عنوان : مکان یابی بهینه واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات کرمان

دانشکده فنی و مهندسی، گروه برق

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته برق (M.Sc)

گرایش: قدرت

عنوان:

مکان یابی بهینه واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو

استاد راهنما:

دکتر حسن فاتحی مرج

استاد مشاور:

دکتر سعید اسماعیلی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
چکیده………………………………………. 1
فصل اول:کلیات پژوهش
1-1- مقدمه……………………………………… 3
1-2- اهمیت بحث بر روی میکروگریدها و ضرورت پژوهش……………………… 6
1-3- تاثیرات ناشی از حضور میکروگریدها در شبکه های قدرت………………. 7
1-3-1 کیفیت توان……………………………………… 7
1-3-2 تاثیرات میکروگرید بر بازار برق………………………………………. 8
1-3-3 صرفه جویی اقتصادی………………………………………. 9
1-3-4 تاثیرات میکروگرید بر محیط زیست…………………………………. 10
1-4- معضلات میکرو گرید……………………………………… 13
1-5- اظهار مسئله و پیشینه پژوهش………………………………………. 14
فصل دوم: مروری بر ادبیات و پیشینه پژوهش
2-1- ساختار میکروگرید……………………………………… 17
2-2- معرفی سیستم های تولید پراکنده (DG) و سابقه آن…………………. 18
2-3- معرفی تکنولوژی های مورد بهره گیری در ساخت میکروگرید…………. 20
2-3-1 پیل سوختی………………………………………. 20
2-3-2 میکروتوربین ها…………………………………….. 24
2-3-2-1 اساس کار و اجزای اصلی میکروتوربین ها در یک نگاه……………. 24
2-3-3 سیستم های مبدل انرژی باد……………………………………… 28
2-3-4 زمین گرمایی………………………………………. 30
2-3-4-1 فرآیند تولید برق در نیروگاه زمین گرمایی………………….. 30
2-3-5 انرژی زیست توده (بیوماس)…………………………………….31
2-3-6 سیستم های فتوولتائیک……………………………………….. 34
2-3-6-1 پدیده ی فتوولتاییک……………………………………….. 36
2-3-6-2 سلول فتوولتائیک……………………………………….. 37
2-3-6-3 مزایای فناوری فتوولتائیک……………………………………….. 38
2-3-6-4 اجزای تشکیل  دهندهی سامانه‌های فتوولتائیک………………. 39
2-3-6-5 اینورترها ……………………………………..40
2-3-6-6 توانایی اینورتر سیستم فتوولتاییک در تولید توان راکتیو ……. 40
فصل سوم: روش اجرای پژوهش
3-1- اجرای روش……………………………………….. 44
3-2- تابع هدف مسئله……………………………………… 44
3-2-1 کاهش تلفات……………………………………….. 45
3-2-2 بهبود پروفیل ولتاژ……………………………………… 45
3-3- پخش بار پیشرو- پسرو……………………………………… 46
3-3-1 مدل پخش بار……………………………………… 46
3-4- الگوریتم ژنتیک (GA)……………………………………… 48
3-5- الگوریتم اجتماع ذرات (PSO)…………………………….. 50
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ­ها
4-1- شبکه های مورد مطالعه………………………………………. 53
4-2- نتایج شبیه سازی میکروگرید 33 شینه……………………….. 55
4-2-1 نتایج شیبه سازی میکروگرید 6 شینه…………………….. 61
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری………………………………………. 67
منابع و ماخذ……………………………………… 69
فهرست منابع فارسی………………………………………. 69
فهرست منابع انگلیسی………………………………………. 70
چکیده انگلیسی…………………………………. 72
چکیده:
میکروگرید شبکه­ای با مقیاس کوچک درسطح ولتاژ توزیع می باشد که از پیوستن تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی در سیستم های ولتاژ پایین یا متوسط شکل می­گیرد، در واقع یک شبکه­ی میکروگرید با ترکیبی از انرژی های تجدیدپذیر همراه با سوخت­های فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع می پردازد. حضور میکروگریدها در شبکه های توزیع، مزایای بسیاری را برای مشترکین فراهم می نمایند. میکروگریدها قابلیت فراهم کردن کیفیت توان مطابق با نیازهای مشترکین را دارا می باشند، همچنین تاثیرات مثبت میکروگریدها بر بازار برق و صرفه جویی اقتصادی و از سوی دیگر تاثیر آن بر کاهش آلاینده­های هوا باعث توجه بسیاری از پژوهشگران و کارشناسان بر موضوع میکروگریدها شده می باشد، در چنین شرایطی واضح می­باشد که داشتن یک استراتژی بهینه برای مکان واحدهای تولید پراکنده در میکروگرید مهم می باشد و عدم در نظر داشتن آن باعث هدر رفتن وقت و منابع مالی زیاد می­گردد. در این پروژه به مکان‏یابی بهینه‏ی سیستم‏های فتوولتائیک که به عنوان یکی از منابع تولید پراکنده در میکروگریدها هستند با در نظر گرفتن توان اکتیو و راکتیو تولیدی پرداخته شده می باشد. تابع هدف این مسئله حداقل کردن اندازه تلفات خطوط در شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ می‏باشد، برای این مقصود از الگوریتم­های ژنتیک واجتماع ذرات (pso) که از تکامل یافته ترین الگوریتم های بهینه ساز می‏باشند بهره گیری شده می باشد. سیستم‏های فتوولتائیک علاوه بر تولید توان اکتیو می­توانند به عنوان STATCOM به مقصود تنظیم ولتاژ و اصلاح ضریب توان در طول روز و شب به کار گرفته شوند. پس با درنظر گرفتن قابلیت تولید توان اکتیو و راکتیو برای سیستم­های فتوولتائیک در 24 ساعت، می‏توان بهره گیری بهینه­تری از آن­ها نمود. الگوریتم های ارائه شده بر روی میکروگرید 33 شینه و 6 شینه در محیط MATLAB  اعمال گردیده و نتایج آن مورد مطالعه قرار گرفته می باشد.
فصل اول: کلیات پژوهش
1-1- مقدمه
با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی، کلیه کشورها با مشکل انرژی روبرو هستند. انرژی برای همه مردم مسأله­ای اساسی می باشد. انرژی در تمام شئون جامعه انسانی رسوخ کرده و جنبه­های مختلف آن از زندگی روزانه خانوادگی گرفته؛ تاسیسات جهانی و بین­المللی و طرح­های توسعه ملی را تحت تأثیر قرار داده می باشد. نگاهی گذرا به آمارهای تولید و مصرف انرژی الکتریکی در ایران بیانگر نیازمندی به افزایش سالانه ظرفیت 5000 مگاوات در بخش تولید جهت تأمین تقاضای بار می­باشد. بر اساس برنامه­ریزی­های انجام شده انتظار می­رود ظرفیت نصب شده نیروگاه­های کشور تا پایان سال 1392 به رقمی معادل 72550 مگاوات بالغ گردد. از سوی دیگر محدود بودن منابع فسیلی تأمین انرژی، و تأثیرات نامطلوب زیست محیطی  ناشی ازسوختهای فسیلی، بخش قابل توجهی از تحقیقات و فعالیت­های پژوهشی در حوزه ی انرژی را به  موضوع انرژی های نو و تجدید پذیر معطوف نموده می باشد (Phillipson and Willis 1999, 123-156; Griffin et al 2000, 9; Zareipour, Bhattacharya and Canizares 2000, 9-10; Barker and De Mello 2000, 1645-1656 ). یکی از راهکارهای اساسی به مقصود حل معضلات مطرح شده بهره گیری از میکروگریدها می باشد. میکروگرید شبکه ای با مقیاس کوچک درسطح ولتاژ توزیع می باشد که از پیوستن  تولیدات کوچک، مدولار و ذخیره انرژی  در سیستم­های ولتاژپایین یا متوسط شکل می­گیرد در واقع یک شبکه­ی میکروگرید با ترکیبی از انرژی­های تجدیدپذیر همراه با سوختهای فسیلی به تولید توان در سطح ولتاژ توزیع می­پردازد، که ازطریق یک نقطه­ی ­کوپلنگ مشترک به شبکه توزیع متصل می­گردد (Hatziargyriou et al 2004, 12; Lasseter 2010, 225-234). منابع تولید پراکنده مورد بهره گیری در میکروگریدها بر خلاف نیروگاه­های مرسوم در شبکه قدرت از نوع منابع  [1]DER می باشند که به کمک ادوات الکترونیک قدرت انعطاف لازم را به مقصود تنظیم ولتاژ، فرکانس و توان در هنگام اتصال به شبکه داشته باشند.
تفاوت بین منابع مورد بهره گیری در میکروگریدها و نیروگاه های مرسوم در صنعت برق شامل موردها زیر می­باشد:
1- منابع مورد بهره گیری در میکروگریدها دارای ظرفیت کمتری نسبت ژنراتورهای مرسوم در نیروگاه­های بزرگ برق می­باشند.
2- تولید انرژی الکتریکی در منابع میکروگرید بر خلاف ژنراتورهای مرسوم در شبکه ی برق، در سطح ولتاژ توزیع اتفاق می­افتد.
3- منابع مورد بهره گیری در میکروگرید بر خلاف نیروگاه­های بزرگ در نزدیکی مصرف کننده­ها نصب می شوند تا بارها را با فرکانس و ولتاژ مناسب تامین نموده و باعث کاهش تلفات در خطوط انتقال شوند (Katiraei and Iravani 2006, 167).
از طرفی دیگر، ایران از لحاظ وضعیت جغرافیایی در شمار کشورهایی می باشد که بهره­برداری از منابع انرژی­های نو در آن ممکن می­باشد. یکی از اهداف بلند مدت صنعت برق کشور بکارگیری بیش از پیش انرژی­های نو و منابع تجدیدپذیر انرژی برای کاهش انتشار آلاینده­های زیست محیطی و کاهش مصرف سوخت­های فسیلی می­باشد. در طول یک دهه گذشته توسعه منابع تولید پراکنده به گونه وسیعی رشد یافته می باشد. در طی این فرایند شبکه توزیع به یک نگرانی بزرگ برای افراد تبدیل شده می باشد. دلیل اصلی آن این می باشد که این منابع تولید پراکنده در سطح ولتاژهای متوسط و بالا به شبکه توزیع متصل می­شوند، و طوری طراحی شده­اند که بارها به صورت غیرفعال هستند و شارش توان فقط از پست­ها به سمت بار می­باشد و نه برعکس­. به همین دلیل مطالعات بسیاری برای اتصال میکرو گریدها به شبکه توزیع انجام شده می باشد، از بحث های کنترلی گرفته تا حفاظت، پایداری ولتاژ، کیفیت توان و خیلی موردها دیگر. واحدهای تولید توان کوچک، که معمولاً در نزدیک بار قرار دارند، به عنوان یک گزینه برای تامین نیاز افزایشی به انرژی الکتریکی مشترکان، با تاکید بر قابلیت اطمینان و کیفیت توان و سایر ملاحظات مربوط به مسائل اقتصادی، زیست­محیطی ومزایای فنی، در نظر گرفته خواهند گردید (Piagi and Lasseter 2006, 8).
با این حال، با در نظر داشتن نفوذ بیش از پیش منابع تولید پراکنده، شبکه توزیع فشار ضعیف را دیگر نمی­توان به عنوان یک عنصر غیرفعال متصل به شبکه انتقال در نظر گرفت که تنها شارش توان یک­طرفه به سمت آنها مستقر باشد. همچنین تاثیر منابع تولید کوچک در شبکه فشار ضعیف بر روی تعادل توان و کنترل فرکانس بسیار مهم­تر خواهد گردید.
در پروژه­های تحقیقاتی که تاکنون انجام شده می باشد، میکروگرید این چنین تعریف می­گردد: تجمیع منابع تولید توان کوچک در شبکه فشار ضعیف در سطح وسیع.
یک تعریف کامل از میکروگرید به شکل زیر ارائه شده می باشد:
میکروگرید شامل سیستم توزیع فشار ضعیف با منابع تولید پراکنده (میکروتوربین، سلول سوختی، فتوولتائیک و. . . ) به همراه ادوات ذخیره­ساز (فلایویل، خازن­های انرژی و باتری­ها) می باشد. چنین سیستمی می­تواند به گونه غیر مستقل زمانی که به شبکه متصل می باشد و به گونه مستقل زمانی که از شبکه جدا شده می باشد، اقدام کند. بهره­برداری از منابع کوچک توان در شبکه در صورتی که به گونه مناسب مدیریت و هماهنگی گردد، می­تواند مزایای زیادی را برای کل سیستم داشته باشد، 3 نکته مهم در این تعریف هست:
1- میکروگرید جایگاهی برای تجمیع منابع سمت تغذیه (منابع تولید کوچک) و منابع سمت مصرف (ذخیره کننده­ها و بارهای کنترل­پذیر) می­باشد که در یک شبکه توزیع محلی قرار گرفته می باشد.
2- یک میکروگرید بایستی قادر باشد که هم در شرایط عادی (متصل به شبکه) و هم حالت اضطراری (جدا از شبکه) به کار خود ادامه دهد.
3- تفاوت بین یک میکروگرید و یک شبکه غیرفعال که در آن ریزمنابع وجود دارند، به گونه عمده در شیوه مدیریت و هماهنگی منابع موجود تولید توان می­باشد.
یک میکروگرید می­تواند در اندازه­های متفاوتی باشد. مثالی از یک میکروگرید به عنوان یک شبکه فشار ضعیف، در شکل 1-1 نشان داده شده می باشد. هرچقدر که سایز میکروگرید بیشتر باشد بایستی با خازن­های متعادل­کننده و تجهیزات تولیدی بیشتر از توقف در سمت تولید و سمت مصرف جلوگیری گردد، اما در حالت کلی، ماکزیمم ظرفیت میکروگرید (در حالت پیک بار مورد تقاضا) به چند MW محدود می­گردد. بیشتر از این مقدار ظرفیت به عنوان مفهوم میکروگرید چندگانه[2] تلقی می­گردد که با جدا کردن منابع به عنوان میکروگرید­های جدا از هم، مطالعه می­گردد (Katiraei et al 2008, 54-65; Lasseter 2002, 305-308  ).
از لحاظ فنی میکروگرید از اتصال منابع تولید کوچک به شبکه فشار ضعیف  به وجود می­آید. که معمولاً به وسیله ادوات کنترلی مدرن و خصوصا واحدهای الکترونیک قدرت این منابع به شبکه توزیع متصل می­شوند. پس یک گروه کنترل شده از منابع انرژی متصل به شبکه فشار ضعیف، اما در عین حال قابل کار کردن به صورت مستقل از شبکه (جزیره­ای) می­تواند به عنوان یک تعریف از میکروگرید باشد.
بهره ­برداری متناسب و کنترل ریزمنابع با یکدیگر و با منابع ذخیره­ساز مانند فلایویل، خازن­های انرژی، باتری­ها و بارهای کنترل­پذیر مانند آب ­گرمکن و تهویه هوا، در قلب مفهوم میکروگرید جای دارد. از نقطه نظر شبکه یک میکروگرید می­تواند به عنوان یک نهاد کنترل شده درون سیستم قدرت در نظر گرفته گردد، که می­تواند به عنوان یک بار تجمیع شده مستقل اقدام کند.
2-1- اهمیت بحث بر روی میکروگریدها و ضرورت پژوهش
در بیش از نیم قرن گذشته توسعه سیستم قدرت بر اساس متمرکز سازی واحد های نیروگاهی با ظرفیت بالا در مکان­های محدودی استوار بوده می باشد؛ که در این صورت، سطح ولتاژ برای انتقال به مکان­های دوردست از طریق خطوط انتقال بهHV ، EHV و UHV افزایش می­یابد. سپس این سطح ولتاژ هنگام عبور از سیستم انتقال ولتاژ بالا[1] به سیستم توزیع ولتاژ متوسط[2]  و سیستم توزیع ولتاژ پایین[3] کاهش می­یابد تا اینکه توان الکتریکی به مصرف کننده­ها برسد. در طول سال­ها، بروز مشکلاتی باعث گرایش روزافزون به بهره گیری از ژنراتورهایی با اندازه کوچک شده که به شبکه توزیع محلی متصل بوده و به آن ها منابع تولید پراکنده[4] اطلاق می­گردد. از مزایای بهره گیری از منابع تولید پراکنده می­توان به سازگاری با محیط زیست، رفع محدودیت ساخت و ساز خطوط انتقال جدید، افزایش قابلیت اطمینان شبکه توزیع، کاهش بهره گیری از منابع سوخت­های فسیلی و کمک به خصوصی­سازی شبکه برق تصریح نمود. واحدهای تولید پراکنده را می توان با بهره گیری از منابع انرژی تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر و با بهره گیری از تکنولوژی مدرن و یا متداول ساخت.
یک میکروگرید قسمتی از شبکه توزیع می باشد که در برگیرنده منابع تولید پراکنده، ادوات ذخیره کننده انرژی و انواع بارهاست. از آنجا که در هر میکروگرید از چندین منبع  تولید پراکنده بهره گیری می­گردد، ایجاد هماهنگی بین این منابع و مشخص کردن اندازه تولید هر یک از آنها بسیار مهم می باشد. با رشد روزافزون تقاضای انرژی و پیشرفت­هایی که در زمینه تولیدات پراکنده صورت گرفته می باشد، بهره گیری از منابع تولید پراکنده که قسمت عمده  میکروگرید ها را تشکیل می­دهند در حال افزایش می­باشد. میکروگرید­ها شبکه­های فشار متوسط یا فشارضعیف توزیعی هستند که از دید شبکه فوق توزیع بصورت یک بار قابل کنترل، و از دید مصرف کننده­های محلی مانند منابع تولید نسبتا ارزان قیمت و پاک انرژی می­باشند. بهره گیری از منابع تولید پراکنده در قالب میکروگریدها باعث کاهش توان عبوری از خطوط انتقال، به تاخیر افتادن توسعه بخش­های تولید و انتقال، کاهش مصرف سوخت­های فسیلی و افزایش راندمان سیستم قدرت می­گردد. در کنار فواید گفته شده،  میکروگریدها باعث ایجاد مشکلاتی نیز می­شوند. از آنجا که هر میکروگرید شامل انواع مختلفی از منابع تولید پراکنده می­باشد، هماهنگی عملکرد این منابع و ایجاد یک روش مناسب جهت تولید بهینه میکروگرید الزامی می باشد. در یک تقسیم بندی کلی میکروگریدها در دو حالت بهره­برداری مورد بهره گیری قرار می­گیرند. حالت متصل به شبکه که در این مود عملکردی میکروگرید توسط یک ترانس کاهنده به شبکه بالادست متصل بوده و با در نظر گرفتن مقدار تقاضای بار از سوی مصرف کننده­ها و همچنین قیمت برق تولیدی منابع تولید پراکنده و قیمت بازار برق، انرژی به شبکه تحویل داده یا از شبکه می­گیرد. در این حالت فرکانس مرجع همان فرکانس شبکه اصلی می­باشد. دیگر مود عملکردی را حالت جزیره­ای می­نامند. در این حالت میکروگرید به صورت عمدی، جهت سرویس یا به دلیل بروز خطا از شبکه اصلی جدا می­گردد. با در نظر داشتن در دسترس نبودن شبکه جهت تامین بارها، منابع تولید پراکنده موجود در میکروگرید مسئول تامین بار و حفظ فرکانس می­باشند. پایداری فرکانس معمولا توسط ذخیره چرخان و ابر خازن­ها صورت می پذیرد. پس از قطع میکروگرید از شبکه اصلی به دلیل به هم خوردن توازن تولید و بار و همچنین عدم وجود یک فرکانس مرجع، تغییراتی در فرکانس میکروگرید ایجاد می­گردد. اندازه تغییرات ایجاد شده در میکروگرید پس از جدا شدن از شبکه اصلی را می­توان با درنظر گرفتن شرایط کنترلی ویژه­ تا حد مطلوبی کاهش داد (Lasseter 2002, 305-308).
[1] – HV
[2] – MV
[3] – LV
[4] – DG
[1]– Distributed Energy Resources
[2] – Multi microgrid
تعداد صفحه : 86
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار ارشد برق قدرت: پیش بینی قیمت بازار برق با استفاده از شبکه های عصبی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***

دسته‌ها: مهندسی برق