مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول
در این مقاله ، مسئله پخش بار اقتصادی (Economic Dispatch) را معرفی میشود.پیچیدگی ارتباط و اندازه ناحیههای مختلف سیستمهای قدرت که به صورت هماهنگ کنترل میشوند، به سرعت در حال افزایش است. این توسعه مستلزم تخصیص بهینه توان الکتریکی تولیدی تعداد زیادی از ژنراتورهای سیستم است.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، با مفاهیم پخش بار و حل مسئله پخش بار با استفاده از روشهای نیوتن-رافسون و گاوس-سایدل آشنا شدیم. در این آموزش، مسئله پخش بار اقتصادی (Economic Dispatch) را معرفی میکنیم.
پیچیدگی ارتباط و اندازه ناحیههای مختلف سیستمهای قدرت که به صورت هماهنگ کنترل میشوند، به سرعت در حال افزایش است. این توسعه مستلزم تخصیص بهینه توان الکتریکی تولیدی تعداد زیادی از ژنراتورهای سیستم است.
اینکه یک ژنراتور در تسهیم بار در یک بازه زمانی مشخص شرکت داشته باشد، یک تعهد است که باید انجام شود. پس از آنکه مسئله تعهد واحد تولیدی حل شد، مسئله به مسئله تخصیص بهینه ژنراتورهای موجود تبدیل میشود تا تقاضای بار پیشبینی شده را در بازه زمانی فعلی برآورده کند.
در یک مرکز مدیریت انرژی پیشرفته و بهروز، از روشهای بهینهسازی نهتنها برای تعیین توان خروجی بهینه ژنراتورهای موجود، بلکه برای تنظیمات بهینه دستگاههای کنترلی مختلف، مانند تنظیمات تپچنجرهای بار (Load Tap Changers) یا LTC ها، خروجی تجهیزات جبرانساز توان راکتیو، تنظیمات مطلوب جابهجاکنندههای فاز و ... استفاده میشود.
هدف مطلوب مسائل بهینهسازی اینچنینی، میتواند موارد مختلفی مانند کمینهسازی هزینه تولید، کمینهسازی کل تلفات توان سیستم، کمینهسازی تغییرات ولتاژ، و بیشینهسازی قابلیت اطمینان توان داده شده به مصرفکنندگان باشد.
یک یا چند مورد از این اهداف را میتوان در هنگام فرمولبندی استراتژی بهینهسازی در نظر گرفت. تعیین توان حقیقی ژنراتورها به گونهای که هزینه تولید در سیستم کمینه شود، به طور سنتی به عنوان مسئله پخش بار اقتصادی (Economic Load Dispatch) یا ELD شناخته میشود.
بخش اعظم سیستمهای تولید انرژی الکتریکی مشتمل بر سه نوع هستند: هستهای، برقآبی و حرارتی (سوخت آنها زغالسنگ، نفت یا گاز است). نیروگاههای هستهای معمولاً توان خروجی ثابتی تولید میکنند. هزینه عملیات واحدهای برقآبی نیز، معمولاً با تغییر توان خروجی تغییر زیادی نمیکند. بنابراین، در این آموزش، درباره مسئله پخش بار اقتصادی سیستمهای قدرتی بحث میکنیم که شامل چند واحد تولید برق حرارتی باشند.
پیچیدگی ارتباط و اندازه ناحیههای مختلف سیستمهای قدرت که به صورت هماهنگ کنترل میشوند، به سرعت در حال افزایش است. این توسعه مستلزم تخصیص بهینه توان الکتریکی تولیدی تعداد زیادی از ژنراتورهای سیستم است.
اینکه یک ژنراتور در تسهیم بار در یک بازه زمانی مشخص شرکت داشته باشد، یک تعهد است که باید انجام شود. پس از آنکه مسئله تعهد واحد تولیدی حل شد، مسئله به مسئله تخصیص بهینه ژنراتورهای موجود تبدیل میشود تا تقاضای بار پیشبینی شده را در بازه زمانی فعلی برآورده کند.
در یک مرکز مدیریت انرژی پیشرفته و بهروز، از روشهای بهینهسازی نهتنها برای تعیین توان خروجی بهینه ژنراتورهای موجود، بلکه برای تنظیمات بهینه دستگاههای کنترلی مختلف، مانند تنظیمات تپچنجرهای بار (Load Tap Changers) یا LTC ها، خروجی تجهیزات جبرانساز توان راکتیو، تنظیمات مطلوب جابهجاکنندههای فاز و ... استفاده میشود.
هدف مطلوب مسائل بهینهسازی اینچنینی، میتواند موارد مختلفی مانند کمینهسازی هزینه تولید، کمینهسازی کل تلفات توان سیستم، کمینهسازی تغییرات ولتاژ، و بیشینهسازی قابلیت اطمینان توان داده شده به مصرفکنندگان باشد.
یک یا چند مورد از این اهداف را میتوان در هنگام فرمولبندی استراتژی بهینهسازی در نظر گرفت. تعیین توان حقیقی ژنراتورها به گونهای که هزینه تولید در سیستم کمینه شود، به طور سنتی به عنوان مسئله پخش بار اقتصادی (Economic Load Dispatch) یا ELD شناخته میشود.
بخش اعظم سیستمهای تولید انرژی الکتریکی مشتمل بر سه نوع هستند: هستهای، برقآبی و حرارتی (سوخت آنها زغالسنگ، نفت یا گاز است). نیروگاههای هستهای معمولاً توان خروجی ثابتی تولید میکنند. هزینه عملیات واحدهای برقآبی نیز، معمولاً با تغییر توان خروجی تغییر زیادی نمیکند. بنابراین، در این آموزش، درباره مسئله پخش بار اقتصادی سیستمهای قدرتی بحث میکنیم که شامل چند واحد تولید برق حرارتی باشند.
مسئله پخش بار اقتصادی بدون در نظر گرفتن تلفات انتقال
ابتدا مسئله پخش بار اقتصادی را با چشمپوشی از تلفات خط انتقال فرمولبندی میکنیم. این فرض معمولاً در صورتی اتخاذ میشود که دستهای از ژنراتورها، مانند واحدهای تولیدی یک نیروگاه به یک شین متصل شده باشند یا وقتی که این واحدها بسیار نزدیک به هم باشند. این امر، نادیده گرفتن تلفات انتقال را به دلیل فاصله کم تضمین میکند. پیکربندی چنین سیستمی در شکل ۱ نشان داده شده است، که در آن، Nواحد حرارتی به یک شین متصل شدهاند که بار Ploadرا تغذیه میکند. ورودی هر واحد برحسب نرخ هزینه (دلار بر ساعت یا h/$) توصیف میشود. نرخ هزینه کل، برابر با مجموع توانهای خروجی است که باید برابر با بار باشد (توجه کنید که در اینجا از تلفات توان صرفنظر شده است).
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85888_235.png)
شکل ۱: Nواحد حرارتی به یک شین برای تغذیه بار Ploadمتصل شدهاند.
مشخصه هزینه سوخت
مسئله پخش بار اقتصادی در واقع تعیین سطوح تولیدی است که در آنها هزینه تولید کل برای یک سطح مشخص بار کمینه شود. در واحدهای تولید حرارتی، هزینه سوخت با تغییر توان خروجی واحد به اندازه قابل توجهی تغییر میکند. بنابراین، لازم است مشخصه هزینه سوخت ژنراتورها را با یافتن خروجیهای توان حقیقی بهینه در نظر بگیریم.
یک مشخصه هزینه سوخت رایج در شکل ۲ نشان داده شده است.
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85889_453.png)
شکل ۲: مشخصه نوعی هزینه سوخت
به طور کلی، هزینههای نیروی کار، تأمین و نگهداری ثابت هستند. Pminسطحی از خروجی است که توان کمتر از آن غیراقتصادی است یا از نظر فنی برای عملیات واحدها ممکن نیست. Pmaxکران توان خروجی بیشینه است. برای فرمولبندی مسئله پخش بار اقتصادی، هزینههای سوخت معمولاً به صورت یک تابع درجه دوم از توان خروجی نشان داده میشود:
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85890_354.png)
فرمولبندی مسئله
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85891_390.png)
که در آن، ϕ=Pload–N∑i=۱Piقید تساوی (۳) را نشان میدهد و λ ضریب لاگرانژ است. شرط لازم برای آنکه FTکمینه شود، این است که مشتق تابع لاگرانژ نسبت به هر یک از متغیرهای مستقل برابر با صفر شود. در نتیجه، شرایط لازم مسئله بهینهسازی به صورت زیر خواهد بود:
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85892_359.png)
معادله (۸) بیان میکند که برای کمینه کردن هزینه سوخت، شرط لازم این است که هزینههای سوخت اضافی با هم برابر باشند. معادله (۸)، همراه با (۳) و (۴)، معادلات هماهنگی (Coordination Equations) برای پخش بار اقتصادی بدون در نظر گرفتن تلفات شبکه نامیده میشوند.
تذکر: با استفاده از معادله (۱)، مشخصه هزینه سوخت همه ژنراتورها به صورت زیر بیان میشود:
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85893_115.png)
مثال ۱
دو واحد تولیدی برق در یک سیستم قدرت، دارای منحنیهای هزینه زیر هستند (این هزینهها فقط برای نمونه هستند و هزینههای واقعی یک سیستم قدرت را نشان نمیدهند):
![مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول مسئله پخش بار اقتصادی - بخش اول](/files/fa/news/1398/10/9/85894_670.png)
انتشار یافته: ۱
در انتظار بررسی: ۰
غیر قابل انتشار: ۰
سلام وقتتون بخیر
فرمولهای یاد شده از چه منبعی برداشت شده؟؟
فرمولهای یاد شده از چه منبعی برداشت شده؟؟
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.