برنامه ريزي احتمالاتي توسعه خطوط انتقال و جايابي بهينه ي ادوات FACTS به منظور كاهش ريسك خاموشي هاي سراسري ناشي از خروج هاي پي در پي بر مبناي نظريه ي بحران خودسامان ده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

نظريه¬ي بحران خودسامان¬ده عملكرد سيستم‌هاي بزرگ و پيچيده را در شرايطي كه سيستم نه پايدار و نه ناپايدار، بلكه به¬صورت بحراني پايدار است تشريح مي‌¬كند. در حالت برقراري اين شرايط در سيستم قدرت، بعضي حوادث آغازگر هرچند جزئي مي¬‌تواند زنجيره‌اي از خروج‌هاي پي¬درپي تجهيزات سيستم، كه عمده¬ي آن¬ها خطوط انتقال هستند را به¬دنبال داشته باشد. در اثر وقوع خاموشي¬هاي ناشي از خروج¬هاي پي¬درپي، سيستم مي-تواند دچار فروپاشي ولتاژ و خاموشي سراسري شود و يا با سامان¬دهي مجدّد خود، در وضعيت پايدار يا پايدار بحراني جديدي استقرار يابد. براساس اين نظريه، روش شبيه¬سازي OPA براي مدل¬سازي رفتار سيستم قدرت در شرايط بحران خود¬سامان¬ده با همكاري چند مؤسسه¬ي تحقيقاتي معتبر پيشنهاد شده است. در اين روش، تأثير فرآيندهاي بلندمدت تكامل سيستم، از جمله رشد بار و احداث خطوط جديد ديده مي¬شود. در كوتاه¬مدت نيز با انجام پخش بار DC در هر گام زماني، كه معمولاً يك روز است، تأثير عمليات اصلاحي و مراقبت¬هاي اپراتور در عملكرد بهتر سيستم، مانند جابجايي توليد و بارزدايي، به¬صورت احتمالاتي مدل و لحاظ مي¬شود. محصول اين شبيه¬سازي، ليست خطوط خارج¬شده و سري زماني بارهاي قطع-شده در خاموشي¬هاي احتمالي ناشي از خروج پي¬درپي خطوط انتقال است. با استفاده از اين نتايج، تابع توزيع احتمال بارهاي قطع¬شده، كه معمولاً براي مقادير كم از توزيع نرمال و براي خاموشي¬هاي بزرگ از ضابطه¬ي تواني پيروي مي¬كند، برآورد و انرژي تأمين¬نشده سالانه به¬عنوان ريسك خاموشي¬ها محاسبه مي¬شود. يكي از اولين كاربردهاي مدل DC-OPA كه در سال¬هاي اخير پيشنهاد شده است، استفاده از آن در برنامه‌¬ريزي احتمالاتي توسعه خطوط انتقال (TEP) است. در اين نوع برنامه¬ريزي، علاوه¬بر تأمين اهداف متداول در TEP كلاسيك، ريسك خروج‌هاي پي¬درپي خطوط انتقال و خاموشي¬‌هاي ناشي از آن نيز كمينه¬سازي مي¬شود. در اين رساله در ادامه و تكميل روش مذكور، مدل رفتار سيستم قدرت به¬صورت AC-OPA استخراج مي¬شود. اين مدل با برنامه¬ريزي TEP كلاسيك تركيب مي¬شود تا تأثير ديگر جنبه¬هاي واقعي سيستم مانند رفتار توان راكتيو و پروفيل ولتاژ باس نيز در اين برنامه¬ريزي لحاظ گردد. مدل تركيبي پيشنهادي TEP-AC-OPA نام دارد و در يك فرآيند بهينه¬سازي چندهدفه برنامه¬ريزي توسعه خطوط انتقال را ارائه مي¬كند. در اين برنامه¬ريزي، رشد بار پيش¬بيني¬شده در افق برنامه با كم¬ترين هزينه تأمين و در عين¬حال ريسك وقوع خاموشي¬هاي سيستم در طول برنامه كمينه مي¬شود. همچنين با توجه به مسائل اقتصادي، جغرافيايي و ملاحظات زيست¬محيطي كه احداث خطوط انتقال جديد دربردارد، در ادامه، استفاده از ادوات FACTS به¬عنوان جايگزين مناسبي براي احداث خطوط جديد مدّنظر قرار مي¬گيرد. به¬اين منظور، مدل بعضي از ادوات FACTS مرسوم و مناسب مانند SVC ، TCSC و UPFC در مدل AC-OPA پيشنهادي ادغام و مدل تركيبي جديدي به¬نام FACTS-AC-OPA حاصل مي¬شود. اين مدل مي¬تواند تأثير حضور اين ادوات، كه بر مبناي اهداف معيني در يك سيستم قدرت نوعي جايابي بهينه و نصب شده¬‌اند، در كاهش ريسك خروج‌هاي پي¬درپي خطوط انتقال را برآورد كند. بنابراين ابتدا با بررسي جنبه¬هاي اقتصادي و محدوده¬ي عملكرد ادوات مختلف، TCSC به¬عنوان مناسب¬ترين و اقتصادي¬ترين ادوات FACTS در كاهش ريسك خاموشي¬ها شناسايي و معرفي مي‌شود. سپس در يك برنامه¬ريزي دو مرحله¬اي سناريوهاي برتر در توسعه و جايابي بهينه ادوات TCSC در دو الگوريتم جداگانه شناسايي و انتخاب مي¬شود. در يك الگوريتم، بهبود حاشيه بارگذاري سيستم قدرت به روش بهينه¬سازي محدوديت اپسيلون، و در الگوريتم ديگر، شناسايي و رتبه¬بندي خطوط آسيب¬پذير از نظر وقوع خروج-هاي پي¬درپي، با استفاده از مدل پيشنهادي FACTS-AC-OPA مدّنظر قرار مي¬گيرد. در مرحله دوم از هر دو الگوريتم، با استفاده از همين مدل پيشنهادي، تأثير بلندمدت هر سناريو در كاهش ريسك خاموشي¬هاي ناشي از خروج¬هاي پي¬در¬پي خطوط انتقال در شرايط بحران خود¬سامان¬ده برآورد مي¬شود. درنهايت، جواب برتر در هر سطح بودجه¬ي در دسترس تا سقف معين، با تحليل سود به هزينه از بين سناريوهاي مختلف به¬دست¬آمده در هر دو الگوريتم مشخص و انتخاب مي¬شود. با شبيه¬سازي در سيستم‌ تست استاندارد 118 شينه IEEE، كارآيي و مقياس¬پذيري الگوريتم¬ها، مدل¬ها و روش¬هاي پيشنهادي در اين رساله بررسي و با نتايج منتشرشده از اجراي روش¬هاي مشابه كه اخيراً در همين موضوع پيشنهاد شده است، مقايسه و تحليل مي¬گردد.

230308

قدرت

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان