برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز با درنظر گرفتن معادلات پخش توان AC

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير استفاده از گاز طبيعي در شبكه برق به عنوان منبع اوليه انرژي رشد زيادي يافته‌است كه منجر به وابستگي بيش از قبل شبكه برق به شبكه گاز شده‌است. علاوه ‌بر اين، با ابداع مبدل‌هاي برق به گاز در جهت تبديل برق مازاد به گاز و همچنين استفاده بيشتر از كمپرسورها با گرداننده الكتريكي در شبكه‌هاي انتقال گاز، وابستگي شبكه گاز به برق و در نتيجه برهم‌كنش اين دو شبكه بيشتر شده‌است. با افزايش تقاضا در شبكه‌هاي برق و گاز، تأمين تقاضا در بلندمدت نيازمند برنامه‌ريزي براي توسعه و تقويت هر دو شبكه است. با توجه به برهمكنش روزافزون بين شبكه‌هاي برق و گاز، برنامه‌ريزي توسعه جداگانه مي‌تواند مورد سؤال قرار گيرد؛ زيرا از يك سو ناكارآمدي و عدم كفايت تجهيزات و منابع در هركدام از اين دو شبكه مي‌تواند ديگري را تحت تأثير قرار دهد. از سوي ديگر، توسعه بيش از مقدار مورد نياز در هر دو شبكه مي‌تواند هزينه مضاعف براي سيستم تأمين انرژي ايجاد نمايد. بنابراين نياز است تا برنامه‌ريزي توسعه دو شبكه برق و گاز به‌صورت هماهنگ انجام شود. در اين پايان‌نامه، برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز مدنظر است. هدف از اين برنامه‌ريزي، تعيين مكان و ظرفيت تجهيزات مورد استفاده در شبكه‌هاي برق و گاز است، تا با درنظرگرفتن محدوديت‌هاي فني و اقتصادي، تقاضاي پيش‌بيني‌شده در سال هدف برنامه‌ريزي با كمترين هزينه و به‌طور مطمئن تأمين شود. تجهيزات هدف توسعه در اين پژوهش شامل نيروگاه‌هاي گازسوز، خط‌هاي انتقال شبكه برق، ادوات توان راكتيو، خط‌هاي لوله گاز و كمپرسورها هستند. تقاضاي پيش‌بيني‌شده در شبكه‌هاي برق و گاز به صورت منحني تداومي ساليانه تقاضاي پلكاني مدل مي‌شوند. براي مدل‌سازي الزامات بهره‌برداري شبكه انتقال برق از مدل پخش‌‌توان جريان متناوب استفاده مي‌شود تا امكان درنظرگرفتن تلفات جابجايي توان اكتيو و ملاحظات ولتاژ فراهم باشد. همچنين براي مدل‌سازي الزامات بهره‌برداري از شبكه گاز از پخش فلو حالت ‌دائمي استفاده مي‌شود تا مؤلفه‌هاي مهمي نظير فشار و فلو مدنظر قرار گيرند. معادلات پخش توان برق و پخش فلوي گاز استفاده‌شده، كه ذاتاً غيرخطي و غيرمحدب هستند، با تكنيك‌‌هاي محدب‌سازي به شكل معادلات مخروطي درجه‌دوم محدب بازنويسي مي‌شوند. مسئله برنامه‌ريزي توسعه موردنظر به‌صورت يك مسئله بهينه‌سازي مخروطي آميخته با اعداد صحيح پياده‌سازي مي‌شود كه به كمك موتورهاي حل موجود به سادگي قابل حل است. با درنظرگرفتن الزامات قابليت اطمينان، مسئله برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز با مشخصات ذكرشده فوق، به مسئله برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز مقيد به قابليت اطمينان ارتقا مي‌يابد. براي تأمين قابليت اطمينان از معيار قابليت اطمينان N-1 در تجهيزات انتقال شبكه برق استفاده مي‌شود. درنظرگيري پيشامدها بر روي همه تجهيزات انتقال در همه سطح‌‌هاي بار براي مدل‌سازي الزامات اين معيار، باعث افزايش بسيار زياد تعداد متغيرها و قيدها مي‌شود كه روند حل مسئله را كند و در برخي‌ مواقع به نتيجه‌رسيدن آن را غيرممكن مي‌سازد. براي رفع اين مانع در حل مسئله، از روشي مبتني بر تكرار استفاده مي‌شود. در اين روش، تعداد محدودي از پيشامدهاي خط‌هاي انتقال كه بيشترين نقض قيد را ايجاد مي‌كنند، در طي تكرارهاي متوالي، به مجموعه پيشامدهاي مسئله اضافه مي‌شوند؛ به‌طوري‌كه درنظرگرفتن اين مجموعه پيشامدها، در نظرگرفتن كل پيشامدها را نمايندگي مي‌كند. در تكرار اول، مسئله برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز مقيد به قابليت اطمينان (مسئله اصلي)، بدون درنظرگرفتن هيچگونه پيشامدي حل مي‌شود. سپس برنامه توسعه حاصل‌شده به يك مسئله بهينه‌سازي دوسطحي موسوم ‌به مسئله پيداكردن شديدترين پيشامد (زيرمسئله) داده مي‌شود تا بر اساس آن خط انتقالي كه بيشترين نقض قيد را ايجاد مي‌كند شناسايي شود. در ادامه محدوديت‌هاي بهره‌برداري براي درنظرگرفتن خروج اين خط از مدار به مسئله اصلي افزوده مي‌شود. اين روند تكرار تا جايي ادامه مي‌يابد كه هيچگونه نقض قيدي در اثر خروج خط انتقال شناسايي نشود. مسئله برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز و همچنين برنامه‌ريزي مقيد به قابليت اطمينان در نرم‌افزار GAMS بر روي شبكه آزمون استاندارد Garver متصل به شبكه 7 گره‌اي گاز و همچنين شبكه آزمون استاندارد 118 باس IEEE متصل به شبكه 48 گره‌اي گاز پياده‌سازي مي‌شود. تحليل نتايج عددي به‌دست‌‌آمده نشان‌دهنده توانمندي مدل‌هاي پيشنهادي در يافتن برنامه توسعه مؤثر هماهنگ در شبكه‌هاي برق و گاز است.

215689

قدرت سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان

غلامرضا يوسفي- حميدرضا كارشناس

محمدامين لطيفي