برنامه ریزی ورود و خروج واحدها به شبکه با در نظر گرفتن انرژی باد و عناصر
ذخیره کننده انرژی و تاثیر آن بر عملکرد سیستم و آلودگی محیط زیست
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:157
فهرست مطالب :
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : اصول هماهنگی و در مدار قرارگرفتن واحدها 12
1) هدف 13 -1
2) برنامه ریزی در سیستم های قدرت 13 -1
3) مقدمه ای بر مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها 14 -1
4) مسئله ورود و خروج اقتصادی واحدها 16 -1
1-4-1 ) هزینه سوخت 17
2-4-1 ) هزینه راه اندازی 17
3-4-1 ) هزینه از مدار خارج شدن 19
4-4-1 ) هزینه تلفات 19
5-4-1 ) هزینه واحد در حالت بدون بار 19
6-4-1 ) محدودیت تولید هر واحد 21
7-4-1 ) تامین بار و ذخیره گردان 21
8-4-1 ) محدودیت حداقل زمان روشن بودن و حداقل زمان خاموش بودن 22
9-4-1 ) محدودیت نرخ پاسخ 23
10-4-1 ) محدودیت سوخت 23
11-4-1 ) محدودیت آلودگی محیط زیست 24
12-4-1 ) محدودیت خدمه 25
13-4-1 ) محدودیت برنامه های از پیش تعیین شده واحد 25
14-4-1 ) سایر محدودیت ها 26
5-1 ) ملاحظات قابلیت اطمینان و ایمنی 26
1-5-1 ) قابلیت اطمینان واحدها 26
2-5-1 ) قابلیت اطمینان شبکه 28
3-5-1 ) ملاحظات امنیت انتقال 29
6-1 ) تاثیر عدم قطعیت ها 29
1-6-1 ) عدم قطعیت ها در پیش بینی بار 30
2-6-1 ) عدم قطعیت در ذخیره گردان 30
3-6-1 ) عدم قطعیت در هزینه افزایشی 30
4-6-1 ) عدم قطعیت راه اندازی واحدها 30
7-1 ) برنامه ریزی ورود و خروج واحدها در شبکه های خصوصی 30
8-1 ) پخش بار اقتصادی 31
9-1 ) بررسی و تحلیل روش های حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها 32
1) روش های کلاسیک 32 -9 -1
2) روش های تجربی 36 -9 -1
3 ) روش های هوشمند 38 -9 -1
فصل دوم : انرژی باد و سیستم های ذخیره کننده هوای فشرده 52
53 1) شرح مختصری از انرژی باد -2
1-1-2 ) وضعیت انرژی باد در آمریکا 54
2-1-2 ) وضعیت انرژی باد در اروپا 55
3-1-2 ) وضعیت انرژی باد درآسیا 56
57 2) بررسی اقتصادی استفاده از انرژی باد -2
58 3) شرح مختصری از نیروگاه های ذخیره کننده هوای فشرده -2
1-3-2 ) مزایا و معایب 59
2-3-2 ) شرایط جغرافیایی مورد نیاز نیروگاههای ذخیره کننده هوای فشرده 60
4-2 ) انرژی باد و سیستمهای ذخیره کننده هوای فشرده 61
1-4-2 ) نیروگاههای ذخیره سازی هوای فشرده در کنار نیروگاه باد در آمریکا 62
2-4-2 ) نیروگاههای ذخیره سازی هوای فشرده در کنار نیروگاه باد در اروپا 63
3-4-2 ) سیستمهای ذخیره سازی هوای فشرده در کنار نیروگاه باد در آسیا 64
فصل سوم : مبانی حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها به روش اعداد
مختلط
1) برنامه ریزی خطی 67 -3
1-1-3 ) تعریف برنامه ریزی خطی 67
2-1-3 ) ورودی برنامه ریزی خطی 67
3-1-3 ) خروجی برنامه ریزی خطی 68
4-1-3 ) فرم کلی مسائل برنامه ریزی خطی 68
5-1-3 ) فرضیات مدل برنامه ریزی خطی 70
2-3 ) مدل تابع خطی گسسته با شیب افزایشی 71
3) مدل تابع خطی گسسته با شیب کاهشی 73 - 3
4) مدل تابع پله ای 75 -3
5) مدل تابع غیر خطی 77 -3
6-3 )روش برنامه ریزی اعداد صحیح و اعداد مختلط 78
فصل چهارم : نتایج شبیه سازی 80
1-4 ) حل پخش بار اقتصادی 81
2-4 ) حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها با توجه به محدودیت های بار و
شبکه
1-2-4 ) تابع هدف 93
2-2-4 ) محدودیت تولید هر واحد 94
3-2-4 ) نمایانگر راه اندازی و خاموش کردن واحد 94
4-2-4 ) محدودیت حداقل زمان روشن و خاموش بودن واحد 94
5-2-4 ) تعادل بار و تولید 95
6-2-4 ) ذخیره چرخان 96
7-2-4 ) ذخیره قابل بهره برداری 96
8-2-4 ) محدودیت های افزایش یا کاهش تولید 97
9-2-4 ) محدودیت توان عبوری خطوط 97
3-4 ) حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها با توجه به محدودیت های بار و
شبکه و واحدهای بادی 110
4-4 ) حل مسئله در مدار قرار گرفتن واحدها با توجه به محدودیت های بار و
شبکه و واحدهای بادی و ذخیره کننده هوای فشرده 117
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات 128
نتیجه گیری 129
پیشنهادات 131
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
منابع و ماخذ 132
فهرست منابع فارسی 132
فهرست منابع لاتین 133
چکیده انگلیسی 139
فهرست جداول :
مقایسه انواع سیستم های ذخیره کننده انرژی 62
1-4 : ضرایب آلودگی واحدهای حرارتی 81
2-4 : مشخصات واحدهای حرارتی 82
3-4 : میزان بار در هر ساعت 83
4-4 : مشخصات شبکه تحت مطالعه 84
5-4 : میزان تولید واحدهای حرارتی بدون در نظر گرفتن محدودیت ها 88
6-4 : میزان آلودگی محیط زیست در هر ساعت بدون در نظرگرفتن محدودیت ها 89
92 MATPOWER 7-4 : نتایج پخش بار اقتصادی به کمک نرم افزار
8-4 : وضعیت در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن محدودیت ها 100
9-4 : میزان تولید واحدهای حرارتی با در نظر گرفتن محدودیت ها 101
10-4 : میزان آلودگی محیط زیست در هر ساعت با در نظرگرفتن محدودیت ها 102
103 [ 11-4 : مشخصات واحدهای مرجع [ 95
103 [ 12-4 : وضعیت در مدار قرار گرفتن واحدها در مرجع [ 95
104 [ 13-4 : میزان تولید هر یک از واحدها و میزان بار در هر ساعت در مرجع [ 95
14-4 : وضعیت در مدار قرار گرفتن واحدها در مرجع [ 95 ] با استفاده از الگوریتم
استفاده شده در این پروژه
15-4 : میزان تولید هر یک از واحدها در مرجع [ 95 ] با استفاده از الگوریتم
استفاده شده در این پروژه
[ 16-4 : مشخصات واحدهای مرجع [ 28
[ 17-4 : وضعیت در مدار قرار گرفتن واحدها برای مرجع [ 28
18-4 : میزان تولید واحدهای حرارتی با در نظر گرفتن محدودیت ها برای مرجع
19-4 : پروفیل باد در شبکه 111
20-4 : میزان آلودگی محیط زیست در هر ساعت با در نظرگرفتن محدودیت ها و
واحدهای بادی
21-4 : وضعیت در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن محدودیت ها و
واحدهای بادی
22-4 : میزان تولید واحدهای حرارتی با در نظر گرفتن محدودیت ها و واحدهای
بادی
23-4 : مقایسه هزینه کل تولید و میزان آلودگی محیط زیست با در نظر گرفتن
واحدهای بادی
24-4 : مشخصات واحدهای ذخیره کننده انرژی 120
25-4 : : وضعیت در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن محدودیت ها و
واحدهای بادی و ذخیره کننده هوای فشرده
26-4 : : میزان تولید واحدهای حرارتی با در نظر گرفتن محدودیت ها و واحدهای
بادی و ذخیره کننده هوای فشرده
27-4 : میزان آلودگی محیط زیست در هر ساعت با در نظرگرفتن محدودیت ها و
واحدهای بادی و ذخیره کننده هوای فشرده
28-4 : مقایسه هزینه کل تولید و میزان آلودگی محیط زیس ت با در نظر گرفتن
واحدهای بادی و ذخیره کننده هوای فشرده
29-4 : تاثیر تغییر ظرفیت واحدهای ذخیره کننده هوای فشرده بر هزینه کل و
میزان آلودگی محیط زیست
30-4 : مقایسه هزینه کل در حالات مختلف شبکه 126
چکیده :
امروزه به دلیل تغییرات آب و هوایی و افزایش گازهای گلخانه ای، کشورهای جهان رو به تولید
انرژی الکتریکی از منابع انرژی پاک و تجدید پذیر آورده اند که در می ان این منابع انرژی تجدید پذیر ،
انرژی باد رشدی سریعتر از سایر انرژی ها داشته است . استفاده از انرژی باد در شبکه علاوه بر مزایای آن،
چالشهایی را از نظر بهره برداری ، کنترل و برنامه ریزی کوتاه مدت و بلند مدت در سیستم قدرت به
همراه دارد . با توجه به اینکه انرژی باد یک منبع غیرقابل پیش بینی است، بنابراین نمی توان میزان انرژی
تولیدی آن را همانند نیروگاه های حرارتی مشخص نمود . امروزه استفاده از تکنولوژی های ذخیره کننده
انرژی در ترکیب با انرژی های تجدیدپذیر به عنوان یکی از راه حلهای کاهش اثرات منفی استفاده از این
منابع در سیستم قدرت ارائه شده است . در این پروژه هدف بررسی تاثیر نیروگاه های بادی و سیستم های
ذخیره کننده هوای فشرده 1 در برنامه ریزی ورود و خروج واحدها ی 2 حرارتی به شبکه و تاثیر آن بر
عملکرد سیستم و آلودگی محیط زیست می باشد که به این منظور از روش اعداد مختلط 3 برای
برنامه ریزی استفاده شده که در ادامه به صورت مشخص و کامل مورد بررسی قرار می گیرد.
در صنعت برق طراحی و بهره برداری بهینه و موثر اقتصادی همواره مورد نظر بوده است . تا سال
1973 میلادی و قبل از تحریم نفتی که منجر به افزایش سرسام آور قیمت نفت گردید ، شرکت های
تولید برق در ایالات متحده امریکا حدود 20 درصد از کل درآمد خود را صرف هزینه سوخت می کردند
که تا سال 1980 میلادی این رقم به حدود 40 درصد رسید . در دوره پنج ساله متعاقب 1973 میلادی
هزینه سوخت ، نرخ رشد سالیانه ای معادل 25 درصد داشته است . ارقام فوق نمایشگر اهمیت استفاده
مؤثر از مواد سوختی است که غالبا به صورت غیر قابل تجدید مورد استفاده قرار می گیرند . افزایش
پیوسته قیمت مواد سوختی و نیز تورم سالانه باعث شده است که همواره بهره برداری اقتصادی از
سیستم های تولید انرژی الکتریکی مورد توجه و مطالعه قرار گرفته باشد.
معمولا مصرف کل یک سیستم قدرت در حال کار از ظرفیت نصب شده و قابل بهره برداری آن
کمتر است. این تفاوت حتی در سیستم های قدرتی که با کمبود تولید برق در ساعات اوج مصرف مواجه-
اند ، در قسمت عمده ای از ساعات شبانه روز به چشم می خورد، لذا امکان انتخاب بهینه واحدهای تولید
کننده برای تامین مصرف برق در هر فاصله زمانی چند دقیقه ای که میزان مصرف تقریبا ثابت می ماند ،
به عنوان یک مساله توزیع بهینه بار مطرح می شود.
در مطالعه و بررسی مسائل مربوط به بهره برداری از سیستم های قدرت ، پارامترهای زیادی مورد
توجه قرار دارند. در بهره برداری اقتصادی یکی از مهم ترین این پارامترها مجموعه مشخصات ورودی و
خروجی واحدهای تولید انرژی است. در تعریف مشخصات یک واحد ، از واژه ورودی ناخالص 1 در مقابل
خروجی خالص 2 صحبت می کنیم. ورودی ناخالص ، ورودی کلی به واحد ، بر حسب دلار بر ساعت ، مقدار
سوخت بر ساعت یا هر مشخصه دیگر است و خروجی خالص واحد ، شامل انرژی الکتریکی حاصله از
ژنراتور می باشد.
در توزیع بهینه بار می توان به ملاک های مختلفی توجه نمود. معمولا کمینه شدن هزینه سوخت به
عنوان عمده ترین هزینه قابل کنترل تولید ، یکی از اهداف اصلی موردنظر است. همچنین تامین انرژی
الکتریکی مورد تقاضا با قابلیت اعتماد بالا و مطمئن که با شاخص های گوناگونی مانند ظرفیت ذخیره
گردان و غیره سنجیده می شود ، می تواند به صورت یک تابع هدف دیگر و یا به شکل قیود
دیگری به مسئله اضافه گردد. بنابراین به طور اختصار مسئله توزیع بهینه بار را می توان به صورت یک
مسئله کمینه سازی هزینه تولید تحت شرایط برقراری قیود مختلف ، در نظر گرفت. در این نوع مسئله
1
Gross input
2
Net output
3
فرض بر این است که بار مصرفی کل سیستم معلوم است و هدف تعیین سهم بهینه تولید واحدهای
روشن برای تامین این بار می باشد. با توجه به اینکه واحدهای حرارتی بسته به نوع سوخت و ساختمان
فیزیکی آنها زمان قابل توجهی برای راه اندازی و اتصال به شبکه نیاز دارند و این زمان برای بعضی از
نیروگاهها به یک ساعت و یا بیشتر می رسد ، لازم است از یک تا چند شبانه روز قبل برنامه ریزی و
پیش بینی لازم برای روشن بودن واحدهای مناسب و راه اندازی آنها قبل از زمان تولید مورد نظر صورت
پذیرد. به این برنامه ریزی کوتاه مدت اصطلاحا تعیین واحد می گوییم.
مسئله بهینه سازی به دلیل بزرگی ابعاد مسئله ،غیر خطی بودن و وجود متغییرهای پیوسته وصحیح
(صفر و یک) بسیار پیچیده است. حل ریاضی آن اولین بار در سال 1966 توسط شخصی به نام لاوری
با استفاده از روش برنامه ریزی دینامیکی 1 (پویا) انجام شد. ولی با رشد صنعت برق و بزرگتر (Lowery)
شدن ابعاد شبکه و نیز محدودیت حافظه و سرعت کامپیوترها در آن زمان، این روش ها جوابگو نبودند.
بدین ترتیب روش های تجربی 2 مطرح شدند که با ابتکار و تغییر در روش های کلاسیک و ریاضی، از
مشکلات فوق تا حدودی کاسته شد. با روی کار آمدن روشهای هوش مصنوعی 3 (هوشمند)، دریچه
تازه ای برای محققین گشوده شد. این روشها دارای سرعت بالا و نیز قابلیت یادگیری می باشند.
تلاش در جهت یافتن الگوریتم های کارایی که توانایی رسیدن به پاسخ بهینه و کاهش زمان اجرای
محاسبات را داشته باشند هنوز ادامه دارد و علاوه بر آن تابع هدف مسئله بهینه سازی در مدار قرار گرفتن
واحدها و قیود مربوطه به سمت واقعی تر هدایت شده اند. به هر حال با توجه به اهمیت حل مسئله مدار
قرار گرفتن واحدها در کاهش هزینه تولید انرژی و بهره برداری صحیح از سیستم ، جلوگیری از فرسودگی
تجهیزات و افزایش طول عمر مفید قطعات ، از موضوعات پویا و فعال برنامه ریزی سیستم قدرت بوده که
در حال توسعه است.
بطور کلی روش های حل مسئله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها را می توان به سه شاخه اصلی تفکیک
نمود که عبارتند از:
برنامه ریزی عدد ، (DP) -1 روش های بهینه سازی کلاسیک نظیر برنامه ریزی دینامیکی
و (BB) روش ترکیب اعداد صحیح و پیوسته(مختلط) 1 ،روش های شاخه و کران 2 ، (IP) صحیح 4
(LR) روش آزاد سازی لاگرانژ 3
1 Dynamic Programming
2 Heuristic Methods
3 Artificial Intelligence
4 Integer Programming
4
-2 روش های ابتکاری و تجربی نظیر لیست حق تقدم 4 و سیستم های خبره 5
و (GA) الگوریتم ژنتیک 7 ،(NN) -3 روش های هوش مصنوعی نظیر شبکه های عصبی 6
منطق فازی ،(TS) جستجو ممنوع 9 ،(SA) شبیه سازی سرد شدن تدریجی فلزات 8
روش های هوش مصنوعی به نظر می رسد نتایج خوبی داشته اند و در حال توسعه نیز می باشند.
الگوریتم ژنتیک و شبکه های عصبی با اصولی از فرآیندهای زیست شناسی الهام شده و روش شبیه سازی
سرد شدن تدریجی فلزات از علم مواد بدست آمده است.
همانطور که ملاحظه می شود تعداد روش هایی که برای حل مسئله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها بکار
می رود بسیار متنوع بوده و روشی که هر شرکت یا هر منطقه انتخاب می کند ، به شرایط خاصی نظیر
نوع و تعداد واحدهای آبی ، تلمبه ذخیره ای و...... و وجود محدودیت های استفاده اجباری از سوخت، قرار
دادهای قطع بار یا مدیریت بار و........ بستگی دارد.
2] ، روشی برای حل مسئله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها ] Scheidt , Kerr در سال 1966
،[3] Johnson , happ واحدهای حرارتی به روش یکایک شماری 10 ارائه کردند و در سال 1971
همین روش را برای واحدهای حرارتی- آبی استفاده کردند. ولی روش فوق خیلی کند و برای شبکه های
Helmick , بزرگ غیر عملی بود. برای بهبود آن روش لیست حق تقدم ارائه شد. در سال 1980
روشی برای حل مسئله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها بر اساس لیست حق chang , shoult , [4]
5] در سال 1988 نیز از این روش برای حل مسئله در مدار قرار ] Lee تقدم 11 ارائه کردند و همچنین
گرفتن نیروگاه 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
روشی دیگری که در حل مسائل در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها به کار می رود ، روش برنامه ریزی
پویا است . یکی از معایب این روش زمان محاسبات بالاست که با اضافه شدن واحد، زمان محاسبات به
صورت توانی بالا می رود. برای کاهش زمان محاسبات در این روش از تکنیک ها و ترفند های خاصی
7] در سال ] Guy 6] در سال 1966 از این روش استفاده نمود . بعدها ] Lowery . استفاده شده است
کمک گرفت. در سال UC 1985 از این روش با در نظر گرفتن محدودیت های بیشتر برای حل مسئله
8] از تلفیق روش لیست حق تقدم و برنامه ریزی پویا ، روشی ارائه نمود که دارای ] Kusic, 1985
سرعت بالاتر از روش برنامه ریزی پویا و دقت بیشتر نسبت به روش لیست حق تقدم بود . در سال 1990
پروفسور شاهیده پور[ 9] روشی ارائه نمود بر اساس برنامه ریزی پویا و قوائد احتمال که برای واحدهای
در سال 1991 ارائه Liang,Su,Huang حرارتی و آبی همزمان قابل حل بود. روشی نیز توسط
شد[ 10 ] ، که در این روش مسئله به چند زیر مسئله تقسیم و هر زیر مسئله به روش برنامه ریزی پویا
حل می شود. روشی نیز براساس برنامه ریزی پویا توسط پروفسور شاهیده پور در سال 1991 ارائه
شد[ 11 ] .این روش تلفیقی از برنامه ریزی پویا و سیستم های خبره می باشد، که محدوده جستجو را به
پنجره های مختلف تقسیم می نماید، و دارای سرعت بالاتر نسبت به روش برنامه ریزی پویا می باشد.
روش دیگر مطرح در مسائل بهینه سازی ، روش برنامه ریزی خطی است. در سال 1981
12 ] روشی برای حل مسئله در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها بر اساس برنامه ریزی ]،Waight.Albuyeh,
13 ] در سال 1981 و نیز توسط ] Ven Meeteren خطی ارائه نمودند. برنامه ریزی خطی بوسیله
14 ]، در سال 1986 در مسائل در مدار قرار گرفتن نیروگاه ها استفاده شد. ] Grigsby, Sheble
برنامه ریزی جریان شاخه 1 نیز روشی است که در مسائل بهینه سازی به کار می رود. در این روش
تابع هدف می تواند غیر خطی باشد ولی قیود باید به صورت خطی باشند و الگوریتم حل براساس روش
15 ] روشی برای حل مسائل در ] در سال 1983 Sjelvgren, Bubenko . کاهش گرادیان می باشد
مدار قرار گرفتن نیروگاه ها براساس این روش ارائه نمودند..
و...
دانلود پایان نامه برنامه ریزی ورود و خروج واحدها به شبکه با در نظر گرفتن انرژی باد و عناصر ذخیره کننده انرژی
