تجدید آرایش در شبکه های توزیع

تجدید آرایش در شبکه های توزیع

تجدید آرایش در شبکه های توزیع

– روش‌های مختلف برای مسئله تجدید آرایش در شبکه های توزیع

2-4-1- گام های الگوریتم DSSHAبه صورت زیرمی باشد.

2-5- الگوریتم جدیدی جهت تجدید آرایش با هدف مینیمم کردن تلفات توان و بهبود پروفیل ولتاژ

2-6- تجدید آرایش سیستم توزیع بااستفاده از الگوریتم ژنتیک مبتنی برگراف اتصال

2-7- تجدید آرایش شبکه برای کاهش تلفات و بهبود قابلیت اطمینان مبتنی برالگوریتم ژنتیک بهبود‌یافته

2-8- یک الگوریتم تکاملی ترکیبی کارآمد بر اساسPSO وACO برای تجدید آرایش فیدرهای شبکه توزیع

2-9- روش بهینه بر ای تجدید آرایش سیستم‌های توزیع مبتنی برOPFوحل آن توسط روش تجزیه بندرز

2-10- تجدید آرایش بهینه شبکه توزیع متعادل و نامتعادل بادرنظرگرفتن تولید اتپراکنده

3- تجدید آرایش شبکه های توزیع

3-3- روش های ابتکاری شهودی

3-3-1- روش تعویض شاخه

3-3-2- رو شجستجوی حلقه،حذف شاخه

3-3-3- روش تقسیم بندی شبکه به چند جزء

3-3-4- روش بستن تمام کلیدها ” درحالت عادیباز” و سپس باز کردن تک تک آنها

4-3-5- روش بازر و بسته کردن متوالی کلیدها

منابع تجدید آرایش در شبکه های توزیع

تجدید آرایش در شبکه های توزیع

بررسی ریاضی قیود در مسئله تجدید آرایش

همانطور که می­دانید عمدتا از شبکه­های توزیع، به چند دلیل مختلف مانند دلایل اقتصادی، به صورت شعاعی بهره­برداری می­شود. در مسئله تجدیدآرایش شبکه باید به روشی از شعاعی بودن آرایش بهینه شبکه اطمینان حاصل کنیم. درمرجع [1] از الگوریتمی بر پایه تئوری گراف­ها برای بررسی قید شعاعی بودن شبکه استفاده شده است. این مقاله نشان می­دهد که این الگوریتم نسبت به روش­هایی که در گذشته برای چک کردن شعاعی بودن شبکه استفاده می­شده­اند از کارآیی و تاثیر بالایی برخوردار است. نتایج حاصل از این مقاله نشان می­دهد که با این روش تا 30 درصد زمان انجام محاسبات CPU کاهش پیدا می­کند که عدد چشمگیری است.

این عدد از این نظر قابل توجه است که بدانیم در مسئله تجدید آرایش شبکه به منظور کاهش تلفات، زمان زیادی از محاسبات به بررسی شعاعی بودن آرایش­های کاندید جواب مسئله اختصاص پیدا می­کند و 30 درصد کاهش زمان محاسبات CPU مدت زمان یافتن آرایش بهینه را بسیار کاهش می­دهد. در این اثر شبکه توزیع به صورت یک گراف مسطح (تخت) مدل شده است که این گراف چک کردن شعاعی بودن شبکه را به روشی آسان و موثر در مقایسه با گراف منظم، مقدور می­سازد.

گراف مسطح گرافی است که می­توان آن را در یک صفحه دو­بعدی رسم نمود و یالهای آن تنها در محل رئوس گراف به یکدیگر برخورد می­کنند. به عبارت دیگر حتی اگر تقاتعی بین یالهای گراف باشد، باز هم با تغییر مکان رئوس گراف می­توان آن را به صورت یک گراف مسطح رسم نمود. معمولا شبکه­های توزیع از این ویژگی برخوردار هستند. یکی از مفیدترین ویژگی­های گراف مسطح، گراف دوگان آن است. این ویژگی ما را قادر به نمایش قید شعاعی بودن شبکه به یک روش موثر می­سازد. با استفاده از گراف­های اصلی و دوگان، می­توان مینیمم درختهای پوشای یک گراف را به آسانی پیدا نمود. یک گراف مسطح با m راس و n یال، صفحه را به f وجه تقسیم می­کند که رابطه این سه پارامتر با یکدیگرطبق فرمول اویلر به صورت زیر است .

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات پایان نامه برق کلیک کنید.

روش‌های مختلف برای مسئله تجدید آرایش در سیستم‌های توزیع

در مرجع از یک الگوریتم ابتکاری گام به گام برای تجدیدآرایش شبکه توزیع به منظور کاهش تلفات استفاده شده است. در اینجا برای هر خط، کلیدی در نظر گرفته شده است که با تغییر وضعیت کلید ( باز و بسته) به دنبال آرایش بهینه و همچنین به یک پاسخ بهینه محلی نرسیم. همچنین این مقاله سطوح مختلف بارگذاری را در نظر گرفته و در بازه زمانی هر سطح بار، آرایشی را پیشنهاد می­دهد که بهینه بوده و نقاط کاری شدنی­ای را برای سیستم به دنبال داشته باشد. اساس کار این روش استفاده از مفهوم شاخص حساسیت می­باشد. در مرجع  نیز از همین مفهوم به منظور جایابی بهینه منابع تولید پراکنده با استفاده از روش تجدیدآرایش شبکه توزیع، استفاده شده است.

خطوط در سیستم توزیع به دو دسته معمولاً باز و معمولاً بسته تقسیم­بندی می­شوند که با تغییر وضعیت آنها می­توان تلفات سیستم را کاهش داد. در مسئله تجدیدآرایش به خاطر حالات ممکن برای هر کلید(باز یا بسته) و  همچنین با توجه به اینکه تعدادکلیدها نیز زیاد می‌باشد، ما با یک مسئله بزرگ و پیچیده روبه­­رو هستیم که یکپارچه بودن و شعاعی بودن شبکه حتماً باید برای هر حالت محقق شود تا همه بارها تغذیه شده و شبکه به درستی کار کند. بارزترین ویژگی این مقاله، تولید تنها توپولوژیهای شعاعی در طول فرآیند بهینه­سازی می­باشد. این ویژگی، اجازه تعیین ترتیب کلیدزنی از هر حالت شعاعی اولیه­ای به یک آرایش بهینه شعاعی یکتا را به ما می­دهد.

در مقاله مرجع  تابع هدف به صورت مجموع تلفات شبکه به ازای هر سطح بار و مدت زمانی که در آن سطح بار هستیم، تعیین شده است به عبارت دیگر کل روز به چندین بازه زمانی تقسیم می­شود که در هر بازه زمانی، مقدار بار روی هر باس را داریم و با توجه به آن و گرفتن پخش بار، توان تلف شده برای هر بازه زمانی به دست می­آید. حال با ضرب مقدار تلفات برای هر بازه در مدت زمان آن بازه و جمع کردن تمامی این مقادیر، می­توانیم مقدار تلفات انرژی را در کل افق برنامه­ریزی به دست آوریم. اگر خطی از شبکه باز باشد(حالت 0)، جریانی از آن عبور نکرده و میزان تلفات آن خط صفر می­باشد. همچنین قیود پخش بار، قید حداکثر ظرفیت مجاز خطوط و قید محدوده مجاز ولتاژ شین­های شبکه در این مسئله لحاظ شده است.

ادامه روش‌های مختلف برای مسئله تجدید آرایش در شبکه های توزیع

به خاطر باینری بودن وضعیت هر کلید و رابطه تابع هدف، با یک مسئله برنامه­ریزی غیرخطی ترکیبی روبه­رو هستیم. برای حل این مسئله، می­توان از هر نرم­افزار بهینه­سازی ­ای استفاده نمود اما مشکل عمده این برنامه­ها این است که به خاطر شکل مسئله و لزوم شعاعی بودن آن، اکثر این بسته­های نرم­افزاری بسیار زمان­بر هستند. این مقاله یک استرتژی موثر بر پایه الگوریتم ابتکاری مجموعه کلیدزنی  دینامیکی (DSSHA) با در نظر گرفتن قیود شعاعی بودن و متصل بودن تمام شین­های شبکه به یکدیگر را ارائه می­دهد.

الگوریتم DSSHA، فرآیند تجدیدآرایش را از یک توپولوژی شعاعی شبکه آغاز کرده و به قصد یافتن یک آرایش دیگر با تلفات کمتر، ادامه می­دهد. به عبارت دیگر در این روش در ابتدا یک آرایش شعاعی در اختیار داریم که این آرایش با مجموعه­ای از صفرها و یک­ها که نشان دهنده وضعیت هر خط هستند، نشان داده شده است. در ادامه، برنامه با تغییر این صفر و یک­ها و بروزرسانی آنها (آرایش جدید)، به دنبال آرایش با حداقل تلفات می­گردد. از آنجایی که این روش، قیود شعاعی و یکپارچه بودن شبکه را تضمین می­کند، بررسی ساختار شبکه به منظور چک کردن این قیود پس از هر بروزرسانی وضعیت کلیدها ضرورتی ندارد و به این ترتیب زمان وحجم محاسبات کاهش پیدا می­کند. آرایش بهینه زمانی تعیین می­شود که وضعیت کلیدها پس از دو تکرار متوالی، تغییری نداشته باشند .

الگوریتم جدیدی جهت تجدید آرایش با هدف مینیمم کردن تلفات توان و بهبود پروفیل ولتاژ

برآوردن تقاضاهای مشتریان در یک روش مطمئن و مقرون به صرفه، هدف اصلی سیستم قدرت الکتریکی مدرن است. سیستم توزیع بارهای متنوعی مانند بارهای مسکونی، تجاری، صنعتی و غیره را تامین می کند که به طور معمول برای تغییرات بار روزانه در یک محدوده وسیع می‌باشد. با افزایش بارگذاری و بهره‌برداری از ساختار موجود، احتمال وقوع فروپاشی ولتاژ در سیستم توزیع افزایش قابل توجهی می‌یابد. تحت شرایط عادی، شرکت‌های‌ توزیع برای کاهش تلفات قدرت سیستم انتظار دارند روی ترانسفورماتورها و فیدرها بارگذاری متعادلی ایجاد شود.

از سوی دیگر، نیاز به بهبود کیفیت توان به تدریج ضروری شده است. به طور خاص، بارهای حساس در شرایط خطا تنها می‌توانند در معرض افت ولتاژ کمتر و وقفه کوتاه‌تر باشند. حتی تحت شرایط خطا، شرکت‌های توزیع یا شرکت‌های تامین برق باید برای کیفیت توان عرضه شده به  صنایع با بارهای حساس اطمینان لازم را حاصل کنند. بنابراین مسئله تجدید آرایش فیدر با اهداف مختلف در هر دو شرایط نرمال و غیر نرمال پیچیده‌تر می شود[7].

در دو دهه گذشته، بسیاری از محققان مسئله تجدید آرایش شبکه را با استفاده از روش‌های مختلف حل کرده‌اند. در مرجع [3] مسئله تجدید آرایش سیستم توزیع برای کاهش تلفات با استفاده از روش بهینه‌سازی نوع شاخه متصل حل شده است. نقطه ضعف این روش زمان محاسبه شده برای  بدست‌ آوردن تجدید آرایش بهینه بود. در مرجع [4] مسئله تجدید آرایش  با استفاده از دو روش به روز رسانی زنجیره همسایه  و حداقل کردن  جریان حل شده است.

در مرجع [5] یک روش جدید برای تجدید آرایش شبکه توزیع یکپارچه شده با جریان بهینه براساس یک روش تجزیه بندرز برای به حداقل رساندن تلفات و حفظ تعادل بار ارائه شده است. در مرجع [6] الگوریتم تکاملی متفاوتی به منظور  ارتقا مسائل کیفیت توان مانند هارمونیک‌ها و افت ولتاژ توسط بهینه سازی شبکه توزیع اجرا گردیده است.

بعد‌ها، الگوریتم‌های بهینه‌سازی‌  متعددی مانند برنامه‌ریزی تکاملی سازگارفازی، الگوریتم ژنتیک‌ جهش ‌یافته فازی، الگوریتم ژنتیک اصلاح شده (RGA)[1] ، بهینه سازی ازدحام ذرات باینری، الگوریتم شبیه‌سازی رشد گیاهان و الگوریتم جستجو هارمونیک (HSA)[2] برای حل مسئله تجدید آرایش با اهداف مختلف ارائه شد. در  بسیاری از تحقیقات اخیر، الگوریتم کولونی مصنوعی زنبور عسل مجزا  و بهینه‌سازی ازدحام ذرات همرا با تئوری گراف به دلیل داشتن ویژگی های خوب برای بهینه سازی شبکه توزیع پیشنهاد شده است.

همه تحقیقات بالا نتایج دلگرم کننده‌ای در حل مسئله بهینه‌سازی شبکه توزیع بدست‌ آورده‌اند اما آنها نیز در برخی موارد مانند زمان محاسبه در حل سیستم‌های مقیاس بزرگ، گنجاندن پارامترهای خارجی مانند نرخ کراس اور(تقاطع) و نرخ جهش، خاصیت همگرایی و کارایی محاسبات ضعف‌های خود را دارند.

همچنین تحقیقات بالا تحت شرایط بهره‌برداری عادی سیستم‌های توزیع اجرا شده است. می توان در  شبکه توزیع شعاعی با فرض یک سری خطا در یک باس با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی جستجوی باکتری(BFOA)[3]، بهینه‌سازی مناسبی انجام داد. اما تجدید آرایش بهینه ‌ای با رعایت قید شعاعی بودن شبکه به راحتی بدست نمی آید و مشاهده می‌شود که بسیاری از مقالات ساختار شبکه به شکل یک حلقه مش در آمده است. و احتمال فروپاشی شبکه وجود خواهد داشت. پس حفظ ماهیت شعاعی بودن سیستم توزیع در تمام مراحل تجدید آرایش حیاتی می‌باشد[7].

[1] – Refined Genetic Algorithm

[2] -Harmonic Search Algorithm

[3] -Bacterial Foraging Optimization Algorithm

روش های بکار رفته در حل مسئله تجدید آرایش در شبکه های توزیع

اولین بار بحث تجدید آرایش توسط Merlin و Back در سال 1975 مطرح گردید[24]. آنها این مسئله را با روش branch and bound حل نمودند. ولی این روش دو مشکل داشت. اولا همگرایی حل مسئله تضمین نمی شد و ثانیا حجم محاسبات برای شبکه واقعی به شدت زیاد بود. در این روش بارها اکتیو فرش شده و با منبع جریان ثابت مدل گردیده و از زاویه بین ولتاژ ها صرفنظر شده بود. همچنین هیچ نوع قیدی از دیدگاه بهره برداری لحاظ نشده و برای حل پخش بار از پخش بار DC استفاده شده بود. در جهت حل این مشکلات روشهای گوناگونی طرح شده است که در زیر مروری بر آنها خواهیم داشت. به طور کلی می توان روشهای حل مسئله تجدید آرایش را بصورت زیر دسته بندی نمود

• الف – روشهای ابتکاری شهودی
• ب- روشهای تحلیلی ریاضی
• ه- استفاده از روش های مبتنی بر استنتاج فازی
• و- استفاده از روشهای  تکاملی
• ز- استفاده از شبکه های عصبی

تجدید آرایش در شبکه های توزیع

نمونه ای از مراجع

• [1] Ahmadi, Hamed, and José R. Martí. “Mathematical representation of radiality constraint in distribution system reconfiguration problem.” International Journal of Electrical Power & Energy Systems 64 (2015):293-299.
• [2] de Oliveira, Edimar José, et al. “New algorithm for reconfiguration and operating procedures in electric distribution systems.” International Journal of Electrical Power & Energy Systems 57 (2014): 129-134.
• [3]Hong Ying-Yi, Ho Saw-Yu. Determination of network configuration considering multiobjective in distribution systems using genetic algorithm. IEEE Trans Power Syst 2005;20(2):1062–9.
• [4] Ferdavani Ali Khorasani, Zin Abdullah Asuhaimi Mohd, Khairuddin Azhar, Naeini Marjan Mortazavi. Reconfiguration of distribution system through two minimum-current neighbour-chain updating methods. IET Gener Trans Distrib 2013;7(12):1492–7.
• [5] Khodr HM, Martinez-Crespo J, Matos MA, Pereira J. Distribution systems reconfiguration based on OPF using benders decomposition. IEEE Trans Power Deliv 2009;24(4):2166–76.
• [6] Jazebi Saeed, Vahidi Behrooz. Reconfiguration of distribution networks to mitigate utilities power quality disturbances. Electr Power Syst Res 2012;91:9–17.
• [7] A. Mohamed Imran , M. Kowsalya” A new power system reconfiguration scheme for power loss minimization and voltage profile enhancement using Fireworks Algorithm” Electrical Power and Energy Systems 62 (2014) 312–322.
• [8] Ghasemi, S., and J. Moshtagh. “A novel codification and modified heuristic approaches for optimal reconfiguration of distribution networks considering losses cost and cost benefit from voltage profile improvement.” Applied Soft Computing 25 (2014): 360-368.
• [9] Sedighizadeh, Mostafa, Masoud Esmaili, and Mobin Esmaeili. “Application of the hybrid Big Bang-Big Crunch algorithm to optimal reconfiguration and distributed generation power allocation in distribution systems.” Energy 76 (2014): 920-930.
• [10] Tomoiagă, Bogdan, et al. “Distribution system reconfiguration using genetic algorithm based on connected graphs.” Electric Power Systems Research 104 (2013): 216-225.
• [11] Duan, Dong-Li, et al. “Reconfiguration of distribution network for loss reduction and reliability improvement based on an enhanced genetic algorithm.” International Journal of Electrical Power & Energy Systems 64 (2015): 88-95.
• [12] Shareef, H., et al. “Power quality and reliability enhancement in distribution systems via optimum network reconfiguration by using quantum firefly algorithm.” International Journal of Electrical Power & Energy Systems 58 (2014): 160-169.

https://scholarcommons.sc.edu/elct_etd/