مکانیابی مطلوب خازن برای بهبود پروفیل ولتاژ و کمینه سازی تلفات توان شبکه توزیع عملیاتی با مدل سازی بارهای متفاوت

مهندسی برق
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی الکترونیک قدرت مکانیابی مطلوب خازن برای بهبود پروفیل ولتاژ و کمینه سازی تلفات توان شبکه توزیع عملیاتی با مدل سازی بارهای متفاوت چکیده: شبکه های توزیع دارای بارهای متنوعی اند که این بارها مقادیر متفاوتی از توان راکتیو را مصرف می کنند. با در نظر گرفتن تاثیر نوع بار روی محل و اندازه ی بانک های خازنی در سیستم های توزیع، در این پایان نامه، یک روش بدیع جهت مدل-سازی بارهای مختلف شبکه به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات توان در حضور خازن شنت انجام می گیرد. برای این منظور، دو مدل ارائه می شود: الف) تجاری- خانگی- کشاورزی-عمومی- صنعتی و ب) امپدانس ثابت - جریان ثابت - توان ثابت. در واقع برتری اصلی این پایان نامه نزدیک کردن مطالعه به دنیای واقعیست، چرا که تقریبا تمامی مطالعات انجام شده در زمینه جایابی بهینه ی خازن اساسا از تاثیر نوع بار بر محل و ظرفیت بهینه خازن نصب شده اغماض کرده-اند، حال آنکه این پایان نامه اثبات خواهد کرد که در نظرگیری مدل بار متفاوت روی محل/ ظرفیت خازن تاثیرگذار خواهد بود. قابلیت دیگر این پایان نامه، فرمول بندی تابع هدف به صورت یک مساله ی چند هدفه است. برای این منظور، انحراف ولتاژ به تابع تک هدفه افزوده شده است. مساله فوق با استفاده از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات (PSO) حل خواهد شد. جهت اثبات تاثیر مدل سازی پیشنهادی بار روی پاسخ های مساله جایابی بهینه ی خازن، سناریوهای زیر بکار می رود: مدل سازی بار و بدون آن با حضور خازن و بدون حضور آن. کلید واژه: مدل سازی بار شبکه ی توزیع جایابی بهینه ی خازن الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات مقدمه تحلیل شبکه های توزیع یکی از دغدغه های اصلی بهره برداران شبکه است. یک مهندس سیستم بایستی اطلاعاتی درباره ی تعداد، اندازه، محل و نوع المان های شبکه، به منظور تحلیل شبکه ی توزیع، بداند. از آنجائی که اکثریت سیستم های توزیع عملا شعاعی اند، جهت مدل سازی و تحلیل شبکه بایستی به چالش های مختلفی غلبه کرد، که عبارتند از [1]: • سیستم شبکه ی توزیعی دارای تنوع وسیعی از اجزاست که دارای پیچیدگی و ابعاد بزرگی اند. به عنوان مثال، اغلب بارهای متصل شده، تنها از یکی از سه فاز تغذیه می-کنند. • توزیع بار توزیع بار در فیدرها و شاخه ها نوعا یکسان نبوده و از این رو سیستم توزیع نامتعادل است. سیستم های نامتعادل، نامناسب اند. • داده کل سیستم توزیع با حداقل نظارت و کنترل عمل می کند. بنابراین، داده های واقعی موجود سیستم برای مدل سازی و تحلیل آنها بسیار محدود است. طراحان نیازمند اطلاعات دقیق برای مدل سازی و طراحی جایگزین برای سیستم های پیچیده، به منظور غلبه بر مشکلات مختلف همراه با طراحی، بهره برداری و کنترل سیستم های توزیع، هستند. پاسخ برخی از انواع مشکلات مانند انتخاب هادی، تنظیم ولتاژ، جایابی خازن نیازمند مدل ها و تکنیک های دقیق است. مطالعات تحلیلی و طراحی برای شرکت ها به منظور اطمینان از تامین کیفیت توان انجام شده است. برخی از دلایل پیچیدگی جنبه های طراحی سیستم توزیع در ادامه ارائه شده است. • جنبه های تجاری سیستم های توزیع بدلیل اتصال داخلی تجهیزات مختلف شبکه ی توزیع، یک جزء روی عملکرد فنی و اقتصادی سایر اجزاء در سیستم تاثیر می گذارد، که این موجب می شود ارزیابی راه حل فنی- اقتصادی یک فرآیند پیچیده ای باشد. • اندازه تعداد زیادی اجزاء یک سیستم توزیع را تشکیل می دهند. این بدان معناست که شناسائی و تحلیل جایگزین ها بسیار مشکل است. ارزیابی تمامی جایگزین های محتمل بسیار مشکل و گاهی نیز ناممکن است. • عدم قطعیت در برنامه ریزی بلند مدت، پیش بینی ارتقاء در آینده امری ضروری است. هر عدم قطعیتی روی طراحی شبکه ی توزیع تاثیر می گذارد. گاهی اوقات، بهترین پیش بینی های طراحی، بار و اقتصادی، عدم قطعیت در مورد بارگذاری آینده سیستم برای طراحی نامناسب شبکه توزیع را در بر نمی گیرد. بنابراین، طراحی سیستم توزیع به منظور ارضاء تقاضای آینده با اجتناب از عدم قطعیت در پیش-بینی بار و سایر موارد شبکه های توزیع ضروریست. • سایر جنبه های ایمنی در فرآیند طراحی، طراحان سیستم قدرت بایستی جنبه های دیگر از ایمنی شامل مراجع قانونی، گروه های اجتماعی، مداخله رهبران کسب و کار و سایر خدمات را در محاسبات در نظر بگیرند. فهرست مطالب فصل اول: کلیات تحقیق 1-1 دیباچه .2 1-2 مطالعه ی 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 گزینه های عملی برای کاهش تلفات 13 1-3 معیار طراحی 14 1-4 جبران سازی توان راکتیو 15 1-5 اصلاح ضریب قدرت 17 1-6 محدوده و هدف پایان نامه 19 1-7 بیان مسأله اساسی تحقیق 20 1-8 طرح کلی پایان نامه 22 فصل دوم: مبانی نظری و پیشینه تحقیق 2-1 دیباچه 24 2-2 روش های تحلیلی 24 2-3 روش های برنامه ریزی ریاضی 25 2-4 روش های ابتکاری 27 2-5 روش های مبتنی بر هوش مصنوعی 29 2-5-1 الگوریتم ژنتیک 29 2-5-2 سیستم های خبره 31 2-5-3 آب کاری شبیه سازی شده 32 2-5-4 شبکه های عصبی مصنوعی 34 2-5-5 تئوری مجموعه فازی 35 فصل سوم: بهینه سازی اجتماع ذرات 3-1 دیباچه 39 3-2 کاربرد بهینه سازی اجتماع ذرات در سیستم های قدرت 40 3-2-1 جایابی و تعیین ظرفیت بهینه ی 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 الگوریتم های تکاملی 52 فصل چهارم: بهینه سازی تابع هدف 4-1 دیباچه 55 4-2 بیان مساله 57 4-3 قیود 59 4-4 مدل بار پیشنهادی 61 4-4-1 مدل سازی بار از لحاظ نوع مصرف 61 4-4-2 مدل سازی بار از لحاظ توان، امپدانس و جریان ثابت 63 4-5 حل مساله جایابی خازن با استفاده از الگوریتم PSO 64 فصل پنجم: نتایج شبیه سازی 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 نتیجه گیری 6-1 دیباچه 82 6-2 نتیجه گیری 82 6-3 پیشنهادها 84 پیوست ها الف: اطلاعات شبکه ی نمونه 86 مراجع 89 فهرست جدول ها جدول (1-1): مقایسه ی نرخ های سود به هزینه ی روش های 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 بهینه ی 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 بهینه ی 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 بهینه ی 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 بهینه ی نصب شده هشت بانک خازنی 78 جدول(الف-1): اطلاعات مربوط به خطوط و توان های مصرفی شبکه ی نمونه 88 فهرست شكل ها شکل (1-1): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پس فاز 6 شکل (1-2): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پیش فاز 6 شکل (1-3): دیاگرام فازروی یک مدار با ضریب قدرت پس فاز 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 شبکه ی عصبی 34 شکل(3-1): مفهوم پایه ی الگوریتم PSO 45 شکل(3-2): شبه کد گام 1 الگوریتم PSO 47 شکل(3-3): شبه کد گام 2 الگوریتم PSO 48 شکل(3-4): شبه کد گام 3 الگوریتم PSO 48 شکل(3-5): شبه کد 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 نحوه ی بهینه سازی الگوریتم PSO 53 شکل(4-1): حل مساله ی جایابی بهینه ی خازن با استفاده از الگوریتم PSO 65 شکل(5-1): شبکه ی 33 شینه ی نمونه 67 شکل(5-2): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان های شبکه در حضور دو بانک خازنی 71 شکل(5-3): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان های شبکه در حضور چهار بانک خازنی 74 شکل(5-4): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان های شبکه در حضور شش بانک خازنی 77 شکل(5-5): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان های شبکه در حضور هشت بانک خازنی 80 شکل(الف-1): شبکه ی 33 شینه ی نمونه 87