مهندسی برق

پایان نامه رشته الکترونیک قدرت: جایابی بهینه خازن با هدف بهبود پروفیل ولتاژ و کمینه سازی تلفات توان شبکه توزیع …

پایان­ نامه کارشناسی ­ارشد رشته برق (M.Sc.)

گرایش الکترونیک قدرت

عنوان:

جایابی بهینه خازن با هدف بهبود پروفیل ولتاژ و کمینه­ سازی تلفات توان شبکه توزیع واقعی با مدل­سازی بارهای مختلف

استاد راهنما:

دکتر آیدین سخاوتی




(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب:
-۱ دیباچه .۲
۱-۲ مطالعه­ تاثیرگذاری خازن روی شبکه. .۴
۱-۲-۱ کاربرد بانک خازنی ۹
۱-۲-۲ مکان بانک خازنی بهینه ۱۰
۱-۲-۳ مزایای خازن شنت ۱۲
۱-۲-۴ گزینه­های عملی برای کاهش تلفات. ۱۳

۱-۳ معیار طراحی ۱۴
۱-۴ جبران­سازی توان راکتیو. ۱۵
۱-۵ اصلاح ضریب قدرت. ۱۷
۱-۶ محدوده و هدف پایان ­نامه. ۱۹
۱-۷ بیان مسأله اساسی تحقیق. ۲۰
۱-۸ طرح کلی پایان ­نامه ۲۲
 
فصل دوم: مبانی نظری و پیشینه تحقیق
۲-۱ دیباچه ۲۴
۲-۲ روش­های تحلیلی ۲۴
۲-۳ روش­های برنامه ­ریزی ریاضی. ۲۵
۲-۴ روش­های ابتکاری. ۲۷
۲-۵ روش­های مبتنی بر هوش مصنوعی. ۲۹
۲-۵-۱ الگوریتم ژنتیک. ۲۹
۲-۵-۲ سیستم­های خبره ۳۱
۲-۵-۳ آب­کاری شبیه­سازی شده ۳۲
۲-۵-۴ شبکه ­های عصبی مصنوعی ۳۴
۲-۵-۵ تئوری مجموعه فازی ۳۵
 
فصل سوم: بهینه­سازی اجتماع ذرات
۳-۱ دیباچه ۳۹
۳-۲ کاربرد بهینه­سازی اجتماع ذرات در سیستم­های قدرت. ۴۰
۳-۲-۱ جایابی و تعیین ظرفیت بهینه­ خازن ۴۱
۳-۲-۲ پخش بار اقتصادی ۴۲
۳-۲-۳ پخش بار بهینه. ۴۲
۳-۲-۴ کنترل ولتاژ و توان راکتیو بهینه ۴۳
۳-۲-۵ طراحی پایدارسازی سیستم قدرت. ۴۴
۳-۳ مفهوم PSO 44
۳-۴ عناصر اصلی الگوریتم PSO. 45
۳-۵ اجرای الگوریتم PSO. 44
۳-۶ مزایای الگوریتم PSO به سایر الگوریتم­های تکاملی ۵۲
 
فصل چهارم: بهینه­سازی تابع هدف
۴-۱ دیباچه ۵۵
۴-۲ بیان مساله. ۵۷
۴-۳ قیود. ۵۹
۴-۴ مدل بار پیشنهادی ۶۱
۴-۴-۱ مدل­سازی بار از لحاظ نوع مصرف. ۶۱
۴-۴-۲ مدل­سازی بار از لحاظ توان، امپدانس و جریان ثابت. ۶۳
۴-۵ حل مساله جایابی خازن با بهره گرفتن از الگوریتم PSO 64
 
فصل پنجم: نتایج شبیه­سازی
۵-۱ دیباچه ۶۷
۵-۲ جایابی دو خازن ۶۸
۵-۳ جایابی چهار خازن ۷۱
۵-۴ جایابی شش خازن. ۷۴
۵-۵ جایابی هشت خازن. ۷۷
۵-۶ جمع بندی۸۰
 
فصل ششم: بحث و نتیجه گیری
۶-۱ دیباچه ۸۲
۶-۲ نتیجه گیری ۸۲
۶-۳ پیشنهادها ۸۴
 
پیوست­ها
الف: اطلاعات شبکه­ی نمونه ۸۶
مراجع ۸
فهرست جدول­ها
جدول (۱-۱): مقایسه­ نرخ­های سود به هزینه­ روش­های کاهش تلفات.۱۴
جدول (۴-۱): ضریب تغییر بار ۶۲
جدول(۵-۱): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور دو بانک خازنی ۶۹
جدول(۵-۲): مکان و ظرفیت بهینه­ نصب شده دو بانک خازنی. ۶۹
جدول(۵-۳): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور چهار بانک خازنی ۷۲
جدول(۵-۴): مکان و ظرفیت بهینه­ نصب شده چهار بانک خازنی. ۷۲
جدول(۵-۵): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور شش بانک خازنی. ۷۵
جدول(۵-۶): مکان و ظرفیت بهینه­ نصب شده شش بانک خازنی. ۷۵
جدول(۵-۷): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور هشت بانک خازنی. ۷۸
جدول(۵-۸): مکان و ظرفیت بهینه­ نصب شده هشت بانک خازنی ۷۸
جدول(الف-۱): اطلاعات مربوط به خطوط و توان­های مصرفی شبکه­ی نمونه ۸
فهرست شکل­ها
شکل (۱-۱): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پس­فاز ۶
شکل (۱-۲): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پیش­فاز ۶
شکل (۱-۳): دیاگرام فازروی یک مدار با ضریب قدرت پس­فاز ۸
شکل (۱-۴): نمایش مدل بار معادل فیدر شعاعی ۱۷
شکل (۱-۵): بهترین مکان بانک خازنی برای اصلاح ضریب قدرت ۱۸
شکل(۱-۶): مثلث توان ۱۹
شکل(۲-۱): ساختار شبکه­ی عصبی. ۳۴
شکل(۳-۱): مفهوم پایه­ی الگوریتم PSO. 45
شکل(۳-۲): شبه­کد گام ۱ الگوریتم PSO. 47
شکل(۳-۳): شبه­کد گام ۲ الگوریتم PSO. 48
شکل(۳-۴): شبه­کد گام ۳ الگوریتم PSO. 48
شکل(۳-۵): شبه­کد گام ۴ الگوریتم PSO. 49
شکل(۳-۶): جمعیت بعد از چند تکرار در یک فضای دو بعدی. ۵۰
شکل(۳-۷): شبه کد الگوریتم PSO 51
شکل(۳-۸): فلوچارت حل نحوه­ی بهینه­سازی الگوریتم PSO 53
شکل(۴-۱): حل مساله­ی جایابی بهینه­ خازن با بهره گرفتن از الگوریتم PSO 65
شکل(۵-۱): شبکه­ی ۳۳ شینه­ی نمونه ۶۷
شکل(۵-۲): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور دو بانک خازنی ۷۱
شکل(۵-۳): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور چهار بانک خازنی ۷۴
شکل(۵-۴): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور شش بانک خازنی. ۷۷
شکل(۵-۵): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توان­های شبکه در حضور هشت بانک خازنی. ۸۰
شکل(الف-۱): شبکه­ی ۳۳ شینه­ی نمونه. ۸
چکیده:
شبکه ­های توزیع دارای بارهای متنوعی­اند که این بارها مقادیر متفاوتی از توان راکتیو را مصرف می­ کنند. با در نظر گرفتن تاثیر نوع بار روی محل و اندازه­ بانک­های خازنی در سیستم­های توزیع، در این پایان ­نامه، یک روش بدیع جهت مدل­سازی بارهای مختلف شبکه به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات توان در حضور خازن شنت انجام می­گیرد. برای این منظور، دو مدل ارائه می­شود: الف) تجاری- خانگی- کشاورزی-عمومی- صنعتی و ب) امپدانس ثابت – جریان ثابت – توان ثابت. در واقع برتری اصلی این پایان ­نامه نزدیک کردن مطالعه به دنیای واقعیست، چرا که تقریبا تمامی مطالعات انجام شده در زمینه جایابی بهینه­ خازن اساسا از تاثیر نوع بار بر محل و ظرفیت بهینه خازن نصب شده اغماض کرده­اند، حال آنکه این پایان ­نامه اثبات خواهد کرد که در نظرگیری مدل بار متفاوت روی محل/ ظرفیت خازن تاثیرگذار خواهد بود. قابلیت دیگر این پایان ­نامه، فرمول­بندی تابع هدف به صورت یک مساله­­ی چند هدفه است. برای این منظور، انحراف ولتاژ به تابع تک­هدفه افزوده شده است. مساله فوق با بهره گرفتن از الگوریتم بهینه­سازی اجتماع ذرات (PSO) حل خواهد شد. جهت اثبات تاثیر مدل­سازی پیشنهادی بار روی پاسخ­های مساله جایابی بهینه­ خازن، سناریوهای زیر بکار می­رود: مدل­سازی بار و بدون آن با حضور خازن و بدون حضور آن.
 دیباچه
تحلیل شبکه ­های توزیع یکی از دغدغه­های اصلی بهره­برداران شبکه است. یک مهندس سیستم بایستی اطلاعاتی درباره­ی تعداد، اندازه، محل و نوع المان­های شبکه، به منظور تحلیل شبکه­ی توزیع، بداند. از آنجائی­که اکثریت سیستم­های توزیع عملا شعاعی­اند، جهت مدل­سازی و تحلیل شبکه بایستی به چالش­های مختلفی غلبه کرد، که عبارتند از [۱]:

  • سیستم

شبکه­ی توزیعی دارای تنوع وسیعی از اجزاست که دارای پیچیدگی و ابعاد بزرگی­اند. به عنوان مثال، اغلب بارهای متصل شده، تنها از یکی از سه فاز تغذیه می­ کنند.

  • توزیع بار

توزیع بار در فیدرها و شاخه­ها نوعا یکسان نبوده و از این رو سیستم توزیع نامتعادل است. سیستم­های نامتعادل، نامناسب­اند.

  • داده

کل سیستم توزیع با حداقل نظارت و کنترل عمل می­ کند. بنابراین، داده­های واقعی موجود سیستم
برای مدل­سازی و تحلیل آنها بسیار محدود است.
طراحان نیازمند اطلاعات دقیق برای مدل­سازی و طراحی جایگزین برای سیستم­های پیچیده، به
منظور غلبه بر مشکلات مختلف همراه با طراحی، بهره ­برداری و کنترل سیستم­های توزیع، هستند.
پاسخ برخی از انواع مشکلات مانند انتخاب هادی، تنظیم ولتاژ، جایابی خازن نیازمند مدل­­ها و
تکنیک­های دقیق است.
مطالعات تحلیلی و طراحی برای شرکت­ها به منظور اطمینان از تامین کیفیت توان انجام شده است.
برخی از دلایل پیچیدگی جنبه­های طراحی سیستم توزیع در ادامه ارائه شده است.

  • جنبه­های تجاری سیستم­های توزیع

بدلیل اتصال داخلی تجهیزات مختلف شبکه­ی توزیع، یک جزء روی عملکرد فنی و اقتصادی سایر اجزاء در سیستم تاثیر می­گذارد، که این موجب می­شود ارزیابی راه­ حل فنی- اقتصادی یک فرآیند پیچیده­ای باشد.

  • اندازه

تعداد زیادی اجزاء یک سیستم توزیع را تشکیل می­ دهند. این بدان معناست که شناسائی و تحلیل جایگزین­ها بسیار مشکل است. ارزیابی تمامی جایگزین­های محتمل بسیار مشکل و گاهی نیز ناممکن است.

  • عدم قطعیت
99