فایل - تحقیق علمی ایرانداک

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینیدچکیده
در سالهای اخیر با پیشرفت های بعمل آمده در تکنولوژی پردازش داده و ارسال آن، شرکت های توزیع هر چه بیشتر علاقه مند به استفاده از سیستم های اتوماسیون توزیع شده اند. یکی از کاربرهای بسیار موثر اتوماسیون، تجدید آرایش شبکه توزیع می باشد که غالبا تحت عنوان یک مسئله بهینه سازی برای بهبود اهداف گوناگون مورد تحلیل قرار می‌گیرد. در این پایان‌نامه، مسئله‌یتجدیدآرایشدرشبکههایتوزیع به همراه تعیین اندازه تولیدات پراکنده، به منظور بهینه سازی تلفات توان، پروفیل ولتاژ، متعادل‌سازی بار و کاهش هزینه شبکهانجام می‌پذیرد. نظربهاینکهتجدیدآرایشیکمسئلهبهینه سازیترکیبی است،ازیک روش ترکیبیبا ترکیب الگوریتم‌های گروه ذرات و جهش قورباغه استفاده شده است. پیش از آن نتایج این الگوریتم در مقایسه با روش ژنتیک و نیز الگوریتم گروه ذرات مورد سنجش قرار گرفته است. درنهایتنتایج چارچوب ارائه شده برروی سیستم‌های 33 باسه و 70 باسه مورد ارزیابی قرار گرفته شدهاست. در این پایان نامه از محیط برنامه نویسی نرم افزار متلب برای مدلسازی و پیاده سازی سیستم تحت مطالعه استفاده شده است.
واژه‌های کلیدی:تجدید آرایش، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، الگوریتم قورباغه، بهینه سازی تلفات توان، بهبود پروفیل ولتاژ، متعادل سازی بار، کاهش هزینه ها
فهرستمطالب
عنوان صفحه
TOC \h \z \t “فصل,1,تیتر سوم,4,تیتر دوم,3,تیتر اول,2″ فصلاول: مقدمه1-1-مقدمهPAGEREF _Toc411626245 \h21-2-ضرورتاحتیاجبهتحقیقPAGEREF _Toc411626246 \h41-3-هدفتحقیقواهمیتآنPAGEREF _Toc411626247 \h51-4-بخش‌هایپایاننامهPAGEREF _Toc411626248 \h6فصلدوم: مروریبرتحقیقاتانجامشدهدرزمینهتجدیدآرایشدرشبکههایتوزیع2-1- مقدمهPAGEREF _Toc411626250 \h82-2- بررسیریاضیقیوددرمسئلهتجدیدآرایشPAGEREF _Toc411626251 \h82-3- نقاطضعفدرروش‌هایموجوددربررسیقیدشعاعیPAGEREF _Toc411626252 \h142-4- روش‌هایمختلفبرایمسئلهتجدیدآرایشدرسیستم‌هایتوزیعPAGEREF _Toc411626253 \h162-4-1- گامهایالگوریتمDSSHAبهصورتزیرمیباشد.PAGEREF _Toc411626254 \h182-5- الگوریتمجدیدیجهتتجدیدآرایشباهدفمینیممکردنتلفاتتوانوبهبودپروفیلولتاژPAGEREF _Toc411626255 \h212-6- تجدیدآرایشسیستمتوزیعبااستفادهازالگوریتمژنتیکمبتنیبرگرافاتصالPAGEREF _Toc411626256 \h262-7- تجدیدآرایششبکهبرایکاهشتلفاتوبهبودقابلیتاطمینانمبتنیبرالگوریتمژنتیکبهبود‌یافتهPAGEREF _Toc411626257 \h272-8- یکالگوریتمتکاملیترکیبیکارآمدبراساسPSO وACO برایتجدیدآرایشفیدرهایشبکهتوزیعPAGEREF _Toc411626258 \h302-9- روشبهینهبرایتجدیدآرایشسیستم‌هایتوزیعمبتنیبرOPFوحلآنتوسطروشتجزیهبندرزPAGEREF _Toc411626259 \h312-10- تجدیدآرایشبهینهشبکهتوزیعمتعادلونامتعادلبادرنظرگرفتنتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc411626260 \h33فصلسوم: تجدیدآرایششبکههایتوزیع3-3- روشهایابتکاریشهودیPAGEREF _Toc411626262 \h443-3-1- روشتعویضشاخهPAGEREF _Toc411626263 \h443-3-2- روشجستجویحلقه،حذفشاخهPAGEREF _Toc411626264 \h463-3-3- روشتقسیمبندیشبکهبهچندجزءPAGEREF _Toc411626265 \h483-3-4- روشبستنتمامکلیدها ” درحالتعادیباز” وسپسبازکردنتکتکآنهاPAGEREF _Toc411626266 \h504-3-5- روشبازروبستهکردنمتوالیکلیدهاPAGEREF _Toc411626267 \h51فصلچهارم: بیانمسئله4-1- مقدمهPAGEREF _Toc411626269 \h554-2- فرمولبندیمسئلهبهینه‌سازیPAGEREF _Toc411626270 \h554-2-1- متغیرهایطراحیمسئلهPAGEREF _Toc411626271 \h554-3- توابعهدفPAGEREF _Toc411626272 \h564-3-1- تلفاتمقاومتیPAGEREF _Toc411626273 \h564-3-2- بهبودپروفیلولتاژPAGEREF _Toc411626274 \h564-3-3- متعادلسازیبارخطوطPAGEREF _Toc411626275 \h564-3-4- هزینهPAGEREF _Toc411626276 \h574-3-5- شاخصچندهدفهPAGEREF _Toc411626277 \h574-4- محدودیت‌هایمسئلهPAGEREF _Toc411626278 \h584-4-1- محدودیتولتاژباسهاPAGEREF _Toc411626279 \h584-4-2- محدودیتتوانعبوریازخطوطPAGEREF _Toc411626280 \h584-4-3- محدودیتآرایششبکهPAGEREF _Toc411626281 \h584-5- الگوریتمبهینهسازیPAGEREF _Toc411626282 \h584-5-1- الگوریتمبهینه‌سازیگروهذراتPAGEREF _Toc411626283 \h584-5-2- الگوریتمترکیبیارائهشدهPAGEREF _Toc411626285 \h604-5-3- کاربردالگوریتمارائهشدهبررویمسئله‌یتجدیدآرایشPAGEREF _Toc411626286 \h61فصلپنجم: بررسیوتحلیلنتایجشبیهسازی5-1- مقدمهPAGEREF _Toc411626288 \h645-2- مقایسهعملکردالگوریتم‌هاPAGEREF _Toc411626289 \h665-3- مقایسهنتایجبهینه‌سازیسایرتوابعهدفPAGEREF _Toc411626290 \h75فصلششم: نتیجهگیریکلیوبیانپیشنهادات6-1- نتیجه‌گیریکلیPAGEREF _Toc411626292 \h828-2- راهکارهایپیشنهادیبرایپژوهش‌هایآیندهPAGEREF _Toc411626293 \h83فصلششم: مراجع
فهرستشکل‌ها
عنوان صفحه
TOC \h \z \t “زیرنویس شکل” \cشکل2-1: گرافمدنظرگرفتهشدهPAGEREF _Toc420477785 \h9شکل2-2: گراف‌هایکورتوفسکیPAGEREF _Toc420477786 \h10شکل2-3: گرافودوگانمتناظرباآنPAGEREF _Toc420477787 \h11شکل 2-4: شبکهبدستآمدهتوسطاستفادهازقیودشعاعیمتداولPAGEREF _Toc420477788 \h14شکل 3-1: یکشبکهتوزیعباسهفیدرPAGEREF _Toc420477789 \h42شکل 3-2: فلوچارتروشجستجویحلقه،حذفشاخهPAGEREF _Toc420477790 \h47شکل 3-3: فلوچارتتقسیمبندیشبکهبهچندجزءPAGEREF _Toc420477791 \h49شکل 3-4: فلوچارتروشبستنتمامکلیدهای (درحالتعادیباز) وسپسبازکردنتکتکآنهاPAGEREF _Toc420477792 \h51شکل 4-5: فلوچارتروشبازوبستهکردنمتوالیکلیدهاPAGEREF _Toc420477793 \h52شکل 5-1 : دیاگرامشبکهتوزیع 33 باسهبادرنظرگرفتنتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477794 \h64شکل 5-2 : دیاگرامشبکهتوزیع 70 باسهبادرنظرگرفتنتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477795 \h65شکل 5-3 : بهبودتلفاتتوانشبکه 33 باسهبدونحضورتولیداتپراکندهبرحسبتعدادتکراردرالگوریتم‌هایمختلفPAGEREF _Toc420477796 \h69شکل 5-4 : بهبودتلفاتتوانشبکه 70 باسهبدونحضورتولیداتپراکندهبرحسبتعدادتکراردرالگوریتم‌هایمختلفPAGEREF _Toc420477797 \h69شکل 5-5 : بهبودتلفاتتوانشبکه 33 باسهباحضورتولیداتپراکندهبرحسبتعدادتکراردرالگوریتم‌هایمختلفPAGEREF _Toc420477798 \h71شکل 5-6 : بهبودتلفاتتوانشبکه 70 باسهباحضورتولیداتپراکندهبرحسبتعدادتکراردرالگوریتم‌هایمختلفPAGEREF _Toc420477799 \h72شکل 5-7 : پروفیلولتاژشبکه 33 باسهدرحالتعدمحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477800 \h73شکل 5-8 : پروفیلولتاژشبکه 33 باسهدرحالتحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477801 \h73شکل 5-9 : پروفیلولتاژشبکه 70 باسهدرحالتعدمحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477802 \h74شکل 5-10 : پروفیلولتاژشبکه 70 باسهدرحالتحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477803 \h74
فهرستجدول‌ها
عنوان صفحه
TOC \h \z \t “بالانویس جدول” \cجدول(2-1): مقادیرPAGEREF _Toc420477821 \h15جدول 5-1 : مشخصاتتولیداتنصبشدهدرشبکه 33 باسهPAGEREF _Toc420477822 \h64جدول 5-2 : مشخصاتتولیداتنصبشدهدرشبکه 70 باسهPAGEREF _Toc420477823 \h66جدول 5-3 : مقایسهنتایجالگوریتم‌هایمختلفبرایبهبودتلفاتتواندرشبکه 33 باسهبدونحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477824 \h67جدول 5-4 : مقایسهنتایجالگوریتم‌هایمختلفبرایبهبودتلفاتتواندرشبکه 70 باسهبدونحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477825 \h68جدول 5-5 : مقایسهنتایجالگوریتم‌هایمختلفبرایبهبودتلفاتتواندرشبکه 33 باسهباحضورتولیداتپراکندهPAGEREF _Toc420477826 \h70جدول 5-7 : مقادیرتوابعهدفبدونحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 33 باسهPAGEREF _Toc420477827 \h75جدول 5-8 : مقادیرمتغیرهایتصمیمگیرندهبدونحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 33 باسهPAGEREF _Toc420477828 \h75جدول 5-9 : مقادیرتوابعهدفباحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 33 باسهPAGEREF _Toc420477829 \h76جدول 5-10 : مقادیرمتغیرهایتصمیمگیرندهباحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 33 باسهPAGEREF _Toc420477830 \h77جدول 5-11 : مقادیرتوابعهدفبدونحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 70 باسهPAGEREF _Toc420477831 \h78جدول 5-12 : مقادیرمتغیرهایتصمیمگیرندهبدونحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 70 باسهPAGEREF _Toc420477832 \h78جدول 5-13 : مقادیرتوابعهدفباحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 70 باسهPAGEREF _Toc420477833 \h79جدول 5-14 : مقادیرمتغیرهایتصمیمگیرندهباحضورتولیداتپراکندهبرایشبکه 70 باسهPAGEREF _Toc420477834 \h79
فصلاول:مقدمه
مقدمهتجدید آرایش شبکه‌های توزیع با اهداف مختلفی نظیر کاهش تلفات خطوط، برگرداندن سرویس‌دهی مشترکان و به حداقل رساندن نواحی بدون برق، بهبود پروفایل ولتاژ، بالانس کردن بار، کاهش خاموشی‌ها و افزایش امنیت شبکه بکار می‌رود بنابراین می توان گفت تجدید آرایش شبکه‌های توزیع یک مساله بهینه‌سازی با اهداف و محدودیت‌های متعدد است و بدست آوردن یک حل بهینه مطلق برای آن مشکل است. برای تجدید آرایش شبکه‌های توزیع تا کنون روش‌های متعددی ارائه شده است.
با توجه به گستردگی شبکه‌های توزیع و حجم بالای انرژی توزیع شده توسط آنها، انجام تحقیقات و پژوهش در زمینه بهره‌برداری موثر و اقتصادی از این سیستم‌ها سبب صرفه‌جویی عظیمی خواهد شد. یکی از روش‌های مدرن بهره‌برداری بهینه از سیستم‌های توزیع، تجدید آرایش شبکه‌های توزیع در بهره ‌برداری است یعنی با تغییر شرایط بهره ‌برداری مثل تغییر بارها و یا وقوع یک خطا، آرایش شبکه را چنان تغییر دهیم که از نظر فنی و اقتصادی بهینه باشد، اهداف فنی و اقتصادی متعددی برای تجدید آرایش شبکه‌های توزیع مطرح است. یکی از اهداف اصلی تجدید آرایش، کاهش تلفات اهمی خطوط توزیع است. با توجه به گستردگی و همچنین پایین بودن ولتاژ در شبکه‌های توزیع، تلفات انرژی در این شبکه‌ها قابل توجه است، همچنین تجدید آرایش ممکن است به منظور ایجاد توازن بارگذاری روی فیدرها انجام شود. در شرایطی که خطای دائم ایجاد شده است، تجدید آرایش شبکه برای برگرداندن سرویس دهی مشترکان و به حداقل رساندن نواحی بدون برق بکار می‌رود، بهبود پروفیل ولتاژ، بالانس کردن بار، کاهش خاموشی‌های مصرف کنندگان و افزایش امنیت شبکه از جمله اهداف دیگری هستند که تاکنون برای تجدید آرایش شبکه‌های توزیع مورد توجه قرار گرفته‌اند. در سیستم‌های توزیع سنتی، تجدید آرایش به صورت فصلی انجام می‌شود. برای تغییر آرایش این شبکه‌ها از کلیدها و جدا کننده‌های دستی و اتوماتیک استفاده می‌شود. اما اکنون با توجه به تمایل روز افزون به خودکارسازی (اتوماسیون) شبکه‌های توزیع، امکان کنترل و تغییر آرایش این شبکه‌ها روز به روز آسان تر می‌شود و لذا تجدید آرایش ممکن است بطور روزانه و یا حتی ساعتی و با استفاده از کلیدهای اتوماتیک و کنترل از راه دور صورت گیرد.
برآوردن تقاضاهای مشتریان در یک روش مطمئن و مقرون به صرفه، هدف اصلی سیستم های قدرت مدرن الکتریکی است. شبکه توزیع توان الکتریکی 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 بهره ‌برداری از ساختار موجود، احتمال وقوع فروپاشی ولتاژ در سیستم توزیع افزایش قابل توجهی می‌یابد. تجدید آرایش شبکه سیستم توزیع فرآیند تغییر توپولوژی توسط باز و بستن کلیدها برای پیدا کردن ساختار عملکرد شعاعی که تلفات را مینیمم می کند و باعث بهبود پایداری ولتاژ می‌شود در حالی که محدودیت‌های عملکرد برآورده و رعایت می‌شوند. با توجه به اینکه تعداد ترکیب های کلیدزنی در سیستم توزیع زیاد می باشد، تجدید آرایش شبکه یک مسئله بهینه سازی محدود شده پیچیده و غیر قابل مشخص می‌باشد. علاوه براین، قید شعاعی بودن به طور معمول پیچیدگی مسئله رو افزایش می دهد.
شبکه‌های توزیع معمولا دارای ساختاری شعاعی با کلیدهای جدا کننده که معمولا بسته و کلیدهای ارتباطی معمولا باز هستند برای اتصال فیدرها دارند که انتقال بار بین آنها را ممکن می‌سازد. در سیستمهای توزیع بزرگ با کلید های زیاد، تعداد ترکیبات بسیار زیادی وجود دارد که می توانند پاسخگو تقاضا باشند و البته هر ترکیبی منجر به توپولوژی و تلفات توان خودش می‌شود. تجدید آرایش در سیستم‌های توزیع برای پیدا کردن آرایش بهینه کلیدها است، به طوری که تلفات به حداقل برسد و محدودیت‌های عملکرد(بهره برداری) از جمله محدودیت ولتاژ، رتبه بندی شاخه‌ها و ساختار شعاعی حفظ شوند.
تجدیدآرایش شبکه یک روش موثر برای بهبود کارایی سیستم بدون هیچ گونه سرمایه‌گذاری مالی است. با این حال تجدید آرایش ممکن است قادر به برآورده ساختن کاهش تلفات و محدودیت‌های کیفیت توان نباشد بنابراین تجدید آرایش شبکه‌ با قرار دادن خازن یا منابع تولید پراکنده(DG) برای رسیدن به عملکرد بهتر بکار گرفته می‌شود.
به تازگی، استفاده از تولیدات پراکنده یک راه‌حل امیدوارکننده برای جبران چالش های مطرح شده توسط نیروگاه‌های سنتی مانند گرم شدن کره زمین و کیفیت ضعیف هوا در مناطق شهری تبدیل شده است. تولیدات پراکنده که به عنوان منابع تولید قدرت الکتریکی تعریف شده‌‌اند به طور مستقیم به بارها یا شبکه‌های توزیع متصل می‌شوند( توربین بادی، فتوولتاییک، پیل سوختی، بیوماس و میکرو توربین). برخی از آنها مانند توربین بادی وفتوولتاییک‌ها انرژیهای پاکی تولید می‌کنند که قادر به مهیا کردن مزایای زیست محیطی برای جامعه است. مقررات‌زدایی از صنعت برق نیز انگیزه‌های کافی برای سرمایه‌گذاران برای سرمایه‌گذاری روی DG‌ها و فروش برق تولیدی خود در بازارهای برقی مهیا می کند. از زمان‌های اولیه سیستمهای قدرت، تلفات توان یکی از مسائل مهم در سیستم‌های توزیع بوده و امروزه شرکتهای توزیعدر یک محیط نامنظم (نظارتی) به دنبال استفاده بهینه از شبکه ها با تلفات کمتر برای سود بیشتر می‌باشد. تولیدات پراکنده برای کنترل و کاهش تلفات در سیستم های توزیع نیز استفاده می‌شود.
ضرورت احتیاج به تحقیقشبکه های توزیع برق از دیر باز مورد توجه محققین در سرتاسر دنیا بوده است. این شبکه ها با توجه به اینکه وظیفه تامین توان الکتریکی بخش های مختلف صنعتی، تجاری، مسکونی و کشاورزی را برعهده دارند بسیار حائز اهمیت می باشند. سیستم های توزیع شعاعی از یک نقطه تغذیه شده (باس توزیع) و این باس توزیع، توان را از ژنراتورهای متمرکز از طریق سیستم انتقال دریافت می‌کند. مصرف‌کنندگان نیز این توان را از باس توزیع از طریق شبکه توزیع شعاعی که یک شبکه پسیو است دریافت می‌نمایند. بنابراین شارش توان در این شبکه یکطرفه است. نسبت بالای R به X در این خطوط منجر به افت ولتاژ ، پایداری ولتاژ پایین و تلفات بالای توان می‌شود. تحت شرایط بارگذاری بحرانی در یک ناحیه بخصوص، این شبکه‌ی توزیع شعاعی به علت پایین بودن شاخص پایداری ولتاژ در بیشتر نقاط آن، دچار فروپاشی یا کاهش شدید ولتاژ می‌شود.
تاکنون، راه ‌حل‌های متعددی برای بهبود این مسئله با افزودن واحدهای کوچک تولید توان الکتریکی به شبکه‌ی توزیع و تامین توان توسط آن‌ها پیشنهاد شده است. چنین واحدهایی را تولیدات پراکنده (DG) می‌نامند.
تولیدات پراکنده نقش مهم و حیاتی در سیستم‌های قدرت درحال ظهور بازی می‌کنند. مطالعات نشان می‌دهد که تولیدات پراکنده درصد قابل توجهی از تولیدات نصب شده جدید را تشکیل می‌دهند . افزایش ضریب نفوذ این تولیدات در شبکه‌ی توزیع منجر به تاثیرات بسزایی برروی انتشار توان، پروفیل ولتاژ، تلفات، پایداری، سطح اتصال کوتاه و کیفیت توان تولیدی خواهد داشت. این اثرات بستگی به عوامل مختلفی از قبیل محل نصب، ظرفیت و فن‌آوری این تولیدات دارند. لذا، استفاده از این تولید کننده ها در جهت کمینه و یا بیشینه کردن توابع هدفی خاص همواره مورد توجه بوده است. در برخی از موارد این توابع رفتار متناقضی با یکدیگر دارند که اپراتور شبکه را مجبور به سبک و سنگین کردن آن‌ها می‌کند. در این شرایط استفاده از راهکار بهینه سازی چند هدفه روشی مناسب برای تصمیم گیری می‌باشد.
در میان مسائل مختلف مربوط به بهره‌برداری شبکه، بحث تجدید آرایش شبکه توزیع یکی از موارد مهمی‌ است که باید مورد بررسی قرار گیرد. تجدید آرایش می تواند با اهدف مختلف و در شرایطی گوناگونی انجام شود. تجدید آرایش می تواند موجب بهبود قابلیت اطمینان، بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات سیستم گردد. و در بهبود عمکلرد سیستم تاثیر بسیار خوبی داشته باشد.
هدف تحقیق و اهمیت آنبا توجه به مباحث یاد شده اهداف و نوع آوری‌های انجام گرفته در این پایان نامه را می‌توان به صورت زیر لیست نمود:
برای این پایان نامه مسئله بهبود پروفیل ولتاژ و تلفات با توجه به اهمیت و ضرورت توجه به آن انتخاب شده است . بهبود پروفیل ولتاژ در کنار تجدید آرایش مناسب شبکه های توزیع با رعایت تمامی محدودیت های موجود در شبکه های توزیع به همراه در نظر گرفتن اهدف مختلف می توان برای شبکه های توزیع بسیار سومند واقع شود.
در این پایان نامه از الگوریتم بهینه سازی پرندگان یا همان الگوریتم ازدحام ذرات که یک الگوریتم هوشمند می باشد برای حل مسئله بهینه سازی استفاده شده است.این الگوریتم به دلیل داشتن ساختار بهینه سازی مناسب و سرعت خوب برای انجام بهینه سازی استفاده شده است.
در این پایان نامه از الگوریتم بهینه سازی قورباغه نیز برای بهبود عمکلرد و کارایی سیستم تحت مطالعه استفاده شده است.
در این پایان نامه کاهش هزینه ها، کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و متعادل سازی بار به عنوان اهداف اصلی مورد مطالعه قرار گرفته اند.
بخش‌های پایان نامهدر این پایان نامه بعد از فصل اول در فصل دوم به بررسی انواع روش های تجدید آرایش پرداخته شده است. در این بررسی ها سعی شده تا روش های مختلف توسط محققین مختلف معرفی شوند. در این فصل انواع الگوریتم های بهینه سازی معرفی شده است. هر کدام از این الگوریتم ها دارای ویژگی های خاص خوب خود برای حل مسئله تجدید آرایش در شبکه های توزیع با در نظر گرفتن توابع هدف گوناگون می باشند.
در فصل سوم این پایان نامه در مورد اصل تجدید آرایش و انواع روش های تجدید آرایش مطالب خوبی بیان شده است. در فصل چهارم این پایان نامه در مورد به بیان اصلی پایان نامه پرداخته شده است.
در فصل پنجم به بیان تحلیل نتایج پرداخته شده است. همچنین در این پایان نامه از محیط برنامه نویسی و شبیه سازی نرم افزار متلب به منظور مدلسازی و شبیه سازی سیستم تحت مطالعه استفاده شده است.
درفصل ششم نیز نتیجه گیری کلی و بیان پیشنهادات برای ادامه کار آورده شده است.
فصلدوم:مروریبرتحقیقاتانجامشدهدر زمینه تجدید آرایش در شبکه های توزیع
2-1- مقدمهدر این فصل ابعاد مختلف مسئله تجدید آرایش بررسی و تحلیل می شود. در ادامه قیود مختلف مربوط به روش های مختلف تجدید آرایش بررسی شده و انواع روش های آن مطرح می شود. همچنین در زمینه انواع الگوریتم های بهینه سازی که در زمینه تجدید آرایش کار شده است مطالعاتی انجام می شود. علاوه براین در این فصل مسئله تجدید آرایش در کنار مسئله های مختلف مورد ارزیابی قرار میگرد. تجدید آرایش با مسئله قابلیت اطمینان، پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات بررسی می شود.
2-2- بررسی ریاضی قیود در مسئله تجدید آرایشهمانطور 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[1].
(2-1)
به طور مثال بر اساس رابطه فوق در شکل (2-1) 5 وجه داریم که با حروف بزرگ نمایش داده شدهاند.

شکل2-1: گراف مدنظر گرفته شدهدو شرط لازم و نه کافی برای مسطح بودن یک گراف به صورت زیر هستند.
(2-2)
جدای از دو شرط ضروری گفته شده، یک نظریه وجود دارد که شرایط لازم و کافی برای مسطح بودن یک گراف را عنوان میکند. قبل از شرح این نظریه لازم است که دو نوع خاص از گرافها را معرفی کنیم. گرافهای کورتوفسکیو گرافهای همدیس. شکل (2-2) دو گراف کورتوفسکی را نشان میدهد.

شکل2-2: گراف‌های کورتوفسکیهمچنین دو گراف را همدیس مینامند اگر بتوان با اضافه کردن یالهای جدید و یا حذف کردن یالهای موجود، یک گراف را از روی دیگری ساخت.با تعریف این دو نوع گراف میتوان نظریه را عنوان نمود. بر طبق نظریه، شرط لازم و کافی برای مسطح بودن یک گراف این است که آن گراف شامل هیچ دو گراف کورتوفسکیای نباشد یا اینکه هیچ زیرگرافی از آن، با زیرگراف دیگر گراف همدیس نباشد.
تجربه نشان داده است که تمام شبکههای توزیع، شروط لازم و کافی برای سطحی بودن را دارا میباشند.
--------------------------------------------------- نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال (تصاویر) درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نمایش داده می شود ولی در سایت می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : elmyar.net --------------------------------------------------- حال به بررسی گراف دوگان میپردازیم. گراف دوگان G*از یک گراف مسطح G به صورت زیر تعریف میشود.
1- به ازای هر وجه G، یک راس در G* وجود دارد.
2- برای هر یالی که مابین دو وجه همسایه در G وجود دارد، یک یال متناظر بین دو گره(راس) G* وجود دارد.
3- به ازای هر یال معلق(یالی که راس متصل شده به یک سمت آن از درجه 1 است) در G، یک حلقه در راس متناطر با آن در G*داریم.
این تعریف نشان میدهد که اگر گراف G، n راس، m یال و f وجه، داشته باشد آنگاه G*، f راس، m یال و n وجه دارد.شکل (2-3) یک گراف و گراف دوگان آن را نشان میدهد که با خطچین نشان داده شده است.

شکل2-3: گراف و دوگان متناظر با آنقید شعاعی بودن یک شبکه توزیع مشابه با قید درخت پوشا در نظریه گراف است. یک گراف پوشای مینیمم در یک گراف غیرجهتدار وزنی، زیرگرافی است که اولا درخت باشد و ثانیا اینکه جمع اوزان یالهای آن مینیمم مقدار ممکن را داشته باشد.ابتدا یک گراف غیرجهتدار را به دو گراف جهتدار تبدبل میکنیم. متغیرهای زیر تعریف شده و آنها را در گراف g تنظیم(مقداردهی) میکنیم.
Xij: حالت یال مابین دو راس i و j.
Wij: وزن یال مابین دو راس i و j.
Ni: مجموعه رئوسی که به طور مستقیم به راس i وصل شدهاند.
و در گراف دوگان G*:
Y(k,l),e: حالت یالی( یا یالهایی) که راس k را به راس l متصل میکند. اندیس e برای تشخیص یالهایی استفاده میشود که بین دو راس مشابه قرار دارند.
Mk: مجموعه راسهایی که به صورت مستقیم با راس k در ارتباط هستند.
Sk,l: مجموعه یالهایی که بین دو راس k و l قرار دارند.
مسئله مینیمم درخت پوشا به صورت زیر فرمولبندی شده است.
(2-3)
با توجه به اینکه:
(2-4)
و همچنین برای تمام یالهای موجود در G، باید رابطه زیر وجود داشته باشد.

بنابراین ابتدا تمام پارامترهای زیر را برای گراف شبکه بدست میآوریم و از روی آنها گرافهای پوشا را تشکیل میدهیم. به عبارت دیگر در روش ارائه شده در مرجع [1] با استفاده از روابط گفته شده در فوق، برای کاندیدای پاسخ آرایش بهینه شبکه، پارامترهای مختلف اشاره شده را بدست آورده و با توجه به روابط درخت پوشا، چک میکنیم که آیا این کاندید پاسخ، یک درخت پوشا هست و یا خیر؟ شعاعی بودن مترادف با تشکیل درخت پوشاست[1].
فرمول بندی قیود شعاعیفرمولاسیون قید شعاعی برای سیستم 9 گره نشان داده شده در شکل (1-3) در این بخش با جزئیات بیشتری بررسی شده است.مجموعه‌های مورد نیاز فرمول بندی به صورت زیر می باشند.

در ادامه، مثال‌هایی داده شده است که نحوه نوشتن قیود مسئله را توضیح می‌دهند. در نمودار اولیه (4a)

در نمودار دوگان(4b)

برای(4c)، هر شاخه یک معادله دارد

شکل 2-4: شبکه بدست آمده توسط استفاده از قیود شعاعی متداولدر صورتی که یک گره مستقل در شبکه وجود داشته باشد (گره‌ای که تنها یک شاخه به آن متصل است، که این شاخه در درختی پوشاست)، با قطع شاخه متصل به این گره گراف چند‌قسمتی می‌شود[1].
2-3- نقاط ضعف در روش‌های موجود در بررسی قید شعاعیچندین روش مختلف در نشریات برای بررسی قید شعاعی بودن پیشنهاد شده است.
اولین روش ارائه دهنده قید شعاعی بودن، که ساده‌ترین روش است، این است که تعداد شاخه‌های مورد نیاز با تعداد گره‌ها منهای یک برابر است. به عبارت دیگر
(2-5)
این معیار برای به اجرا درآوردن قید شعاعی بودن، استفاده شده است این قید رسیدن به نتایج مطلوب را تضمین نمی‌کند. به عنوان یک نقض، به توپولوژی شکل (2-4) برای شبکه نشان داده شده در شکل (2-1) نگاه کنید. آن بدیهی است که شبکه در شکل (2-4) قید بالا را رعایت می‌کند اما یکپارچه نمی‌باشد.روش دوم در مقالات برای نشان دادن شعاعی بودن، مدل کردن شبکه به عنوان یک گراف جهت‌دار می‌باشد. قیود آن عبارتند از
(2-6)
توجه داشته باشید که در رابطه (2-6b) به طور ضمنی توسط رابطه (2-6a) تحمیل شده است و تنها برای شفاف سازی بیان شده است. بدیهی است که شبکه شکل (1-4) قیود بالا را رعایت می‌کند. مقادیر نشان داده شده در این شبکه در جدول(1-1) داده شده است. تنها مقادیر غیر صفر در جدول 2-1 گزارش شده است.
جدول(2-1): مقادیر

به این دلیل که قیدهای ذکر شده برای بررسی شعاعی بودن هنوز نیز ، وقتی که یک مسئله تجدیدآرایش شبکه در نظر گرفته می‌شود، استفاده می‌شوند. شبکه قطع منجر به یک حل پخش بار نشدنی می‌شود. به عبارت دیگر، محدودیت(قید) اتصال توسط معادلات پخش بار مورد قبول واقع شده‌اند. جریان‌های شبکه برای قبولاندن اتصال شبکه به کار گرفته شده است. با این حال، در طول فرآیند حل یک مسئله برنامه‌ریزی عددی مختلط، آرایش‌های غیر عملی ممکن است تولید شود، که به خاطر ناکارآمدی در ارائه دادن قیدهای شعاعی می‌باشد و زمان محاسبات را طولانی می‌کند.
در ادامه این مقاله نویسنده با اشاره به روشهای موجود برای بررسی شعاعی بودن شبکه، چند نمونه از آنها را نام برده و به بررسی نقاط ضعف آنها پرداخته است. زیرمسئله غیرعملی در یک الگوریتم شاخه و برش منجر به تعداد زیادی تکرار می‌شود. شدیدترین مورد هنگامی است که الگوریتم‌های تجزیه برای حل مسئله‌های عدد مختلط استفاده می‌شود. هنگامی که تجزیه “بندرز” استفاده شود، مسئله اصلی که عمدتا به متغیرهای عددی می‌پردازد ممکن است آرایش‌های غیر عملی تولید کند. علاوه بر این در بسیاری از روش‌های اکتشافی، آرایش‌ها غیرعملی بسیاری برای اولین بار تولید شده است و سپس توسط چک کردن قید شعاعی حذف شده‌اند. فرآیند تعیین و حذف راه‌حل های غیرعملی فرآیند راه‌حل کلی را کند می‌کنند که منجر به زمان غیرضروری CPU بزرگتر می‌شود. روش دیگر استفاده از ماتریس برخورد شاخه به گره است. یک نقض این روش این است که نمی‌تواند به صراحت در یک فرمل‌بندی ریاضی جای گیرد که بتوان آن را در یک مدل بهینه‌سازی مرسوم استفاده کرد. مشکل دیگر این روش این است که پیچیدگی محاسبات بسیار بالا است. به طور کلی، مزیت روش شعاعی کردنی که در این مقاله ارائه شد را میتوان در افزایش سرعت محاسبات آن دید[1].
2-4- روش‌های مختلف برای مسئله تجدید آرایش در سیستم‌های توزیعدر مرجع [2] 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 [19] 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 [2] 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.
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[2].
2-4-1- گامهای الگوریتم DSSHA به صورت زیر میباشد.گام اول: در این گام، مجموعه کلیدهای باز اولیه به راحتی تعیین شده (کلیدهای روی خطوط ارتباطی) و یک مجموعه کلید دینامیکی(DSS) نامیده میشود. در اینجا باید به این نکته توجه داشت که بستن هر کلید باز در الگوریتم DSS مترادف با تشکیل یک حلقه در شبکه است. سپس الگوریتم DSS به ترتیب توان بارهای صعودی حقیقی که از جمع توان بارهای اکتیو روی شینهای هر حلقه که با بستن کلید خط ارتباطی ساخته میشود، مرتب میشود. این چینش کلیدها به هدف کاهش تعداد تکرارهای الگوریتم DSSHA انجام میشود.
گام دوم: کلید k (k=1,2,…,Ls) بسته میشود و با این کار یک حلقه تشکیل میگردد. Ls(آخرین کلید) برابر با تعداد کلیدهای متعلق به مجموعه الگوریتم DSS است. حال باید در طی گامهای زیر حلقه تشکیل شده را از بین ببریم.
گام سوم: پس از بسته شدن کلید k از مجموعه DSS، لیست کلید SLk تعریف میشود. این لیست شامل m کلید است که این کلیدها، کلیدهای تشکیل دهنده حلقه بوجود آمده از بسته شدن کلید k هستند.
گام چهارم: با کلید بسته شده k، یک پخش بار به منظور تعیین متغیرهای شبکه مورد نیاز برای محاسبه شاخص حساسیت تجدید آرایش، انجام میشود.
گام پنجم: در این گام شبکه دارای یک حلقه است. و شاخص حساسیت DIm برای تمام کلیدهای موجود در لیست SLk به منظور تعیین اینکه کدام کلید باید برای از بین بردن حلقه باز شود، به دست آمده است.
گام ششم: حلقهای که با بسته شدن کلید k ایجاد شده بود، با باز کردن کلید با کمترین شاخص حساسیت از بین میرود. گامهای 2 تا 6 برای تمام کلیدهای DSS انجام میشود.
گام هفتم: تا این گام یک آرایش شعاعی جدید به دست آمده است. اگر این آرایش قبلا در هر تکرار DSSHA به دست آمده باشد، همگرایی حاصل شده است در غیر این صورت الگوریتم به گام 8 میرود.
گام هشتم: در این گام DSS اولیه برای گام بعدی از روی DSS نهایی در گام جاری ساخته میشود. پس از این گام، تعداد تکرارها یکی بیشتر میشود و شمارنده کلیدهای باز از نو شروع میشود(k=1) و DSSHA به گام 2 بازمیگردد.
گام نهم: پس از همگرایی DSSHA، گام نه ترتیب عملیاتهای کلیدزنی که از آرایش اولیه شبکه تا آرایش نهایی (بهینه) باید انجام شود را تعیین میکند. بنابراین این دنباله، آرایش بهینهای را نشان میدهد که بهره بردار شبکه باید از آن پیروی کند.