جدول (۲-۱۸): رزرو بالا رونده سمت مصرف با روش پیشنهادی و مرجع [۴۱] در شبکه ۴۸ باس برای یک ساعت ۵۱
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
جدول (۲-۱۹): وضعیت قرارگیری واحدها در باس ها و نتایج اجرای برنامه با روش پیشنهادی و مرجع [۴۱] در شبکه ۴۸ باس برای یک ساعت ۵۱
جدول (۲-۲۰): وضعیت مشارکت واحدها در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت ۵۳
جدول (۲-۲۱): برنامه تولید مشارکت واحدها در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت ۵۴
جدول (۲-۲۲): برنامه رزرو بالارونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت ۵۵
جدول (۲-۲۳): برنامه رزرو پایین رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت ۵۵
جدول (۲-۲۴): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت ۵۶
جدول (۲-۲۵): نتایج کلی شبیه سازی روش پیشنهادی در IEEE RTS1 در بازه ۲۴ ساعته ۵۶
جدول (۲-۲۶): مقایسه کلی روش پیشنهادی و روش [۵۱] در شبکه ۲۴ باس برای یک ساعت ۵۶
جدول (۲-۲۷): برنامه تولید واحدها در شبکه IEEE RTS2 در ۲۴ ساعت ۵۷
جدول (۲-۲۸): برنامه رزرو بالا رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS2 در ۲۴ ساعت ۵۸
جدول (۲-۲۹): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS2 در ۲۴ ساعت ۵۹
جدول (۲-۳۰): نتایج کلی شبیه سازی روش پیشنهادی در IEEE RTS2 در بازه ۲۴ ساعته ۵۹
جدول (۳-۱): هزینه های انرژی به ازای نصب نیروگاه در باس i 76
جدول (۳-۲): برنامه تولید مشارکت واحدها با قیود امنیتی در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت به ازای نصب نیروگاه بادی در باس شماره ۳ ۷۷
جدول (۳-۳): برنامه رزرو بالارونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت به ازای نصب نیروگاه بادی در باس شماره ۳ ۷۸
جدول (۳-۴): برنامه رزرو پایین رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت به ازای نصب نیروگاه بادی در باس شماره ۳ ۷۸
جدول (۳-۵): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS1 در ۲۴ ساعت در حضور نیروگاه بادی در باس شماره ۳ ۷۸
جدول (۳-۶) : هزینه بستن بازار به ازای درصد نفوذ تولید نیروگاه باد در سیستم قدرت با عدم قطعیت ۱۰% () ۷۹
جدول (۳-۷) : میزان تغییرات هزینه به ازای درصد تغییرات در تولید نیروگاه بادی با میانگین بادهای متفاوت ۸۱
جدول (۳-۸) : مقایسه نتایج بدست آمده در شبیه سازی شبکه سه باسه با مرجع [۶۹] (مقادیر توان بر حسب مگاوات است) ۸۲
جدول (۴-۱): برنامه تولید واحدها با قیود امنیتی در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره۳ و بار پیش بینی شده ۱۰۱
جدول (۴-۲): برنامه رزرو بالارونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره۳ و بار پیش بینی شده ۱۰۲
جدول (۴-۳): برنامه رزرو پایین رونده سمت تولید در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره۳ و بار پیش بینی شده ۱۰۳
جدول (۴-۴): برنامه رزرو بالا رونده سمت بار در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره۳ و بار پیش بینی شده ۱۰۳
جدول (۴-۵): هزینه مشارکت واحدها با قیود امنیتی در شبکه IEEE RTS1 با عدم قطعیت تولید بادی در باس شماره۳ و بار پیش بینی شده ۱۰۴
فصل۱
مقدمه
مقدمه
بعد از تحول تجدید ساختار در سیستمهای قدرت، جنبهه ای اقتصادی سیستمهای قدرت موضوع بسیاری از تحقیقات در زمینه مهندسی قدرت بوده است؛ زیرا تغییرات مختلف و سریع در ساختار اجتماعی- اقتصادی این سیستمها منجر به تحولات شگفت انگیزی در جنبهه ای فنی بهره برداری و کنترل و مدیریت آنها شده است.
استراتژی های گوناگونی برای حداقل کردن هزینه واحدهای تولید انرژی الکتریکی پیشنهاد شده است که برنامه ریزی مشارکت واحدها و پخش بار اقتصادی جزو بهترین راه ها برای تامین برق با کیفیت، برای مشتری در یک حالت اقتصادی و امن میباشد [۱].
امروزه در اکثر کشورهای دنیا مبادلات توان الکتریکی از طریق بازار برق صورت میگیرد و بهرهبردار سیستم موظف به حفظ سطح قابل قبولی از امنیت در این سیستمهاست. در عین حال عملکرد اقتصادی سیستمهای قدرت مطلبی است که شدیداً مدنظر بهرهبردار قرار میگیرد. لازم است انواع رزروهای بالارونده و پائین رونده در سمت تولید و احتمالاً در طرف مصرف درنظر گرفته شود تا از به خطر افتادن سیستم درصورت خروج واحدها و سایر تجهیزات جلوگیری شود.
ساختارهای گوناگونی برای اجرای بازارهای انرژی و رزرو و سایر خدمات جانبی در سیستمهای قدرت مختلف وجود دارد. هر یک از این ساختارها دارای نقاط قوت و ضعف بسیاری هستند. استفاده از هر یک از این ساختارها به گستردگی سیستم و خواستههای بهرهبردار بستگی دارد. در برخی از سیستمها برای یافتن نقطه عملکرد سیستم در کوتاه مدت بازارهای متنوعی در نظر گرفته میشود. برای مثال بازار انرژی، بازار تنظیم، بازار رزرو و … . ضعف اصلی این ساختار بهینه نبودن پاسخ نهایی است. در برخی سیستمها بهرهبردار برای یافتن نقطه عملکرد سیستم با انجام یک بهینه سازی، وضعیت و توان تولیدی واحدها، پیشنهادهای رزرو پذیرفته شده و سایر متغیرهای موجود در سیستم را به صورت هم زمان، بگونهای بدست میآورد که تمامی قیود شبکه، از جمله قیود امنیتی، برآورده شوند. ضعف اصلی این ساختار دشواری اجرای آن بر روی سیستمهای گسترده با تعداد زیاد واحدهای تولیدی میباشد.
قیمت برق در سیستم سنتی بر مبنای هزینه های تولید برق بوده و در بسیاری از موارد با توجه به اینکه نیروگاهها در این سیستم متعلق به دولت میباشند، قیمت برق از سیاست های دولت تاثیر میپذیرد. در سیستم سنتی رقابت تولیدکنندگان برق در بهبود خدمات و بهینهسازی امور در سطح پایینی قرار داشته و نیروگاهها با توجه به برنامه ریزی انجام گرفته قبلی، موظف به تولید مقدار پیش بینی شده توان برای ساعت خاصی میباشند.
صاحبان سیستم قدرت انتظار دارند با تعمیم خصوصیسازی به سیستمهای قدرت، کندی موجود در سرعت پیشرفت و نوآوری در تکنولوژی ساخت نیروگاهها و خطوط انتقال مرتفع شود. در کشورهای توسعه یافته و حتی جهان سوم نیز تجدیدساختار با استقبال مواجه شده است، چرا که این امر معمولاً سبب می شود که سرمایهگذارهای خصوصی اقدام به ساخت، نصب و راه اندازی نیروگاهها به خرج خود نمایند و هزینه سنگین احداث آنها از دوش دولت برداشته شود. در سیستم تجدید ساختار شده صنعت برق بهره برداری ایمن از سیستم قدرت یکی از مسائل چالش برانگیز بهرهبردار مستقل سیستم میباشد [۲]. بهرهبردار مستقل سیستم با موضوعات سخت و پیچیدهای در ارتباط با تامین امنیت و قابلیت اطمینان سیستم مواجه است که یکی از آنها تامین رزرو سیستم است [۳].
برنامه زمانبندی تولید (کوتاه مدت-بلندمدت)، که با عنوان مشارکت واحدها نیز شناخته می شود یکی از مسائل عمده سیستم قدرت میباشد. برنامه ریزی مشارکت واحدها شامل بهینهسازی منابع تولید برای حداقلسازی هزینه تولید توان با رعایت قیود مربوطه میباشد که پتانسیل کافی برای صرفه جویی میلیونها دلار در سال، به عنوان عملیات اقتصادی را دارا میباشد. در مدار قرارگرفتن یک واحد تولیدی به معنی روشن کردن آن و سپس سنکرون کردن آن با سیستم و متصل کردن آن به گونه ای است که بتواند توان الکتریکی را به شبکه انتقال دهد. بکارگیری تعداد زیادی واحد تولید که تقریباً گران است و یا خارج کردن تعدادی از واحدها زمانی که مورد نیاز نباشند می تواند موجب صرفهجویی در حجم زیادی از پول شود. به صورت بنیادی، دقیقترین روش برای حل مسئله مشارکت واحدها، روش یکایک شماری است. بدین ترتیب که با آزمایش تمام ترکیبات ممکن روشن و خاموش بودن واحدها در بازه زمانی مورد مطالعه تعداد کل ترکیبات ممکن خواهد بود که N نشان دهنده تعداد واحدها و M تعداد ساعات مورد مطالعه میباشد. با در نظر گرفتن سرعت پروسسورهای کنونی، حل مسئله به این روش برای سیستمهای قدرت امروزی کاملاً غیر ممکن است. بنابراین لزوم اعمال یک الگوریتم مناسب به این مسئله ضروری به نظر میرسد. تکنیکهای حل مختلفی برای این مسئله وجود دارد که بطور کلی آنها را میتوان به سه دسته روشهای عددی، روشهای هوشمند و روشهای ترکیبی تقسیم کرد. روشهای هوشمند به لحاظ همگرایی عددی و نیز کیفیت پاسخ مقبولیت بالایی ندارند [۴].
استفاده از روشهایی مانند لیست اولویت، برنامه ریزی دینامیکی، روش شاخه و کران، روش لاگرانژ و برنامه ریزی اعداد صحیح در بالا رفتن دقت جوابها تاثیر زیادی دارد [۵] و [۶].
در برخی از محیطهای تجدید ساختار یافته، اپراتور مستقل سیستم از مشارکت واحدها با قیود امنیتی برای برنامه ریزی روز بعد بهره میجوید [۶]. این برنامه ریزی یکی از پیچیدهترین مسائل بهینهسازی در سیستمهای قدرت است، که باید در آن قیود تولید، انتقال و امنیت شبکه در نظر گرفته شوند. قیود این برنامه ریزی عباتند از: قیود تامین توان شبکه، کمینه و بیشینه میزان تولید هر واحد، کمینه و بیشینه زمان روشن و خاموش بودن واحدها، ذخیره چرخان، ذخیره های بالارونده و پایین رونده سمت تولید و بار، نرخ شیب افزایش و کاهش توان نیروگاهها، و… ، برای شبکه انتقال نیز قیدهای میزان توان انتقالی هر خط و ولتاژ باسها در نظر گرفته می شود [۷].
مسئله مشارکت واحدها با قید امنیتی یک مسئله غیرخطی و غیرمحدب است که متغیرهای آن بصورت صفر و یک میباشند. تعداد این متغیرها وابسته به اندازه مسئله است که هر چه ابعاد مسئله بزرگتر شود تعداد متغیرهای آن نیز افزایش مییابد [۸].
تعیین میزان رزروها می تواند بصورت قطعی[۱]، احتمالاتی[۲] و یا ترکیب این دو[۳] صورت پذیرد. در روش قطعی تابع هدف تنها شامل هزینه های موجود سیستم بدون درنظر گرفتن هزینه سیستم بعد از وقوع حادثههای محتملِ گوناگون است ولی در حالت احتمالاتی هزینه آینده سیستم (بعد از وقوع حادثههای محتمل[۴] مختلف) باتوجه به احتمال وقوع این وقایع در تابع هدف برنامه بکارگیری واحدها لحاظ می شود.
بدلیل نگرانی از کاهش منابع سوختهای فسیلی و همچنین گرانی روزافزون این منابع، متخصصین صنعت برق به فکر استفاده از منابع تجدیدپذیر و رایگان موجود در طبیعت افتادند. از طرف دیگر بحرانهای محیط زیستی فکر استفاده از انرژیهای نو را گسترش داده است. از میان منابع پاک جایگزین سوختهای فسیلی، انرژی باد دارای بیشترین پتانسیل برای تولید الکتریسیته میباشد. لذا کشورهای صنعتی به فکر گسترش تولید الکتریسیته از طریق ایجاد مزرعه بادی افتادهاند. یکی از مشکلات بهره برداری در هنگام استفاده از انرژی باد که موجب نگرانی می شود، عدم قطعیت تولید ژنراتورهای بادی میباشد. این امر از ماهیت احتمالی وزش باد ناشی می شود. میزان تولید یک ژنراتور بادی کاملاً به شرایط باد در همان زمان وابسته است. اگر چه با اعمال برنامه های پیش بینی تولید نیروگاههای بادی میتوان میزان تولید ژنراتورهای بادی را برای روز بعد تقریب زد. اما این پیش بینیها با بهره گرفتن از بهترین روشها هم، بسته به افق زمانی مورد مطالعه می تواند تا ۵۰ درصد با خطا همراه باشد. همانطور که بیان شد گسترش بهره گیری از انرژی باد برای تولید الکتریسیته در شبکه قدرت، عدم قطعیت تولید سیستم را بالا برده و در نتیجه ریسک سیستم افزایش یافته و قابلیت اطمینان آن کاهش مییابد [۹].
یکی از مسائل حائز اهمیت در بهره برداری اقتصادی و طراحی بهینه سیستمهای قدرت، پیش بینی بار سیستم است. در این میان پیش بینی کوتاهمدت از اهمیت ویژهای برخوردار است. یکی از کاربردهای پیش بینی کوتاه مدت بار در برنامه مشارکت واحدها می باشد. از آنجایی که دقت در پیش بینی بار روی هزینه تاثیر مستقیم دارد و با توجه به امکان وجود خطا در پیش بینی بار، برنامهریز سیستم باید الگوی تولید را به نحوی تعیین نماید که علاوه بر تامین بار مصرفی، رزروها نیز تامین گردد. به این ترتیب خطای پیش بینی بار و همچنین خروج واحد تولید یا خط جبران شود [۹]-[۱۳]. [۹]،[۱۰]،[۱۱]،[۱۲]و[۱۳]
در ادامه رئوس مطالب و ساختار فصول این پایان نامه معرفی می شود.
در فصل دوم، مسائل مربوط به انجام بهینهسازی برای حل مسئله بکارگیری واحدها با رعایت قیود امنیتی[۵] و پخشِ بار اقتصادی با رعایت قیود امنیتی[۶] در سیستمهای قدرت گسترده اعم از مشکلات و فرمولاسیون مربوطه مورد بررسی قرار میگیرند. مشکل اصلی در سیستمهای قدرت بزرگ زیاد بودن تعداد متغیرهای بهینهسازی و قیود مسئله است. تعداد این متغیرها و قیود با افزایش اندازه شبکه شدیداً افزایش مییابد. افزایش تعداد حادثههای محتمل که باید درنظر گرفته شوند نیز منجر به افزایش تعداد متغیرها و قیود مسئله می شود. هرچه شبکه به نقاط مرزی خود نزدیکتر باشد تعداد حوادث محتملی که به عنوان خروجی برنامه انتخاب حوادث محتمل[۷] ، منجر به فعال شدن قیود جدید میشوند افزایش مییابد. مطالب این فصل برای بکارگیری در سیستمهای قدرت گسترده که در نزدیکی نقاط مرزی پایداری خود بهره برداری میشوند مناسب است. ایده اصلی در روش مورد استفاده برای مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی حذف متغیرها و قیود غیرضروری میباشد. در گام بعد در لحاظ کردن قیود، از فرمولاسیونی استفاده می شود که با درنظر گرفتن تعداد کمتری از آنها بتوان جواب بهینه را یافت. الگوریتم استفاده شده بصورت همزمان هر دو اقدام پیشگیرانه[۸] و اصلاحی[۹] را در یک بازار پیوسته انرژی و رزرو[۱۰] درنظر میگیرد. در بهینهسازی مورد استفاده رزروهای بالارونده و پائینرونده[۱۱] و در دو سمت تولید و مصرف درنظر گرفته شده اند. روش بهینهسازی ترکیبی با اعداد صحیح و حقیقی در حالت خطی شده[۱۲] به عنوان ماشین بهینهسازی برای حل مسئله بهینهسازی بکار گرفته شده است. همچنین از روش تفکیک بندرز[۱۳] برای افزایش سرعت حل بهینهسازی استفاده شده است. در این فصل ساختاری جدید که در آن با بهره گرفتن از فرمولاسیونی که با تعداد کمتری از قیود بتوان جواب بهینه را بدست آورد، معرفی می شود. در این فصل مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی (خروج واحد و خروج خط) در کوتاه مدت بدست می آید. در این فصل قیود فلوی عبوری از خطوط در حالت عادی و همچنین در حالتی که حوادث محتمل به وقوع میپیوندد در نظر گرفته شده است.
در فصل سوم، به مدل کردن مزرعه بادی با در نظر گرفتن عدم قطعیت در تولید این واحدها به کمک روش ارائه شده در فصل دوم جهت کاهش تعداد قیود مسئله پرداخته می شود؛ در این فصل به معرفی فرمولاسیونی جدید جهت در نظر گرفتن هزینه وقوع هر سناریو در مسئله بهینهسازی دو مرحله ای ارائه شده است. واحدهای بادی که با گذشت زمان و پیشرفت فنآوری سیر نزولی هزینه احداث آنها ادامه دارد، روز به روز در مقایسه با واحدهای متداول تولید الکتریسیته اقتصادیتر شده و در نتیجه قیمت پیشنهادی آنها کمتر از واحدهای تولید متداول میگردد. با این وجود عدم قطعیت این واحدها باعث نگرانی می شود. البته بر روی روشهای پیش بینی تولید این واحدها کار می شود تا این عدم قطعیت کاهش یابد. تنها نقطه ضعف این روش تولید برق، عدم قطعیت تولید این واحدهاست. در این فصل مشارکت واحدها با در نظر گرفتن قیود امنیتی (خروج واحد و خروج خط) و عدم قطعیت تولید مزرعه بادی در کوتاه مدت بدست می آید. در این فصل عدم قطعیت در تولید نیروگاههای بادی به صورت سناریو مدل شده و بنابراین با توجه به محتمل بودن تغییر در تولید این نیروگاه، هزینه این سناریوها به تابع هدف اضافه می شود.
