جایابی بهینه وسایل اندازه گیری در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی به منظور رویت پذیری سیستم

لزوم استفاده از توزیع انرژی الکتریکی مصرفی جهت کسب اطلاعات دقیق و مداوم از وضعیت کامل شبکه و پست های توزیع و تجهیزات آنها، بررسی مداوم شبکه و تصمیم گیری برای اصلاح آنها، عیب یابی قبل از وقوع حادثه(به صورت مداوم)، اطلاع از پروفیل دقیق بار مصرفی در تک تک پست ها و در نتیجه آگاهی از میزان اضافه بار احتمالی ترانسفورماتورها، اطلاع دقیق از نوسانات ولتاژ در تک تک پست ها و حل آن قبل از وارد آمدن خسارت به مصرف کنندگان بویژه کارخانجات، بیمارستان ها و مراکز مهم دیگر، اطلاع از میزان دقیق بار راکتیو در همه پست ها و ... در شبکه های توزیع انرژی الکتریکی به شدت احساس می شود. برای رسیدن به اهداف فوق الذکر و به دلیل پیشرفت های سریع تکنولوژی اتوماسیون و کنترل، دستگاه های اندازه گیر دیجیتالی با امکانات گوناگون برای پست ها، سیستم های رادیویی جهت برقراری ارتباط با مرکز کنترل در دسترس قرار گرفته که به سهولت و سرعت قابل بهره گیری می باشند[1]. اطلاعات در جهان امروز حائز اهمیت بسیاری است و کشورهای پیشرفته و در حال توسعه، سرمایه گذاری های بسیاری در زمینه جمع آوری دقیق و سریع اطلاعات انجام داده و می دهند. در زمینه نیروگاه ها و شبکه های برق رسانی نیز موضوع اطلاعات اهمیت ویژه ای پیدا کرده است زیرا تصمیم گیری و طراحی و نگهداری صحیح شبکه ها بدون داشتن اطلاعات صحیح و مداوم از مولفه های گوناگون شبکه مانند جریان، ولتاژ، فرکانس، ضریب قدرت، قدرت اکتیو، قدرت راکتیو و غیره دارای اشکالات بسیار بوده و خواهد بود. موضوع دیگری که بر پایه اطلاعات، قابل دسترسی است مدیریت بار می باشد و این موضوع نیز با توجه به بالا رفتن بسیار سریع هزینه تولید، انتقال و توزیع انژی الکتریکی بصورت حیاتی مطرح است. بخش مهمی از مشکلات و معضلات شبکه های توزیع از عدم وجود اطلاعات کافی و مداوم از شبکه و یا عدم کنترل و مدیریت بموقع ناشی می شود، که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد : 1- عدم آگاهی مداوم از بار پست های توزیع و به عبارت دیگر پروفیل بار آنها 2- عدم آگاهی مداوم از مولفه های گوناگون پست های توزیع از قبیل : ولتاژ، جریان، ضریب قدرت 3- عدم آگاهی سریع از قطع بخشی از شبکه یا پست توزیع 4- عدم وجود امکان قطع و وصل پست های برق فشار متوسط از راه دور 5- عدم وجود امکان اندازه گیری جریان نول 6- عدم آگاهی سریع وپیوسته از عدم تعادل فازها با توجه به توضیحات فوق، بخش قابل توجهی از مشکلات اجزاء و کل شبکه از کمبود اطلاعات جاری سیستم یا شبکه ناشی می شود و لذا لزوم استفاده از سیستم کسب اطلاعات و کنترل مانند ( scada) در شبکه های توزیع انرژی الکتریکی ضروری به نظر می رسد. کاملا روشن است که آگاهی دائم از وضعیت سیستم باعث کنترل و مدیریت دقیق سیستم می شود. شناخت جامع و دقیق سیستم نیازمند دریافت اطلاعات از تمام نقاط سیستم است، که این کار مستلزم نصب وسایل اندازه گیر در تمام نقاط سیستم می باشد[1]. یکی از راه های کسب اطلاعات از شبکه استفاده از سیستم scada می باشد. در سیستم scada تعیین وضعیت سیستم به کمک اندازه گیری های جمع آوری شده در یک پریود زمانی (چند ثانیه) صورت می گیرد. آنچه در حال حاضر برای جمع آوری اطلاعات توسط نیروی انسانی شرکت های برق بطور اعم انجام می گیرد عبارتند از: 1- یادداشت نمودن جریان و ولتاژ و ... پست های عمومی در فواصل تقریبا سه ماهه،2- بازدید و یادداشت انرژی مصرفی از پست های اختصاصی در فواصل تقریبا دوماهه. حال با توجه به این نکات که چنین بازدیدهایی آن هم در فواصل نسبتا طولانی و در مقاطع زمانی کوتاه کمک موثری در جمع آوری اطلاعات آنها نمی تواند بکند و با در نظر گرفتن افزایش سریع چنین هزینه هایی در سال های اخیر موضوع استفاده از سیستمی مانند scada از نظر بعد اقتصادی منطقی به نظر می رسد[1]. عواملی همچون توسعه روزافزون تقاضای مصرف و گسترش پدیده تجدید ساختار موجب افزایش بارگذاری روی خطوط توزیع شده است. در چنین شرایطی استفاده از سیستم scada فعلی و زیر توابع آن به منظور اطمینان از عملکرد پایدار و مطمئن سیستم، کافی به نظر نمی رسد. با توجه به شعاعی بودن سیستم های توزیع انرژی الکتریکی و زیاد بودن تعداد شین ها(پست ها) نسبت به سیستم های انتقال، تعداد وسایل اندازه گیر لازم جهت مشاهده پذیری کل سیستم، در سیستم های توزیع نسبت به سیستم های انتقال بیشتر می باشد. لازمه تعیین و تشخیص مسائل کیفیت توان، مانیتورینگ سیستم قدرت و توزیع انرژی الکتریکی است. از جمله ابزار های مورد استفاده در مانیتورینگ کیفیت توان می توان به مولتی مترها، اسیلوسکوپ ها، تحلیل گرهای اغتشاشات، تحلیل گرهای هارمونیک ها و pqmها [13] اشاره کرد، هدف اصلی بعضی از این دستگاه ها کیفیت توان نیست ولی می توانند داده های کیفیت توان را اندازه گیری کنند. اولین قدم در رویت پذیری سیستم، جایابی بهینه pqmها در سیستم است تا شبکه رویت پذیری کامل شود. دو روش برای رویت پذیری سیستم قدرت وجود دارد : رویت پذیری عددی و رویت پذیری ساختاری (توپولوژی )[3]. رویت پذیری عددی بر اساس استفاده از ماتریس اطلاعات یا ماتریس ژاکوبین اندازه گیری، انعکاس دهنده پیکربندی سیستم و مجموعه اندازه گیری ها است. روش های عددی با ماتریس های بزرگ سروکار دارند ومحاسبات زیادی دارند . بسیاری از تکنیک های هوشمند جایابی pqmها مانند روش های آبکاری فلزات [4]، جستجوی تابو [5]، الگوریتم ژنتیک [4] بر پایه همین مفهوم است. با این حال همه این تکنیک ها نیاز به زمان همگرایی دارند و همگرایی آنها وابسته به حدس اولیه است. از سوی دیگر، در روش رویت پذیری ساختاری از مفهوم تئوری گراف برای پیدا کردن محل های بهینه استفاده می شود، روش های کمی بر اساس این رهیافت مانند جستجوی اول عمق [2]، روش های بر پایه درخت پوشا [5،16] و روش های برنامه ریزی عدد صحیح خطی [6] کار می کنند . با بررسی روش های ارائه شده برای جایابی دستگاه های اندازه گیری با شرط رویت پذیری کامل سیستم، این روش ها ایراداتی دارند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد : عدم دسترسی به رویت پذیری جریان خطوط (که در تحلیل محل خطا در سیستم قدرت و عملکرد رله ها بسیار کاربرد دارد )، نادرست بودن میزان رویت پذیری متغیرهای حالت، عدم دسترسی به متغیرهای اندازه گیری مستقیم و اندازه گیری غیرمستقیم با واسطه و غیره. لذا ارائه یک روش مناسب مبتنی بر برنامه ریزی عدد صحیح که ایرادات مذکور را بر طرف کرده و جواب بهتری نسبت به روش های موجود ارائه دهد ضروری به نظر می رسد. بنابراین در این پایان نامه با ارائه یک روش مبتنی بر برنامه ریزی عدد صحیح، مدل جدیدی برای جایابی pqmها با در نظر گرفتن همه قیود و مشکلات ذکر شده در بالا ارائه شده است . در این پایان نامه در فصل اول بعد از بیان مسئله و ضرورت جایابی pqm، روش های مکان یابی ارائه شده در مقالات مختلف مطرح می شود، در بخش بعدی این فصل، جایابی با هدف های خاص ذکر می شود. در فصل دوم مدل پیشنهادی بر پایه قوانین جایابی بیان شده و در فصل سوم نتایج شبیه سازی بر روی سیستم های نمونه استاندارد ذکر می شود و در پایان نتیجه گیری کلی و پیشنهادات بیان شده است.