پایان نامه با موضوع روشهای بهینهسازی و منابع تجدیدپذیر

دانلود پایان نامه

جدول 1-2 : ظرفیت تولید برق در 10 کشور دارای مزارع بادی با ظرفیت بالا


تولید باد تجمعی به مانند چند مزرعه بادی در یک سیستم قدرت ممکن است موسمی نباشد اما توان خروجی یک مزرعه تنها میتواند در پریود 24 ساعته به صورت منقطع و موسمی باشد. تکنیکهای مختلفی به منظور پیشبینی میزان تولیدات بادی منقطع وجود دارد. پیشبینی باد توسط شبیهسازی، روشهای آماری و ترکیبی از این دو از جمله این تکنیکها میباشند. روش شبیهسازی مبتنی بر در نظر گرفتن تعداد زیادی سناریو برای واحدهای بادی میباشد که با پیشبینی آب و هوا به صورت عددی (NWP) شروع شده و به دنبال آن پیشبینی نمونه بادهای محلی با استفاده از روشهای تحلیلی صورت میگیرد. روش آماری از NWP شروع شده و به دنبال آن از روشهای آماری، شبکههای عصبی و یا روشهای منطق فازی به جای روشهای تحلیلی برای محاسبه مقدار ساعت به ساعت تولیدات بادی منقطع استفاده شده که در این روشها اطلاعات زیادی مورد نیاز میباشد. اگر چه تولیدات بادی تا حدی قابل پیشبینی هستند اما نمیتوانند با دقت 100 درصد به منظور دیسپاچینگ واحدها پیشبینی شوند. بنابراین امکان دارد که مقدار تولید باد واقعی با مقدار پیشبینی شده متفاوت باشد. که این عدم قطعیت موجود میتواند به صورت در نظر گرفتن سناریوهای مختلف مدل شود.
پیشبینی تولیدات بادی و دقت این پیشبینی در تحلیل و ارزیابی تأثیر تولیدات بادی بر مسائل برنامهریزی و بهرهبرداری سیستم قدرت اهمیت دارد. همچنین مدلسازی خطای پیشبینی بار (پروفیل بار) و عدم قطعیتهای دیگر نظیر مدلسازی خروجیهای تولید و خطوط انتقال نیز در اینگونه مطالعات مهم میباشد. مزرعههای بادی توسط شرکتهای برق مدیریت شده و برنامه روشن و خاموش شدن واحدهای دیگر به رفتار ساعت به ساعت باد در اینگونه مزارع و دسترسپذیری تولیدات بادی منقطع وابسته است.
در برخی از قسمتهای آمریکا منقطع بودن باد میتواند تولیدات بادی را حتی تا چند صد مگاوات در ساعات مختلف تغییر دهد. این متغیر بودن تولیدات بادی تأثیر زیادی بر بهرهبرداری سیستم قدرت دارد و در بازار برق مشکلاتی را ایجاد کرده است. اپراتورهای اتاق کنترل و اپراتورهای مستقل سیستم (ISO) در بازارهای برق رقابتی از روشهای بهینهسازی مختلفی به منظور مدیریت امنیت سیستم با بهره بردن اقتصادی از تولیدات بادی استفاده میکنند.
بنابراین یکی از مشکلات واحدهای بادی، خورشیدی و آبی متناوب بودن منابع انرژی آنهاست که سبب شده است تولید برق آنها همراه با عدمقطعیت باشد. بنابراین برای تأمین پیوسته بار نمیتوانند به تنهایی استفاده شوند.
با زیاد شدن سهم انرژیهای نو در تأمین بار، بررسی تأثیر آنها بر مسائل مختلف موجود در سیستم قدرت نظیر بهرهبرداری، کیفیت توان و قابلیت اطمینان اهمیت پیدا کرده است. به دلیل اینکه توان تولیدی نیروگاههای بادی به سرعت وزش باد وابسته است و سرعت باد نیز در طول سال بسیار متغیر است توان تولیدی این نیروگاهها ثابت نبوده و از این لحاظ مزارع و نیروگاههای بادی با نیروگاههای متداول متفاوت است.
از نقطه نظر قابلیت اطمینان، مدل نیروگاههای متعارف به دلیل اینکه دو وضعیت برای نیروگاه قابل تصور است به صورت مدل مارکوف دو حالته شامل حالت سالم و حالت خراب میباشد. از آنجا که توان نیروگاههای بادی بسیار متفاوت میباشد بنابراین مدل قابلیت اطمینان این نیروگاهها دارای تعداد بسیار زیادی حالت میباشد و باید بتوان به کمک یک الگوریتم مناسب تعداد این حالتها را کاهش داد؛ به گونهای که مدل بدست آمده در عین کم نمودن پیچیدگی از دقت مناسبی نیز برخوردار باشد. در این پایاننامه هدف این است که یک روش مناسب ارائه شود تا بتوان بر اساس آن تعداد حالتهای مناسب مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی را به دست آورد و سپس تأثیر افزایش تولیدات مربوط به منابع تجدیدپذیر باد را بر مطالعات قابلیت سیستم قدرت بررسی و یک روش بهینه را جهت قابلیت اطمینان نیروگاه های بادی انتخاب نمود .
مرور مقالات و کارهای صورت گرفته
به منظور بدست آوردن تأثیر نیروگاههای بادی بر مطالعات قابلیت اطمینان کارهای زیادی انجام شده است. در مراجع ]4-3[ برای مزارع بادی یک مدل قابلیت اطمینان ارائه شده و کفایت سیستم قدرت در سطح اول با استفاده از معیارهای احتمالاتی و سلامت سیستم در حضور نیروی باد بررسی شده است. برای اینکه حالت واقعیتر سیستم قدرت در نظر گرفته شود مطالعات سیستم مرکب تولید و انتقال نیز انجام شده و بر این اساس اولویت در تعیین مکان و ظرفیت نصب نیروگاههای بادی به دست آمده است. مدلی که برای واحد بادی به دست آورده شده است تنها عدم قطعیت موجود در سرعت وزش باد را در نظر گرفته و المانهای موجود در سیستم تبدیل انرژی را مورد توجه قرار نداده است.
در مراجع ]7-5[ یک مدل ساده برای سرعت باد تنها بر اساس متوسط و انحراف معیار سالانه آن در یک مکان جغرافیایی مشخص معرفی و یک توزیع احتمال برای سرعت باد به دست آمده است. سپس با توجه به مشخصه توان خروجی توربین، واحد بادی با ظرفیت چندین حالته با احتمالهای مربوطه مدل شده و از این مدل در ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت شامل تولیدات بادی استفاده شده است. در مرجع ]8[ از روش شبیهسازی مونتکارلوی غیرترتیبی و بر اساس مدل سلامت سیستم، ظرفیت معادلی برای یک واحد بادی تعیین و یک مدل دو حالته برای این واحد در نظر گرفته شده است. در این مقاله بر اساس دادههای گذشته سرعت باد، یک توزیع وایبال به این دادهها برازش شده است. با تولید اعداد تصادفی با توزیع یکنواخت برای واحدهای متعارف، و توزیع وایبال برای واحدهای بادی، مدل تولید در هر ساعت مشخص میشود، سپس با بار آن ساعت مقایسه و در نتیجه انجام شبیهسازی برای 1 سال شاخصهای ریسک و سلامت به دست میآید. برای رسیدن به همگرایی باید شبیهسازی به مدت چند هزار سال تکرار شود. یکی از شاخصهایی که محاسبه میشود تعداد ساعاتی است که ظرفیت واحد بادی صفر میباشد. برای مدل کردن واحد بادی به صورت دو حالته، نسبت تعداد ساعات ظرفیت صفر به کل ساعات شبیهسازی شده، به صورت عدم دسترسپذیری در نظر گرفته شده، آنگاه ظرفیت معادل واحد بادی تغییر داده شده تا شاخصهای قابلیت اطمینان حاصل از این مدل با مقدار به دست آمده از شبیهسازی برابر شود.
در مرجع ]9[ قابلیت اطمینان سیستم مرکب تولید و انتقال با وجود واحدهای بادی با در نظر گرفتن همبستگی بین سایتهای بادی به روش نمونهبرداری مونتکارلو ارزیابی شده است. در مرجع ]10[ قابلیت اطمینان سیستم مرکب تولید و انتقال با وجود واحد بادی بررسی شده است. با داشتن دادههای گذشته سرعت باد منحنی نرمال به سرعت باد برای 6 ماه اول و دوم سال به صورت جداگانه برازش شده و بر اساس مشخصه توربین، توان خروجی واحد بادی به دست آمده و سپس به 11 حالت با احتمالهای مربوطه گسسته شده است. این مدل به سیستم تولید و انتقال جنوب ایران اعمال شده و شاخصهای قابلیت اطمینان سیستم مرکب به دست آمده است.
در مراجع ]14-11[ روشی مبتنی بر شبیهسازی مونت کارلو در ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم قدرت ایزوله شامل واحدهای دیزلی، بادی و فتوولتاییک در سطح اول (HLI) ارائه شده است. در اینجا از شاخصهای مرتبط با مدل سلامت سیستم که هر دو جنبه قطعی و احتمالاتی را با هم دارند در برنامهریزی توسعه تولید این سیستمها استفاده شده است؛ به علاوه توصیه شده است که به علت وجود منابع انرژی تجدیدپذیر در مطالعات از معیارهای دوگانه استفاده شود.
در مرجع ]15[ با استفاده از روش شبیهسازی مونتکارلوی ترتیبی کفایت سیستم تولید شامل واحدهای بادی مقیاس کوچک ایزوله به همراه باتری ذخیرهکننده انرژی بررسی شده است. در مرجع ]17-16[ روشی به منظور ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم ایزوله شامل واحدهای بادی، دیزلی و باتری ذخیرهکننده انرژی برای تأمین بار مصرفکنندگان در نقاط دوردست از شبکه ارائه شده است. در این روش یک توزیع وایبال به سرعت باد برازش شده، سپس حالتهای گسستهای برای سرعت باد در نظر گرفته شده و احتمال مربوطه به دست آمده است. با توجه به مشخصه توربین، توان واحد بادی در هر سرعت تعیین و در نهایت مدل چند حالتهای برای واحد بادی حاصل شده است. باتری نیز به صورت یک ظرفیت متوسط با احتمال 100 درصد بر اساس میزان انرژیهای شارژ و دشارژ شده گذشته و در نظر گرفتن بازده مدل شده است. در مرجع ]18[ تأثیر استفاده از منبع ذخیرهکننده انرژی بر قابلیت اطمینان سیستم قدرت ایزوله شامل واحدهای دیزلی، بادی و فتوولتاییک به روش شبیهسازی مونت کارلوی ترتیبی بررسی شده است. در مرجع ]19[ قابلیت اطمینان یک سیستم میکروگرید شامل توربینهای گازی، بادی، سیستم فتوولتاییک و باتری ذخیرهکننده انرژی به روش شبیهسازی مونتکارلو مطالعه شده است. در این مقاله توزیع سرعت باد به صورت وایبال مدل شده است. برای انرژی تابشی خورشید نیز در سه وضعیت هوای صاف، ابری و بارانی الگوهایی ارائه شده و میزان انحراف تابش از این الگوها به صورت توزیع نرمال مدل شده است.
نتیجهگیری از مقالات مطالعه شده
از مطالعه مقالات فوق نکات زیر حاصل شده است:
در هیچکدام از مقالات فوق یک مدل قابلیت اطمینان برای واحد بادی ارائه نشده است. بنابراین نیاز است که با شناخت این سیستمها و چگونگی عملکرد آنها یک مدل قابلیت اطمینان ارائه شود.
در بررسی عدمقطعیت موجود در منابع انرژی تجدیدپذیر باد بیشتر از روش شبیهسازی مونتکارلو استفاده شده است. در این تحقیق مدل تحلیلی قابلیت اطمینانی که برای واحد بادی ارائه میشود عدم قطعیت موجود در سرعت باد را مد نظر قرار میدهد.
تاکنون تعیین تعداد حالات مناسب مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی، به صورت دلخواه تعیین میشده است. در این مقاله سعی خواهد شد الگوریتمهای مختلف کاهش تعداد حالات مورد بررسی قرار گرفته و روشی معرفی شود که در عین ساده نمودن و کاهش حجم محاسبات دقت قابل قبولی نیز در تعیین شاخصهای قابلیت اطمینان سیستم تولید شامل نیروگاههای بادی داشته باشد.
به مانند مقالات سعی خواهد شد که روشهای معرفی شده در این تحقیق به سیستمهای تست RBTS و یا IEEERTS با دادههای سرعت باد مربوط به مناطق مستعد ایران اعمال گردد.
بر اساس موارد گفته شده در فوق و اهدافی که این تحقیق دنبال میکند، ساختار این پایاننامه به صورت زیر تدوین گردیده است:
در فصل دوم مفهوم قابلیت اطمینان سیستم قدرت و در فصل سوم چگونگی تعیین مدل قابلیت اطمینان مزارع بادی بیان میشود. فصل چهارم انواع مختلف روشهای خوشهبندی را تشریح نموده و این روشها در فصل پنجم به منظور کاهش تعداد حالات مدل قابلیت اطمینان نیروگاههای بادی مورد استفاده قرار گرفته و بر اساس شاخصهای کفایت سیستم قدرت شامل این مزارع بادی، مناسبترین روش تعیین میشود. در فصل ششم نیز نتیجهگیری تحقیق آورده شده است.