
تعداد نشریات | 43 |
تعداد شمارهها | 1,685 |
تعداد مقالات | 13,838 |
تعداد مشاهده مقاله | 32,716,854 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 12,928,603 |
جایابی و اندازهیابی نیروگاههای مجازی برق تجدیدپذیر دارای فناوریهای برق به هیدروژن و هیدروژن به برق در شبکۀ توزیع اکتیو | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
هوش محاسباتی در مهندسی برق | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقالات آماده انتشار، اصلاح شده برای چاپ، انتشار آنلاین از تاریخ 02 دی 1403 اصل مقاله (1 M) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی فارسی | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22108/isee.2024.142332.1697 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نویسندگان | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مرتضی جدیدالاسلام زیدآبادی* ؛ زهرا مرادی شهربابک | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
بخش مهندسی برق، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
چکیده | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
در این مقاله، برنامهریزی نیروگاههای مجازی برق تجدیدپذیر دارای فناوریهای برق به هیدروژن (P2H) و هیدروژن به برق (H2P) در شبکۀ توزیع اکتیو ارائه شده است. طرح پیشنهادی دارای یک چارچوب بهینهسازی است. تابع هدف آن کمینهسازی هزینههای سالانۀ احداث، تعمیر و نگهداری واحدهای مجازی را با در نظر گرفتن مدل برنامهریزی و بهرهبرداری منابع تجدیدپذیر بادی، خورشیدی و زیستتوده، و ذخیرهساز هیدروژنی (ترکیب P2H، H2P و تانک هیدروژنی) و مدل پخش توان بهینۀ شبکه به عهده دارد. در واحدهای مجازی، همزمان انرژی الکتریکی و هیدروژنی مدیریت میشوند. بهینهسازی تصادفی مبنی بر سناریو برای مدلسازی عدم قطعیتهای بار و منابع تجدیدپذیر استفاده میشود. الگوریتم بهینهسازی شیر مورچه یک راهحل بهینه را برای طرح پیشنهادی استخراج میکند. در ادامه، نتایج عددی بیانگر قابلیت طرح پیشنهادی در بهبود بهرهبرداری شبکۀ توزیع با در نظر گرفتن برنامهریزی بهینۀ واحدهای مجازی است؛ به طوری که برنامهریزی و بهرهبرداری بهینۀ ذخیرهساز هیدروژنی در کنار منابع تجدیدپذیر در قالب واحد مجازی توانسته است وضعیت بهرهبرداری شبکۀ توزیع را در حدود 19-44 درصد نسبت به پخش بار شبکه ارتقاء دهد. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
کلیدواژهها | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
بهینهسازی شیر مورچه؛ ذخیرهساز هیدروژنی؛ شبکۀ توزیع اکتیو؛ مدیریت انرژی؛ واحد مجازی تجدیدپذیر | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
اصل مقاله | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نیروگاههای مجازی برق (VPPها)1 یک قالب تجمیع کننده و هماهنگکنندۀ منابع، ذخیرهسازها و برنامههای مدیریت مصرف انرژی هستند [1]. به منظور کاهش آلایندگی زیستمحیطی، عموماً از منابع دوستدار محیط زیست مانند منابع انرژی تجدیدپذیر در VPP استفاده میشود. این منابع دارای انواعی مختلف مانند توربین بادی (WT) 2، فتوولتائیک (PV) 3 و واحد زیستتوده (BU) 4 هستند [2]. توان تولیدی آنها دارای عدم قطعیت و نوسان است [2]؛ از این رو، به منظور تأمین انرژی پایدار، استفاده از ذخیرهسازها در VPP مورد توجه است [3]. ذخیرهسازها دارای انواع مختلف هستند. یک نوع آن ذخیرهساز هیدروژنی است که مجهز به فناوریهای برق به هیدروژن (P2H) 5[1]و هیدروژن به برق (H2P) 6 است. این ذخیرهساز علاوه بر اینکه به عنوان ذخیرهساز انرژی الکتریکی استفاده میشود، میتواند در تغذیۀ بار هیدروژنی نیز نقش داشته باشد [3]؛ از این رو، پیشبینی میشود این ذخیرهساز در VPP به میزان زیاد استفاده شوند [4]؛ به طوری که حضور آنها در سیستم قدرت به ارتقای اهداف اقتصادی، فنی و زیستمحیطی اپراتور سیستم توزیع منجر شود [5]. این شرایط در گرو مدیریت انرژی مطلوب VPPها و همچنین، برنامهریزی (اندازهیابی و جایابی) بهینۀ آنها در شبکۀ توزیع است؛ بنابراین، پیشبینی میشود با برنامهریزی و بهرهبرداری بهینۀ VPPها در شبکۀ توزیع بتوان در راستای ارتقای وضعیت فنی شبکه قدم برداشت. در زمینۀ بهرهبرداری و برنامهریزی VPPها در شبکۀ توزیع پژوهشها و کارهایی مختلف انجام شدهاند. مرجع [6] موضوع همکاری چندین ریزشبکۀ تجمیعشده در یک VPP را بررسی میکند. VPP که توسط اپراتور VPP مدیریت میشود، به عنوان یک نهاد مبنا برای تسهیل عملیات اقتصادی و کمکربن ریزشبکه عمل میکند. در [7]، یک سیستم مدیریت انرژی برای بهرهبرداری بهینۀ یک VPP متشکل از ایستگاههای شارژ وسایل نقلیۀ الکتریکی، باتریهای ثابت و منابع انرژی تجدیدپذیر پیشنهاد شده است. این مدل قادر به بهینهسازی فرآیند مناقصه در بازار روز بعد از طریق یک فرمولبندی تصادفی دومرحلهای است. در [8]، یک الگوریتم استوار توزیعشده برای تجارت انرژی همتابههمتا (P2P) در VPP پیشنهاد شده است که میتواند استحکام را در برابر خرابیهای ارتباطی مانند از دست دادن بستهها و خرابی گرههای محاسباتی در لایۀ سایبری بهبود بخشد. در [9]، بهرهبرداری شبکۀ توزیع هوشمند با در نظر گرفتن VPPهای مبتنی بر اینورتر متناظر با اهداف اپراتور سیستم توزیع ارائه شده است. مجموع وزنی تلفات انرژی مورد انتظار و شاخص امنیت ولتاژ با در نظر گرفتن معادلات پخش توان بهینۀ AC، محدودیتهای امنیت شبکه و مدل عملکرد VPPهای مبتنی بر اینورتر به حداقل میرسد. مرجع [10] عملکرد یک شبکۀ توزیع هوشمند دارای VPPهای کوپلشده با فنرهای برقی را تشریح میکند. در واقع، این VPPها به طور همزمان در بازارهای انرژی و خدمات جانبی راکتیو شرکت میکنند. هدف اصلی طرح پیشنهادی بیشینه کردن سود مورد انتظار VPPها در بازارهای بیانشده است. مرجع [11] یک رویکرد جدید مبتنی بر بهینهسازی مقاوم قابل تنظیم برای برنامهریزی VPP را پیشنهاد میکند که در بازار برق انرژی شرکت میکند. VPP در این بازار به عنوان یک عامل قیمتپذیر رفتار میکند که با قیمتهای برونزا مواجه است. VPP شامل واحدهای تجدیدناپذیر، تجدیدپذیر و ذخیرهساز و همچنین، بارهای منعطف است. طرح مشابه [11] در مرجع [12] ارائه شده است؛ با این تفاوت که در آن از بهینهسازی تصادفی استفاده شده است. مرجع [13] مکان و اندازۀ مناسب VPP را در شبکههای توزیع پیدا میکند؛ در حالی که تابآوری شبکه را در برابر بلایای طبیعی در نظر میگیرد. مرجع [14] یک مسئلۀ بهینهسازی دوسطحی را برای به دست آوردن مکان و اندازۀ بهینۀ VPPهای منعطف در شبکههای توزیع فعال ارائه میکند. فرمول سطح بالای مسئله یک تابع هدف نرمالشده (یک تابع بدون واحد) را به حداقل میرساند که یک جمع نرمالشده از هزینۀ انرژی سالانۀ مورد انتظار و اتلاف انرژی سالانۀ مورد انتظار شبکۀ توزیع است که در معرض پخش توان بهینۀ AC خطیشده قرار میگیرد. همچنین، در مسئلۀ سطح پایین، سرمایهگذاری سالانه و هزینههای بهرهبرداری مورد انتظار منابع انعطافپذیر و تجدیدپذیر محدود به مدل برنامهریزی و عملیاتی این منابع در چارچوب VPP به حداقل میرسند. در [15]، مکانیابی و اندازۀ بهینۀ VPPهای منعطف در شبکۀ توزیع هوشمند با ارائۀ یک مسئلۀ بهینهسازی دوسطحی هدف قرار گرفته است. در مسئلۀ سطح بالا، جمع نرمالشدۀ تابع انحراف ولتاژ شبکه و هزینۀ عملیات سالانه به حداقل میرسد و به معادلات پخش توان بهینۀ AC محدود میشود. مدل برنامهریزی VPPها نیز در سطح پایین در نظر گرفته شده است. شکافهای پژوهشی عمدهای در زمینۀ بهرهبرداری و برنامهریزی VPPها در سیستم قدرت وجود دارند. به عنوان یک محدودیت پژوهشی، در بیشتر پژوهشها مانند [6-10] فقط اثرگذاری بهرهبرداری بهینۀ VPPها در شبکۀ توزیع مطرح بوده است؛ ولی برای ارتقای شاخصهای اقتصادی و فنی در سیستم قدرت، علاوه بر بهرهبرداری VPPها، مکان و اندازۀ بهینۀ VPPها میتواند اثرگذاری مثبتی در سیستم قدرت داشته باشد؛ ولی در کمتر پژوهشی مانند [11-15]، برنامهریزی VPPها در کنار بهرهبرداری آنها بررسی شده است. البته فقط در [13-15] نیز همزمان جایابی و اندازهیابی VPPها ارائه شده است. در بیشتر پژوهشها، فقط مدیریت انرژی الکتریکی در VPP مد نظر بوده است؛ اما در نقاط مصرف، انرژیهایی مختلف مانند گاز، حرارت و برق مصرف میشوند. برای مثال، با پیشرفت فناوریها و به منظور کاهش نگرانیهای زیستمحیطی، پیشبینی میشود در آینده تعدادی قابل توجه خودروی الکتریکی مبنی بر پیل سوختی استفاده شوند. این خودروها به هیدروژن نیاز دارند؛ از این رو، انتظار میرود در نقاط مصرف علاوه بر مدیریت انرژی الکتریکی لازم باشد مصرف هیدروژن نیز مدیریت شود؛ ولی این موضوع در کمتر پژوهشی در زمینۀ بهرهبرداری VPPها بررسی شده است. در عموم پژوهشها در زمینۀ بهرهبرداری و برنامهریزی VPPها، حضور فناوریهای P2H و H2P لحاظ نشده است. از P2H میتوان برای تولید هیدروژن بر پایۀ انرژی تجدیدپذیر استفاده کرد. به عبارتی، در مسیر یک منبع تجدیدپذیر، یک P2H مانند الکترولایزر عمل میکند که انرژی الکتریکی تجدیدپذیر را به هیدروژن تبدیل کند. H2P برای تولید انرژی الکتریکی از هیدروژن است که مانند یک پیل سوختی است و در خروجی خود انرژی الکتریکی تولید میکند. ترکیب P2H و H2P به همراه یک تانک هیدروژنی تحت عنوان ذخیرهساز هیدروژنی شناخته میشود. این ذخیرهساز از راندمان کاری مطلوبی برخوردار است و دارای عمر مفید زیادی است که میتواند در ظرفیتهای بزرگ نیز احداث شود؛ ولی باید توجه داشت که در بیشتر پژوهشها از باتری به عنوان ذخیرهساز در VPP استفاده شده است. گرچه باتری دارای چگالی توان و راندمان زیاد است، اما هزینۀ سرمایهگذاری آن زیاد است و دسترسی به ظرفیتهای بزرگ دشوار و پرهزینه است. محدودیتهای بیانشده را میتوان با ذخیرهساز هیدروژنی جبران کرد. به علاوه، در ذخیرهساز هیدروژنی میتوان بارهای هیدروژنی را نیز تغذیه کرد. این موضوع در کمتر پژوهشی لحاظ شده است. به عنوان یک شکاف پژوهشی دیگر، به منظور دسترسی به شرایط زیستمحیطی مطلوب و کاهش هزینههای بهرهبرداری در سیستم قدرت، استفاده از منابع تجدیدپذیر مورد توجه قرار گرفته است؛ ولی در بیشتر پژوهشها مانند [6-15]، از منبع تجدیدپذیر بادی و خورشیدی استفاده شده است؛ این در حالی است که BU نیز یک منبع تجدیدپذیر است که زبالههای زیستمحیطی را مصرف میکند و در خروجی خود انرژی الکتریکی تولید میکند؛ ولی در کمتر پژوهشی در زمینۀ بهرهبرداری VPPها، اثرگذاری مثبت بهرهبرداری BU برروی شاخصهای فنی، اقتصادی و زیستمحیطی مختلف ارزیابی شده است. در این مقاله، به منظور جبران و برطرف کردن شکافهای پژوهشی مطرحشده، جایابی و اندازهیابی VPPهای تجدیدپذیر مبتنی بر فناوریهای P2H و H2P در شبکۀ توزیع اکتیو (ADN)[2] ارائه میشود. در VPP یادشده حضور BUها نیز نظر گرفته شده است و مدیریت انرژی الکتریکی و هیدروژنی در VPP انجام میشود. طرح پیشنهادی در قالب یک مسئلۀ بهینهسازی بیان میشود که در آن، مدل برنامهریزی و بهرهبرداری VPPهای متصل به شبکه ارائه میشود. کمینهسازی مجموع هزینۀ سالانۀ احداث، تعمیر و نگهداری منابع تجدیدپذیر، P2H و H2P و تانک هیدروژنی (HT)[3] به عنوان تابع هدف لحاظ میشود. این مسئله مقید به مدل بهرهبرداری و برنامهریزی منابع تجدیدپذیر از جمله مزرعۀ بادی (WF)[4]، مزرعۀ فتوولتائیک (PVF)[5] و مزرعۀ BUها (BUF)[6]، قیود عملکرد و برنامهریزی P2H، H2P و HT، تعادل توان اکتیو در VPPها و معادلات پخش توان بهینۀ شبکۀ توزیع است. P2H / H2P در این مقاله شامل الکترولایزر (EL)[7]/پیل سوختی (FC)[8] است. الکترولایزر انرژی الکتریکی را به هیدروژن تبدیل میکند. بخشی از هیدروژن تولیدی برای تغذیۀ بار هیدروژنی استفاده میشود و بخشی دیگر در HT ذخیره میشود. FC نیز هیدروژن را از HT دریافت و در خروجی خود انرژی الکتریکی تولید میکند. البته، در این مقاله ترکیب عملکردهای H2P، P2H و HT معادل عملکرد ذخیرهساز هیدروژنی (HS)[9] است. در این طرح، بار و منابع تجدیدپذیر دارای عدم قطعیت هستند. برای مدلسازی این عدم قطعیتها به منظور دسترسی راهحل بهینۀ مطمئن، از بهینهسازی تصادفی مبنی بر سناریو استفاده میشود. در ادامه، برای استخراج راهحل بهینه برای مسئلۀ پیشنهادی، الگوریتم بهینهسازی شیر مورچه (ALO)[10] استفاده میشود. در نهایت، با مقایسۀ راهکار پیشنهادی و پیشینۀ پژوهش، اهداف و نوآوریهای این پژوهش به شرح زیر هستند:
در ادامه، فرمولبندی برنامهریزی و بهرهبرداری VPPها در ADN به همراه مدلسازی عدم قطعیتها در بخش دوم ارائه میشود. سپس، روند حل مسئله مبنی بر الگوریتم ALO در بخش سوم بیان میشود. نتایج عددی بهدستآمده از موارد مطالعاتی مختلف در بخش چهارم گزارش شده است. در نهایت، در بخش پنجم نتیجهگیریها ارائه میشوند.
در این بخش، برنامهریزی VPPها مبنی بر فناوریهای P2H و H2P در ADN ارائه میشود. طرح پیشنهادی کمینهسازی هزینۀ برنامهریزی را با توجه به قیود بهرهبرداری منابع و ذخیرهسازها و مدل پخش توان بهینۀ AC در ADN انجام میدهد. فرمولبندی ریاضی این مسئله به صورت زیر است:
Subject to: الف) تابع هدف: در رابطۀ (1)، کمینهسازی مجموع هزینۀ سالانۀ احداث، تعمیر و نگهداری (AIMC) منابع تجدیدپذیر [16] و ذخیرهساز هیدروژنی [17] ارائه شده است. در این ذخیرهساز، الکترولایزر (EL)، تانک هیدروژنی (HT) و پیل سوختی (FC) قرار دارند. EL یک نوع سیستم P2H است و FC از انواع مختلف H2P است [17]. در رابطۀ (1)، هزینۀ احداث، تعمیر و نگهداری برای اجزای ذخیرهساز هیدروژنی لحاظ شده است. هزینۀ احداث (تعمیر و نگهداری) هر تجهیز برابر حاصلضرب تعداد نصبشدۀ آن تجهیز در VPP در هزینۀ احداث (تعمیر و نگهداری) آن است.
ب) مدل برنامهریزی - بهرهبرداری VPPها: قیود (2)-(7) به مدل برنامهریزی منابع تجدیدپذیر اشاره دارند؛ به طوری که در روابط (2)-(4) میزان توان اکتیو تولیدی بهترتیب در مزرعۀ بادی (WF)، مزرعۀ فتوولتائیک (PVF) و مزرعۀ زیستتوده ((BUF ارائه شده است. بر اساس این روابط، توان اکتیو تولیدی بهدستآمده از منبع تجدیدپذیر برابر حاصلضرب تعداد منبع، ظرفیت منبع و نرخ توان تولیدی این منبع است. نرخ توان WF بر اساس رابطۀ (5) محاسبه میشود که تابعی از سرعت باد است. برای توربین بادی چهار ناحیۀ کاری وجود دارند. در ناحیۀ اول، سرعت باد کمتر از سرعت آستانۀ وصل است و توربین بادی قادر به تولید انرژی نیست. در ناحیۀ چهار، سرعت باد بیش از سرعت آستانۀ قطع است. در این ناحیه، برای جلوگیری از آسیبدیدگی بخشهای مکانیکی توربین بادی، حالت ترمزی ایجاد میشود و WT توانی را تولید نمیکند؛ بنابراین، میزان نرخ توان تولیدی WF در نواحی اول و چهارم برابر صفر است [2]. در ناحیۀ دوم، سرعت باد بیش از سرعت آستانۀ وصل و کمتر از سرعت نامی است. در این ناحیه، نرخ توان تولیدی با افزایش سرعت باد از مقدار صفر به سمت مقدار 1 حرکت میکند. در ناحیۀ سوم، سرعت باد بین سرعت نامی و آستانۀ قطع قرار دارد. در این ناحیه به منظور جلوگیری از آسیبدیدگی WT، نرخ توان تولیدی در مقدار 1 ثابت میماند [2]. در رابطۀ (5)، مدل نرخ توان تولیدی PV لحاظ شده است [18]. نرخ توان تولیدی PV برای هر لحظۀ بهرهبرداری برابر نسبت میزان تابش خورشید به مقدار پیک تابش خورشید است [18]. نرخ توان تولیدی BU در هر ساعت نیز بر اساس رابطۀ (7) برابر نسبت گاز BU به مقدار پیک این گاز است. مدل عملکرد ذخیرهساز هیدروژنی با در نظر گرفتن بارهای هیدروژنی در قیود (8)-(12) ارائه شده است [3]. در قید (8)، محدودیت ظرفیت P2Hها (ELها) فرمولبندی شده است. بر اساس رابطۀ (8)، بیشترین توان اکتیو مصرفی P2Hها برابر حاصلضرب تعداد P2Hها و ظرفیت یک EL است. در قید (9)، محدودیت توان اکتیو تولیدی H2Pها (FCها) بیان شده است. بیشترین توان اکتیو تولیدی FCها نیز بر اساس (9) برابر حاصلضرب تعداد H2Pها و ظرفیت یک FC است. در ذخیرهساز هیدروژنی، سیستمهای P2H و H2P نباید همزمان روشن باشند. این موضوع در رابطۀ (10) مدلسازی شده است [3]؛ به طوری که اگر ELها دارای توان اکتیو مصرفی باشند، FCها خاموش هستند و توانی را تولید نمیکنند. برعکس این موضوع نیز صادق است. در قید (11)، میزان انرژی ذخیرهشده در تانک هیدروژنی (HT) محاسبه میشود. بر اساس این رابطه، انرژی ذخیرهشده در HT برابر مجموع انرژی ذخیرهشده در ساعت قبل، انرژی مستخرجشده از P2Hها منهای مجموع انرژی تخلیهشده توسط H2Pها و بار هیدروژنی است [3]. در ساعت 1، انرژی ذخیرهشدۀ ساعت قبل برابر انرژی اولیه HT است؛ از این رو، پارامتر z فقط در ساعت 1:00 دارای مقدار یک است و در ساعتهای دیگر آن برابر صفر است. در این بخش، فرض شده است که بخشی از هیدروژن تولیدی P2Hها در HT ذخیره میشود و بخشی دیگر از آن برای تغذیۀ بارهای هیدروژنی استفاده میشود؛ از این رو، در رابطۀ (11)، بار هیدروژنی در محاسبۀ انرژی ذخیرهشدۀ HT دخالت خواهد داشت. بر اساس رابطۀ (11)، انرژی اولیه در HTها برابر حاصلضرب تعداد HTها و انرژی اولیۀ یک HT است. محدودیت انرژی ذخیرهشده در HT متناسب با رابطۀ (12) است. بر اساس (12)، کمترین (بیشترین) انرژی HTها برابر حاصلضرب تعداد HTها و کمینۀ (بیشینۀ) انرژی یک HT است. در نهایت، تعادل توان اکتیو در VPP متناظر با قید (13) است. بر اساس این رابطه، توان اکتیو VPP برابر مجموع توان اکتیو تولیدی منابع تجدیدپذیر و H2Pها منهای مجموع توان اکتیو مصرفی P2Hها و بار پسیو الکتریکی است. در قید (14)، محدودیت تعداد عناصر نصبشده در VPP در نظر گرفته شده است. پ) بهرهبرداری ADN: در روابط (15)-(23) فرمولبندی بهرهبرداری ADN در حضور VPPها بیان شده است که معرف مدل پخش توان بهینۀ AC برای ADN است؛ به طوری که قیود (15)-(20) معادلات پخش توان AC هستند [5 و 10]. در این قیود، تعادل توان اکتیو و راکتیو در باسهای مختلف بهترتیب متناظر با روابط (15) و (16) هستند. در روابط (17) و (18)، بهترتیب میزان توان اکتیو و راکتیو عبوری از خطوط توزیع محاسبه میشوند [5]. میزان زاویه و دامنۀ ولتاژ در باس مرجع بهترتیب متناظر با قیود (19)-(20) است. محدودیتهای بهرهبرداری ADN در روابط (21)-(23) ظاهر شدهاند [2 و 10]. همچنین، محدودیت دامنۀ ولتاژ باسها در رابطۀ (21) نشان داده شده است. در قیود (22) و (23) نیز بهترتیب محدودیت توان ظاهری یا محدودیت ظرفیت پست و خط توزیع مدلسازی شدهاند [2]. در این بخش، فرض بر این است که ADN از پست توزیع مستقر در باس مرجع (در اینجا باس شمارۀ 1) به شبکۀ بالادست متصل است؛ از این رو، متغیرهای PS و QS برای باس 1 دارای مقدار هستند؛ ولی برای باسهای دیگر برابر صفر هستند.
ت) مدلسازی عدم قطعیتها: در طرح پیشنهادی، (1)-(23)، سرعت باد، vWT، تابش خورشید بر سطح PV، IPV، گاز تولیدی BU، GBU، بار اکتیو و راکتیو، PC و QC، و بار هیدروژنی، HC به صورت پارامترهای دارای عدم قطعیت در نظر گرفته شدهاند. در این مقاله، از بهینهسازی تصادفی مبنی بر سناریو برای مدلسازی عدم قطعیتهای یادشده استفاده شده است. در این روش، ابتدا مکانیسم چرخ رولت تعدادی زیاد سناریو تولید میکند. در هر سناریو، مقدار پارامترهای عدم قطعیت بر اساس مقدار میانگین و انحراف معیار خودشان تعیین میشود [2]. در ادامه، احتمال مقادیر انتخابشده برای پارامترهای عدم قطعیت در هر سناریو محاسبه میشود. در این روش، برای پارامترهای بار و گاز تولیدی BU از تابع توزیع نرمال استفاده میشود [2 و 16]. برای محاسبۀ احتمال سرعت باد و تابش خورشید بهترتیب از تابع توزیع احتمال ویبول و بتا استفاده میشود [5]. احتمال هر سناریوی تولیدشده (r0) برابر حاصلضرب احتمال پارامترهای عدم قطعیت است. در ادامه، روش کانترویچ [19] به عنوان تکنیک کاهش سناریو، تعدادی مشخص از سناریوهای تولیدشده را انتخاب میکند و به روابط (1)-(23) اعمال میکند. در این روش، سناریوهایی انتخاب میشوند که کمترین فاصله را نسبت به یکدیگر داشته باشند. جزئیات و مراحل این روش در [19] بیان شدهاند. در ادامه، احتمال هر سناریوی جدید (r) برابر نسبت r0 متناظر با این سناریو بر مجموع r0 تمامی سناریوهای انتخابشده است. 3- روند حل مسئله بر پایۀ ALOطرح پیشنهادی با فرمولبندی (1)-(23) دارای چارچوب بهینهسازی غیرخطی عدد صحیح است. در این بخش، برای استخراج راهحل بهینۀ مطمئن از الگوریتم بهینهسازی ALO استفاده میشود. بر اساس [20]، این الگوریتم روشی قدرتمند برای مسائل پیچیدۀ مهندسی است. همچنین، قابلیت این الگوریتم در بخش (2-4ت) بررسی میشود. در این الگوریتم، در ابتدا N (معرف اندازۀ جمعیت) مقدار تصادفی برای متغیرهای تصمیمگیری شامل NWT، NPV، NBU، NEL، NFC و NHT بر اساس قید (14) و PEL و PFC بهترتیب بر اساس قیود (8) و (9) تولید میشوند. دیگر متغیرهای موجود در فرمولبندی (1)-(23) به عنوان متغیر وابسته تعیین میشوند. در ادامه، N مقدار برای متغیرهای وابسته بر اساس قیود (2)-(7)، (11)، (13) و (15)-(20) بر پایۀ مقادیر متغیرهای تصمیمگیری محاسبه میشوند. برای حل مدل پخش توان، (15)-(20)، از تکنیک پسرو - پیشرو [21] استفاده میشود. برای برآورده کردن قیود (10)، (12) و (21)-(23) از تکنیک تابع جریمه استفاده میشود [22]. تابع جریمه برای هر قید a = b و a £ b بهترتیب به صورت l.(b - a) و m.max(0, a - b) است. l Î (-¥, +¥) و m ³ 0 به عنوان ضرایب لاگرانژ شناخته میشوند که در دستۀ متغیرهای تصمیمگیری قرار میگیرند. در ادامه، تابع برازندگی (FF) برابر مجموع ATMC و مجموع توابع جریمه است. FF بر اساس رابطۀ (1) باید کمینه شود؛ از این رو، در قدم بعدی N مقدار برای FF محاسبه میشوند و سپس، کمترین مقدار آن استخراج میشود. در مراحل بعد، باید مقدار متغیرهای تصمیمگیری بههنگامسازی شود. برای بهروزرسانی این متغیرها در این بخش از الگوریتم ALO استفاده میشود. بههنگامسازی متغیرهای یادشده بر اساس کمترین مقدار FF خواهد بود؛ از این رو، در فرآیند ALO، در ابتدا N مقدار بههنگامسازیشده برای متغیرهای تصمیمگیری بر اساس محدودیتهای خودشان، مقدار کمینۀ FF در مرحلۀ قبل و جزئیات تکنیک ALO به دست میآید. جزئیات کامل فرآیند ALO در [20] بیان شده است. سپس، N مقدار برای متغیرهای وابسته و FF بر اساس مقادیر متغیرهای تصمیمگیری محاسبه میشوند و در ادامه، کمینۀ مقدار FF استخراج میشود. فرآیند بههنگامسازی متغیرهای تصمیمگیری تا دسترسی به همگرایی ادامه مییابد. در این بخش، فرض شده است که ALO بعد از رسیدن به حداکثر تعداد تکرار (Imax) به نقطۀ بهینه دست پیدا میکند. 4- نتایج عددی1-4- دادهها طرح پیشنهادی در این بخش بر روی شبکۀ توزیع اکتیو 119باسه [23] به صورت شکل (1) اعمال میشود. این شبکه دارای توان مبنای MVA 10 است و ولتاژ مبنای آن نیز برابر kV 11 است. باس 1 باس مرجع است که دامنۀ ولتاژ آن برابر p.u. 1 است و زاویۀ ولتاژ در این باس برابر صفر است. محدودۀ مجاز دامنۀ ولتاژ برابر p.u. [9/0 1/1] است. مشخصات خطوط و پست توزیع به علاوۀ دادههای پیک بار این شبکه در [23] ارائه شدهاند. میزان بار در هر ساعت برابر حاصلضرب پیک بار و ضریب بار است. منحنی روزانۀ مورد انتظار ضریب بار در شکل (2-الف) ارائه شده است [5 و 24]. فرض شده است که در شبکۀ یادشده 5 باس دارای بار هیدروژنی هستند که باید توسط VPPها تغذیه شوند. مکان بار هیدروژنی و میزان پیک بار آن در شکل (1) مشخص است. مشخصات منابع تجدیدپذیر، P2H، H2P و HT در جدول (1) ارائه شدهاند. منحنی روزانۀ مورد انتظار مقدار نسبی سرعت باد، تابش خورشیدی و گاز BU در شکل (2-ب) ترسیم شده است [2 و 18].
2-4- نتایج طرح پیشنهادی (1)-(23)، متناظر با الگوریتم ALO ارائهشده در بخش 3، در محیط نرمافزار MATLAB شبیهسازی شده است. اندازۀ جمعیت و حداگثر تعداد تکرارها در ALO بهترتیب برابر 80 و 5000 هستند و میزان پارامترهای تنظیم آن در [20] بیان شدهاند. در بهینهسازی تصادفی، چرخ رولت در ابتدا 2000 سناریو را تولید میکند. انحراف معیار پارامترهای عدم قطعیت برابر 10 درصد است. روش کانترویچ نیز 80 سناریوی تولیدشده را انتخاب و به مسئله اعمال میکند. الف) برنامهریزی اقتصادی VPPهای تجدیدپذیر مبتنی بر فنارویهای P2H و H2P: در جدول (2)، مکان بهینۀ VPPهای تجدیدپذیر دارای P2H و H2P در شبکۀ توزیع 119باسه متناسب با شکل (1) ارائه شده است. 12 تا VPP به منظور برقراری شرایط بهینه برای اهداف بهرهبرداری اپراتور سیستم توزیع در شبکۀ یادشده احداث میشوند. با مقایسۀ نتایج این جدول و شکل (1)، بیشتر VPPها در باسهای ابتدا و وسط فیدر قرار میگیرند و تعدادی کمتر از آنها در باسهای انتهای فیدر قرار گرفتند. این موضوع به این دلیل است که خطوط توزیع موجود در ابتدا و وسط فیدر عموماً از ظرفیتی زیاد برخوردار هستند؛ از این رو، در این محدودهها میتوان اندازۀ بزرگتر برای VPP را به دست آورد. این موضوع میتواند در بهبود شرایط بهرهبرداری مانند تلفات انرژی شبکه مؤثر باشد. VPPهایی که در انتهای فیدر قرار دارند، به منظور بهبود شرایط بهرهبرداری شبکه مانند پروفیل ولتاژ استفاده میشوند. به عنوان نکتهای دیگر، باسهایی که در شکل (1) دارای بار هیدروژنی بودند، در آنها VPP نصب میشود؛ زیرا در این مقاله فرض شده است که بارهای هیدروژنی توسط VPPها تغذیه شوند. در جدول (2)، اندازه یا تعداد بهینۀ منابع تجدیدپذیر و عناصر ذخیرهساز هیدروژنی ارائه شده است. در بیشتر مکانهای منتخب VPPها، بیشینۀ تعداد WTها، یعنی 5 تا بر اساس جدول (1)، در VPP نصب شدند؛ زیرا WTها نسبت به BUها و PV بر اساس جدول (1) دارای هزینۀ نصب کمتری هستند. نصب BUها در الویت دوم قرار دارد؛ زیرا هزینۀ نصب آنها کمتر از PV است؛ اما در جاهایی که ظرفیت بزرگ منابع تجدیدپذیر لازم نیست، الویت نصب بعد از WT با PV است. برای مثال، در VPP2، نیاز به 3 تا WT است و از آنجا که انتخاب یک WT یا BU دیگر در این VPP به عدم برآورد قیود شبکه منجر میشود، PV در این VPP نصب میشود. بر اساس جدول (1)، ظرفیت یک PV بسیار کمتر از WT و BU است. در VPPهایی که در انتهای فیدر نصب میشوند، کمترین تعداد منابع وجود دارند؛ زیرا ظرفیت خطوط متصل به این باسها کم است؛ ولی VPPهایی که در باسهای ابتدا و وسط فیدر قرار دارند، دارای تعدادی بیشتر از منابع هستند. تعداد عناصر ذخیرهساز هیدروژنی بر اساس اندازۀ منابع تجدیدپذیر و میزان بار هیدروژنی تعیین میشود؛ به طوری که در VPPهایی که دارای تعداد منابع تجدیدپذیر زیاد هستند ولی بار هیدروژنی ندارند، تعداد P2Hها، H2Pها و HTها زیاد است. در VPPهایی که بار هیدروژنی وجود دارد، تعداد P2Hها نسبت به P2Hها و HTها بیشتر است؛ از این رو، در این VPPها تعداد منابع نیز زیاد خواهد بود؛ زیرا به منظور بهبود شرایط بهرهبرداری شبکه لازم است تعداد منابع تجدیدپذیر زیاد باشد. در جدول (3)، میزان مجموع هزینۀ سالانۀ نصب (AIC) و تعمیر و نگهداری (AMC) VPPها و عناصر آنها بیان شده است. بر اساس این جدول، بیشترین هزینۀ نصب و تعمیر و نگهداری برای VPPهای 5، 7، 10 و 11 وجود دارد؛ زیرا بر اساس جدول (1)، بیشترین تعداد منابع، P2Hها، H2Pها و HTها در این VPPها وجود دارد. کمترین AIC و AMC برای VPPهای 2، 8 و 12 وجود دارند. این VPPها دارای کمترین تعداد منابع و ذخیرهسازهای هیدروژنی هستند؛ زیرا بر اساس جدول (1) و شکل (1)، این VPPها در باسهای انتهای فیدر قرار دارند. در سطر آخر جدول (3)، مجموع AIC و AMC برای عناصر مختلف تمامی VPPها بیان شده است. بیشترین هزینۀ یادشده برای BUFها و ذخیرهسازهای انرژی رخ داده است؛ زیرا آنها بر اساس سطر آخر جدول (2) دارای تعداد زیاد و همچنین، بر اساس جدول (1)، دارای هزینۀ نصب و تعمیر و نگهداری جالب توجهی هستند. هزینۀ یادشده برای ذخیرهساز هیدروژنی شامل هزینههای P2Hها، H2Pها و HTها است. از آنجا که ظرفیت نصبشدۀ PVFها کمتر از عناصر دیگر است، AIC+AMC یا AIMC برای آن کمترین است. در نهایت، برای نصب 12 تا VPP با مشخصات متناظر با جدول (2)، به صرف هزینۀ کل برنامهریزی M$/year 3406728 نیاز است.
شکل (1): دیاگرام تکخطی شبکۀ توزیع 119باسه [23] به همراه مکان بارهای هیدروژنی. شکل (2): منحنی روزانۀ مورد انتظار، الف) ضریب بار [24]، ب) مقدار نسبی سرعت باد، تابش خورشید و گاز BU [28] جدول (1): دادههای منابع تجدیدپذیر و ذخیرهساز هیدروژنی
جدول (2): اندازه و مکان بهینۀ VPPها
ب) بررسی عملکرد VPPهای تجدیدپذیر: در شکل (3)، منحنی روزانۀ مورد انتظار توان اکتیو VPPها و عناصر آنها بر اساس تعداد بهینۀ آنها در جدول (2) ارائه شده است. بر اساس شکل (3) و مقایسۀ آن با شکل (2-ب)، دیده میشود که روند تغییرات زمانی توان تولیدی منابع تجدیدپذیر متناظر با روند تغییرات زمانی نرخ پدیدههای طبیعی است. برای مثال، منحنی روزانۀ توان WFها همانند منحنی روزانۀ نرخ سرعت باد است؛ این دو منحنی فقط از لحاظ عددی متفاوت هستند. بر اساس جدول (2)، تعداد 54 تا WT در تمامی VPPها نصب میشوند. ظرفیت هر WT بر اساس جدول (1) حدود kW 100 است؛ از این رو، WFها بر اساس شکل (3) قادر هستند بیشینۀ توان اکتیوی حدود MW 4/5 را به VPPها تزریق کنند. PVFها و BUFها نیز بهترتیب بیشینۀ توان اکتیو برابر MW 3 و MW 6/1 را به تمامی VPPها تزریق میکنند. در شکل (3)، منحنی روزانۀ توان اکتیو P2Hها و H2Pها رسم شده است. بر اساس جدول (2)، 36 تا HT با ظرفیت kWh 200 در VPPها نصب میشوند. کمینۀ انرژی ذخیرهشده در آنها برابر kWh 20 است؛ از این رو، HTها میتوانند انرژی برابر kWh 6480 یا MWh 48/6، (20 - 200)´36، را از VPPها دریافت و در خود ذخیره کنند. بر اساس شکل (1)، پیک بار هیدروژنی برابر kW 1600 است؛ از این رو، میزان انرژی مصرفی هیدروژنی توسط این بارها متناظر با منحنی ضریب بار در شکل (2-الف) حدود MWh 2/17 است؛ بنابراین، P2Hها در خروجی خود باید MWh 7/23 (48/6 + 2/17) انرژی تولید کنند. از آنجا که راندمان آن در جدول (1) برابر 75 درصد است، آنها باید حدود MWh 6/31 انرژی را به صورت الکتریکی از VPPها دریافت کنند. H2Pها فقط قادر هستند انرژی ذخیرهشده در HTها را به صورت انرژی الکتریکی به VPPها تزریق کنند. راندمان H2Pها بر اساس جدول (1) برابر 51 است؛ از این رو، H2Pها در خروجی خود MWh 3/3 (51/0´48/6) انرژی الکتریکی تولید میکنند؛ بنابراین، بر اساس شکل (3)، سطح توان اکتیو P2Hها نسبت به H2Pها بسیار بیشتر است. این موضوع در جدول (3) نیز قابل مشاهده است؛ به طوری که ظرفیت نصبشدۀ P2Hها بسیار بیشتر از H2Pها است. P2Hها در ساعتهای کمباری و میانباری، 1:00-16:00، فعال هستند. بر اساس شکل (3)، توان تولید منابع تجدیدپذیر در ساعتهای میانباری، 8:00-16:00، زیاد است. برای اینکه اضافه ولتاژ شدید در این ساعتها در شبکۀ توزیع ایجاد نشود، P2Hها توان اکتیو را از منابع تجدیدپذیر در این ساعتها دریافت میکنند. همچنین، در ساعتهای کمباری، 1:00-7:00، قیمت انرژی کم است؛ از این رو، P2Hها نیز در این ساعتها فعال هستند؛ ولی در ساعتهای پرباری، 17:00-22:00، قیمت انرژی زیاد است؛ از این رو، P2Hها خاموش میشوند و H2Pها وصل میشوند، تا اینکه آنها توان اکتیو را به VPPها یا شبکۀ توزیع تزریق کنند و افت ولتاژ زیاد در ساعتهای پربار را کاهش دهند. منحنی روزانۀ توان اکتیو VPPها در شکل (3) ترسیم شده است. این توان از رابطۀ (13) قابل محاسبه است. بر اساس شکل (3)، VPPها در تمامی ساعتها انرژی الکتریکی تولید میکنند. بیشترین توان مشاهده میشود اکتیو تولیدی آنها در ساعتهای میانباری و پرباری، 8:00-22:00، به دست آمده است؛ زیرا بر اساس شکل (3)، در این ساعتها منابع تجدیدپذیر و P2Hها توان اکتیو جالب توجهی را تولید میکنند.
جدول (3): AIMC برای VPPها
شکل (3): منحنی روزانه توان اکتیو مورد انتظار منابع تجدیدپذیر، H2Pها، P2Hها و VPPها پ) ارزیابی وضعیت بهرهبرداری شبکۀ توزیع اکتیو: در این بخش، به منظور ارزیابی طرح پیشنهادی در ارتقای وضعیت بهرهبرداری شبکۀ توزیع، موارد مطالعاتی مختلف زیر در نظر گرفته میشوند:
در جدول (4)، میزان شاخصهای بهرهبرداری شامل تلفات انرژی، بیشینۀ افت ولتاژ (MVD)، بیشینۀ اضافه ولتاژ (MOV) و پیک بار قابل حمل (PLCC) بهازای موارد مطالعاتی مختلف گزارش شده است. PLCC یعنی ADN با منحنی روزانۀ ضریب بار به صورت شکل (2-الف) تا چه پیک باری را میتواند تغذیه کند. بدترین وضعیت شاخصهای یادشده در مورد مطالعاتی I به دست آمده است؛ به طوری که آن دارای بیشترین تلفات انرژی و MVD است. کمترین PLCC نیز در این مورد مطالعاتی وجود دارد. با حضور تنهای منابع تجدیدپذیر در VPPها متناظر با مورد II، تلفات انرژی و MVD بهترتیب حدود 9/38 و 3/32 درصد نسبت به مورد I کاهش دارند. همچنین، PLCC حدود 4/10 درصد نسبت به مطالعات پخش بار ارتقاء یافته است. این شرایط بهازای ایجاد بیشینۀ اضافه ولتاژ p.u. 023/0 در ADN است. در مورد III، حضور ذخیرهسازهای هیدروژنی و منابع تجدیدپذیر در VPP لحاظ شده است. شاخصهای بهرهبرداری، مانند تلفات انرژی و MVD در مورد III بهترتیب حدود 5/46 و 6/36 درصد نسبت به مورد I کاهش مییابند. MOV نیز حدود 1/39 درصد نسبت به مورد II کاهش دارد و PLCC نسبت به مورد I حدود 24 درصد افزایش دارد. در مورد IV، حضور بار هیدروژنی در VPP لحاظ شده است. در این حالت، نسبت به مورد III، تلفات انرژی و MVD افزایش مییابند و PLCC نیز کمتر میشود؛ اما مورد IV توانسته است نسبت به مورد I، تلفات انرژی و MVD را بهترتیب حدود 6/43 و 5/38 درصد ارتقاء دهد. PLCC نیز حدود 19 درصد نسبت به مورد I ارتقاء یافته است. در مورد IV، MOV حدود 5/43 درصد نسبت به مورد II کاهش دارد. جدول (4): میزان شاخصهای بهرهبرداری شبکه
ت) وضعیت همگرایی طرح پیشنهادی: در جدول (5)، وضعیت همگرایی طرح پیشنهادی بهازای روشهای حل مختلف گزارش شده است. در این بخش، برای حل مسئلۀ پیشنهادی از روشهای ALO، الگوریتم جستوجوی کلاغ (CSA)[xi] [25]، الگوریتم سینوس کوسینوس (SCA)[xii] [26]، بهینهسازی گرگ خاکستری (GWO)[xiii] [27] و الگوریتم ژنتیک (GA)[xiv] [28] استفاده شده است. اندازۀ جمعیت و بیشینۀ تکرار همگرایی برای تمامی الگوریتمهای یادشده بهترتیب برابر 80 و 5000 هستند. پارامترهای تنظیم آنها از [20، 25-28] انتخاب شدهاند. برای محاسبۀ انحراف معیار پاسخ نهایی، هر الگوریتم مسئلۀ یادشده را 30 بار حل میکند. بر اساس جدول (5)، مشاهده میشود کمترین مقدار AIMC توسط ALO به دست میآید. همچنین، این نقطۀ بهینه در تعداد تکرار تا همگرایی و زمان محاسباتی کمتر به دست میآید. علاوه بر این، انحراف معیار پاسخ نهایی برای ALO حدود 98/0 درصد است؛ ولی این پارامتر برای دیگر الگوریتمهای یادشده بیش از 5/1 درصد است؛ بنابراین، برای طرح پیشنهادی، ALO یک روش حل مناسب است که توانسته است بهترین و دقیقترین راهحل مسئله را با سرعت همگرایی زیاد به دست آورد. جدول (5): وضعیت همگرایی الگوریتمهای مختلف برای طرح پیشنهادی
5- نتیجهگیریدر این مقاله، جایابی و اندازهیابی واحدهای مجازی تجدیدپذیر مجهز به فناوریهای P2H و H2P در شبکۀ توزیع اکتیو ارائه شد. در این واحدها، مدیریت انرژی الکتریکی و هیدروژنی برقرار است. P2H و H2P در کنار HT، یک ذخیرهساز هیدروژنی را نیز تشکیل میدهند. در مسئلۀ پیشنهادی، برنامهریزی واحدهای مجازی متناظر با کمینهسازی مجموع هزینۀ سالانۀ احداث، تعمیر و نگهداری منابع و ذخیرهسازهای هیدروژنی و مقید به مدل برنامهریزی و بهرهبرداری این عناصر و مدل پخش توان بهینۀ شبکه است. در ادامه، بهینهسازی تصادفی مبنی بر سناریو برای مدلسازی عدم قطعیتهای بار و پدیدههای تجدیدپذیر استفاده شد. سپس، الگوریتم شیر مورچه برای استخراج راهحل بهینه استفاده شد. بر اساس نتایج عددی بهدستآمده، واحدهای مجازی عموماً در باسهای ابتدا و وسط فیدر نصب میشوند. این واحدها میتوانند دارای اندازهای بزرگ باشند؛ اما تعدادی کم از این واحدها در انتهای فیدر به منظور بهبود وضعیت بهرهبرداری شبکه نصب میشوند. اندازۀ منابع، P2Hها، H2Pها و تانک هیدروژنی در این واحدها کوچک است؛ از این رو، کمترین هزینۀ برنامهریزی برای واحدهای مجازی مستقر در انتهای فیدرها وجود دارد. در واحدهای مجازی مستقر در ابتدای فیدر و دارای بار هیدروژنی، بیشترین هزینۀ برنامهریزی به دست میآید. P2Hها به منظور تغذیۀ بار هیدروژنی و ذخیرهسازی انرژی در تانک هیدروژنی دارای ظرفیتی بسیار زیاد نسبت به H2P هستند. با عملکرد بهینۀ منابع و ذخیرهسازهای هیدروژنی، واحدهای مجازی در شبکۀ توزیع به صورت تولیدکنندۀ انرژی فعالیت میکنند؛ از این رو، طرح پیشنهادی نسبت به مطالعات پخش بار قادر است شرایط بهرهبرداری را حدود 19-44 درصد ارتقاء دهد. الگوریتم شیر مورچه توانسته است در تعداد تکرار تا همگرایی و زمان محاسباتی کمتر راهحل بهینه را برای طرح پیشنهادی به دست آورد؛ به طوری که انحراف معیار پاسخهای آن حدود 98/0درصد است.
فهرست علامتهای اختصاری اندیسها
پارامترها
متغیرها
[1] تاریخ ارسال مقاله: 13/05/1403 تاریخ پذیرش مقاله: 29/07/1403 نام نویسندۀ مسئول: مرتضی جدیدالاسلام زیدآبادی نشانی نویسندۀ مسئول: ایران، سیرجان، دانشگاه صنعتی سیرجان، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
2 Wind Turbine 3 Photovoltaic 4 Bio-waste unit 5 Power to hydrogen 6 Hydrogen to power [2] Active distribution network [3] Hydrogen tank [4] Wind farm [5] Photovoltaics farm [6] Bio-waste units farm [7] Electrolyzer [8] Fuel cell [9] Hydrogen storage [10] Ant-lion optimizer [xi] Crow Search Algorithm [xii] Sine Cosine Algorithm [xiii] Gray Wolf Optimization [xiv] Genetic Algorithm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مراجع | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101370
https://doi.org/10.22108/isee.2023.134620.1576
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.01.285
https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111393
https://doi.org/10.1016/j.epsr.2021.107085
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121906
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2022.108604
https://doi.org/10.1109/TSG.2023.3308101
https://doi.org/10.1049/rpg2.12902
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3296254
https://doi.org/10.1016/j.segan.2023.101105
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107081
https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.03.080
https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107800
https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101688
https://doi.org/10.1016/j.est.2023.109888
https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121555
https://doi.org/10.1016/j.seta.2014.04.005
https://doi.org/10.1109/TSTE.2019.2920884
https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-10-5221-7
https://doi.org/10.1109/INDCON.2009.5409363
https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111295
http://dx.doi.org/10.15676/ijeei.2013.5.3.5
https://doi.org/10.3389/fenrg.2023.1169089
https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-10-5221-7
https://doi.org/10.1016/j.knosys.2015.12.022
https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-10-5221-7
https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-93025-1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 39 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 59 |