چکیده
در این مقاله از ادوات FACTS به عنوان یکی از ابزارهای کنترلی قدرتمند پخش بار در سیستم قدرت به منظور کاهش تلفات توان اکتیو و مدیریت تراکم خطوط انتقال که از عوامل اصلی در ایجاد محدودیت انتقال توان در شبکه هستند، استفاده شده است. یافتن مکان و همچنین ظرفیت بهینه این ادوات با استفاده از الگوریتم ABC به عنوان یکی از روشهای موثر در حل مسائل بهینه سازی با هدف کمینه کردن تلفات توان اکتیو شبکه و شاخص بیان کننده تراکم خطوط انتقال به منظور تعدیل توان عبوری از خطوطی که دچار اضافه بار هستند و همچنین افزایش بار پذیری سیستم انجام شده است. همچنین روش پیشنهادی توانسته موجب بهبود پروفیل ولتاژ نیز گردد. سیستم ۳۰ باسه IEEE به عنوان سیستم تست انتخاب شده و کارایی روش پیشنهادی در آن مورد بررسی قرار گرفته است.
واژه های کلیدی کاهش تلفات، بهبود تراکم، ادوات FACTS، الگوریتم .ABC
-۱ مقدمه
امروزه خصوصی سازی و تجدید ساختار صنعت برق اثر قابل توجهی روی تمام سیستمهای قدرت در سراسر دنیا داشته به طوریکه با افزایش مصرف و تقاضای توان الکتریکی حجم معاملات افزایش یافتـه و در اثـر عبور بیش از حد توان از خطوط انتقال یک یا چند قید سیسـتم نقـض می شود. در چنین شرایطی است که گفته می شود سیستم دچار تراکم گردیده است. سیستم متراکم قادر به برآورده کردن تمام درخواسـتهای مصرف توان الکتریکی نخواهد بود و در صورت وقوع تراکم در سیسـتم، قیمتها در برخی نواحی افزایش و در برخی نواحی کاهش خواهد یافت و بطور کلی بازار از حالت طبیعی خود خارج خواهد شد. مـدیریت تـراکم که یکی از مهم ترین وظایف بهره بردار سیسـتم (System Operator) است، به معنای انجام اقداماتی به منظور کنترل سیسـتم انتقـال اسـت بطوریکه با بهبود بهینه تراکم شبکه های انتقال قیود مختلـف سیسـتم حفظ شده و امنیت سیستم نیز تضمین شود.
چندین روش به منظور بهبود تراکم در [۱] ارائه شده اسـت. در [۲] یک مدل ناحیه ای بر اساس پخش بـار AC پیشـنهاد شـده کـه در آن نواحی بر اساس ضرایب توزیع تـراکم انتقـال (TCDF) شناسـایی مـی شوند و مدیریت تراکم با استفاده از برنامه ریزی مجدد تولید توان اکتیو و راکتیو واحدهای تولیدی انجام شده است. در [۳] نیز از برنامه ریـزی مجدد واحدهای تولیدی بر اساس روش حساسیت جهت بهبود تراکم و
همچنین کاهش هزینه تراکم استفاده شده که در آن برنامه ریزی بهینه تولید با استفاده از پخش بار بهینه و الگوریتم PSO به عنوان الگـوریتم بهینه سازی استفاده شده است.
از طرف دیگر، بدین جهت که خطوط انتقـال هـادی کامـل جریـان الکتریکی نیستند و تلفات اهمی شبکه کـه بصـورت انـرژی گرمـایی در خطوط انتقال ظاهر می شود % ۱۰ کل توان تولیدی شبکه را بـه خـود اختصاص می دهد، مسئله کاهش تلفات توان نیـز یکـی از مهـم تـرین مسائل مورد توجه در بهره برداری سیستم قدرت بوده است.[۴] به طور کلی مسئله کاهش تلفات در قالب مسئله حل پخش بار بهینه یـا OPF (Optimal Power Flow) بیان مـی شـود. در اینصـورت کمینـه کـردن تلفات شبکه که تابع هدف می باشد بـا بـرآورده کـردن قیـود مختلـف پخش بار و همچنین قیود اعمالی به متغیرهـای کنترلـی و متغیرهـای حالت انجام می شود. البتـه در مسـائل مربـوط بـه OPF توابـع هـدف مختلفی از جمله هزینه توان تولیدی، کمینه کردن تغییرات ولتاژ باسها و شاخصهای آلایندگی زیست محیطی در طول فرآیند تولید می توانند مورد بررسی قرار گیرند.[۵]
بطور کلی تعدیل خطوط متـراکم و بهـره بـرداری ایمـن از سیسـتم قدرت بطوریکه سیستم در محدوده گرمایی مجـاز خطـوط مـورد بهـره برداری قرار گیرد از طریق کنترل سریع و موثر پخش بـار انجـام پـذیر است. در این میان استفاده از سیستمهای انتقال انعطـاف پـذیر جریـان
۱۲۵۷
V k نیز
متناوب (FACTS) به عنوان ابزاری قدرتمند همواره مورد توجـه بـوده است. کارکرد اصلی این ادوات، کنترل سریع پخش بـار اسـت کـه مـی تواند با اهداف مختلفی انجام شود. این ادوات می تواننـد مقـادیر تـوان عبوری از خط انتقال را بدون تغییر در توپولوژی کلـی سیسـتم کنتـرل نموده و موجب بهبود عملکرد، کاهش تراکم و تلفات و افزایش ظرفیـت انتقال در سیستم گردند. با توجه به قیمت بسیار بالای ادوات FACTS و به منظور استفاده حداکثر از قابلیتهای این تجهیزات، تعیـین مکـان و همچنین ظرفیت بهینه آنها از اهمیت زیادی برخوردار است[۶] و.[۷]
در این مقاله جایابی بهینه ادوات FACTS به منظور کاهش تلفـات و بهبود تراکم در سیستم انتقال انجام می گیرد و از TCSC و SVC به عنوان پرکاربردترین نوع این ادوات اسـتفاده مـی شـود. فرآینـد بهینـه سازی با استفاده از الگوریتم ABC انجام می شـود و روش پیشـنهادی بر روی سیستم تسـت ۳۰ باسـه IEEE مـورد آزمـایش قـرار گرفتـه و کارایی این روش در بهبود تـراکم و کـاهش تلفـات و همچنـین بهبـود پروفیل ولتاژ مورد بررسی قرار می گیرد.
-۲ مدل سازی ادوات FACTS
توسعه روزافزون تکنولوژی الکترونیک قدرت، سیستم های انتقال انعطاف پذیر جریان متناوب (FACTS) را به یک ابزار قدرتمند جهت بهره برداری بهتر از سیستمهای قدرت موجود مبدل ساخته است.[۸] توانمندی اصلی ادوات FACTS فراهم آوردن امکان کنترل سریع و موثر برای متغیرهای شبکه انتقال قدرت است. بدین ترتیب مزایایی از قبیل امکان کنترل توان عبوری از خطوط انتقال، امکان تقسیم توان در خطوط موازی بطور دلخواه، تنظیم ولتاژ باسها و همچنین بهبود پایداری گذرا و تعدیل نوسانات سیستم قدرت را دارا هستند[۹]و.[۱۰] با توجه به اطلاعات موجود در [۱۱] ادوات FACTS بر حسب نحوه قرارگیری در شبکه انتقال به سه دسته تقسیم می شوند: الف) عناصر FACTS سری که به صورت سری در خط انتقال قرار می گیرند و معمولا با تغییر راکتانس خط به کنترل توان عبوری خط می پردازند. پرکاربردترین عضو این خانواده TCSC یا جبران کننده سری کنترل شده با تریستور است. ب)عناصر FACTS موازی که به صورت موازی در شبکه قرار می گیرند و معمولا به یکی از باسهای شبکه متصل می شوند و با جذب یا تزریق توان راکتیو به شبکه ولتاژ نقط اتصال را کنترل می کنند. SVC یا جبران ساز استاتیکی توان راکتیو از معروف ترین عناصر این گروه است.ج) عناصر FACTS سری – موازی که مجموعه ای از دو دسته قبلی می باشند.
در این مقاله از TCSC وSVC به منظور کاهش تلفات توان اکتیو و بهبود تراکم سیستم انتقال بطور همزمان بهره برداری می شود. در ادمه به مدل سازی این ادوات پرداخته می شود.
۱-۲ مدل TCSC
TCSC مطابق شکل ( ۱) از یک TCR (یک جفـت تریسـتور سـری شده با یک سلف(L که با یک بانک خازنی C موازی شده است، تشکیل شده است. TCSC به صورت سری در خط قرار می گیرد و ماننـد یـک جبرانساز سلفی یا خازنی عمل می کند و راکتانس خط انتقال را تغییـر می دهد. در این مقاله TCSC به صورت زیر مدلسازی شده است:
(۱) X ij X Line X TCSC
(2) X TCSC rTCSC X Line
که در آن X Line راکتانس خط انتقال و rTCSC ضریب جبرانسازی
بوده و بسته به اینکه در کدام نقطه از خط قرار گیرد متفاوت خواهد بود و محدوده آن بین -۰/۷ تا ۰/۲ قرار دارد[۱۲]و.[۱۳]
شکل :(۱) مدل تکفاز یک TCSC
۲-۲ مدل SVC
SVC نیز همانند TCSC از یک TCR که با یک بانک خازنی موازی شده تشکیل شده است و در مدار به عنوان یک سوسپتانس متغیر موازی با جذب و یا تولید توان راکتیو، ولتاژ نقطه اتصال خود به شبکه را کنترل می کند. بنا بر آنچه که در [۱۴] آمده می توان SVC را بصورت یک سوسپتانس متغیر موازی مطابق شکل (۲) نمایش داد و در اینصورت روابط بیان کننده جریان و توان راکتیو جذب شده توسط SVC به صورت زیر خواهد بود
