روش‌های توزیع اقتصادی بار

روش لامبدای^[۵۱]سیستم یا نرخ افزایشی سیستم یک راه حل مناسب برای یافتن تولید اقتصادی کلیه واحدهای روشن است. پروفسور Wood در مرجع [۱] روش‌های مختلفی از جمله لامبدا-گرادیان، گرادیان کاهش یافته، روش نیوتن و برنامه‌ریزی پویا برای بیان توزیع اقتصادی مورد بررسی قرار داده است. از بین همه این روش‌ها روش لامبدا، ساده و سریع‌تر است. دیگر روش‌ها یا نامناسب است یا بسیار پیچیده است. اما اگر تابع هزینه تابع تکراری خطی یا درجه دو نباشد روش گرادیان یا گرادیان کاهش یافته بهتر از روش لامبدا است[۱]. در این مطالعه ما از روش تکرار لامبدا برای توزیع اقتصادی بار استفاده کرده‌ایم.

(( 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. ))

مرور کارهای پیشین

در مرجع [۶]مسئله کنترل واحدها با حضور خودروهای الکتریکی حل شده است. در این مدل فرض شده است که خودروها توسط منابع تجدیدپذیر شارژ شده و سپس در طول برنامه­ ریزی مشارکت واحدها دشارژ می‌شوند. در این مرجع به بررسی نقش خودروهای الکتریکی در تامین ذخیره چرخان پرداخته است و نشان داده که در حضور خودروهای الکتریکی نیاز به تامین ذخیره توسط واحدهای سنتی کاهش می­یابد.
خطی مشی تمامی طرح‌های کنترل کننده‌های مرکزی تولیدات پراکنده، سیستم مدیریت انرژی می‌باشد که بر اساس مشاهدات، شناسایی سیستم و تصمیم گیری‌های بهینه عملیات خود را انجام می‌دهند. در مرجع[۷] این مسئله برای یک دوره میان مدت در نظر گرفته شده است. در این مرجع با بهره گرفتن از تخمین مسئله کنترل تولیدات پراکنده که یک مسئله برنامه­ ریزی غیر خطی عدد صحیح مختلط می­باشد به یک مدل خطی عدد صحیح مختلط تبدیل شده که برای نرم­افزارهای برنامه­ ریزی خطی عدد صحیح مختلط مناسب است. .در مرجع[۸] برنامه­ ریزی توان راکتیو ارائه شده که در آن با بهره گرفتن از توان راکتیو بارهای قابل کنترل و باطری­ها بهره برداری بهینه از واحدهای حرارتی را تعیین می­ کند. در این مرجع محدودیت انتقال خطوط در نظر گرفته نشده است ولی در برنامه آینده می‌توان این کار را انجام داد. در مرجع[۹] برنامه ریزی و کنترل تولید با بهره گرفتن از الگوریتم ازدحام ذرات با اپراتورهای اصلاح شده استفاده شده و هزینه­ های تولید به عنوان تابع هدف انتخاب شده است. و سپس در مرجع [۱۰] عدم قطعیت در مدیریت برنامه ریزی تولید بحث شده است. در مرجع[۱۱] از برنامه­ ریزی تولید منابع تولید پراکنده با سطح نفوذ بالای تولید بادی صحبت شده و نهایتاً اینکه در مرجع[۱۲]از یک روش برنامه­ ریزی تولید برای هماهنگی بین تولید و مصرف در شبکه ­های هوشمند استفاده شده است.که این مدل یک مدل مناسب برای برنامه­ ریزی تولید در شبکه هوشمند است.
سیستم‌های مدیریت انرژی هوشمند بر حسب توابع هدف و الگوریتم‌های حل نیز به صورت‌های گوناگونی می‌باشند. در مرجع [۱۳] یک ریز شبکه ارائه شده است که در آن تنوعی از تکنولوژی‌ها حضور دارند و تابع هدف اقتصادی ناشی از تولید بهینه‌ی واحدها در حالتی که برنامه پاسخگویی بار نیز در آن لحاظ شده است بهینه سازی می‌شود. خروجی کار مقادیر انرژی توزیع شده ناشی از هر یک از واحدها در طول ۲۴ ساعت می‌باشد. در مرجع [۱۴] یک مدل برنامه ریزی بار خانگی انجام شده است که هدف اصلی بهینه سازی تابع اقتصادی می‌باشد البته در این مرجع عدم قطعیت ناشی از بار و نور نیز مدل شده است. در این مدل، مقدار متوسط هزینه‌های بهره برداری ریزشبکه مورد ارزیابی قرار گرفته است.

ساختار پایان نامه

این پایان نامه در پنج فصل طراحی شده است. در فصل اول به آشنایی با تولیدات پراکنده و انواع آنها و بکارگیری آنها در ریزشبکه هوشمند پرداخته شده است. در فصل سوم سیستم مدیریت انرژی و نحوه کنترل تولیدات پراکنده ارائه شده است. در این فصل، فرمول بندی مسئله‌ی مدیریت انرژی هوشمند برای حالت روزانه مطرح شده است. هم چنین ریز شبکه‌ی نمونه به منظور تست سیستم مدیریت انرژی هوشمند ارائه می‌شود. به منظور درنظرگیری عدم قطعیت‌های موجود در مسئله مطرح شده، از روش مونت کارلو استفاده شده است. سپس این ساختار توسط سناریوهای مختلف تست می‌شود. به همین منظور در فصل ۴، سیستم مدیریت انرژی مذکور در شبکه‌ی نمونه تست شده است و نتایج عددی و شبیه سازی‌ها به صورت کامل نمایش داده شده است. در فصل پنجم نتیجه‌گیری، پیشنهادات و
نوآوری‌های پایان‌نامه ارائه می‌شود.

فصل سوم
مدلسازی و فرمول‌بندی مسئله

مقدمه

کنترل تولیدات پراکنده در ریزشبکه هوشمند و تعیین برنامه زمان‌بندی روشن و خاموش شدن آن‌ ها با رعایت قیود واحدهای تولیدی و شبکه، برنامه­ ریزی مشارکت واحدها نامیده می­ شود. به دلیل بزرگی ابعاد مسئله و هزینه تولید بالای یک سیستم قدرت بهم پیوسته با مقیاس بالا صرفه­جویی اندک در بهره ­برداری باعث صرفه­جویی میلیون­ها دلار می­ شود. بنابراین تعیین این سطح بهینه تولید یکی از مهم‌ترین فاکتورهای بهره ­برداری از سیستم­های قدرت می­باشد. از طرفی رشد استفاده از منابع تجدیدپذیر و حرکت به سمت شبکه هوشمند باعث وارد شدن یک چالش جدید در بهره ­برداری از سیستم­های قدرت شده است. زیرا توان خروجی این منابع طبیعت است و برای ما به طور مطلق قابل پیش ­بینی نیست. بنابراین مسئله عدم قطعیت وارد مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها و کنترل آنها می­ شود. برای وارد کردن عدم قطعیت در مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها یک مجموعه سناریو از نمودار توزیع احتمالی منابع تجدیدپذیر، خودرو الکتریکی و بار انتخاب شده و از روش مونت کارلو برای شبیه سازی آن استفاده می‍شود. در ضمن قابل ذکر است که حضور خودروهای الکتریکی نقش پررنگی را دارند و می‌توان از قابلیت ذخیره­سازی آن‌ ها برای حداقل­سازی مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها استفاده کرد. در این بخش پس از بررسی مفهوم برنامه­ ریزی مشارکت واحدها به بیان قیود آن پرداخته و سپس مفهوم عدم قطعیت و روش مدل‌سازی آن در برنامه­ ریزی مشارکت واحدها بیان می­ شود. و نهایتا به مدل‌سازی برنامه­ ریزی مشارکت واحدها و روش حل این مسئله می­پردازیم.

برنامه­ ریزی مشارکت واحدها

در بسیاری از سیستم­های قدرت به هم پیوسته بخش اصلی از بار توسط نیروگاه­های حرارتی بزرگ تأمین می­شوند و این نیروگاه­ها، یکی از تولیدکنندگان اصلی گازهای گلخانه­ای در سطح کره زمین هستند. استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند نیروگاه­های بادی، سیستم‌های فتوولتائیک در کنار خودروهای اتصال الکتریکی هیبریدی^[۵۲] باعث می­ شود که علاوه بر کاهش هزینه بهره ­برداری از نیروگاه­ها، میزان آلودگی زیست محیطی نیز کاهش پیدا کند. هدف اصلی از کنترل تولیدات پراکنده و برنامه­ ریزی مشارکت واحدها در سیستم­های قدرت کنونی، حداقل کردن هزینه بهره برداری با ارضاء قیود فنی، اقتصادی و زیست محیطی سیستم است. و این یک ملاک مهم است. چون یک بهینه­سازی کم در مسئله مشارکت واحدها باعث صرفه­جویی میلیاردی در سال می­ شود. اما در محیط شبکه هوشمند علاوه بر هزینه مسئله آلودگی هم در نظر گرفته می­ شود و این باعث پیچیدگی مسئله می­ شود.
علاوه بر این استفاده از منابع تجدیدپذیر نیز پیچیدگی مسئله را زیادتر می­ کند. در این پایان نامه ابتدا مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها بدون حضور خودروهای الکتریکی و منابع تجدیدپذیر برای یک سیستم نمونه حل شده است. سپس برای نشان دادن تاثیر خودرو الکتریکی در مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها و مقایسه با حالت قبل بدون حضور منابع تجدیدپذیر حل می­ شود. و نهایتا برای برنامه­ ریزی مشارکت واحدها در محیط شبکه هوشمند مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها با حضور منابع تجدیدپذیر و کنترل آنها و خودرو الکتریکی و در نظر گرفتن عدم قطعیت حل می­ شود. در همه حالات مسئله برنامه­ ریزی مشارکت واحدها با در نظرگیری یک ضریب وزنی برای آلودگی حل شده است.

روابط ریاضی مشارکت واحدها

مسئله مشارکت واحدها معمولاً با بهره گرفتن از یک تابع هدف و یک سری قیود در سیستم قدرت توصیف می­ شود. تابع هدف مسئله هزینه بهره ­برداری و آلودگی است که باید با بهره گرفتن از روش­های بهینه­سازی حداقل شود.

تابع هزینه سوخت:‌

تابع هزینه سوخت نیروگاه­ها با رابطه زیر بیان می­ شود. در این رابطه تابع هزینه سوخت واحد iام می­باشد.
(۳-۱)
(۳-۲)
و و و ضرایب هزینه سوخت است که همگی مثبت هستند این ضرایب برای سیستم نمونه ما در جدول (۴-۲) داده شده است.

تابع انتشار آلاینده­ها:

انتشار آلاینده­ها به صورت یک تابع چند جمله­ای بیان می­گردند[۲۱]. در این پروژه تابع انتشار آلاینده­ها به صورت یک تابع درجه دوم بیان می­ شود.
(۳-۳) (۳-۴)
در رابطه بالا میزان آلودگی تولید شده توسط واحد iام در زمان t وقتی که خروجی نیروگاه باشد را بیان می­ کند. ، و ضرایب آلودگی iام می­باشند.

تابع هزینه راه ­اندازی:

راه اندازی واحدها به صورت سرد و گرم انجام می‌شود و هزینه راه اندازی آن‌ ها برای هر واحد یک عدد ثابت در نظر گرفته می‌شود.
(۳-۵)

قیود واحدهای حرارتی

یک واحد حرارتی تنها می ­تواند تغییرات تدریجی دما را تحمل کند و این به این معنی است که یک دوره زمانی چند ساعته برای در مدار قرار گرفتن واحد نیاز است. علاوه بر این واحدها تنها می­توانند در یک محدوده خاصی توان تولید کنند. بنابراین چندین محدودیت در بهره ­برداری از واحدهای حرارتی وجود دارد که در ادامه بیان می‌شود.

محدودیت توان خروجی واحدها:

با توجه به مشخصات فنی ژنراتورها، توان خروجی آن‌ ها بین دو حد بیشینه و کمینه قرار می‌گیرد. این قید از مشخصات هر ژنراتور بوده و از ساختار ژنراتور ناشی می‌شود و با بهره گرفتن از رابطه زیر بیان می‌گردد:
(۳-۶)

حداقل زمان روشن و خاموش بودن واحدها:

با توجه به این که واحد حرارتی تنها می‌تواند تغییرات تدریجی دما را تحمل کند، زمانی که یک واحد در حال کار است نبایستی فوراً خاموش شود. همچنین زمانی که یک واحد حرارتی از مدار خارج است یک حداقل زمان نیاز دارد تا بتواند مجدداً در مدار قرار گیرد.

نرخ شیب:

منظور از این قید محدودیت تغییرات توان خروجی واحدها بین دو حالت مختلف است. استفاده از قیود نرخ شیب به منظور شبیه سازی وضعیت واحد و تغییرات تولید تأثیر مهمی بر برنامه­ ریزی بهینه دارد. از آن جا که تولید واحدها در تمام افق زمانی به صورت فیزیکی با نرخ شیب به هم پیوسته‌اند. برنامه­ ریزی تولید یک فرایند پویا خواهد بود. نرخ شیب به دو صورت افزایش و کاهشی بیان می‌گردد. و روابط آن به صورت زیر می‌باشد.

(۳-۷)
در روابط بالا و به ترتیب محدودیت افزایش و کاهشی نرخ شیب است.

قیود حضور اجباری:

بعضی واحدها در یک دوره زمانی معین از سال بنا به دلایل قابلیت اطمینان بهره ­برداری یا ملاحظات اقتصادی مانند حفظ ولتاژ در شبکه انتقال یا اهدافی مانند تأمین بخار مورد استفاده در خارج از نیروگاه حتماً باید در مدار باشند. این واحدها شامل واحدهای از پیش برنامه­ ریزی شده‌اند که ملزم به حضور اجباری در مدار می‌باشند.

قیود خودروهای الکتریکی:

برای افزایش طول عمر باطری خودروها باید یک حداقل برای آن ها در نظر بگیریم.

• : درصد حداقل شارژ باطری