%34تخفیف

دانلود پروژه:بهره برداری بهینه و اقتصادی فیدرهای توزیع در شبکه¬های هوشمند الکتریکی

تعداد 129 صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir
فایل ناب

دانشکده فنی و مهندسی، گروه برق قدرت

 

کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (M.Sc)

 گرایش: برق قدرت

عنوان:

بهره­برداری بهینه و اقتصادی فیدرهای توزیع در شبکه­های هوشمند الکتریکی

 

 

چکیده

در سال‌های اخیر ایده شبکه‌های هوشمند که با وقوع تجدید ساختار و ایجاد بستر ارتباطی دوسویه میان مراکز کنترل شبکه و مصرف‌کنندگان همراه بوده، زمینه تحقیقاتی وسیعی را میان محققان ایجاد نموده است. در این تحقیق در قالب یک شبکه هوشمند و به‌منظور کاهش تلفات فیدرهای توزیع با بارگذاری نامتعادل، استفاده از تجهیزات کنترلی نظیر بانک‌های خازنی پله‌ای، ترانسفورماتور دارای تغییردهنده تپ و همچنین منابع تولید پراکنده سنکرون پیشنهادشده است. مدل بهره‌برداری              فنی – اقتصادی بهینه برای یک شبانه‌روز ارائه‌ شده و برای حل آن با فرض نامتعادل بودن شبکه، از روش پخش بار بهینه توزیع (DOPF) استفاده گردیده است. محدودیت‌های فنی شبکه شامل محدودیت ولتاژ و جریان عبوری از خطوط شبکه و همچنین میزان انتشار آلایندگی منابع تولید پراکنده در تابع هدف لحاظ شده است. برای سادگی در حل و کاهش حجم محاسبات، با روش ارایه شده، مسئله از حالت برنامه‌ریزی غیرخطی آمیخته با عدد صحیح (MINLP) به یک مسئله برنامه‌ریزی غیرخطی (NLP) تبدیل می‌شود. مسئله بهینه‌سازی ابتدا با یک روش ریاضی (گرادیان) سپس با روش ابتکاری (الگوریتم ژنتیک) و با تعداد تکرار بالا مدل شده است. شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار MATLAB انجام‌شده و به‌منظور ارزیابی کارایی و امکان‌پذیری مدل ارائه‌شده مطالعه عددی بر روی شبکه نمونه IEEE-13BUS صورت گرفته است. نتایج حاصل گویای تغییرات تپ بانک‌های خازنی و ترانسفورماتور، متأثر از الگوی بار بوده و مقادیر بهینه توان خروجی منبع تولید پراکنده نیز در­­ راستای کاهش میزان انتشار آلایندگی به‌دست آمده است. همچنین نتایج عددی نشان می‌دهد تلفات شبکه و ولتاژ مصرف‌کنندگان بهبود قابل‌توجهی یافته‌اند.

واژه‌های کلیدی: برنامه‌ریزی غیر­خطی، بهره‌برداری بهینه اقتصادی، پخش­بار بهینه توزیع، شبکه هوشمند، منابع تولید پراکنده.

فهرست علايم و اختصارات

عنوان فارسی عنوان لاتین                                                                               علامت اختصاري

سازمان انرژی ایالات‌متحده آمریکا

department of energy u.s

 DOE 

بهره‌بردار سیستم توزیع

Distribution system operator

 DSO 

منبع تولید پراکنده

Distributed generation

DG

 

ترانسفورماتور دارای تغییردهنده تپ

Load tap changer

LTC

 

بانک خازنی پله­ای

Switched capacitor

SC

 

بر مبنای واحد

Per unit

P.U

 

الگوریتم ژنتیک

Genetic algorithm

G.A

 

ریزشبکه

Micro grid

M.G

 

شبکه هوشمند

Smart grid

S.G

 

خودروهای هیبریدی

Plug-in hybrid electric vehicle

PHEV

 

بارهای قابل قطع

Interruptible loads

IL

 

تجهیزات اندازه‌گیری هوشمند

Advanced metering infrastructure

AMI

 

پخش بار بهینه توزیع

Distribution optimal power flow

DOPF

 

پست فوق توزیع

substation

SUB

تلفات

losses

LOSSES

 

نیروگاه­های مجازی

Virtual power plant

VPP

                                                                                                                           

فهرست مطالب

      عنوان                                                                                                        صفحه

1- فصل اول : پیش‌گفتار. 2

1-1 مفهوم شبکه­های هوشمند الکتریکی.. 2

1-2 اهمیت پیاده سازی شبکه‌های هوشمند. 3

1-3 چشم انداز شبکه­های هوشمند آینده 5

1-4 چالش­های پیاده­سازی شبکه هوشمند. 7

1-5 اهداف و نوآوریهای پایان­نامه. 9

1-6 ساختار کلی پایان‌نامه. 9

1-7 خلاصه فصل.. 10

2- فصل دوم : شبکه­های هوشمند و بهره­برداری بهینه از آنها 11

2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………. 11

2-2 معرفی شبکه هوشمند الکتریکی.. 11

2-3 ویژگی­ها و مزایای شبکه هوشمند. 12

2-4 اجزای شبکه هوشمند. 15

2-4-1خودروهای هیبریدی(PHEV)…………………………………………………………………………………….. 16

2-4-2 ذخیره­سازها………………………………….. 18

2-4-3 برنامه­ریزی­های پاسخگویی بار…………………………………………………………………………………… 20

2-4-4 تجهیزات اندازه‌گیری پیشرفته (AMI) 23

2-4-5 نیروگاههای مجازی (VPP)………………………………………………………………………………………. 27

2-4-6 بارهای قابل قطع (IL)………………………………………………………………………………………………. 29

2-4-6-1 مزایای بار قابل قطع………………………………………………………………………………………………… 30

2-5 بهره­برداری بهینه از شبکه­های هوشمند. 30

2-5-1 بهبود قابلیت اطمینان…………………………………………………………………………………………………. 34

2-5-2 کاهش تلفات…………………………………………………………………………………………………………….   37

2-5-3 بهبود ولتاژ……………………………………………………………………………………………………………….. 39

2-6 تأثیر شبکه­های هوشمند بر بازار برق.. 40

2-6-1 قیمت‌گذاری پویا……………………………………………………………………………………………………….41

2-7 خلاصه فصل.. 41

3- فصل سوم: تحلیل مدل­های مختلف شبکه هوشمند.. 42

3-1 مقدمه  42

3-2 مروری بر روند طرح­های مطالعاتی و اجرایی شبکه­های هوشمند. 42

3-3 مروری بر مدل­های شبکه هوشمند. 43

3-4 خلاصه فصل.. 49

4- فصل چهارم: مدل شبکه توزیع هوشمند پیشنهادی.. 50

4-1 مقدمه  50

4-2 ساختار شبکه توزیع هوشمند پیشنهادی.. 51

4-3 اهداف و چارچوب مدل پیشنهادی.. 52

4-4 اجزای سیستم توزیع هوشمند سه فاز. 52

4-4-1 بانک خازنی……………………………………………………………………………………………………………..53

4-4-2 ترانسفورماتور دارای تغییردهنده تپ (LTC) 54

4-4-3 منبع تولید پراکنده سنکرون……………………………………………………………………………………….56

4-4-3-1 تولیدات پراکنده (DG)……………………………………………………………………………………………. 56

4-4-3-2 تأثیر حضور DG در شبکه توزیع. 58

4-4-4 بارهای نامتعادل سه فاز………………………………………………………………………………………………60

4-5 بیان ریاضی مسئله بهینه­سازی.. 61

4-5- 1 تعریف مسئله…………………………………………………………………………………………………………..61

4-5-2 متغیرهای تصمیم……………………………………………………………………………………………………….63

4-5-3 تابع هدف…………………………………………………………………………………………………………………63

4-5-4 قیود مسئله……………………………………………………………………………………………………………….64

4-6 پخش بار بهینه توزیع (DOPF) 65

4-6-1 مدل‌سازی منبع تولید پراکنده………………………………………………………………………………………69

4-6-2 تعریف مسئله با استفاده از الگوریتم ژنتیک. 70

4-6-3 تعریف قیود در الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………………………………..70

4-7 خلاصه فصل.. 72

5- فصل پنجم: شبیه­سازی و تحلیل نتایج.. 73

5-1 مقدمه  73

5-2 مطالعه موردی.. 73

5-2-1 شبکه نمونه IEEE-13BUS……………………………………………………………………………………….73

5-2-2 پروفیل بار سه فاز……………………………………………………………………………………………………..75

5-2-3 داده­های شبکه نمونه………………………………………………………………………………………………….75

5-2-3-1 داده­های DG…………………………………………………………………………………………………………..75

5-2-3-2 داده­های بانک خازنی و ترانسفورماتور LTC.. 76

5-3 تجزیه‌وتحلیل نتایج شبیه­سازی.. 77

5-3-1 مقایسه میزان انرژی دریافتی از پست……………………………………………………………………………81

5-3- 2  وضعیت بهبود ولتاژ در شبکه……………………………………………………………………………………82

5-3-3  مقایسه میزان تلفات شبکه…………………………………………………………………………………………. 85

5-3-3-1  بررسی ساعتی تلفات………………………………………………………………………………………………86

5-3- 4 وضعیت انتشار آلایندگی……………………………………………………………………………………………87

5-3- 5  مقایسه جریان شبکه………………………………………………………………………………………………88

6- فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادات… 92

6-1 نتیجه‌گیری.. 92

6-2 پیشنهادات و طرح مطالعاتی آتی.. 93

7- فصل هفتم: فهرست منابع.. 94

7-1 فهرست منابع فارسی.. 94

7-2 فهرست منابع غیر فارسی.. 96

8- پیوست 1: بهینه­سازی غیرخطی.. 100

9- پیوست 2: نمودار­های ولتاژ 13 باس…. 117

  چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………..120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                     صفحه

 

شکل ‏2‑1: تنوع تولید در شبکه هوشمند. 13

شکل ‏2‑2: نحوه انتقال داده­ها و انرژی الکتریکی در شبکه هوشمند. 15

شکل ‏2‑3: دیاگرام کلی یک شبکه هوشمند و اجزای آن. 16

شکل ‏2‑4: تقسیم‌بندی­های مختلف برنامه­های پاسخگویی بار. 20

شکل ‏2‑5: نتایج بررسی مؤسسات تحقیقاتی مختلف در مورد برنامه‌های پاسخگویی بار. 23

شکل ‏2‑6: اجزای سیستم­های AMI 25

شکل ‏2‑7: هزینه­های پیاده­سازی AMI 26

شکل ‏3‑1: مدل شبکه هوشمند. 44

شکل ‏3‑2: مدل ساختمان هوشمند DC.. 44

شکل ‏3‑3: چارچوب قیمت‌گذاری شبکه هوشمند نمونه. 45

شکل ‏4‑1: ساختار کلی شبکه هوشمند پیشنهادی.. 51

شکل ‏4‑2: دیاگرام ساده شبکه توزیع بعد از خازن گذاری.. 54

شکل ‏4‑3: مدل مداری ترانسفورماتور دارای تغییردهنده تپ (LTC) 55

شکل ‏4‑4: مدل شماتیک ترانسفورماتور LTC.. 56

شکل ‏4‑5 دیاگرام تک خطی اتصال DG به شبکه. 59

شکل ‏4‑6: چگونگی تقسیم جریان بین سیم نول و مقاومت زمین.. 62

شکل ‏5‑1: دیاگرام تک خطی فیدر IEEE-13BUS. 74

شکل ‏5‑2: پیش‌بینی ساعتی بار سه فاز. 75

شکل ‏5‑3: تغییرات موقعیت تپ بانک­های خازنی به‌صورت نموداری در روش گرادیان. 80

شکل ‏5‑4: تغییرات موقعیت تپ بانک­های خازنی به‌صورت نموداری در روش الگوریتم ژنتیک… 80

شکل ‏5‑5: مقایسه انرژی مصرفی بر حسب کیلوات‌ساعت در یک شبانه‌روز با روش گرادیان. 81

شکل ‏5‑6: مقایسه انرژی مصرفی بر حسب کیلوات‌ساعت در یک شبانه‌روز با روش الگوریتم ژنتیک… 81

شکل ‏5‑7: مقایسه ولتاژ در فاز a گره 633 روش گرادیان. 82

شکل ‏5‑8: مقایسه ولتاژ در فاز b گره 633 روش گرادیان. 83

شکل ‏5‑9: مقایسه ولتاژ در فاز c گره 633 روش گرادیان. 83

شکل ‏5‑10: مقایسه ولتاژ در فاز a گره 633 روش الگوریتم ژنتیک… 84

شکل ‏5‑11: مقایسه ولتاژ در فاز b گره 633 روش الگوریتم ژنتیک… 84

شکل ‏5‑12: مقایسه ولتاژ در فاز c گره 633 روش الگوریتم ژنتیک… 85

شکل ‏5‑13: تلفات در حالت بدون/ با در نظر گرفتن ادوات پیشنهادی روش گرادیان. 85

شکل ‏5‑14: تلفات در حالت بدون/ با در نظر گرفتن ادوات پیشنهادی روش الگوریتم ژنتیک… 86

شکل ‏5‑15: مقایسه تلفات شبکه در یک شبانه‌روز به طور ساعتی روش گرادیان. 86

شکل ‏5‑16: مقایسه تلفات شبکه در یک شبانه‌روز به طور ساعتی روش الگوریتم ژنتیک… 87

شکل ‏5‑17: میزان انتشار آلایندگی منبع تولید پراکنده- روش گرادیان. 87

شکل ‏5‑18: میزان انتشار آلایندگی منبع تولید پراکنده- روش الگوریتم ژنتیک… 88

شکل ‏5‑19: جریان فاز a ترانسفورماتور پست در روش گرادیان. 89

شکل ‏5‑20: جریان فاز b ترانسفورماتور پست در روش گرادیان. 89

شکل ‏5‑21: جریان فاز c ترانسفورماتور پست در روش گرادیان. 90

شکل ‏5‑22: جریان فاز a ترانسفورماتور پست در روش الگوریتم ژنتیک… 90

شکل ‏5‑23: جریان فاز b ترانسفورماتور پست در روش الگوریتم ژنتیک… 91

شکل ‏5‑24: جریان فاز c ترانسفورماتور پست در روش الگوریتم ژنتیک… 91

شکل ‏8‑1 نمایش یک کروموزوم. 106

شکل ‏8‑2: نمایش یک جمعیت اولیه شامل 4 کروموزوم و به طول 5 بیت… 107

شکل ‏8‑3: یک تابع عضویت ذوزنقه‌ای.. 110

شکل ‏8‑4: نمایی از یک چرخ گردان. 112

شکل ‏8‑5: نمایش فرآیند هم بری تک نقطه‌ای.. 113

شکل ‏8‑6: فلوچارت الگوریتم ژنتیک در حالت کلی.. 116

شکل ‏9‑1: نمودار ولتاژ 13 باس در ساعت 6 –روش گرادیان. 117

شکل ‏9‑2: نمودار ولتاژ 13 باس در ساعت 14 –روش گرادیان. 117

شکل ‏9‑3: نمودار ولتاژ 13 باس در ساعت 20 –روش گرادیان. 118

شکل ‏9‑4: نمودار ولتاژ 13 باس در ساعت 6 – روش الگوریتم ژنتیک… 118

شکل ‏9‑5: نمودار ولتاژ 13 باس در ساعت 14 – روش الگوریتم ژنتیک… 119

شکل ‏9‑6: نمودار ولتاژ 13 باس در ساعت 20 – روش الگوریتم ژنتیک… 119

 

فهرست جدول­ها

 

عنوان                                                                                                                               صفحه

 

جدول ‏2‑1: هزینه­های ذخیره­ساز نمونه VRB.. 19

جدول ‏4‑1: مشخصات الگوریتم ژنتیک… 71

جدول ‏5‑1: مشخصات شین­های شبکه نمونه. 74

جدول ‏5‑2: ضرایب آلودگی مربوط به منبع تولید پراکنده 76

جدول ‏5‑3: مشخصات خازن­های استفاده شده در بانک خازنی.. 76

جدول ‏5‑4: مشخصات ترانسفورماتور LTC.. 76

جدول ‏5‑5: مشخصات خطوط شبکه. 77

جدول ‏5‑6: مقادیر ساعتی بهره­برداری بهینه با روش ریاضی.. 78

جدول ‏5‑7: مقادیر ساعتی بهره­برداری بهینه با روش الگوریتم ژنتیک… 79

 

 

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo