چکیده
امروزه با تغییر ساختار سیستم های قدرت به منظور بهینه سازی آنها و تغییر ساختار آنها از شکلی سنتی به ساختاری جدید استفاده از منابع تولید پراکنده اهمیتی انکار ناپذیر دارند. به طوری که حتی در برخی از کشورها مکمل و یا حتی جانشین شبکه برق رسانی شده اند.
محدود شدن شبکه های توزیع بین تولید و انتقال از یک سو و مراکز بار از سویی دیگر آن را تبدیل به یک شبکه غیرفعال نموده است. لیکن استفاده از واحدهای تولیدی کوچک همچون توربین های گازی، بادی، پیل های سوختی، فتوولتائیک و… در سالهای اخیر باعث تغییر وضعیت این شبکه از یک شبکه غیرفعال به شبکه فعال شده است.
با رشد روزافزون تقاضای برق نیروگاه های بزرگ با مشکلاتی از قبیل جا برای آنها، هزینه بالای انتقال برق به نقاط دور از شبکه از لحاظ جغرافیایی ناهموار و همچنین زمان طولانی بین تصمیم گیری احداث تا زمان بهره برداری و عواملی همچون آلودگی محیط زیست و سایر موارد اقتصادی فنی روبرو هستند.
بر پایه این دیدگاه نقش نیروگاه های تولید پراکنده کوچک و متوسط در برنامه ریزی توسعه تولید برق اهمیت پیدا می کنند.
چنانچه این نیروگاه ها به شبکه سراسری متصل گردند، اثرات مختلفی روی شاخص های عملکردی شبکه از جمله پروفیل ولتاژ، تلفات توان، قابلیت اطمینان، پایداری گذرای سیستم، حفاظت سیستم و… خواهند داشت که بسته به مکان قرارگیری آنها این اثر می تواند در جهت بهبود و یا بدتر شدن وضعیت شبکه باشد.
در این پایان نامه، تاثیر نیروگاه های تولید پراکنده روی رگولاسیون ولتاژ و کاهش تلفات شبکه به طور جداگانه بررسی شده است.
در این راستا، تاکنون راه حل هایی برای جایابی بهینه این نیروگاه ها ارائه شده است که ساختار اصلی الگوریتم آنها مینیمم کردن تابع تلفات می باشد.
همچنین ضمن بررسی روش های قبلی و ذکر مشکلات آنها به ارائه یک الگوریتم با استفاده از مینیمم کردن یک تابع هدف متناسب با تابع تلفات می پردازیم که این تابع هدف به سادگی با استفاده از ماتریس امپدانس و توان های تولیدی باس ها قابل تشکیل می باشد.
در نهایت، با در نظر گرفتن یک سیستم تست استاندارد و جایابی یک نیروگاه تولید پراکنده با توان راکتیو ناچیز، نتایج صحت الگوریتم پیشنهادی و برتری داشتن این روش نسبت به روش های قبلی در جهت بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات توان با انجام برنامه پخش بار بررسی شده است.
مقدمه
در شبکه های توزیع امروزی، بخصوص با روند روبه رشد خصوصی سازی و رقابتی شدن بازار برق، هدف اولیه شرکت های توزیع پایین آوردن هزینه های مربوط به بهره برداری، نگهداری، ساخت شبکه خود و همزمان بالا بردن قابلیت اطمینان شبکه و مشترکین می باشد.
یکی از موثرترین روش ها برای پاسخگویی به رشد بار و نیز تامین سطح مشخصی از قابلیت اطمینان استفاده از تولیدات پراکنده است.
در طی چند دهه اخیر به خاطر بالا بودن بازده بهره برداری و تشویق سرمایه گذاران، صنعت برق دستخوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است به طوری که برای ایجاد فضای رقابتی مناسب بخش های مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم مستقل گردیده اند.
این تغییر و تحولات از یک طرف و عواملی همچون آلودگی محیط زیست، مشکلات احداث خطوط انتقال جدید و پیشرفت فناوری در زمینه اقتصادی نمودن ساخت واحدهای تولیدی در مقیاس کوچک در مقایسه با واحدهای تولیدی بزرگ از طرف دیگر باعث افزایش استفاده از تولیدات پراکنده که به طور عمده به شبکه های توزیع متصل شده و نیازی به خطوط انتقال ندارند، گردیده است.
تولیدات پراکنده به تولیداتی اطلاق می شود که قابلیت وصل شدن به شبکه توزیع را داشته باشند.
تحقیقات انجام شده توسط مراکز تحقیقاتی همچون EPRI بیانگر استفاده بیش از 25% انرژی الکتریکی تولیدی توسط تولیدات پراکنده تا سال 2010 می باشد.
تولیدات پراکنده دارای انواع مختلفی می باشد که بسته به نوع آن ظرفیت نامی و نیز قیمت آن متفاوت است. توربین های گازی کوچک با ظرفیت 500 کیلووات تا 20 مگاوات و بازده حدود 25 تا 40 درصد و پیل های سوختی با ظرفیت حدود 50 کیلووات تا 3 مگاوات و بازده حدود 45 تا 55 درصد به تدریج در شبکه های توزیع و مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرند.
سایر تولیدات پراکنده مثل میکروتوربین ها، سلول های خورشیدی و فتوولتائیک ها و توربین هادی بادی و… هم در حال گسترش هستند.
در شبکه های توزیع شعاعی هنگام طراحی، امکان اتصال یک ژنراتور یا یک مولد در سمت بار در نظر گرفته نشده است. یعنی کل شبکه بعد از پست فوق توزیع یا همان فیدر به عنوان یک مدار غیرفعال در نظر گرفته شده است.
لذا نصب تولیدات پراکنده در سمت بار یا در طول فیدر تاثیر قابل توجهی بر توان عبوری، ولتاژ نقاط مختلف و… خواهد داشت. این تاثیرات می تواند در جهت بهبود وضعیت شبکه یا عکس آن باشد. به همین دلیل لازم است قبل از نصب تولیدات پراکنده تاثیر آن بر روی پروفیل ولتاژ، جریان خطوط، جریان اتصال کوتاه، میزان هارمونیک تزریقی، قابلیت اطمینان و… بررسی گردد.
نصب تولیدات پراکنده، ولتاژ نقاط مختلف را تحت تاثیر قرار می دهد لذا باید حداکثر توان قابل تزریق توسط واحد تولید پراکنده در یک باس به نحوی تعیین گردد که ولتاژ همه نقاط در محدوده مجاز باشد. نصب تولیدات پراکنده می تواند در باس محل نصب و یا در ابتدای فیدر باعث ایجاد اضافه ولتاژهای غیرمجاز شود. لذا باید در هنگام تعیین اندازه تولیدات پراکنده این عامل به عنوان یکی از عامل های محدود کننده در نظر گرفته شود.
بر این اساس با توجه به اینکه جایابی مناسب نیروگاه های تولید پراکنده سبب تاثیر بر شاخص های عملکردی سیستم توزیع می گردد، لذا در این پروژه اثر جایابی و تغییر قرارگیری این نیروگاه ها در باس های مختلف با در نظر گرفتن میزان کاهش تلفات و تغییر رگولاسیون ولتاژ بررسی می گردد. عدم جایابی بهینه ممکن است به تنهایی سبب بهبود این شاخص ها نگردد حتی گاهی سبب بدتر شدن وضعیت نیز می گردد.
در فصل اول این پایان نامه، به معرفی انواع تولیدات پراکنده و مزایای استفاده از آنها در شبکه توزیع می پردازیم. معرفی کشورهای استفاده کننده از تولیدات پراکنده و حداکثر توان تولید شده توسط آنها و اندازه های مرسوم مورد استفاده در انواع فناوری های موجود و معرفی تکنولوژی اتصال از جمله مباحث موجود در این فصل است.
در فصل دوم، تاثیر نیروگاه های پراکنده روی رگولاسیون ولتاژ شبکه توزیع با توجه به پروفیل ولتاژ آن قبل و بعد از قرارگیری نیروگاه تولید پراکنده با استفاده از یک سیستم تست بررسی شده است و همچنین قرارگیری همزمان این منابع و رگولاتورهای ولتاژ و خازن در همان سیستم تست در حالت های مختلف و نحوه تاثیرگذاری آن روی پروفیل ولتاژ در این فصل بررسی شده است.
در فصل سوم، تاثیر نیروگاه های تولید پراکنده روی کاهش تلفات شبکه توزیع در سه حالت بار متفاوت را بررسی می کنیم و برای درک بیشتر موضوع به مدل سازی سیستم برای تحلیل تلفات توان بر پایه احتمال با بکارگیری یک روش گسسته می پردازیم. بدین منظور از یک فیدر توزیع شعاعی به عنوان سیستم تست استفاده گردیده است.
در فصل چهارم، الگوریتم های ارائه شده تاکنون جهت جایابی بهینه نیروگاه های تولید پراکنده بررسی می گردد. و مزایا و معایب و روش اجرای آنها شرح داده می شود.
در فصل پنجم، الگوریتم پیشنهادی برای جایابی با استفاده از ماتریس ادمیتانس و توان های باس ها معرفی می گردد.
در انتها به شبیه سازی این الگوریتم و بررسی صحت نتایج حاصل با اجرای برنامه پخش بار روی یک سیستم تست 6 باس IEEE با قرارگیری نیروگاه پراکنده در باس های مختلف می پردازیم.
تعداد صفحه : 105
سمینار ارشد برق جایابی بهینه DG با هدف کاهش تلفات توان و بهبود رگولاسیون ولتاژ در شبکه های توزیع
