جایابی بهینه خازن با هدف بهبود پروفیل ولتاژ و کمینه سازی تلفات توان شبکه توزیع واقعی با مدل سازی بارهای مختلف

شبکه­ های توزیع دارای بارهای متنوعی ­اند که این بارها مقادیر متفاوتی از توان راکتیو را مصرف می­کنند. با در نظر گرفتن تاثیر نوع بار روی محل و اندازه ­ی بانک­های خازنی در سیستم­های توزیع، در این پایان­ نامه، یک روش بدیع جهت مدل­سازی بارهای مختلف شبکه به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات توان در حضور خازن شنت انجام می­گیرد. برای این منظور، دو مدل ارائه می­شود: الف) تجاری- خانگی- کشاورزی-عمومی- صنعتی و ب) امپدانس ثابت - جریان ثابت - توان ثابت. در واقع برتری اصلی این پایان­نامه نزدیک کردن مطالعه به دنیای واقعیست، چرا که تقریبا تمامی مطالعات انجام شده در زمینه جایابی بهینه­ی خازن اساسا از تاثیر نوع بار بر محل و ظرفیت بهینه خازن نصب شده اغماض کرده­اند، حال آنکه این پایان­نامه اثبات خواهد کرد که در نظرگیری مدل بار متفاوت روی محل/ ظرفیت خازن تاثیرگذار خواهد بود. قابلیت دیگر این پایان­نامه، فرمول­بندی تابع هدف به صورت یک مساله­­ی چند هدفه است. برای این منظور، انحراف ولتاژ به تابع تک­هدفه افزوده شده است. مساله فوق با استفاده از الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات[1] (PSO) حل خواهد شد. جهت اثبات تاثیر مدل­سازی پیشنهادی بار روی پاسخ­های مساله جایابی بهینه­ی خازن، سناریوهای زیر بکار می­رود: مدل­سازی بار و بدون آن با حضور خازن و بدون حضور آن.

کلید واژه:

جایابی بهینه ­ی خازن

مدل­سازی بار، الگوریتم بهینه­ سازی اجتماع ذرات، شبکه ­ی توزیع.

فهرست مطالب 

عنوان.................................................................................................................. صفحه

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1 دیباچه...................................................................................................................................................... .2

1-2 مطالعه­ی تاثیرگذاری خازن روی شبکه................................................................................................. .4

1-2-1 کاربرد بانک خازنی................................................................................................................ ..9

1-2-2 مکان بانک خازنی بهینه.......................................................................................................... 10

1-2-3 مزایای خازن شنت.................................................................................................................. 12

1-2-4 گزینه­های عملی برای کاهش تلفات....................................................................................... 13

1-3 معیار طراحی............................................................................................................................................ 14

1-4 جبران­سازی توان راکتیو......................................................................................................................... 15

1-5 اصلاح ضریب قدرت............................................................................................................................. 17

1-6 محدوده و هدف پایان­نامه....................................................................................................................... 19

1-7 بیان مسأله اساسی تحقیق......................................................................................................................... 20

1-8 طرح کلی پایان­نامه.................................................................................................................................. 22

فصل دوم: مبانی نظری و پیشینه تحقیق

2-1 دیباچه...................................................................................................................................................... 24

2-2 روش­های تحلیلی.................................................................................................................................... 24

2-3 روش­های برنامه­ریزی ریاضی................................................................................................................. 25

2-4 روش­های ابتکاری................................................................................................................................... 27

2-5 روش­های مبتنی بر هوش مصنوعی......................................................................................................... 29

2-5-1 الگوریتم ژنتیک..................................................................................................................... 29

2-5-2 سیستم­های خبره...................................................................................................................... 31

2-5-3 آب­کاری شبیه­سازی شده........................................................................................................ 32

2-5-4 شبکه­های عصبی مصنوعی...................................................................................................... 34

2-5-5 تئوری مجموعه فازی.............................................................................................................. 35

فصل سوم: بهینه­سازی اجتماع ذرات

3-1 دیباچه...................................................................................................................................................... 39

3-2 کاربرد بهینه­سازی اجتماع ذرات در سیستم­های قدرت......................................................................... 40

3-2-1 جایابی و تعیین ظرفیت بهینه­ی خازن........................................................................................ 41

3-2-2 پخش بار اقتصادی.................................................................................................................. 42

3-2-3 پخش بار بهینه......................................................................................................................... 42

3-2-4 کنترل ولتاژ و توان راکتیو بهینه................................................................................................ 43

3-2-5 طراحی پایدارسازی سیستم قدرت........................................................................................... 44

3-3 مفهوم PSO............................................................................................................................................ 44

3-4 عناصر اصلی الگوریتم PSO................................................................................................................. 45

3-5 اجرای الگوریتم PSO........................................................................................................................... 44

3-6 مزایای الگوریتم PSO به سایر الگوریتم­های تکاملی.......................................................................... 52

 فصل چهارم: بهینه­سازی تابع هدف

4-1 دیباچه...................................................................................................................................................... 55

4-2 بیان مساله................................................................................................................................................. 57

4-3  قیود......................................................................................................................................................... 59

4-4 مدل بار پیشنهادی.................................................................................................................................... 61

4-4-1 مدل­سازی بار از لحاظ نوع مصرف......................................................................................... 61

4-4-2 مدل­سازی بار از لحاظ توان، امپدانس و جریان ثابت............................................................... 63

4-5 حل مساله جایابی خازن با استفاده از الگوریتم PSO............................................................................ 64

فصل پنجم: نتایج شبیه­سازی

5-1 دیباچه...................................................................................................................................................... 67

5-2 جایابی دو خازن...................................................................................................................................... 68

5-3 جایابی چهار خازن.................................................................................................................................. 71

5-4 جایابی شش خازن................................................................................................................................... 74

5-5 جایابی هشت خازن................................................................................................................................. 77

5-6  جمع بندی................................................................................................................................80

فصل ششم: بحث و نتیجه­گیری

6-1 دیباچه...................................................................................................................................................... 82

6-2 نتیجه­گیری.............................................................................................................................................. 82

6-3 پیشنهادها.................................................................................................................................................. 84

 پیوست­ها

الف: اطلاعات شبکه­ی نمونه.......................................................................................................................... 86

مراجع.............................................................................................................................................................. 89

فهرست جدول­ها

جدول (1-1): مقایسه­ی نرخ­های سود به هزینه­ی روش­های کاهش تلفات...........................................14

جدول (4-1): ضریب تغییر بار...................................................................................................................... 62

جدول(5-1): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور دو بانک خازنی.................................................. 69

جدول(5-2): مکان و ظرفیت بهینه­ی نصب شده دو بانک خازنی............................................................... 69

جدول(5-3): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور چهار بانک خازنی.............................................. 72

جدول(5-4): مکان و ظرفیت بهینه­ی نصب شده چهار بانک خازنی........................................................... 72

جدول(5-5): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور شش بانک خازنی............................................... 75

جدول(5-6): مکان و ظرفیت بهینه­ی نصب شده شش بانک خازنی........................................................... 75

جدول(5-7): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور هشت بانک خازنی............................................. 78

جدول(5-8): مکان و ظرفیت بهینه­ی نصب شده هشت بانک خازنی.......................................................... 78

جدول(الف-1): اطلاعات مربوط به خطوط و توان­های مصرفی شبکه­ی نمونه.......................................... 88

فهرست شكل­ها

شکل (1-1): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پس­فاز........................................................................ 6

شکل (1-2): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پیش­فاز...................................................................... 6

شکل (1-3): دیاگرام فازروی یک مدار با ضریب قدرت پس­فاز................................................................ 8

شکل (1-4): نمایش مدل بار معادل فیدر شعاعی.......................................................................................... 17

شکل (1-5): بهترین مکان بانک خازنی برای اصلاح ضریب قدرت.......................................................... 18

شکل(1-6): مثلث توان.................................................................................................................................. 19

شکل(2-1): ساختار شبکه­ی عصبی............................................................................................................... 34

شکل(3-1): مفهوم پایه­ی الگوریتم PSO..................................................................................................... 45

شکل(3-2): شبه­کد گام 1 الگوریتم PSO................................................................................................... 47

شکل(3-3): شبه­کد گام 2 الگوریتم PSO................................................................................................... 48

شکل(3-4): شبه­کد گام 3 الگوریتم PSO................................................................................................... 48

شکل(3-5): شبه­کد گام 4 الگوریتم PSO................................................................................................... 49

شکل(3-6): جمعیت بعد از چند تکرار در یک فضای دو بعدی................................................................. 50

شکل(3-7): شبه کد الگوریتم PSO............................................................................................................ 51

شکل(3-8): فلوچارت حل نحوه­ی بهینه­سازی الگوریتم PSO.................................................................. 53

شکل(4-1): حل مساله­ی جایابی بهینه­ی خازن با استفاده از الگوریتم PSO.............................................. 65

شکل(5-1): شبکه­ی 33 شینه­ی نمونه............................................................................................................ 67

شکل(5-2): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور دو بانک خازنی.......................... 71

شکل(5-3): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور چهار بانک خازنی...................... 74

شکل(5-4): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور شش بانک خازنی....................... 77

شکل(5-5): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور هشت بانک خازنی..................... 80

شکل(الف-1): شبکه­ی 33 شینه­ی نمونه....................................................................................................... 87