش بديع جهت مدلسازي بارهاي مختلف شبکه به منظور بهبود پروفيل ولتاژ و کاهش تلفات توان در حضور خازن شنت انجام ميگيرد که در طي آن دو مدل ارائه ميشود: الف) تجاري- خانگي-کشاورزي- عمومي- صنعتي و ب) امپدانس ثابت- جريان ثابت- توان ثابت. در واقع برتري اصلي اين پاياننامه نزديک کردن مطالعه به دنياي واقعيست، چرا که تقريبا تمامي مطالعات انجام شده در زمينه جايابي بهينه خازن اساسا از تاثير نوع بار بر محل و ظرفيت بهينه خازن نصب شده اغماض ميکنند، حال آنکه اين پاياننامه اثبات خواهد کرد که در نظرگيري مدل بار متفاوت روي محل/ظرفيت خازن تاثيرگذار خواهد بود. از شاخص انحراف ولتاژ بعنوان معيار نحوه بهبود پروفيل ولتاژ استفاده خواهد شد. مساله فوق با استفاده از الگوريتم بهينهسازي اجتماع ذرات9 (PSO) حل خواهد شد. جهت اثبات اين اثرگذاري شبيهسازيها روي شبکه واقعي، که اين تنوع بار در آن لحاظ شده، انجام گرفته و سناريويهاي زير بر روي آن اعمال ميگردد: مدلسازي بار و بدون آن با حضور خازن و بدون حضور آن.
1-8 طرح کلي پاياننامه
متن پاياننامه در شش فصل تدوين و گردآوري شده است. بعد از مرور مفاهيم پايهاي و کلي حفاظت، ريکلوزر و منابع DG در فصل اول، در فصل دوم ابتدا تاريخچهاي از بهينهسازي، تکنيک حل مساله و کارهاي انجام شده در زمينه جايابي خازن دستهبندي ميشود. فصل سوم به فرمولبندي تابع هدف و مدلسازي بار متمرکز شده است. معرفي الگوريتم و نحوه حل مساله جايابي بهينه خازن در فصل چهارم ارائه خواهد شد. شبيهسازي روي شبکههاي نمونه در بخش پنجم انجام ميگيرد. از تحقيق پيشرو در بخش ششم نتيجهگيري شده و براي کارهاي آينده پيشنهادهايي ارائه خواهد شد. اطلاعات مربوط به شبکههاي نمونه در پيوست الف فهرست خواهد شد.
فصل دوم:
مباني نظري و پيشينه تحقيق
2-1 ديباچه
ادبيات منتشره فراواني در مورد الگوريتمهاي جايابي خازني وجود دارد. تکنيکهاي حل براي مسالهي جايابي خازن را ميتوان در چهار دسته تقسيمبندي کرد: تحليلي، برنامهريزي رياضي، ابتکاري و مبتني بر هوش مصنوعي.
2-2 روشهاي تحليلي
تمامي کارهاي اوليهي منتشر شده در مورد جايابي خازن، مبتني بر روشهاي تحليلي بودهاند. اين الگوريتمها، زمانيکه منابع محاسبهي قدرتمندي در دسترس نبودند، بکار گرفته ميشد. روشهاي ابتکاري، با استفاده از حساب ديفرانسيل و انتگرال، بيشترين مقدار صرفهجوئي را در حضور خازن تعيين ميکنند. اين توابع صرفهجوئي اغلب به صورت زير بدست ميآيد:
(2-1)
که در آن،
KE، هزينهي انرژي بر حسب $/kWh
?E، کاهش تلفات انرژي بر حسب kWh
Kp، توان پيک بر حسب $/kW
?P، کاهش تلفات توان پيک بر حسب kW


پاسخ دهید