مطالب درباره مکان یابی بهینه واحدهای تولید پراکنده ... - منابع مورد نیاز برای پایان نامه : دانلود پژوهش های پیشین |
شکل ۲-۵- ظرفیت تولیدی ومیزان تولید ماژول های فتوولتائیک ۳۶
شکل ۲-۶- شمای ساده یک سلول فتوولتاییک ۳۷
شکل ۲-۷- ناحیه عملکردی جریان اینورتر سیستم فتوولتائیک ۴۱
شکل ۳-۱- الگوریتم ژنتیک اعمالی برای جایابی بهینه سیستم های فتوولتائیک ۴۹
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
شکل ۴-۱- میکروگرید ۳۳ شینه مورد مطالعه ۵۳
شکل ۴-۲- بار ۲۴ ساعته شبکه به صورت درصدی از بار پیک ۵۵
شکل ۴-۳- روند همگرایی الگوریتم ژنتیک، میکروگرید ۳۳ شینه ۵۷
شکل ۴-۴- روند همگرایی الگوریتم pso، میکروگرید ۳۳ شینه ۵۷
شکل ۴-۵- پروفیل ولتاژ بدون PV، با PV و تولید توان اکتیو و با PV و تولید توان اکتیو و توان راکتیو در ساعت ۹ صبح ۵۸
شکل ۴-۶- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت ۱۲ ظهر ۵۹
شکل ۴-۷- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت ۱۲ شب ۵۹
شکل ۴-۸- میکروگرید ۶ شینه مورد مطالعه ۶۰
شکل ۴-۹- روند همگرایی الگوریتم ژنتیک، میکروگرید ۶ شینه ۶۳
شکل ۴-۱۰- روند همگرایی الگوریتم pso، میکروگرید ۶ شینه ۶۳
شکل ۴-۱۱- پروفیل ولتاژ بدون PV، با PV و تولید توان اکتیو و با PV و تولید توان اکتیو و توان راکتیو در ساعت ۹ صبح ۶۴
شکل ۴-۱۲- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت ۱۲ ظهر ۶۵
شکل ۴-۱۳- پروفیل ولتاژ شینه های سیستم در ساعت ۱۲ شب ۶۵
چکیده
میکروگرید شبکهای با مقیاس کوچک درسطح ولتاژ توزیع است که از پیوستن تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی در سیستم های ولتاژ پایین یا متوسط شکل میگیرد، در واقع یک شبکهی میکروگرید با ترکیبی از انرژی های تجدیدپذیر همراه با سوختهای فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع می پردازد. حضور میکروگریدها در شبکه های توزیع، مزایای بسیاری را برای مشترکین فراهم می نمایند. میکروگریدها قابلیت فراهم نمودن کیفیت توان مطابق با نیازهای مشترکین را دارا می باشند، همچنین تاثیرات مثبت میکروگریدها بر بازار برق و صرفه جویی اقتصادی و از سوی دیگر تاثیر آن بر کاهش آلایندههای هوا باعث توجه بسیاری از پژوهشگران و کارشناسان بر موضوع میکروگریدها شده است، در چنین شرایطی واضح میباشد که داشتن یک استراتژی بهینه برای مکان واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید حائز اهمیت است و عدم توجه به آن باعث هدر رفتن وقت و منابع مالی زیاد میشود. در این پروژه به مکانیابی بهینهی سیستمهای فتوولتائیک که به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده در میکروگریدها هستند با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو تولیدی پرداخته شده است. تابع هدف این مسئله حداقل کردن میزان تلفات خطوط در شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ میباشد، برای این منظور از الگوریتمهای ژنتیک واجتماع ذرات (pso) که از تکامل یافته ترین الگوریتم های بهینه ساز میباشند استفاده شده است. سیستمهای فتوولتائیک علاوه بر تولید توان اکتیو میتوانند به عنوان STATCOM به منظور تنظیم ولتاژ و اصلاح ضریب توان در طول روز و شب به کار گرفته شوند. بنابراین با درنظر گرفتن قابلیت تولید توان اکتیو و راکتیو برای سیستمهای فتوولتائیک در ۲۴ ساعت، میتوان استفاده بهینهتری از آنها نمود. الگوریتم های ارائه شده بر روی میکروگرید ۳۳ شینه و ۶ شینه در محیط MATLAB اعمال گردیده و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفته است.
واژه های کلیدی: میکروگرید، سیستم فتوولتائیک، جایابی بهینه، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اجتماع ذرات.
فصل اول:
کلیات تحقیق
۱-۱- مقدمه
با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی، کلیه کشورها با مشکل انرژی روبرو هستند. انرژی برای همه مردم مسألهای اساسی است. انرژی در تمام شئون جامعه انسانی رسوخ کرده و جنبه های مختلف آن از زندگی روزانه خانوادگی گرفته؛ تاسیسات جهانی و بین المللی و طرحهای توسعه ملی را تحت تأثیر قرار داده است. نگاهی گذرا به آمارهای تولید و مصرف انرژی الکتریکی در ایران بیانگر نیازمندی به افزایش سالانه ظرفیت ۵۰۰۰ مگاوات در بخش تولید جهت تأمین تقاضای بار میباشد. بر اساس برنامهریزیهای انجام شده انتظار میرود ظرفیت نصب شده نیروگاههای کشور تا پایان سال ۱۳۹۲ به رقمی معادل ۷۲۵۵۰ مگاوات بالغ گردد. از سوی دیگر محدود بودن منابع فسیلی تأمین انرژی، و تأثیرات نامطلوب زیست محیطی ناشی ازسوختهای فسیلی، بخش قابل توجهی از تحقیقات و فعالیتهای پژوهشی در حوزه ی انرژی را به موضوع انرژی های نو و تجدید پذیر معطوف نموده است (Phillipson and Willis 1999, 123-156; Griffin et al 2000, 9; Zareipour, Bhattacharya and Canizares 2000, 9-10; Barker and De Mello 2000, 1645-1656 ). یکی از راهکارهای اساسی به منظور حل مشکلات مطرح شده استفاده از میکروگریدها است. میکروگرید شبکه ای با مقیاس کوچک درسطح ولتاژ توزیع است که از پیوستن تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی در سیستمهای ولتاژپایین یا متوسط شکل میگیرد در واقع یک شبکهی میکروگرید با ترکیبی از انرژیهای تجدیدپذیر همراه با سوختهای فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع میپردازد، که ازطریق یک نقطهی کوپلنگ مشترک به شبکه توزیع متصل میشود (Hatziargyriou et al 2004, 12; Lasseter 2010, 225-234). منابع تولید پراکنده مورد استفاده در میکروگریدها بر خلاف نیروگاههای مرسوم در شبکه قدرت از نوع منابع [۱]DER می باشند که به کمک ادوات الکترونیک قدرت انعطاف لازم را به منظور تنظیم ولتاژ، فرکانس و توان در هنگام اتصال به شبکه داشته باشند.
تفاوت بین منابع مورد استفاده در میکروگریدها و نیروگاه های مرسوم در صنعت برق شامل موارد زیر میباشد:
منابع مورد استفاده در میکروگریدها دارای ظرفیت کمتری نسبت ژنراتورهای مرسوم در نیروگاههای بزرگ برق میباشند.
تولید انرژی الکتریکی در منابع میکروگرید بر خلاف ژنراتورهای مرسوم در شبکه ی برق، در سطح ولتاژ توزیع اتفاق میافتد.
منابع مورد استفاده در میکروگرید بر خلاف نیروگاههای بزرگ در نزدیکی مصرف کنندهها نصب می شوند تا بارها را با فرکانس و ولتاژ مناسب تامین نموده و باعث کاهش تلفات در خطوط انتقال شوند (Katiraei and Iravani 2006, 167).
از طرفی دیگر، ایران از لحاظ وضعیت جغرافیایی در شمار کشورهایی است که بهرهبرداری از منابع انرژیهای نو در آن ممکن میباشد. یکی از اهداف بلند مدت صنعت برق کشور بکارگیری بیش از پیش انرژیهای نو و منابع تجدیدپذیر انرژی برای کاهش انتشار آلایندههای زیست محیطی و کاهش مصرف سوختهای فسیلی میباشد. در طول یک دهه گذشته توسعه منابع تولید پراکنده به طور وسیعی رشد یافته است. در طی این فرایند شبکه توزیع به یک نگرانی بزرگ برای افراد تبدیل شده است. دلیل اصلی آن این است که این منابع تولید پراکنده در سطح ولتاژهای متوسط و بالا به شبکه توزیع متصل میشوند، و طوری طراحی شدهاند که بارها به صورت غیرفعال هستند و شارش توان فقط از پستها به سمت بار میباشد و نه برعکس. به همین دلیل مطالعات بسیاری برای اتصال میکرو گریدها به شبکه توزیع انجام شده است، از بحث های کنترلی گرفته تا حفاظت، پایداری ولتاژ، کیفیت توان و خیلی موارد دیگر. واحدهای تولید توان کوچک، که معمولاً در نزدیک بار قرار دارند، به عنوان یک گزینه برای تامین نیاز افزایشی به انرژی الکتریکی مشترکان، با تاکید بر قابلیت اطمینان و کیفیت توان و سایر ملاحظات مربوط به مسائل اقتصادی، زیستمحیطی ومزایای فنی، در نظر گرفته خواهند شد (Piagi and Lasseter 2006, 8).
با این حال، با توجه به نفوذ بیش از پیش منابع تولید پراکنده، شبکه توزیع فشار ضعیف را دیگر نمیتوان به عنوان یک عنصر غیرفعال متصل به شبکه انتقال در نظر گرفت که تنها شارش توان یکطرفه به سمت آنها برقرار باشد. همچنین تاثیر منابع تولید کوچک در شبکه فشار ضعیف بر روی تعادل توان و کنترل فرکانس بسیار مهمتر خواهد شد.
در پروژه های تحقیقاتی که تاکنون انجام شده است، میکروگرید این چنین تعریف میشود: تجمیع منابع تولید توان کوچک در شبکه فشار ضعیف در سطح وسیع.
یک تعریف کامل از میکروگرید به شکل زیر ارائه شده است:
میکروگرید شامل سیستم توزیع فشار ضعیف با منابع تولید پراکنده (میکروتوربین، سلول سوختی، فتوولتائیک و. . . ) به همراه ادوات ذخیرهساز (فلایویل، خازنهای انرژی و باتریها) است. چنین سیستمی میتواند به طور غیر مستقل زمانی که به شبکه متصل است و به طور مستقل زمانی که از شبکه جدا شده است، عمل کند. بهرهبرداری از منابع کوچک توان در شبکه در صورتی که به طور مناسب مدیریت و هماهنگی شود، میتواند مزایای زیادی را برای کل سیستم داشته باشد، ۳ نکته مهم در این تعریف وجود دارد:
۱- میکروگرید جایگاهی برای تجمیع منابع سمت تغذیه (منابع تولید کوچک) و منابع سمت مصرف (ذخیره کنندهها و بارهای کنترلپذیر) میباشد که در یک شبکه توزیع محلی قرار گرفته است.
۲- یک میکروگرید باید قادر باشد که هم در شرایط عادی (متصل به شبکه) و هم حالت اضطراری (جدا از شبکه) به کار خود ادامه دهد.
۳- تفاوت بین یک میکروگرید و یک شبکه غیرفعال که در آن ریزمنابع وجود دارند، به طور عمده در شیوه مدیریت و هماهنگی منابع موجود تولید توان میباشد.
یک میکروگرید میتواند در اندازه های متفاوتی باشد. مثالی از یک میکروگرید به عنوان یک شبکه فشار ضعیف، در شکل ۱-۱ نشان داده شده است. هرچقدر که سایز میکروگرید بیشتر باشد باید با خازنهای متعادلکننده و تجهیزات تولیدی بیشتر از توقف در سمت تولید و سمت مصرف جلوگیری شود، اما در حالت کلی، ماکزیمم ظرفیت میکروگرید (در حالت پیک بار مورد تقاضا) به چند MW محدود میشود. بیشتر از این مقدار ظرفیت به عنوان مفهوم میکروگرید چندگانه[۲] تلقی میشود که با جدا کردن منابع به عنوان میکروگریدهای جدا از هم، بررسی میشود (Katiraei et al 2008, 54-65; Lasseter 2002, 305-308 ).
شکل ۱-۱- نمونهای از یک میکروگرید به عنوان یک شبکه فشار ضعیف
از لحاظ فنی میکروگرید از اتصال منابع تولید کوچک به شبکه فشار ضعیف به وجود میآید. که معمولاً به وسیله ادوات کنترلی مدرن و خصوصا واحدهای الکترونیک قدرت این منابع به شبکه توزیع متصل میشوند. بنابراین یک گروه کنترل شده از منابع انرژی متصل به شبکه فشار ضعیف، اما در عین حال قابل کار کردن به صورت مستقل از شبکه (جزیرهای) میتواند به عنوان یک تعریف از میکروگرید باشد.
بهرهبرداری هماهنگ و کنترل ریزمنابع با یکدیگر و با منابع ذخیرهساز مانند فلایویل، خازنهای انرژی، باتریها و بارهای کنترلپذیر مانند آبگرمکن و تهویه هوا، در قلب مفهوم میکروگرید جای دارد. از نقطه نظر شبکه یک میکروگرید میتواند به عنوان یک نهاد کنترل شده درون سیستم قدرت در نظر گرفته شود، که میتواند به عنوان یک بار تجمیع شده مستقل عمل کند.
۱-۲- اهمیت بحث بر روی میکروگریدها و ضرورت تحقیق
در بیش از نیم قرن گذشته توسعه سیستم قدرت بر اساس متمرکز سازی واحد های نیروگاهی با ظرفیت بالا در مکانهای محدودی استوار بوده است؛ که در این صورت، سطح ولتاژ برای انتقال به مکانهای دوردست از طریق خطوط انتقال بهHV ، EHV و UHV افزایش مییابد. سپس این سطح ولتاژ هنگام عبور از سیستم انتقال ولتاژ بالا[۳] به سیستم توزیع ولتاژ متوسط[۴] و سیستم توزیع ولتاژ پایین[۵] کاهش مییابد تا اینکه توان الکتریکی به مصرف کنندهها برسد. در طول سالها، بروز مشکلاتی باعث گرایش روزافزون به استفاده از ژنراتورهایی با اندازه کوچک شده که به شبکه توزیع محلی متصل بوده و به آن ها منابع تولید پراکنده[۶] اطلاق میشود. از مزایای استفاده از منابع تولید پراکنده میتوان به سازگاری با محیط زیست، رفع محدودیت ساخت و ساز خطوط انتقال جدید، افزایش قابلیت اطمینان شبکه توزیع، کاهش استفاده از منابع سوختهای فسیلی و کمک به خصوصیسازی شبکه برق اشاره نمود. واحدهای تولید پراکنده را می توان با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر و با بهره گرفتن از تکنولوژی مدرن و یا متداول ساخت.
یک میکروگرید قسمتی از شبکه توزیع است که در برگیرنده منابع تولید پراکنده، ادوات ذخیره کننده انرژی و انواع بارهاست. از آنجا که در هر میکروگرید از چندین منبع تولید پراکنده استفاده میشود، ایجاد هماهنگی بین این منابع و مشخص کردن میزان تولید هر یک از آنها بسیار حائز اهمیت است. با رشد روزافزون تقاضای انرژی و پیشرفتهایی که در زمینه تولیدات پراکنده صورت گرفته است، استفاده از منابع تولید پراکنده که قسمت عمده میکروگرید ها را تشکیل میدهند در حال افزایش میباشد. میکروگریدها شبکه های فشار متوسط یا فشارضعیف توزیعی هستند که از دید شبکه فوق توزیع بصورت یک بار قابل کنترل، و از دید مصرف کنندههای محلی مانند منابع تولید نسبتا ارزان قیمت و پاک انرژی میباشند. استفاده از منابع تولید پراکنده در قالب میکروگریدها باعث کاهش توان عبوری از خطوط انتقال، به تاخیر افتادن توسعه بخشهای تولید و انتقال، کاهش مصرف سوختهای فسیلی و افزایش راندمان سیستم قدرت میگردد. در کنار فواید گفته شده، میکروگریدها باعث ایجاد مشکلاتی نیز میشوند. از آنجا که هر میکروگرید شامل انواع مختلفی از منابع تولید پراکنده میباشد، هماهنگی عملکرد این منابع و ایجاد یک روش مناسب جهت تولید بهینه میکروگرید الزامی است. در یک تقسیم بندی کلی میکروگریدها در دو حالت بهرهبرداری مورد استفاده قرار میگیرند. حالت متصل به شبکه که در این مود عملکردی میکروگرید توسط یک ترانس کاهنده به شبکه بالادست متصل بوده و با در نظر گرفتن مقدار تقاضای بار از سوی مصرف کنندهها و همچنین قیمت برق تولیدی منابع تولید پراکنده و قیمت بازار برق، انرژی به شبکه تحویل داده یا از شبکه میگیرد. در این حالت فرکانس مرجع همان فرکانس شبکه اصلی میباشد. دیگر مود عملکردی را حالت جزیرهای مینامند. در این حالت میکروگرید به صورت عمدی، جهت سرویس یا به دلیل بروز خطا از شبکه اصلی جدا میشود. با توجه به در دسترس نبودن شبکه جهت تامین بارها، منابع تولید پراکنده موجود در میکروگرید مسئول تامین بار و حفظ فرکانس میباشند. پایداری فرکانس معمولا توسط ذخیره چرخان و ابر خازنها صورت می پذیرد. پس از قطع میکروگرید از شبکه اصلی به دلیل به هم خوردن توازن تولید و بار و همچنین عدم وجود یک فرکانس مرجع، تغییراتی در فرکانس میکروگرید ایجاد میشود. میزان تغییرات ایجاد شده در میکروگرید پس از جدا شدن از شبکه اصلی را میتوان با درنظر گرفتن شرایط کنترلی ویژه تا حد مطلوبی کاهش داد (Lasseter 2002, 305-308).
۱-۳- تاثیرات ناشی از حضور میکروگریدها در شبکه های قدرت
۱-۳-۱ کیفیت توان
اکثر بارهای الکتریکی در معرض خطاهای گذرا، افت ولتاژها، هارمونیکها، قطعیهای لحظهای و غیره قرار دارند که به آنها بارهای حساس به کیفیت توان گفته میشود. بنابراین کیفیت توان و قابلیت اطمینان از اهمیت بسیاری برخوردار میباشد. کیفیت توان مفهوم جدیدی است که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است. در گذشته افت ولتاژ برای یک یا دو سیکل پیوسته نادیده گرفته میشد در حالی که امروزه این امر منجر به قطع شبکه خواهد شد. به طور مشابه خطاهای گذرا، هارمونیکها و عدم تعادل فازها نیز در شمار تحقیقات کیفیت توان قرار گرفته است. اگر چه مشکلات کیفیت توان تاثیرات اقتصادی شدیدی بر فرآیندهای صنعتی دارند، اما با توجه به کاربردهای صنعتی مختلف و تنوع در اندازه گیریهای کیفیت توان محاسبه دقیق هزینه های ناشی از این مشکلات بسیار دشوار است. برخی از مشکلات کیفیت توان که به دلیل قطع شبکه منجر به تلفات اقتصادی میشوند عبارتند از:
مقدار و زمان تداوم یک رخداد مانند افزایش ولتاژ شدید
قطع و یا آسیب دیدن تجهیزات به طور طبیعی
مشکلات مرتبط با تغییر فرکانس
زمان ایجاد رخداد. اینکه به طور مثال آیا این رخداد در ساعات اوج مصرف اتفاق افتاده یا در ساعات کم مصرف.
میکروگریدها قابلیت کنترل کیفیت توان مطابق با نیازهای مشترکین راحتی به صورت ساعتی نیز نیز دارا می باشند. این در حالی است که کنترل کیفیت توان یک مشترک خاص برای شبکه برق سنتی بسیار دشوار است چرا که شبکه های برق سنتی معمولا سطح کیفیت و سرویس دهی معینی را برای کلیه ی مشترکین بدون توجه به نیازمندی یک مشترک خاص فراهم مینمایند.
در یک نمای کلی تمرکز زدایی از تولید و سازگاری مناسب بین عرضه و تقاضا و همچنین جلوگیری از قطعی های بلند مدت و کوتاه مدت باعث بهبود کیفیت توان در میکروگرید شده است (Hatziargyriou et al 2007, 78-94 ).
۱-۳-۲ تاثیرات میکروگرید بر بازار برق
به منظور احداث موفق یک میکروگرید می بایست انگیزههای مالی لازم برای مالکان میکروگرید و شبکه اصلی فراهم گردد. برای مشارکت میکروگریدها در بازار می بایست اصلاحاتی به منظور توسعه یک سیستم بازار برای توان تولید شده و سرویس های جانبی انجام گردد. قیمتها می بایست بر اساس شرایط موجود در شبکه تعیین گردند. بدین معنی که با تحت فشار قرار گرفتن شبکه، قیمتها افزایش مییابد و بالعکس. قیمت های بازار به عنوان مهمترین فاکتور در کنترل تولید انرژی می باشند. در حالی که فاکتورهای فنی از اهمیت کمتری برخوردا رند. سوددهی میکروگریدها از بازار کاملا به پاسخ دهی آنها به سیگنال های حاوی قیمت وابسته است. به طوری که اگر توانایی رقابت در بازار را نداشته باشند مجبورند که تنها نیازهای داخلی خودشان را برطرف نمایند. سیستم بازار می بایست با افزایش تولید و ذخیره و کنترل بارها از انعطاف بیشتری برخوردار باشد. این انعطاف پذیری سبب میشود که خریداران بر اساس مطالعات لحظه به لحظه بازار تصمیمگیری کنند. علاوه بر آن این امر منجر به بهینه سازی شبکه قدرت، و همچنین به حداقل رسیدن کنترل و برنامه ریزی مرکزی می گردد (Katiraei and Iravani 2006, 1821-1831 ). همچنین تعادل اقتصادی مناسب بین سرمایه گذاری و بهره برداری از DG در شبکه به کاهش قیمت برق در مصرف کنندگان در طولانی مدت منجر خواهد شد.
۱-۳-۳ صرفه جویی اقتصادی
اگر چه اهداف استفاده از میکروگرید ها را به دلیل تاثیرات مثبت آن بر روی محیط زیست و مزایای اقتصادی آن بیان کرده اند. اما در واقع اقتصاد اولین هدف در توسعهی میکروگریدها بوده است. استفاده از چندین منبع تولید توان در میکروگریدها در سطح ولتاژ توزیع برای تامین مصرف کننده بسیاری از هزینه های مربوط به احداث و راه اندازی نیروگاهها و همچنین خطوط انتقال را کاهش خواهد داد. به عبارت دیگر در برخی مناطق تامین بار در محل مصرف به صرفه تر از تولید توان توسط یک ژنراتور بزرگ در دور دست و انتقال آن به محل مصرف خواهد بود و واضح هست که در این صورت تلفات خطوط انتقال که در مسیر انتقال اتفاق میافتاده نیز از بین میرود (Dugan, McDermott and Ball 2001, 80-88).
فرم در حال بارگذاری ...
[چهارشنبه 1401-04-15] [ 10:11:00 ق.ظ ]
|