وبلاگ

احتمال دارد در سیستم توزیع به وجود آید، امری ضروری می‌نماید. از نتایج مثبت استفاده از واحد‌های تولید پراکنده می‌توان به بهبود منحنی ولتاژ ، کاهش تلفات توان حقیقی و راکتیو، وهمچنین بهبود پایداری و شاخص قابلیت اطمینان در سیستم قدرت اشاره نمود. هدف از این پایان‌نامه تعیین یک سطح نفوذ بهینه‌ از تولیدات پراکنده در شبکه ی توزیع با در نظر گرفتن اثرات متقابل واحد‌ها بر هم در محیط برنامه ریزی فعال شبکه‌ی توزیع می‌باشد.
کلید واژه: مدیریت فعال شبکه‌ی توزیع، نرخ نفوذ تولیدات پراکنده، پروفیل ولتاژ شبکه توزیع، اثرات متقابل واحد‌های تولید پراکنده، ظرفیت بهینه‌ی نصب تولیدات پراکنده.
 
 

فهرست مطالب
عنوان                  صفحه
فهرست جدول‌ها ‌ح
فهرست شکل‌‌ها ‌ط
فصل 1-    مقدمه. 1
1-1-   پیشگفتار . 1
1-2-   تاریخچه    2
1-3-   نقد و بررسی شیوه‌های نوین.. 5
1-4-   هدف از انجام پژوهش…. 7
1-5-   اهمیت موضوع پژوهش و کاربردهای آن.. 8
1-6-   طرح موضوع تحقیق.. 10
1-6-1-    سؤالات تحقیق      10
1-6-2-    پیش‌فرض‌ها 11
1-7-   ساختار گزارش…. 11
فصل 2-    بررسی انواع تولیدات پراکنده 13
2-1-   مقدمه    13
2-2-   معرفی سیستم توزیع.. 14
2-2-1-    ساختار سیستم توزیع.. 14
2-2-2-    سیستم توزیع شعاعی.. 14
2-2-3-    فیدر های فشار متوسط… 15
2-2-4-    پست‌های توزیع و شبکه های فشار ضعیف… 15
2-3-   تولیدات پراکنده Error! Bookmark not defined.
2-3-1-    تولید غیر متمرکز(Decentralized Gen.) 21
2-4-   تعریف تولید پراکنده 22
2-4-1-    موسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) 22
2-4-2-    موسسه تحقیقات برق (EPRI) 23
2-4-3-    ائتلاف تولیدات پراکنده امریکا (DPCA) 23
2-4-4-    آژانس بین المللی انرژی (IEA) 23
2-4-5-    دپارتمان انرژی ایالات متحده آمریکا DOE) US) 24
2-4-6-    تعریف پیشنهادی برای DG.. 24
2-5-   دسته بندی تولید پراکنده (DG) 25
2-5-1-    تقسیم بندی بر اساس ظرفیت… 25
2-5-2-    تقسیم بندی بر اساس نوع و مدت زمان تغذیه. 25
2-5-3-    تقسیم بندی بر اساس نوع برق تولیدی.. 26
2-5-4-    تقسیم بندی بر اساس نوع سوخت مصرفی.. 26
2-5-5-    اهمیت تنوع بخشیدن به منابع انرژی، بهبود امنیت سیستم.. 27
2-5-6-    کاهش وابستگی به شبکه سراسری برق.. 27
2-5-7-    استفاده از منابع محلی و منطقه‌ای و بهره‌مندی از پتانسیل عظیم انرژی تجدید‌پذیر کشور 28
2-5-8-    استفاده از تولیدات پراکنده تجدیدپذیر و عدم تولید گازهای گلخانه‌ای.. 29
2-5-9-    افزایش فرصت ایجاد شغل های جدید و کاهش بیکاری.. 29
2-5-10-  ارتقای سطح ایران درزمینه حفظ محیط زیست در جوامع بین المللی.. 30
2-5-11-  توسعه مناطق دور افتاده 30
2-6-   گزارش آمار جهانی انرژی های تجدید پذیر درسال 2013.. 31
2-6-1-    زیست توده 31
2-6-2-    انرژی خورشیدی   32
2-7-   کاربرد منابع تولید پراکنده 32
2-7-1-    تولید پراکنده آماده به کار 33
2-7-2-    اصطلاح اوج بار 33
2-7-3-    تولید همزمان برق و گرما (CHP) 33
2-7-4-    بارپایه. 34
2-7-5-    کاربرد در مکانهای دور

دست و روستایی.. 34
2-7-6-    برق رسانی مجزا از شبکه. 34
2-7-7-    پشتیبانی از شبکه. 34
2-8-   مزایای استفاده از منابع تولیدی پراکنده 35
2-8-1-    مزایای تولید پراکنده برای مصرف کنندگان.. 35
2-8-2-    مزایای منابع تولید پراکنده برای تولید کنندگان برق.. 35
2-8-3-    مزایای ملی منابع تولید پراکنده 36
2-8-4-    مزایای فنی و اقتصادی استفاده از منابع تولید پراکنده 36
2-9-   معایب تولیدات پراکنده 37
2-10- بررسی انواع تکنولوژی های تولید پراکنده و انرژی‌های نو. 38
2-10-1-  مقدمه    38
2-10-2-  تجهیزات تولید توان منابع تولید پراکنده 38
2-10-2-1- ناحیه تحویل توان تولید پراکنده 38
2-10-2-2- محدوده توان واحدهای تولید پراکنده 39
2-10-2-3- تکنولوژیهای تولید پراکنده 39
2-10-2-4- بررسی انواع تکنولوژی‌های تولید پراکنده 41
2-10-2-5- ژنراتورهای مرسوم (موتورهای سوختی) 43
فصل 3-    اثر مکان و ظرفیت DG بر روی تلفات و پروفیل ولتاژ 44
3-1-   مشخصه عملکردی تکنولوژیهای تولید پراکنده 44
3-2-   مزایای استفاده از مولدهای تولید پراکنده 45
3-2-1-    مزایای اقتصادی 47
3-2-2-    مزایای تولید مطمئن و ایمن.. 48
3-2-3-    مزایای اجتماعی   50
3-2-4-    مزایای محیطی      50
3-2-5-    طبقه بندی مزایا 50
3-3-   بهره‌برداری تولید پراکنده 52
3-3-1-    تولید پراکنده آماده به کار 52
3-3-2-    اصلاح اوج بار 52
3-3-3-    استفاده محلی و کاربرد در مناطق دوردست… 53
3-3-4-    تولید همزمان برق وگرما (CHP) 53
3-3-5-    بار پایه. 53
3-3-6-    پشتیبانی شبکه 53
3-4-   محدودیتهای تولید پراکنده 54
3-5-   آثار منابع تولید پراکنده بر روی شبکه‌های الکتریکی.. 54
3-6-   اهداف و کاربردها 56
3-6-1-    مکان نصب      57
3-6-2-    ظرفیت… 57
3-6-3-    ناحیه سرویس‌دهی.. 58
3-6-4-    توان تولیدی      58
3-6-5-    نحوه بهره‌برداری   58
3-6-6-    مالکیت… 59
3-7-   عوامل رشد استفاده از تولید پراکنده 60
3-8-   اثرات تولید پراکنده روی عملکرد سیستم.. 62
3-9-   بهره‌برداری از شبکه توزیع در حضور واحد‌های تولید پراکنده 66
3-9-1-    شاخص‌های تأثیر تولید پراکنده بر شبکه‌های توزیع.. 67
3-9-1-1-  شاخص تلفات توان اکتیو و راکتیو. 67
3-9-1-2-  شاخص پروفیل ولتاژ در بار ماکزیمم. 68
3-9-1-3-  شاخص تنظیم ولتاژ 69
3-9-1-4-  شاخص ظرفیت جریان هادی.. 69
3-9-1-5-  شاخص بار گذاری ترانس    70
3-9-1-6-  شاخص اتصال کوتاه تک فاز و سه فاز به زمین.. 70
3-9-1-7-  شاخص هارمونیک        71
3-9-2-    مسائل مرتبط با ورود تولیدات پراکنده به شبکه. 72
3-9-2-1-  عدم قطعیت در تولید. 72
3-9-2-2-  کنترل و تنظیم ولتاژ 72
3-9-2-3-  تلفات                                 74
3-9-2-4-  فلیکر ولتاژ 75
3-9-2-5-  هارمونیک        76
3-9-2-6-  نامتعادلی در شبکه‌های توزیع. 78
3-9-2-7-  پایداری      78
3-9-2-8-  پروفیل ولتاژ 79
3-9-2-9-  کیفیت توان    81
3-10- ملاحظات محیطی و مکانیزم‌های پشتیبانی.. 82
3-11- راهکارهای‌ بررسی‌ آثار تولیدات‌پراکنده‌ بر روی‌ شبکه‌های‌ الکتریکی‌ 83
3-12- قواعد و استانداردهای‌ تدوین‌ یافته‌برای‌ اتصال‌ منابع‌ تولید پراکنده‌ به‌ شبکه. 84
3-13- خلاصه و نتیجه گیری.. 86
فصل 4-    الگوریتم پیشنهادی شبکه‌های توزیع فعال.. 88
4-1-   مقدمه    88
4-2-   مدیریت اکتیو شبکه. 91
4-2-1-    تحلیل فنی مدیریت اکتیو. 93
4-3-   مدل‌های برنامه‌ریزی DG در شبکه توزیع.. 99
4-4-   مطالعات صورت گرفته در زمینه‌ی مدیریت اکتیو شبکه توزیع فعال.. 101
4-5-   شبکه‌ی تست مورد مطالعه. 108
4-5-1-    اطلاعات شبکه‌ی تست… 108
4-5-2-    پروفایل‌های تقاضای بار و تولید باد. 111
4-6-   شبیه سازی برنامه‌ریزی شبکه‌های توزیع فعال.. 113
4-6-1-    مقدمه. 113
4-7-   تداخلات تولیدات پراکنده با یکدیگر و لزوم بررسی چند پیکر بندی.. 114
4-7-1-    افزایش سطح ولتاژ و ظرفیت تولید پراکنده 115
4-7-2-    ماکزیمم  ظرفیت تولید پراکنده-برای نصب در یک مکان خاص…. 115
4-7-3-    مدیریت شبکه غیر فعال-ترکیب‌بندی ‌های مختلف تولیدات پراکنده 116
4-7-4-    مدیریت اکتیو شبکه – پیکربندی مختلف منابع تولید پراکنده 116
4-8-   الگوریتم پیشنهادی با چند پیکر‌بندی و برای چندین دوره‌ی زمانی بر اساس روشOPF (MMOPF) 118
4-8-1-    پیکر بندی‌ها مختلف- وضعیت عملیاتی واحد‌های تولید پراکنده 118
4-8-2-    تابع هدف و محدودیت‌های شبکه. 120
4-8-3-    تابع هدف در مسئله برنامه‌ریزی.. 120
4-8-4-    ظرفیت بهینه تولید پراکنده، برای تمام پیکربندی‌های موجود منابع تولید پراکنده 122
4-8-5-    الگوریتم MMOPF  124
4-8-6-    کاربرد تکنیک پیشنهادی MMOPF برای برنامه ریزی ظرفیت تولید پراکنده تحت نظر مدیریت شبکه فعال  125
4-8-6-1-  سناریو شماره یک        130
4-8-6-2-  سناریو شماره دو 132
4-8-6-3-  سناریو شماره سه    133
4-8-6-4-  سناریو شماره چهار 134
4-9-   نتیجه گیری.. 135
فصل 5-    نتیجه‌گیری و پیشنهادها 137
5-1-   نتیجه‌گیری  137
5-2-   پیشنهادها 138
فهرست مراجع 139
 
فهرست جدول‌ها
عنوان                                             صفحه
جدول 2-1 تعریفات تولید پراکنده در مراجع مختلف… 22
جدول2-2 تقسیم بندی تولید پراکنده بر اساس ظرفیت تولید. 25
جدول 2-3 مقایسه انواع تکنولوژیهای تولید پراکنده از لحاظ مدت زمان تغذیه. 26
جدول 2-4- تقسیم‌بندی تولید پراکنده بر اساس ظرفیت تولید. 39
جدول 2-5 برخی از تکنولوژی‌های تولید پراکنده و ظرفیت قابل دسترس]10 [ 41
جدول ‏4‑1- اطلاعات الکتریکی شبکه نمونه. 110
جدول 4-2 اطلاعات بار باس‌ها 111
جدول4-3 پروفیل تولید بار بر حسب باد. 112
 
فهرست شکل‌‌ها
عنوان                                                صفحه
شکل2-1  نوعی طبقه بندی مولدهای تولید پراکنده 42
شکل 3-1 یک فیدر شعاعی ساده. 74
شکل 3-2 یک شبکه شعاعی 10 شینه نمونه. 80
شکل 3-3 تأثیر تولیدات پراکنده بر پروفیل ولتاژ در دوره‌های کم باری و بار زیاد. 80
شکل ‏4-‏1   شماتیک ساده‌ای از AM در شبکه‌های توزیع.. 94
شکل ‏4‑2- دیاگرام خطی شبکه‌ی تست 16-باسه اصلاح شده 109
شکل 4-3  دیاگرام پروفیل تولید بار بر حسب باد. 112
شکل 4-4 شبکه ساده نمونه. 115
شکل 4-5 الگوریتم پیشنهادی پایان نامه. 124
 
 

فصل 1- مقدمه
1-1- پیشگفتار.
امروزه توجه به مسائل زیست محیطی، قیمت بالای سوخت‌های فسیلی، تشکیل بازار برق و تغییر مالکیت و مدیریت صنعت برق از حالت سنتی به رقابتی و از طرفی پیشرفت‌های چشمگیر حاصل شده در ژنراتور‌های کوچک، تجهیزات الکترونیک قدرت، ذخیره‌سازها و کشف روش‌های مختلف تولید انرژی از منابع انرژی تجدید‌پذیر[1] علاقه زیادی به استفاده از واحد‌های تولید پراکنده[2] در سرتاسر دنیا ایجاد شده است [[i]].
امروزه، تولید پراکنده به یک راه‌حل اقتصادی برای تولید انرژی الکتریکی در شبکه توزیع تبدیل شده است. به کارگیری واحد‌های تولید پراکنده در شبکه توزیع مزایای بالقوه فراوانی برای شرکت‌های توزیع خواهند داشت. شاید مهم‌ترین مزیت استفاده از وا‌حدهای تولید پراکنده، نزدیکی به مصرف‌کننده و درنتیجه کاهش و یا حذف هزینه‌های مربوط به سیستم انتقال و توزیع باشد. در کنار آن می‌توان به حذف محدودیت مکانی و جغرافیایی تولیدات پراکنده کوچک نسبت به نیروگاه‌های بزرگ، ریسک کمتر سرمایه‌گذاری، زمان نصب کمتر، شرایط محیط زیست بهتر، کیفیت و قابلیت اطمینان بیشتر، کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ، تأخیر در سرمایه‌گذاری، تکنولوژی در زمینه ساخت ژنراتور‌های کوچک با توان تولیدی بالا و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند باد و خورشید اشاره کرد [[ii]].
تشویق توسعه‌دهندگان و بهره‌برداران شبکه توزیع[3] به اتصال تولیدات پراکنده جهت استفاده از مزایای فوق از اهداف شرکت‌های توزیع می‌باشد. در سال‌های گذشته، تحقیق پیرامون تأثیرات فنی که تولیدات پراکنده ایجاد می‌نمایند، از اولویت‌های صنعت برق بوده است. ایجاد الگوهای اقتصادی بر مبنای تشویق و ایجاد یک محیط مطمئن از لحاظ سرمایه گذاری و اطمینان سرمایه گذار از بابت استفاده از ظرفیت نصب شده‌ی منابع تولید پراکنده از اولویت‌های کنونی صنعت برق جهت توسعه تولیدات پراکنده می‌باشد [[iii]]. در کنار تشویق برای توسعه باید برنامه ریزی برای احداث واحد‌های تولید پراکنده نیز صورت گیرد تا احداث این منابع باعث بوجود آمدن مشکلات اتی در شبکه نگردد.

1-2-   تاریخچه
به تازگی، بسیاری از مطالعات تحقیقاتی بر روی مدیریت شبکه فعال گزارش شده است که بر منافع استفاده از منابع مدیریت اکتیو شبکه و پیشنهاد طرح‌های جدید و برنامه‌های کاربردی تاکید کرده‌اند. برخی از مطالعات شامل پروژه‌های عملی، پیاده سازی و تجارب مدیریت شبکه فعال [[iv]] برنامه‌ی آنلاین مدیریت شبکه فعال [[v]] ، ترکیبی از مدیریت شبکه فعال همراه با نرم افزار پاسخ‌گویی مشترکین [[vi]] وچالش‌های مدیریتی شبکه فعال برای اپراتور‌های شبکه را نشان می‌دهد [[vii]]. در [[viii]]، ارزیابی‌های فنی – اقتصادی و هزینه- سود تجزیه و تحلیل هزینه‌های سرمایه‌گذاری و هزینه‌های بهره برداری برای ترکیب‌های مختلف طرح های مدیریت شبکه فعال مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته‌اند و با طرح مدیریت شبکه منفعل مقایسه شده‌اند. به طور کلی، می‌توان نتیجه گرفت که نفوذ تولید پراکنده، هزینه‌های سرمایه‌گذاری طرح‌های مدیریت شبکه فعال را افزایش می‌دهد و باعث عملی‌تر و قابل توجیه‌تر شدن طرح‌های مدیریت شبکه فعال می‌گردد.
امروزه، با توجه به روند روبه رشد نفوذ تولید‌های پراکنده در شبکه‌ی انتقال و شبکه‌های توزیع در بسیاری از کشور‌ها دامنه‌ی برنامه‌ریزی‌ها برای افزایش نفوذ تولید پراکنده اولویت اپراتور‌های سیستم‌های توزیع و انتقال (DSOوTSO) می‌باشد. با این حال، افزایش ولتاژ حالت پایدار یکی از محدودیت‌های اصلی شبکه است که میزان ظرفیت تولید پراکنده را محدود می‌کند که می‌تواند رفع شود. در [[ix]]، مشکل ولتاژ مرتبط با نصب و راه اندازی تصادفی منابع تولید پراکنده با مالکیت مشترکین، از نظر محل، نوع و اندازه، در یک شبکه توزیع ثانویه مورد بررسی قرار می‌گیرد. در [[x]]، روش ارائه شده شامل تهیه کردن محدودیت گام ولتاژ ایجاد شده به دلیل تأثیر در ارتباط با قطع و یا اتصال ناگهانی تولید پراکنده می‌باشد نتایج تحقیق کاهش قابل توجه در مقدار ظرفیت تولید پراکنده نصب شده هنگامی که محدودیت برای گام تغییرات ولتاژ به شبکه اعمال می‌شود را نشان می‌دهد و محدودیت تغییرات گسترده‌تر ولتاژ می‌تواند باعث افزایش ضریب نفوذ ظرفیت تولید پراکنده در شبکه شود. برخی از مطالعات مدیریت شبکه فعال، پتانسیل طرح‌های مدیریت شبکه فعال را تجزیه و تحلیل کردند تا نفوذ تولید پراکنده به حداکثر برسد [[xi]]، ویا انرژی بهره برداری به حداکثر برسد [[xii]] و یا تلفات انرژی به حداقل برسد [[xiii]]. در مطالعات قبلی تأثیر تقاضای متغیر و پروفایل‌های تولید نیز با پخش بار بهینه‌ی چند دوره‌ای مبتنی بر (OPF)- بر اساس روش (MOPF) مورد بررسی قرار گرفته‌اند. این مطالعات تحت مکان‌های ثابت نصب تولید پراکنده و تنها با یک پیکر‌بندی تولید پراکنده (که همه منابع در مدار باشند) مورد آزمایش قرار گرفته‌اند و مشخص شد که

پتانسیل مدیریت شبکه فعال هنگامی که (OLTC) ها برای افزایش ولتاژ محدودیت دارند، کاهش می‌یابد.
برای منابع تولید‌پراکنده با یک مکان نصب ثابت، طرح های مدیریت شبکه فعال به دلیل رسیدن خطوط به حد حرارتی خط تاثیری بر این منابع پراکنده نمی‌گذارند، در حالی که دیگر مکان‌های نصب تولید پراکنده با توجه‌ به طرح‌های مدیریت شبکه فعال تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.
با این حال، اثرات ساختار‌های مختلف مشارکت،  تولیدات پراکنده چندگانه در مراجع [11] تا [13] در نظر گرفته نشده است، که به طور جدی می تواند پتانسیل طرح های مدیریت شبکه فعال و مقدار اتصال ظرفیت تولید پراکنده را تحت تأثیر قرار دهند. در اینجا اصطلاح ساختار‌ها یا پیکربندی‌های مختلف تولید پراکنده به همان وضعیت عملیاتی واحد‌های تولید پراکنده (روشن یا خاموش) منابع در شبکه اشاره می‌کند.
ارتباط بین به حداکثر رساندن ظرفیت تولید پراکنده و نقص ولتاژ حالت پایدار را با استفاده از ضریب حساسیت ولتاژ در [[xiv]] و [[xv]] را مورد بررسی قرار دادند. در [15]، یک روش مؤثر پیشنهاد شده است که تولید‌های پراکنده را بر اساس تجزیه و تحلیل‌های مختلف برای محدودیت‌های مختلف مرتبط با هر باس اختصاص داده است تا اطمینان یابد که هیچ نقصانی در شبکه رخ نخواهد داد. نقصان در تزریق توان در شبکه هنگامی که واحد های تولید پراکنده به صورت جداگانه و نه به صورت یک گروه در شبکه جایابی می‌شوند اتفاق می‌افتد که می‌تواند به محدودیت‌هایی در شبکه منجر شود و ظرفیت کل منابع تولید پراکنده متصل شده  را به حداقل می‌رساند و بهره‌وری از دارایی‌های موجود نصب شده در شبکه را کاهش می‌دهد. در مرجع [[xvi]] روش دیگری پیشنهاد شده است که باس های ضعیف و قوی را شناسایی کند پس از آن، تولید‌های پراکنده را در باس‌هایی با حاشیه‌ی پایداری ولتاژ قوی قرار دهند. در مرجع [[xvii]]، اثر انتخاب میزان نفوذ‌های مختلف تولید پراکنده بر  نتیجه‌ی جایابی منابع تولید پراکنده بررسی شده است. با افزایش میزان نفوذ منابع تولید پراکنده در شبکه، نتایج افزایش یا کاهش قابل توجه در ظرفیت تولید منابع تولید پراکنده را در مکان‌های خاص را نشان می‌دهد. از این رو، ارزیابی میزان نفوذ منابع تولید پراکنده، بر اساس اینکه تمام نقاط از لحاظ تولید بهینه‌باشند، برای برنامه ریزی بلند مدت انتخاب شده است.  مطالعات صورت گرفته در مراجع [14]- [17] نشان داد که میزان نفوذ کم منابع تولید پراکنده در نقاط خاصِ می تواند مشکلات شدید ولتاژ را ایجاد کند، و از این رو بر کل میزان نفوذ تولید پراکنده اثر بگذارد. با این حال، این مطالعات نیز اثر تنظیمات چند پیکربندی مختلف تولید پراکنده را در نظر نگرفته بودند که می‌تواند به طور قابل توجهی بر مکان نصب و مقدار ظرفیت منابع تولید پراکنده متصل شده تاثیر بگذارد.

1-3- نقد و بررسی شیوه‌های نوین
طرح سرمایه گذاری برای توسعه زیر ساخت‌های شبکه برای برآورده کردن رشد تقاضا بار می تواند با معرفی واحد‌های تولید پراکنده در شبکه انتقال و توزیع به تعویق انداخته شود. حضور