طرحی برای بهبود وضع اقتصادی، بهره‌برداری و امنیت شبکه توزیع برق

گروه استان‌های خبرگزاری آنا؛ اسحاق فرجی دانشجوی دکتری رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج به‌تازگی از رساله خود با عنوان «برنامه‌ریزی احتمالاتی همزمان منابع تولید پراکنده و توان راکتیو در شبکه‌های توزیع با درنظرگرفتن تجدید آرایش و پاسخگویی بار» با موفقیت دفاع کرد و به عنوان نخستین دانش‌آموخته این رشته فارغ‌التحصیل شد.

علی‌رضا عباسی و صمد نجاتیان به‌عنوان استادان راهنما و محمودزاده باقری و حمید پروین به‌عنوان استادان مشاور، اسحاق فرجی دانشجوی دکتری رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج را همراهی کردند.

بیشتر بخوانید:

بهترین راه برای محدودسازی جریان خطا در سیستم قدرت چیست؟

مدل ارزیابی عملکرد محیط زیستی پالایشگاه گازی چه مزایایی دارد؟

جلسه دفاعیه اسحاق فرجی دانشجوی دکتری رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج با حضور محمدجواد کیانی، امیر قاعدی، سیروس محمدی و حسین کریمی اعضای هیئت داوران در سالن دفاعیه زنده‌یاد ملک نسب این دانشگاه برگزار شد.

اسحاق فرجی عضو هیئت علمی گروه مهندسی برق دانشگاه آزاد اسلامی واحد نورآباد ممسنی است و از نتایج پژوهش‌های این دانشجو مقاله‌ای با عنوان «Probabilistic planning of the active and reactive power sources constrained to securable-reliable operation in reconfigurable smart distribution networks» در مجله ISI الزویر Electric Power Systems Research با درجه Q۱ و مقاله دیگر با عنوان «برنامه‌ریزی و بهره‌برداری منابع اکتیو و راکتیو مقید به امنیت ولتاژ در شبکه توزیع هوشمند قابل بازآرایی» در نشریه علمی-پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی دانشگاه کاشان به چاپ رسیده است.

فرجی در گفت‌وگو با خبرنگار آنا در تشریح تحقیق و رساله دکتری خود با عنوان «برنامه‌ریزی احتمالاتی همزمان منابع تولید پراکنده و توان راکتیو در شبکه‌های توزیع با درنظرگرفتن تجدید آرایش و پاسخگویی بار» اظهار کرد: این رساله برنامه‌ریزی احتمالاتی تولیدات پراکنده (DGها) و بانک خازنی سوئیچ‌شونده (SCB) مقید به مسئله بهره‌برداری امن و مطمئن (SRO) در شبکه توزیع هوشمند (SDN) قابل بازآرایی را ارائه می‌دهد.

دانش‌آموخته رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج ادامه داد: این طرح(طرح پیشنهادی در رساله دکتری) به‌منظور مدلسازی همزمان شاخص‌های اقتصادی، بهره‌برداری، قابلیت اطمینان و امنیت SDN به‌صورت یک مسئله بهینه‌سازی چهارهدفه فرمول‌بندی خواهد شد به‌طوری‌که توابع هدف اول الی چهارم به ترتیب برای برآورد وضعیت بهینه شاخص‌ها کمینه‌سازی مجموع هزینه برنامه‌ریزی و هزینه مورد انتظار بهره‌برداری، تابع انحرافات ولتاژ (VDF)، انرژی مورد انتظار تغذیه نشده (EENS) و شاخص امنیت ولتاژ (VSI) را برعهده دارند.

اجرای طرح پیشنهادی روی شبکه توزیع برق هوشمند می‌تواند وضعیت شرایط اقتصادی، بهره‌برداری، قابلیت اطمینان و امنیت شبکه را به‌طور همزمان بهبود بخشد.وی اضافه کرد: این مسئله مقید به معادلات پخش توان بهینه AC (AC-OPF)، مدل برنامه‌ریزی و بهره‌برداری منابع اکتیو و راکتیو مانند DG و SCB، فرمول‌بندی بهره‌برداری بار اکتیو مانند طرح پاسخگویی بار (DRP)، قیود بازآرایی SDN و محدودیت‌های قابلیت اطمینان و امنیت ولتاژ شبکه است. در ادامه مسأله تک‌هدفه با استفاده از تکنیک بهینه‌سازی پارتو مبنی بر روش قید اپسیلن برای مسأله پیشنهادی به دست می‌آید.

استفاده از روش احتمالاتی غیرپارامتری برای مدلسازی عدم قطعیت‌ها

فرجی با بیان اینکه این طرح پیشنهادی دارای عدم قطعیت‌های بار، قیمت انرژی، توان تولیدی DGهای تجدیدپذیر (RDGs) و دسترس‌پذیری تجهیزات شبکه است، ادامه داد: از این‌رو در این مقاله از روش احتمالاتی غیرپارامتری برای مدلسازی عدم قطعیت‌ها استفاده می‌شود. علاوه بر این، طرح ذاتاً به‌صورت برنامه‌ریزی غیرخطی عدد صحیح (MINLP) است که در ادامه برای دستیابی به راه حل بهینه مطمئن با انحراف معیار پایین در پاسخ‌دهی از حل‌کننده ترکیبی بهینه‌سازی دسته‌ میگوها (KHO) و الگوریتم جستجوی کلاغ‌ها (CSA) استفاده می‌شود.

وی نتیجه‌گیری کرد که در نهایت با اجرای طرح پیشنهادی روی شبکه توزیع شعاعی ۶۹ باسه، نتایج عددی به دست آمده تأییدکننده قابلیت طرح پیشنهادی در بهبود وضعیت شرایط اقتصادی، بهره‌برداری، قابلیت اطمینان و امنیت SDN نسبت به مطالعات پخش توان است.

دانش‌آموخته رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج گفت: در رساله دکتری، مسئله احتمالاتی برنامه‌ریزی و بهره‌برداری بهینه منابع اکتیو و راکتیو در شبکه توزیع هوشمند قابل بازآرایی و دارای بارهای پاسخده بیان شد. این طرح به‌صورت مسئله بهینه‌سازی چهارهدفه بود که به ترتیب کمینه‌سازی مجموع هزینه برنامه‌ریزی و بهره‌برداری مورد انتظار، تابع انحرافات ولتاژ (VDF)، انرژی مورد انتظار تغذیه نشده (EENS) و شاخص امنیت ولتاژ (VSI) به ترتیب برای دستیابی به شرایط اقتصادی، بهره‌برداری، قابلیت اطمینان و امنیت بهینه را کمینه می‌کند.

فرجی تشریح کرد: این مسأله مقید به معادلات پخش توان بهینه AC (AC-OPF)، مدل برنامه‌ریزی و بهره‌برداری منابع اکتیو و راکتیو، فرمول‌بندی بازآرایی شبکه توزیع هوشمند (SDN) و محدودیت‌های قابلیت اطمینان و امنیت شبکه است. علاوه بر این در مرحله بعد، تکنیک بهینه‌سازی پارتو مبنی بر روش قید اپسیلن مسئله چهارهدفه پیشنهادی را به یک مسأله تک‌هدفه تبدیل کرد.

وی اظهار کرد: در ادامه از روش احتمالاتی غیرپارامتری برای مدلسازی پارامترهای عدم قطعیت بار، قیمت انرژی، توان تولیدی منابع تجدیدپذیر و دسترس‌پذیری تجهیزات شبکه استفاده شد. این مسئله به‌صورت ذاتی دارای مدل غیرخطی عدد صحیح است که در این رساله از حل‌کننده ترکیبی بهینه‌سازی دسته میگوها (KHO) و الگوریتم جستجوی کلاغ‌ها (CSA) برای دستیابی به راه حل بهینه استفاده و در نهایت براساس نتایج عددی، نتایج کلی از بررسی موارد مطالعاتی مختلف استخراج شد.

به گفته دانش‌آموخته رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج، الگوریتم حل پیشنهادی (KHO+CSA) قادر است که راه حل بهینه را در کمترین تکرار همگرایی و زمان محاسباتی نسبت به الگوریتم‌های تکاملی غیرترکیبی به دست آورد به عبارتی دارای سرعت همگرایی بالاتری در مقایسه با NHEAهاست.

بیشتر بخوانید:

بررسی عددی و آزمایشگاهی ضریب انتشارپذیری خاک‌های غیرهمگن

طراحی لرزه‌ای جدید برای دیوار برشی فولادی

فرجی یادآور شد: الگوریتم KHO+CSA دارای انحراف معیار پایین یعنی % 0.93 در پاسخ‌دهی نهایی حل مسئله است که این موضوع به معنی قابلیت آن در دستیابی به شرایط پاسخدهی یکتاست. عموماً SCBها در باس‌های انتهایی فیدر برای بهبود VDF و VSI نصب می‌شوند و توان راکتیوی برابر با حداکثر ظرفیت خود را به SDN تزریق می‌کنند. DGها هم یا در باس‌های ابتدایی و یا انتهایی فیدرها نصب می‌شوند تا اینکه توابع Cost، VDF، EENS و VSI را بهبود دهند. DRPها نیز در ساعات کمباری در مد شارژ و در ساعات پرباری و میانباری در مد دشارژ کار می‌کنند تا اینکه بتوانند هزینه‌های بهره‌برداری و EENS را بهبود دهند.

وی تشریح کرد: در نهایت با عملکرد بهینه این منابع پیرو مبحث ارائه شده و بازآرایی SDN، طرح پیشنهادی قادر است که وضعیت اقتصادی، VDF، EENS و VSI به ترتیب در حدود ۱۶%، ۳۶%، ۹۹% و ۹% نسبت به مطالعات پخش بار شبکه بهبود دهد. طرح پیشنهادی قادر به کاهش تلفات انرژی سالانه به میزان ۴۰% و حداکثر افت ولتاژ حدود ۵۲% نسبت به مطالعات پخش بار است؛ اما باعث ایجاد اضافه ولتاژ ناچیزی در SDN خواهد شد.

ارتقای طرح پیشنهادی در کارهای آینده

دانش‌آموخته رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج به‌منظور ارتقای طرح پیشنهادی در کارهای آینده، مواردی را پیشنهاد کرد و توضیح داد: حضور منابع تجدیدپذیر در شبکه توزیع به علت وجود عدم قطعیت در توان تولیدی آنها موجب می‌شود که نتایج بهره‌برداری روز بعد و زمان واقعی شبکه یکسان نباشد. از این‌رو انتظار می‌رود که عدم تعادل تولید و تقاضا در بهره‌برداری زمان واقعی پیش آید. این موضوع با عنوان انعطاف‌پذیری پایین شبکه شناخته می‌شود.

فرجی ادامه داد: برای بهبود این شاخص نیاز به استفاده از منابع انعطاف‌پذیری مانند پاسخگویی بار، منابع تجدیدناپذیر و ذخیره‌سازهای انرژی است. از آنجا که در طرح پیشنهادی منابع انعطاف‌پذیری مختلفی وجود داشت، پس، درنظرگرفتن مدل شاخص انعطاف‌پذیری در طرح پیشنهادی می‌تواند منجر به استخراج یک شبکه منعطف شود. به‌طوری‌که اختلاف بین نتایج بهره‌برداری زمان واقعی و روز بعد بسیار پایین باشد.

وی افزود: مدل‌سازی احتمالاتی و تصادفی عدم قطعیت‌ها نیاز به شناسایی تابع احتمال عدم قطعیت دارد که دستیابی به این تابع نیازمند جمع‌آوری اطلاعات یک دوره مطالعاتی بلندمدت است. این موضوع نیز زمانبر بوده و برای دستیابی به یک راه حل مطمئن نیاز به بررسی تعداد قابل توجهی سناریو است؛ زمان محاسباتی حل مسئله بالا خواهد بود. به‌منظور رفع این موضوع، استفاده از بهینه‌سازی استوار راهکار مناسبی است؛زیرا بدترین مورد سناریو حاصل از عدم قطعیت‌ها را در نظر می‌گیرد و سپس نقطه بهینه این سناریو را به دست می‌آورد و در کنار مزیت زمان محاسباتی پایین، قادر است که یک راه حل مقاوم در برابر عدم قطعیت‌های طرح پیشنهادی به دست آورد.

وابستگی قابل توجه بین شبکه‌های مختلف انرژی

دانش‌آموخته رشته مهندسی برق قدرت دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج یادآور شد: امروزه به دلیل وجود فناوری‌های مختلف تبدیل انرژی مانند سیستم ترکیبی برق و حرارت (CHP)، مبدل برق به گاز (P۲G) و یا گاز به برق (G۲P)، انتظار می‌رود که وابستگی قابل توجهی بین شبکه‌های مختلف انرژی باشد؛ بنابراین برای برآورد این موضوع در طرح پیشنهادی، می‌توان مدل شبکه‌های گازی و حرارت را در کنار شبکه الکتریکی مد نظر قرار داد؛ البته توجه شود که این درنظرگرفتن بهره‌برداری همزمان چند شبکه انرژی مختلف نتیجه در بازدهی بالای اقتصادی و انرژی نسبت به بهره‌برداری تکی آنها خواهد شد.

فرجی در تشریح نوآوری‌های طرح خود در مقایسه طرح پیشنهادی با پیشینه تحقیق بیان کرد: «مدلسازی برنامه‌ریزی احتمالاتی منابع اکتیو و راکتیو مقید به بهره‌برداری امن و مطمئن در شبکه توزیع هوشمند قابل بازآرایی»، «مدلسازی همزمان شاخص‌های اقتصادی، بهره‌برداری، قابلیت اطمینان و امنیت ولتاژ SDN با اتخاذ یک بهینه‌سازی چهارهدفه برای طرح پیشنهادی»، «استفاده از الگوریتم تکاملی ترکیبی KHO و CSA برای دستیابی به راه حل بهینه مطمئن با انحراف معیار پایین در پاسخ‌دهی و استفاده از برنامه‌ریز احتمالاتی غیرپارامتری برای مدلسازی عدم قطعیت‌های بار، قیمت انرژی، توان RDG و دسترس‌پذیری تجهیزات SDN ازجمله نوآوری‌هاست.

انتهای پیام/۴۰۶۲/