برنامه ریزی ورود و خروج واحدها به شبكه با در نظر گرفتن انرژی باد و عناصر ذخیره كننده انرژی

جزئیات و دریافت

فرمت فایل:PDF

تعداد صفحه:157

فهرست مطالب :

چكيده 1
مقدمه 2
فصل اول : اصول هماهنگي و در مدار قرارگرفتن واحدها 12
1) هدف 13 -1
2) برنامه ريزي در سيستم هاي قدرت 13 -1
3) مقدمه اي بر مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها 14 -1
4) مسئله ورود و خروج اقتصادي واحدها 16 -1
1-4-1 ) هزينه سوخت 17
2-4-1 ) هزينه راه اندازي 17
3-4-1 ) هزينه از مدار خارج شدن 19
4-4-1 ) هزينه تلفات 19
5-4-1 ) هزينه واحد در حالت بدون بار 19
6-4-1 ) محدوديت توليد هر واحد 21
7-4-1 ) تامين بار و ذخيره گردان 21
8-4-1 ) محدوديت حداقل زمان روشن بودن و حداقل زمان خاموش بودن 22
9-4-1 ) محدوديت نرخ پاسخ 23
10-4-1 ) محدوديت سوخت 23
11-4-1 ) محدوديت آلودگي محيط زيست 24
12-4-1 ) محدوديت خدمه 25
13-4-1 ) محدوديت برنامه هاي از پيش تعيين شده واحد 25
14-4-1 ) ساير محدوديت ها 26
5-1 ) ملاحظات قابليت اطمينان و ايمني 26
1-5-1 ) قابليت اطمينان واحدها 26
2-5-1 ) قابليت اطمينان شبكه 28
3-5-1 ) ملاحظات امنيت انتقال 29
6-1 ) تاثير عدم قطعيت ها 29
1-6-1 ) عدم قطعيت ها در پيش بيني بار 30
2-6-1 ) عدم قطعيت در ذخيره گردان 30
3-6-1 ) عدم قطعيت در هزينه افزايشي 30
4-6-1 ) عدم قطعيت راه اندازي واحدها 30
7-1 ) برنامه ريزي ورود و خروج واحدها در شبكه هاي خصوصي 30
8-1 ) پخش بار اقتصادي 31
9-1 ) بررسي و تحليل روش هاي حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها 32
1) روش هاي كلاسيك 32 -9 -1
2) روش هاي تجربي 36 -9 -1
3 ) روش هاي هوشمند 38 -9 -1
فصل دوم : انرژي باد و سيستم هاي ذخيره كننده هواي فشرده 52
53  1) شرح مختصري از انرژي باد -2
1-1-2 ) وضعيت انرژي باد در آمريكا 54
2-1-2 ) وضعيت انرژي باد در اروپا 55
3-1-2 ) وضعيت انرژي باد درآسيا 56
57  2) بررسي اقتصادي استفاده از انرژي باد -2
58  3) شرح مختصري از نيروگاه هاي ذخيره كننده هواي فشرده -2
1-3-2 ) مزايا و معايب 59
2-3-2 ) شرايط جغرافيايي مورد نياز نيروگاههاي ذخيره كننده هواي فشرده 60
4-2 ) انرژي باد و سيستمهاي ذخيره كننده هواي فشرده 61
1-4-2 ) نيروگاههاي ذخيره سازي هواي فشرده در كنار نيروگاه باد در آمريكا 62
2-4-2 ) نيروگاههاي ذخيره سازي هواي فشرده در كنار نيروگاه باد در اروپا 63
3-4-2 ) سيستمهاي ذخيره سازي هواي فشرده در كنار نيروگاه باد در آسيا 64
فصل سوم : مباني حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها به روش اعداد
مختلط
1) برنامه ريزي خطي 67 -3
1-1-3 ) تعريف برنامه ريزي خطي 67
2-1-3 ) ورودي برنامه ريزي خطي 67
3-1-3 ) خروجي برنامه ريزي خطي 68
4-1-3 ) فرم كلي مسائل برنامه ريزي خطي 68
5-1-3 ) فرضيات مدل برنامه ريزي خطي 70
2-3 ) مدل تابع خطي گسسته با شيب افزايشي 71
3) مدل تابع خطي گسسته با شيب كاهشي 73 - 3
4) مدل تابع پله اي 75 -3
5) مدل تابع غير خطي 77 -3
6-3 )روش برنامه ريزي اعداد صحيح و اعداد مختلط 78
فصل چهارم : نتايج شبيه سازي 80
1-4 ) حل پخش بار اقتصادي 81
2-4 ) حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها با توجه به محدوديت هاي بار و
شبكه
1-2-4 ) تابع هدف 93
2-2-4 ) محدوديت توليد هر واحد 94
3-2-4 ) نمايانگر راه اندازي و خاموش كردن واحد 94
4-2-4 ) محدوديت حداقل زمان روشن و خاموش بودن واحد 94
5-2-4 ) تعادل بار و توليد 95
6-2-4 ) ذخيره چرخان 96
7-2-4 ) ذخيره قابل بهره برداري 96
8-2-4 ) محدوديت هاي افزايش يا كاهش توليد 97
9-2-4 ) محدوديت توان عبوري خطوط 97
3-4 ) حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها با توجه به محدوديت هاي بار و
شبكه و واحدهاي بادي 110
4-4 ) حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها با توجه به محدوديت هاي بار و
شبكه و واحدهاي بادي و ذخيره كننده هواي فشرده 117
فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات 128
نتيجه گيري 129
پيشنهادات 131
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
منابع و ماخذ 132
فهرست منابع فارسي 132
فهرست منابع لاتين 133
چكيده انگليسي 139

فهرست جداول :

مقايسه انواع سيستم هاي ذخيره كننده انرژي 62
1-4 : ضرايب آلودگي واحدهاي حرارتي 81
2-4 : مشخصات واحدهاي حرارتي 82
3-4 : ميزان بار در هر ساعت 83
4-4 : مشخصات شبكه تحت مطالعه 84
5-4 : ميزان توليد واحدهاي حرارتي بدون در نظر گرفتن محدوديت ها 88
6-4 : ميزان آلودگي محيط زيست در هر ساعت بدون در نظرگرفتن محدوديت ها 89
92 MATPOWER 7-4 : نتايج پخش بار اقتصادي به كمك نرم افزار
8-4 : وضعيت در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن محدوديت ها 100
9-4 : ميزان توليد واحدهاي حرارتي با در نظر گرفتن محدوديت ها 101
10-4 : ميزان آلودگي محيط زيست در هر ساعت با در نظرگرفتن محدوديت ها 102
103 [ 11-4 : مشخصات واحدهاي مرجع [ 95
103 [ 12-4 : وضعيت در مدار قرار گرفتن واحدها در مرجع [ 95
104 [ 13-4 : ميزان توليد هر يك از واحدها و ميزان بار در هر ساعت در مرجع [ 95
14-4 : وضعيت در مدار قرار گرفتن واحدها در مرجع [ 95 ] با استفاده از الگوريتم
استفاده شده در اين پروژه
15-4 : ميزان توليد هر يك از واحدها در مرجع [ 95 ] با استفاده از الگوريتم
استفاده شده در اين پروژه
[ 16-4 : مشخصات واحدهاي مرجع [ 28
[ 17-4 : وضعيت در مدار قرار گرفتن واحدها براي مرجع [ 28
18-4 : ميزان توليد واحدهاي حرارتي با در نظر گرفتن محدوديت ها براي مرجع
19-4 : پروفيل باد در شبكه 111
20-4 : ميزان آلودگي محيط زيست در هر ساعت با در نظرگرفتن محدوديت ها و
واحدهاي بادي
21-4 : وضعيت در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن محدوديت ها و
واحدهاي بادي
22-4 : ميزان توليد واحدهاي حرارتي با در نظر گرفتن محدوديت ها و واحدهاي
بادي
23-4 : مقايسه هزينه كل توليد و ميزان آلودگي محيط زيست با در نظر گرفتن
واحدهاي بادي
24-4 : مشخصات واحدهاي ذخيره كننده انرژي 120
25-4 : : وضعيت در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن محدوديت ها و
واحدهاي بادي و ذخيره كننده هواي فشرده
26-4 : : ميزان توليد واحدهاي حرارتي با در نظر گرفتن محدوديت ها و واحدهاي
بادي و ذخيره كننده هواي فشرده
27-4 : ميزان آلودگي محيط زيست در هر ساعت با در نظرگرفتن محدوديت ها و
واحدهاي بادي و ذخيره كننده هواي فشرده
28-4 : مقايسه هزينه كل توليد و ميزان آلودگي محيط زيس ت با در نظر گرفتن
واحدهاي بادي و ذخيره كننده هواي فشرده
29-4 : تاثير تغيير ظرفيت واحدهاي ذخيره كننده هواي فشرده بر هزينه كل و
ميزان آلودگي محيط زيست
30-4 : مقايسه هزينه كل در حالات مختلف شبكه 126

چکیده :

امروزه به دليل تغييرات آب و هوايي و افزايش گازهاي گلخانه اي، كشورهاي جهان رو به توليد
انرژي الكتريكي از منابع انرژي پاك و تجديد پذير آورده اند كه در مي ان اين منابع انرژي تجديد پذير ،
انرژي باد رشدي سريعتر از ساير انرژي ها داشته است . استفاده از انرژي باد در شبكه علاوه بر مزاياي آن،
چالشهايي را از نظر بهره برداري ، كنترل و برنامه ريزي كوتاه مدت و بلند مدت در سيستم قدرت به
همراه دارد . با توجه به اينكه انرژي باد يك منبع غيرقابل پيش بيني است، بنابراين نمي توان ميزان انرژي
توليدي آن را همانند نيروگاه هاي حرارتي مشخص نمود . امروزه استفاده از تكنولوژي هاي ذخيره كننده
انرژي در تركيب با انرژي هاي تجديدپذير به عنوان يكي از راه حلهاي كاهش اثرات منفي استفاده از اين
منابع در سيستم قدرت ارائه شده است . در اين پروژه هدف بررسي تاثير نيروگاه هاي بادي و سيستم هاي
ذخيره كننده هواي فشرده 1 در برنامه ريزي ورود و خروج واحدها ي 2 حرارتي به شبكه و تاثير آن بر
عملكرد سيستم و آلودگي محيط زيست مي باشد كه به اين منظور از روش اعداد مختلط 3 براي
برنامه ريزي استفاده شده كه در ادامه به صورت مشخص و كامل مورد بررسي قرار مي گيرد.

در صنعت برق طراحي و بهره برداري بهينه و موثر اقتصادي همواره مورد نظر بوده است . تا سال
1973 ميلادي و قبل از تحريم نفتي كه منجر به افزايش سرسام آور قيمت نفت گرديد ، شركت هاي
توليد برق در ايالات متحده امريكا حدود 20 درصد از كل درآمد خود را صرف هزينه سوخت مي كردند
كه تا سال 1980 ميلادي اين رقم به حدود 40 درصد رسيد . در دوره پنج ساله متعاقب 1973 ميلادي
هزينه سوخت ، نرخ رشد ساليانه اي معادل 25 درصد داشته است . ارقام فوق نمايشگر اهميت استفاده
مؤثر از مواد سوختي است كه غالبا به صورت غير قابل تجديد مورد استفاده قرار مي گيرند . افزايش
پيوسته قيمت مواد سوختي و نيز تورم سالانه باعث شده است كه همواره بهره برداري اقتصادي از
سيستم هاي توليد انرژي الكتريكي مورد توجه و مطالعه قرار گرفته باشد.
معمولا مصرف كل يك سيستم قدرت در حال كار از ظرفيت نصب شده و قابل بهره برداري آن
كمتر است. اين تفاوت حتي در سيستم هاي قدرتي كه با كمبود توليد برق در ساعات اوج مصرف مواجه-
اند ، در قسمت عمده اي از ساعات شبانه روز به چشم مي خورد، لذا امكان انتخاب بهينه واحدهاي توليد
كننده براي تامين مصرف برق در هر فاصله زماني چند دقيقه اي كه ميزان مصرف تقريبا ثابت مي ماند ،
به عنوان يك مساله توزيع بهينه بار مطرح مي شود.
در مطالعه و بررسي مسائل مربوط به بهره برداري از سيستم هاي قدرت ، پارامترهاي زيادي مورد
توجه قرار دارند. در بهره برداري اقتصادي يكي از مهم ترين اين پارامترها مجموعه مشخصات ورودي و
خروجي واحدهاي توليد انرژي است. در تعريف مشخصات يك واحد ، از واژه ورودي ناخالص 1 در مقابل
خروجي خالص 2 صحبت مي كنيم. ورودي ناخالص ، ورودي كلي به واحد ، بر حسب دلار بر ساعت ، مقدار
سوخت بر ساعت يا هر مشخصه ديگر است و خروجي خالص واحد ، شامل انرژي الكتريكي حاصله از
ژنراتور مي باشد.
در توزيع بهينه بار مي توان به ملاك هاي مختلفي توجه نمود. معمولا كمينه شدن هزينه سوخت به
عنوان عمده ترين هزينه قابل كنترل توليد ، يكي از اهداف اصلي موردنظر است. همچنين تامين انرژي
الكتريكي مورد تقاضا با قابليت اعتماد بالا و مطمئن كه با شاخص هاي گوناگوني مانند ظرفيت ذخيره
گردان و غيره سنجيده مي شود ، مي تواند به صورت يك تابع هدف ديگر و يا به شكل قيود
ديگري به مسئله اضافه گردد. بنابراين به طور اختصار مسئله توزيع بهينه بار را مي توان به صورت يك
مسئله كمينه سازي هزينه توليد تحت شرايط برقراري قيود مختلف ، در نظر گرفت. در اين نوع مسئله
1
Gross input
2
Net output
3
فرض بر اين است كه بار مصرفي كل سيستم معلوم است و هدف تعيين سهم بهينه توليد واحدهاي
روشن براي تامين اين بار مي باشد. با توجه به اينكه واحدهاي حرارتي بسته به نوع سوخت و ساختمان
فيزيكي آنها زمان قابل توجهي براي راه اندازي و اتصال به شبكه نياز دارند و اين زمان براي بعضي از
نيروگاهها به يك ساعت و يا بيشتر مي رسد ، لازم است از يك تا چند شبانه روز قبل برنامه ريزي و
پيش بيني لازم براي روشن بودن واحدهاي مناسب و راه اندازي آنها قبل از زمان توليد مورد نظر صورت
پذيرد. به اين برنامه ريزي كوتاه مدت اصطلاحا تعيين واحد مي گوييم.
مسئله بهينه سازي به دليل بزرگي ابعاد مسئله ،غير خطي بودن و وجود متغييرهاي پيوسته وصحيح
(صفر و يك) بسيار پيچيده است. حل رياضي آن اولين بار در سال 1966 توسط شخصي به نام لاوري
با استفاده از روش برنامه ريزي ديناميكي 1 (پويا) انجام شد. ولي با رشد صنعت برق و بزرگتر (Lowery)
شدن ابعاد شبكه و نيز محدوديت حافظه و سرعت كامپيوترها در آن زمان، اين روش ها جوابگو نبودند.
بدين ترتيب روش هاي تجربي 2 مطرح شدند كه با ابتكار و تغيير در روش هاي كلاسيك و رياضي، از
مشكلات فوق تا حدودي كاسته شد. با روي كار آمدن روشهاي هوش مصنوعي 3 (هوشمند)، دريچه
تازه اي براي محققين گشوده شد. اين روشها داراي سرعت بالا و نيز قابليت يادگيري مي باشند.
تلاش در جهت يافتن الگوريتم هاي كارايي كه توانايي رسيدن به پاسخ بهينه و كاهش زمان اجراي
محاسبات را داشته باشند هنوز ادامه دارد و علاوه بر آن تابع هدف مسئله بهينه سازي در مدار قرار گرفتن
واحدها و قيود مربوطه به سمت واقعي تر هدايت شده اند. به هر حال با توجه به اهميت حل مسئله مدار
قرار گرفتن واحدها در كاهش هزينه توليد انرژي و بهره برداري صحيح از سيستم ، جلوگيري از فرسودگي
تجهيزات و افزايش طول عمر مفيد قطعات ، از موضوعات پويا و فعال برنامه ريزي سيستم قدرت بوده كه
در حال توسعه است.
بطور كلي روش هاي حل مسئله در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها را مي توان به سه شاخه اصلي تفكيك
نمود كه عبارتند از:
برنامه ريزي عدد ، (DP) -1 روش هاي بهينه سازي كلاسيك نظير برنامه ريزي ديناميكي
و (BB) روش تركيب اعداد صحيح و پيوسته(مختلط) 1 ،روش هاي شاخه و كران 2 ، (IP) صحيح 4
(LR) روش آزاد سازي لاگرانژ 3
1 Dynamic Programming
2 Heuristic Methods
3 Artificial Intelligence
4 Integer Programming
4
-2 روش هاي ابتكاري و تجربي نظير ليست حق تقدم 4 و سيستم هاي خبره 5
و (GA) الگوريتم ژنتيك 7 ،(NN) -3 روش هاي هوش مصنوعي نظير شبكه هاي عصبي 6
منطق فازي ،(TS) جستجو ممنوع 9 ،(SA) شبيه سازي سرد شدن تدريجي فلزات 8
روش هاي هوش مصنوعي به نظر مي رسد نتايج خوبي داشته اند و در حال توسعه نيز مي باشند.
الگوريتم ژنتيك و شبكه هاي عصبي با اصولي از فرآيندهاي زيست شناسي الهام شده و روش شبيه سازي
سرد شدن تدريجي فلزات از علم مواد بدست آمده است.
همانطور كه ملاحظه مي شود تعداد روش هايي كه براي حل مسئله در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها بكار
مي رود بسيار متنوع بوده و روشي كه هر شركت يا هر منطقه انتخاب مي كند ، به شرايط خاصي نظير
نوع و تعداد واحدهاي آبي ، تلمبه ذخيره اي و...... و وجود محدوديت هاي استفاده اجباري از سوخت، قرار
دادهاي قطع بار يا مديريت بار و........ بستگي دارد.
2] ، روشي براي حل مسئله در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها ] Scheidt , Kerr در سال 1966
،[3] Johnson , happ واحدهاي حرارتي به روش يكايك شماري 10 ارائه كردند و در سال 1971
همين روش را براي واحدهاي حرارتي- آبي استفاده كردند. ولي روش فوق خيلي كند و براي شبكه هاي
Helmick , بزرگ غير عملي بود. براي بهبود آن روش ليست حق تقدم ارائه شد. در سال 1980
روشي براي حل مسئله در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها بر اساس ليست حق chang , shoult , [4]
5] در سال 1988 نيز از اين روش براي حل مسئله در مدار قرار ] Lee تقدم 11 ارائه كردند و همچنين
گرفتن نيروگاه ها استفاده نمود.
Mixed Integer Programming
2Branch and Bunnd
7 Lagrangian Ralaxation
8Priority List
9Expert System
6 Neural Network
7 Genetic Algorithm
8 Simulated Annealling
9 Tabu search
11Enumeration method
11 Priority list
5
روشي ديگري كه در حل مسائل در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها به كار مي رود ، روش برنامه ريزي
پويا است . يكي از معايب اين روش زمان محاسبات بالاست كه با اضافه شدن واحد، زمان محاسبات به
صورت تواني بالا مي رود. براي كاهش زمان محاسبات در اين روش از تكنيك ها و ترفند هاي خاصي
7] در سال ] Guy 6] در سال 1966 از اين روش استفاده نمود . بعدها ] Lowery . استفاده شده است
كمك گرفت. در سال UC 1985 از اين روش با در نظر گرفتن محدوديت هاي بيشتر براي حل مسئله
8] از تلفيق روش ليست حق تقدم و برنامه ريزي پويا ، روشي ارائه نمود كه داراي ] Kusic, 1985
سرعت بالاتر از روش برنامه ريزي پويا و دقت بيشتر نسبت به روش ليست حق تقدم بود . در سال 1990
پروفسور شاهيده پور[ 9] روشي ارائه نمود بر اساس برنامه ريزي پويا و قوائد احتمال كه براي واحدهاي
در سال 1991 ارائه Liang,Su,Huang حرارتي و آبي همزمان قابل حل بود. روشي نيز توسط
شد[ 10 ] ، كه در اين روش مسئله به چند زير مسئله تقسيم و هر زير مسئله به روش برنامه ريزي پويا
حل مي شود. روشي نيز براساس برنامه ريزي پويا توسط پروفسور شاهيده پور در سال 1991 ارائه
شد[ 11 ] .اين روش تلفيقي از برنامه ريزي پويا و سيستم هاي خبره مي باشد، كه محدوده جستجو را به
پنجره هاي مختلف تقسيم مي نمايد، و داراي سرعت بالاتر نسبت به روش برنامه ريزي پويا مي باشد.
روش ديگر مطرح در مسائل بهينه سازي ، روش برنامه ريزي خطي است. در سال 1981
12 ] روشي براي حل مسئله در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها بر اساس برنامه ريزي ]،Waight.Albuyeh,
13 ] در سال 1981 و نيز توسط ] Ven Meeteren خطي ارائه نمودند. برنامه ريزي خطي بوسيله
14 ]، در سال 1986 در مسائل در مدار قرار گرفتن نيروگاه ها استفاده شد. ] Grigsby, Sheble
برنامه ريزي جريان شاخه 1 نيز روشي است كه در مسائل بهينه سازي به كار مي رود. در اين روش
تابع هدف مي تواند غير خطي باشد ولي قيود بايد به صورت خطي باشند و الگوريتم حل براساس روش
15 ] روشي براي حل مسائل در ] در سال 1983 Sjelvgren, Bubenko . كاهش گراديان مي باشد
مدار قرار گرفتن نيروگاه ها براساس اين روش ارائه نمودند..

و...