شکل (۴-۲۲) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی راکتیو ۵۷ باسه ۶۷
شکل (۴-۲۳) درخت سناریو بار مصرفی راکتیو ۱۱۸ باسه ۶۸
شکل (۴-۲۴) درخت سناریو کاهش داده شده بار مصرفی راکتیو ۱۱۸ باسه ۶۸
شکل (۴-۲۵) درخت سناریو قیمت توان اکتیو ۶۹
شکل (۴-۲۶) درخت سناریو کاهش داده شده قیمت توان اکتیو ۶۹
شکل (۴-۲۷) درخت سناریو قیمت توان راکتیو ۷۰
شکل (۴-۲۸) درخت سناریو کاهش داده شده قیمت توان راکتیو ۷۰
شکل (۴-۲۹)هزینه انتظاری بر حسب معیار ریسک ۳۰ باسه ۷۲
شکل )۴-۳۰)هزینه انتظاری بر حسب معیار ریسک ۵۷ باسه ۷۴
شکل (۴-۳۱)هزینه انتظاری بر حسب معیار ریسک ۱۱۸ باسه ۷۴
شکل (۴-۳۲) ظرفیت خازن بر حسب معیار ریسک در شبکه ۳۰ باسه ۷۵
شکل (۴-۳۳) ظرفیت خازن بر حسب معیار ریسک در شبکه ۵۷ باسه ۷۶
شکل (۴-۳۴) ظرفیت خازن بر حسب معیار ریسک در شبکه ۱۱۸ باسه ۷۷
شکل (۴-۳۵)توان راکتیو انتظاری بر حسب معیار ریسک ۳۰ باسه ۷۸
شکل (۴-۳۶)توان راکتیو انتظاری بر حسب معیار ریسک ۵۷ باسه ۷۹
شکل (۴-۳۷)توان راکتیو انتظاری بر حسب معیار ریسک ۱۱۸ باسه ۸۰
شکل (۴-۳۸) نوسانات ولتاژ شبکه ۳۰ باسه بر حسب مقدار  ۸۲
شکل (۴-۳۹) نوسانات ولتاژ شبکه ۵۷ باسه بر حسب مقدار  ۸۳
شکل (۴-۴۰) نوسانات ولتاژ شبکه ۱۱۸باسه بر حسب مقدار  ۸۴
چکیده:
در شبکه ­های الکتریکی، هزینه­ های ناشی از تلفات سیستم و عیوب ناشی از انحراف ولتاژ از حدود مجاز از بزرگترین معضلاتی هستند که گریبان­گیر تولید، انتقال و توزیع نیرو می­باشد. از این رو کاهش هزینه­ های برنامه­ ریزی و بهره ­برداری سیستم­های قدرت، و در عین حال، رعایت حدود و قیود آن از اهداف اصلی طراحان سیستم­های قدرت بوده است. استفاده از خازن های موازی و تغییر نسبت Tap Changerها از اقتصادی ترین روش­ها جهت تامین بار راکتیو و تنظیم حدود ولتاژ محسوب می شوند. خازن ها با کاستن تقاضای بار راکتیو ژنراتورها می­توانند سایز و اندازه آنها را کوچک کنند. همچنین خازن ها می توانند جریان خطوط از محل خازن تا نیروگاه را کمتر کرده و در نتیجه تلفات و بارگذاری روی خطوط، ترانسفورماتورها و خطوط انتقال را کاهش دهند. بکارگیری خازن به صورت همزمان با تغییر نسبت Tap Changer علاوه بر موارد مذکور باعث به تاخیر انداختن یا حذف سرمایه جهت توسعه شبکه قدرت می شوند. در این پایان‌نامه به بررسی چگونگی برنامه­ ریزی خازن­گذاری با در نظر گرفتن عدم قطعیت­های تاثیرگذار در سطح شبکه انتقال پرداخته می­ شود. در این راستا، مالک شبکه انتقال به عنوان بازیگر مالک­­­-بهره­بردار در نظر گرفته شده است که به دنبال کمینه­سازی هزینه‌های خود می­باشد. در راستای کمینه­سازی هزینه­ها، مالک‌بهره­بردار با دو دسته متغیر تصمیم ­گیری روبروست. دسته اول متغیرهای تصمیم ­گیری مربوط به خازن‌گذاری در سطح شبکه انتقال می­باشد که در ابتدای دوره برنامه­ ریزی اثرگذار می­باشند. دسته دیگر متغیرهای کنترلی در اختیار بهره­بردار شامل تنظیم تپ ترانس، دیسپچ نمودن توان اکتیو و راکتیو ژنراتورها که در طول دوره بهره ­برداری مورد نظر قرار خواهند گرفت. این دو دسته متغیر به عنوان متغیرهای در اختیار مالک-بهره­بردار لحاظ شده‌اند. به عبارت دیگر مالک-بهره­بردار شبکه با تصمیم­سازی در ارتباط با این متغیرها به دنبال کمینه­سازی هزینه­ های سرمایه ­گذاری و بهره ­برداری خود می­باشد. از سوی دیگر پارامترهایی در شکل‌دهی تعریف مسئله برنامه­ ریزی مالک­-بهره­بردار نقش اساسی ایفا می­ کنند. این پارامترها شامل قیمت، میزان بار مصرفی، قیمت توان اکتیو و راکتیو و هزینه خازن­گذاری می­باشد که با عدم قطعیت همراه بوده و تاثیر آن­ها به کمک مدلسازی ریسک در برنامه­ ریزی تصادفی و درخت سناریو بر روی تصمیمات مالک‌بهره‌بردار قابل ارزیابی خواهند بود. در این پایان نامه با شبیه­سازی برنامه­ ریزی تصادفی طراحی شده بر روی شبکه ­های ۳۰، ۵۷ و ۱۱۸ باسه IEEE به ارزیابی صحت مدل برنامه­ریز شده پرداخته شده است.
واژه­ های کلیدی: برنامه­ ریزی خازن­گذاری، عدم قطعیت، برنامه­ ریزی تصادفی
فصل اول
۱-۱ مقدمه
اهمیت انرژی الکتریکی امروزه بر کسی پوشیده نیست. به دلیل سادگی تبدیل به سایر انواع انرژی، سهولت انتقال، کنترل آسان و ملاحظات زیست محیطی انرژی الکتریکی بیش از سایر انواع انرژی کاربرد پیدا کرده است. تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز مشتریان با کمترین قیمت و بهترین کیفیت ممکن هدف اصلی یک سیستم قدرت می باشد. در شبکه ­های الکتریکی، تلفات یکی از بزرگترین معضلات است که گریبان­گیر تولید،انتقال و توزیع نیرو می­باشد. از این رو کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ از اهداف اصلی طراحان سیستم­های قدرت بوده است و یکی از راهکارهای پیشنهادی جهت نیل به این اهداف،استفاده از خازنهای موازی و تغییر نسبت Tap Changerها در شبکه است ]۱[.
توان حقیقی در نیروگاه­ها تولید می­ شود در حالی که توان راکتیو در نیروگاه (کندانسورهای سنکرون) و یا توسط نصب خازن ها و تغییر نسبت Tap Changerها تامین می شود. استفاده از خازن های موازی و تغییر نسبت Tap Changerها از اقتصادی ترین روش­ها جهت تامین بار راکتیو محسوب می شوند. خازن ها با کاستن تقاضای بار راکتیو ژنراتورها می توانند سایز و اندازه آنها را کوچک کنند. همچنین خازن ها می توانند جریان خطوط از محل خازن تا نیروگاه را کمتر کرده و در نتیجه تلفات و بارگذاری روی خطوط، ترانسفورماتورها و خطوط انتقال را کاهش دهند. بکارگیری خازن به صورت همزمان با تغییر نسبت Tap Changer علاوه بر موارد مذکور باعث به تاخیر انداختن یا حذف سرمایه جهت توسعه شبکه قدرت می شوند. در این پایان نامه با بهره گرفتن از خازن­گذاری در نقش ادمیتانس های موازی و تغییر نسبت TapChanger اهداف فوق میسر می گردد]۲-۴[ .
۱-۲- طرح موضوع
در صنعت برق طراحی و بهره برداری بهینه و مؤثر اقتصادی همواره مورد توجه بوده است از این رو کاهش هزینه های سالانه در شبکه امری ضروری می باشد. لذا جهت کنترل ولتاژ باس­ها در محدوده حداقل و حداکثر مقدار مجاز، در شرایط تغذیه بارهای مختلف از خازن های موازی و با تغییر نسبت Tap استفاده می­ شود ]۵[.
به رغم مطالعات گسترده جایابای خازن در شبکه ­های قدرت، فقدان بررسی عمیق در ارتباط با دو مسئله اساسی به چشم می­خورد. اول آنکه بررسی همزمان سایر متغیرهای در اختیار بهره­بردار همچون تنظیم تپ ترانس و خازن­گذاری در سیستم­های قدرت و ارتباط این فعالیت­ها با سایر پارامترهای در اختیار بهره‌بردار سیستم در خور توجه بیشتری می­باشد. دوم آنکه بررسی اقتصادی و تحلیل­های مبتنی بر آن به عنوان حلقه پیوند دهنده تصمیمات فنی با اقتصادی توجه بیشتری را می­طلبد. علاوه بر این لحاظ نمودن عدم قطعیت در پارامترها تاثیر گذار بر خارن­گذاری نیز عاملی است که لحاظ نمون آن طیف گسترده­تر و کاملتری از انتخاب­ها را پیش روی تصمیم­سازان شبکه می­نهد. بدین منظور سوال اساسی این تحقیق چگونگی برنامه­ ریزی توان راکتیو با در نظر گرفتن سایر متغیرها و پارامترهای در اختیار تصمیم­ساز شبکه می­باشد. در این راستا لحاظ نمودن اثر عدم قطعیت بار با رعایت قیود محدوده توان راکتیو ژنراتورها، محدوده ولتاژ باس ها، محدوده تغییرات Tap و محدوده تغییرات اندازه ادمیتانس شنت مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.
با لحاظ نمودن عدم قطعیت در پارامترهای تاثیرگذار بر فعالیت­های تصمیم­سازی شبکه، ساختار برنامه­ ریزی توان راکتیو شمایلی تصادفی به خودگرفته و بررسی­های مبتنی بر فاکتورهای اقتصادی ریسک و سناریو سازی را می­طلبد. در اینجا لازم به ذکر است که برای در اختیار داشتن تحلیلی مناسب، ساختار برنامه­ ریزی نیازمند راهکار حل مسئله مناسب می­باشد. بنابراین کاهش ابعاد مسئله و در عین حال داشتن پاسخ­های دقیق با بهره گرفتن از تکنیک­های رایج در ادبیات موضوع کاهش ابعاد مسئله همچون تکنیک­های کاهش سناریو در طرح موضوع این تحقیق لحاظ شده ­اند. در ادبیات موضوع، استفاده از روش­های بهینه­سازی هوشمند برای حل مسائلی با چنین ابعادی پیشنهاد شده است. بدین منظور در این تحقیق از الگوریتم ازدحام ذرات به منظور حل مسئله و در اختیار داشتن پاسخ بهینه فعالیت­های تصمیم­سازی شبکه استفاده شده است.

۱-۳ ساختار گزارش
در فصل دوم کلیاتی در رابطه با تجهیزات قدرت راکتیو و پیشینه تحقیق پیش رو پرداخته شده است. فصل سوم الگوریتم تجمع ذرات باینری به عنوان یک روش هوشمند ابتکاری در حل مسائل بهینه سازی معرفی شده است. در فصل چهارم به موضوع کاهش سناریو و مدلسازی برنامه­ ریزی توان راکتیو پرداخته شده است. در ادامه این فصل نتایج شبیه سازی به همراه تحلیل­های اقتصادی و فنی تصمیم­ساز شبکه ارائه شده است. در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهاد ادامه کار ارائه شده است.
فصل دوم توان راکتیو، ادوات تامین­کننده و برنامه­ ریزی آن
۲-۱ کلیاتی در تعریف توان راکتیو
بار مصرفی با قدرت حقیقی (اکتیو) که به صورت کیلو وات یا مگاوات بیان می شود از نیروگاه ها تأمین می گردد . تمام اقداماتی که در یک سیستم قدرت انجام می گیرد به خاطر تأمین بار مصرفی می باشد. همچنین در یک سیستم جریان متناوب (AC) قدرت مجازی (راکتیو) که به صورت کیلوار یا مگاوار بیان می شود قسمت مهمی را تشکیل می دهد. اصطلاحاً جمع برداری قدرت حقیقی و قدرت مجازی را قدرت ظاهری می نامند. تقاضا برای قدرت راکتیو را مدارهای الکترومغناطیسی موتورها و ترانسفورماتورها و خطوط و کوره های الکتریکی و مصارف صنعتی دیگر افزایش می دهند. در حالتی که نسبت قدرت حقیقی که از طریق خطوط انتقال پیدا می کند . به قدرت ظاهری کوچک باشد اصطلاحاً گفته می شود که ضریب قدرت سیستم پائین است. ضریب قدرت یعنی نسبت قدرت حقیقی به قدرت ظاهری برای یک مقدار مشخص قدرت حقیقی در صورتی که ضریب قدرت پایین باشد در خطوط انتقال و ترانسفورماتور و ژنراتور به علت بالا بودن قدرت ظاهری جریان افزایش می یابد که نتیجه آن افزایش تلفات در سیستم بوده که متناسب با مجذور جریان می باشد. این مسئله همچنین باعث افت ولتاژ در شبکه و درنتیجه برای مصرف کننده می گردد ]۶-۹[.
۲-۲ وسایل تولید قدرت راکتیو ]۱۰-۱۹[
اغلب تجهیزات و وسایلی که به شبکه انرژی الکتریکی وصل می باشند نه تنها به قدرت اکتیو بلکه به میزان معینی ازقدرت راکتیو نیازمندند. میدان مغناطیسی در موتورها و ترانسفورماتورها بوسیله جریان راکتیو ایجاد می شود .اندوکتانس سری خطوط انتقال به قدرت راکتیو نیاز دارد. راکتورها، لامپهای فلورسنت و همه مدارهای سلفی برای کار کردن نیاز به قدرت راکتیو دارند.
۲-۲-۱ ژنراتورهای سنکرون
ژنراتورهای سنکرون قدرت راکتیو با هزینه کم تولید می نمایند. اما باید توجه داشت که در این حالت بخشی ازتوانایی ژنراتور برای تولید قدرت اکتیو صرف تولید قدرت راکتیو می شود.با توجه به مسایل شبکه انتقال معمولاً بهتر است که در این حالت از ژنراتورهای سنکرون در نقاط معینی از شبکه صرفاً جهت تولید قدرت اکتیو استفاده شود.
۲-۲-۲ کندانسورهای سنکرون
کندانسورهای سنکرون در مجاورت بعضی از منابع تولید power supply در شبکه قرار داده می شود این ماشین ها توانایی کار در محدوده وسیعی از تولید تا مصرف قدرت راکتیو را داراست به دلیل سرمایه گذاری اولیه زیاد و تلفات قابل ملاحظه از کندانسورهای سنکرون فقط در مواردی که نیاز به تنظیم و تثبیت ولتاژ باشد استفاده می شود.
۲-۲-۳ موتورهای سنکرون
موتورهای سنکرون اگر به وضعیت فوق تحریک over excited برود قدرت راکتیو تولید می کند اما به دلیل گرانی موتورهای سنکرون در مقایسه با موتورهای معمولی آسنکرون این گونه موتورها به عنوان مولد قدرت ر اکتیو به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.
۲-۲-۴ خازن
خازنها به دو دسته تقسیم می شوند:
الف) خازنهای موازی: