دانشگاه صنعت آب و برق (شهید عباس­پور)

دانشکده برق

پایان ­نامه کارشناسی ارشد مهندسی برق- تجدید ساختار

عنوان:

تعیین مکان، ظرفیت و زمان راه­ اندازی بهینه مولد­های گاز سوز به­ منظور حفظ قابلیت اطمینان شبکه با در نظر گرفتن مسئله ترانزیت برق

تحقیق و تدوین:

علیرضا لطفی

 استاد راهنما:

دکتر مهرداد ستایش نظر

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

1 آشنایی با ساختار شبکه های الکتریکی با تأکید بر بخش توزیع……………………. 3

1-1 مقدمه………………….. 3

1-2 ساختار سیستم های قدرت…………………… 3

1-3 آشنایی با شبکه های توزیع………………….. 5

1-4 انواع شبکه های توزیع………………….. 5

1-5 جزیره ای شدن………………….. 8

1-6 عوامل مؤثر در طراحی و بهره برداری از شبکه های توزیع………………….. 9

2 مروری بر منابع تولید پراکنده و اهمیت مطالعه آنها ………………….14

2-1 مروری بر منابع تولید پراکنده…………………. 14

2-1-1 منابع تجدید ناپذیر………………….. 15

2-1-1-1 توربین های گازی…………………… 15

2-1-1-2 موتور های احتراق داخلی پیستونی…………………… 17

2-1-1-3 تکنولوژی میکرو توربین ها ………………….20

2-1-2      منابع تجدید پذیر………………….. 21

2-1-2-1 توربین های آبی کوچک…………………….. 21

2-1-2-2 پیل های سوختی…………………… 21

2-1-2-3 انرژی باد………………….. 22

2-1-2-4 سیستم های فتوولتاییک…………………….. 23

2-1-2-5 استفاده از حرارت انرژی خورشید………………….. 24

2-1-2-6  زیست توده…………………. 25

2-1-2-7 زمین گرمایی……………………26

2-1-3 مقایسه انواع تکنولوژی ها…………………. 26

2-2 اهمیت تولید پراکنده…………………. 28

2-2-1  مزایای اقتصادی…………………… 28

2-2-2 تولید مطمئن و ایمن………………….. 29

2-2-3 مزایای اجتماعی…………………… 30

2-2-4 مزایای محیطی…………………… 30

2-2-5  محدودیت های تولید پراکنده…………………. 31

2-2-6  آثار منابع‌ تولید پراکنده‌ بر روی ‌شبکه های‌ الکتریکی………. 31

2-2-7  تأثیر DG بر قابلیت اطمینان شبکه توزیع………………….. 32

2-2-8 تاثیر DG بر تنظیم ولتاژ در شبکه………………….. 33

2-2-9 حفاظت…………………… 34

2-2-10    اثرات منفی احتمالی   DG در شبکه………………….. 34

2-3 مطالعات انجام شده…………………. 35

3 ملاحظات مدل سازی در توسعه DG……………………

3-1 عوامل مؤثر در مدل سازی…………………… 40

3-1-1 ساختار شبکه های توزیع………………….. 40

3-1-1-1 مدل انحصاری…………………… 40

3-1-1-2 مدل رقابتی…………………… 43

3-1-2 نکات قابل توجه در توسعه منابع تولید پراکنده…………………. 44

3-2 انتخاب نوع تکنولوژی…………………… 45

3-3 مدل سازی مسئله………………….. 46

3-3-1 تأثیر DG بر تلفات…………………… 47

3-3-2 تأثیر DG بر قابلیت اطمینان………………….. 47

3-3-2-1 شاخصهای مورد کاربرد در ارزیابی قابلیت اطمینان توزیع……… 48

3-4 تصمیم گیری چند معیاره…………………. 51

3-4-1 بهینه سازی چند خصیصه ای…………………… 51

3-4-2 بهینه سازی چندهدفه………………….. 52

3-4-2-1 روش بهینه سازی ترتیبی…………………… 52

3-4-2-2 روش ضرایب وزنی…………………… 53

3-4-2-3 روش محدودیت …………………… 53

4 فرمول بندی توسعه منابع DG در شبکه های توزیع………………….. 56

4-1 فرمول بندی پخش بار………………….. 56

4-2 محدودیت های پخش بار………………….. 59

4-3 محدودیت خرید توان از شبکه………………….. 60

4-4 هزینه خرید توان از بازار عمده فروشی…………………… 61

4-5 مدل سازی تولید پراکنده ………………….62

4-6 فرمول بندی توسعه منابع تولیدپراکنده…………………. 63

4-7 هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری  DG……………………

4-7-1 هزینه سرمایه گذاری DG……………………

4-7-2 هزینه بهره برداری DG…………………..

4-8 فرمول بندی هزینه تلفات…………………… 65

4-9 فرموله بندی قابلیت اطمینان………………….. 65

5 مطالعات عددی و شبیه سازی…………………… 72

5-1 مطالعه نخست : مدل انحصاری DisCo بدون حضور DG های خصوصی……….. 72

5-1-1 سیستم مورد مطالعه………………….. 73

5-1-1-1 نتایج مطالعه نخست……………………. 78

5-1-1-2 جمع بندی…………………… 85

5-1-2 اثر تغییر نرخ رشد بار………………….. 86

5-1-2-1 جمع بندی…………………… 92

5-2 مطالعه دوم: حضور توأم DG های خصوصی و غیر خصوصی…………. 92

5-2-1 شبیه سازی 1………………….. 96

5-2-2 جمع بندی…………………… 101

5-3 مطالعه سوم : توسعه DG در حضور ترانزیت…………………… 102

5-3-1  تعیین مکان، زمان و ظرفیت بهینه منابع DG در حضور ترانزیت…….. 102

5-3-1-1 شبیه سازی 2………………….. 102

5-3-1-2 شبیه سازی 3…………………. 104

5-3-1-3 اثر تغییر ظرفیت ترانزیت……………………. 110

5-3-1-4 جمع بندی…………………… 114

6 نتیجه گیری و پیشنهاد………………….. 117

6-1 نتیجه گیری…………………… 117

6-2 پیشنهادات…………………… 118

7 منابع و مراجع………………….. 119

چکیده:

متولیان سیستم­های توزیع، به­عنوان آخرین زنجیره از زنجیره برق رسانی به مشترکین، در تصمیم گیری های بلند مدت خود با مشکلاتی روبرو هستند. توجه به بازارهای الکتریکی و نرخ­های متأثر از عملکرد بازیگران بازار­های برق، شرکت­های توزیع را که مسئول و مالک سیستم­های توزیع هستند،  در تصمیم گیری­های کلان به چالش می اندازد. از طرفی، تولیدات پراکنده از منابع و گزینه­هایی هستند که در توسعه بمنظور تأمین توان مشترکین و مصونیت در برابر هزینه های اضافی در کنار توسعه خطوط، پست ها و … مورد توجه تصمیم گیران قرار می­گیرند. از دیگر سو، این منابع در کاهش تلفات و بهبود قابلیت اطمینان می­توانند مفید واقع گردند. دراین پایان­نامه، منحصراً توسعه منابع تولید پراکنده مورد توجه قرار گرفته و از بین انواع فنآوری ها، مولد گازی را انتخاب کرده و توسعه را بنحوی انجام می­دهیم که زمان، مکان و ظرفیت بهینه منابع مورد نیاز در دوره برنامه ریزی را با توجه به ملاحضات قابلیت اطمینان  مشخص نماییم. انجام مطالعات در چند مدل صورت می­گیرد که در این مدل­ها خرده­فروشان در بازار جایگاهی نخواهند داشت.  بررسی نحوه توسعه منابع تولید پراکنده متعلق به شرکت­های توزیع، بررسی توسعه در حضور تولید کنندگان خصوصی و بررسی توسعه در حالتی که امکان ترانزیت برق در سیستم وجود دارد، از مجموعه مطالعات این پایان­نامه می­باشد. اما پیش از شروع مطالعات طبق مدل­های تعریف شده، در فصل اول آشنایی مختصری با شبکه­های توزیع خواهیم داشت. در فصل دوم، مروری بر انواع تکنولوژی منابع تولید پراکنده و اهمیت بررسی آنها انجام  می­شود. فصل سوم نحوه مدل سازی مسئله  را ارائه می­کند و در فصل چهار فرمول بندی این مسئله شرح  می­شود. در نهایت در فصل پنجم شبیه سازی و مطالعات عددی برای نیل به اهداف فوق انجام خواهد گردید.

مقدمه:

در جوامع امروزی با رشد شدید استفاده از انرژی الکتریکی، نقش حیاتی این انرژی بیش از پیش آشکار است. سیستم­های توزیع نقش اساسی در فراهم نمودن سرویس با کیفیت و مناسب به مصرف­کنندگان ایفا می­کنند. اهداف متنوعی در سلسله طراحی سیستم­های توزیع انرژی الکتریکی مطرح است. اما با این وجود در این فرآیند ابتدا رشد مشترکین پیش­بینی می­شود و سپس نیاز یا عدم نیاز به توسعه ظرفیت مشخص می­شود. در نگاه کلی گزینه ­های مطرح در توسعه ظرفیت عبارتند از احداث و یا ارتقاء پست­ها و خطوط و منابع تولید پراکنده  که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است.  

از آنجا که بهره ­گیری از منابع تولید پراکنده می­تواند مزایای بسیار زیادی داشته باشد، در این پایان­ نامه به­ عنوان تنها گزینه مطرح در توسعه استفاده می­شود. از این رو روند سیر مطالب پایان­نامه مطابق شکل (1) خواهد بود. همانگونه که مشخص است، در فصل اول، مرور مختصری بر شبکه­ های قدرت با تأکید بر  سیستم­های توزیع الکتریکی انجام خواهد شد. در فصل دوم، آشنایی مختصری با انواع منابع تولید پراکنده و تأثیر آنها برشبکه های توزیع الکتریکی به­ همراه مطالعات انجام شده در این زمینه مشخص می­شود. در فصل سوم، نحوه مدل­سازی مسئله توصیف خواهد گردید. در فصل چهارم، فرمول بندی توسعه منابع تولید پراکنده شرح می شود و در فصل پنجم، شبیه سازی و نتایج در حالات مختلف شرح داده خواهد شد. در نهایت در فصل ششم، نتیجه گیری و پیشنهاداد ارائه خواهد گردید.

فصل اول: آشنایی با ساختار شبکه های الکتریکی با تأکید بر بخش توزیع

1-1- مقدمه

امروزه به­دلیل وابستگی شدید به انرژی الکتریکی، نقش حیاتی این انرژی در زندگی بر کسی پوشیده نیست. سیستم های توزیع که آخرین بخش از زنجیره برق رسانی به مصرف­کنند­گان این انرژی هستند، نقش اساسی را در فراهم نمودن یک سرویس مناسب، مطمئن و با کیفیت بازی می­کنند. در این بخش، به ­دلیل اهمیت ذکر شده، ساختار یک سیستم قدرت را با تکیه بر بخش توزیع انرژی الکتریکی ارائه خواهیم نمود.

2-1- ساختار سیستم های قدرت

اهمیت انرژی الکتریکی در زندگی جوامع امروزی بر کسی پوشیده نیست. بدلیل 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. هدف اصلی یک سیستم قدرت عبارت است از تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکان با کمترین قیمت و بهترین کیفیت ممکن. در شرایط حاضر انرژی الکتریکی عمدتاً در در    نیروگاه­های حرارتی اعم از بخاری و یا گازی، و همچنین نیروگاه­های آبی و اتمی که معمولاً در فواصل زیادی از مراکز مصرف واقع شده اند، تولید می­شود. انتخاب محل نیروگاه­ها با توجه به ملاحظات زیست محیطی، در دسترس بودن سوخت و معمولاً آب زیاد، نزدیکی به مراکز مصرف و عوامل متعدد دیگر عموماً به­نحوی صورت می­گیرد که هزینه احداث و بهره­برداری با توجه به تمام عوامل، حداقل شود. انرژی تولید شده برای کاهش تلفات، با ولتاژهای بسیار بالا و توسط خطوط انتقال به نزدیکی مراکز مصرف منتقل      می­گردد و پس از کاهش ولتاژ توسط شبکه توزیع به­دست مصرف­کنندگان می­رسد. لذا صنعت برق همواره با سه فعالیت اصلی تولید، انتقال و توزیع همراه بوده است و اغلب مؤسساتی که در زمینه انرژی فعالیت دارند، یکی از فعالیت­های سه­گانه فوق را در یک منطقه خاص جغرافیایی پوشش می­دهند[1].

همانطور که پیشتر نیز گفته شد، مراکز تولید معمولاً بسیار دور از شهر­ها احداث می­شوند و دلیل این موضوع می­تواند برای واحد­های آبی دوری رودخانه ­های بزرگ از شهر­ها و برای نیروگاه­های اتمی و فسیلی ملاحظات ایمنی و زیست محیطی باشد. بنابراین، ضروری به ­نظر می­رسد که برای انتقال انرژی این نیروگاه­ها به مراکز مصرف، سیستم مناسب انتقال انرژی در دسترس باشد. برای انتقال مقادیر بزرگ انرژی در مسافت­های طولانی، به سیستم با ولتاژ بسیار بالا که گاهی از آن به سیستم انتقال اصلی نام برده می­شود، نیاز است. این سیستم­ ها با ولتاژ­های بالای 300 کیلو ولت، معمولاً 400 یا 500 و یا 765 کیلو ولت کار می­کنند. معمولاً تعاریف زیر برای سطوح مختلف ولتاژ بکار می­رود. ولتاژ ضعیف یا پایین (LV) به کمتر از یک کیلو ولت اطلاق می­شود. ولتاژ متوسط (MV) ولتاژهای بین یک تا 36 کیلو ولت را پوشش می­دهد و بویژه در در شبکه­ های توزیع بکار می­رود و ولتاژ بالا (HV) برای ولتاژهای بالای 36 کیلو ولت استفاده می­شود. البته در هر سیستم انرژی الکتریکی مفاهیم ولتاژ ضعیف، متوسط و بالا، نسبی بوده و الزاماً با آنچه در سیستم دیگری بکار می­رود تطابق کامل ندارد. از ولتاژ بسیار بالا(EHV) معمولاً برای تأکید روی ولتاژهای بالای 300 کیلوولت استفاده می­شود. شبکه­های انتقال معمولاً بهم پیوسته بوده و برای شبکه­های پیچیده حتی اشکالات و خطاهای همزمان ممکن است موجب قطع مصرف­کنندگان نشود. در سطح پایین­تر شبکه انتقال، دو یا سه سطح ولتاژ توزیع برای تأمین بار و شرایط مورد نیاز مشترکان مختلف وجود دارد. در حالت کلی شبکه­ های ولتاژ متوسط و پایین به­ صورت شعاعی طراحی و بهره ­برداری می­شوند. شکل(1-1)، سلسله مراتب ارسال انرژی الکتریکی از نقاط تولید به مصرف را نشان می­ دهد[8].

3-1- آشنایی با شبکه های توزیع

وظیفه یک شبکه توزیع حمل انرژی الکتریکی از پست­های انتقال، فوق توزیع و یا نیروگاه­های کوچک به تک­تک مشترکین و تغییر سطح ولتاژ بسته به مورد و بر اساس ضرورت­ها می­باشد. در شکل (1-2) ارتباط شبکه­های مختلف بصورت شماتیک نشان داده شده و سطوح ولتاژ مورد استفاده در این شبکه ­ها از ولتاژ ضعیف LV، تا ولتاژ متوسط MV،  ولتاژ بالا HV، و سرانجام ولتاژ بسیار بالا EHV، ارائه گردیده است.

4-1- انواع شبکه های توزیع

بسته به سطح ولتاژ سیستم، شرایط جغرافیایی و تمرکز و یا عدم تمرکز بار مصرفی، از انواع شبکه ­های توزیع می­توان برای تأمین نیاز­های مشترکین استفاده نمود. دسته بندی شبکه ­ها به­ صورت زیر است[1]:

– شبکه­ های شعاعی ساده: این شبکه فقط از یک فیدر خروجی پست فوق توزیع تغذیه می­شوند و به هر شین فقط یک خط ورودی و یک خط خروجی می­تواند متصل شود.

– شبکه شعاعی مرکب: این شبکه­ ها نیز فقط از یک فیدر خروجی پست تغذیه می­شوند، ولی به برخی از شین ها بیش از یک خط خروجی متصل می­باشد.

شبکه ­های شعاعی ساده و ارزان می­باشند. ارزانی این شبکه ­ها به ­دلیل کم بودن تعداد تجهیزات از یک سو و پایین بودن نسبی توان اتصال کوتاه و در نتیجه ساده و ارزان بودن تجهیزات از سوی دیگر است.

– شبکه­ های حلقوی با تغذیه از یک سو: این شبکه نیز مانند شبکه شعاعی فقط از یک فیدر خروجی پست فوق توزیع تغذیه می­شود، ولی هر یک از پست­ها از دو سو به این فیدر متصل اند. معمولاً در شبکه ­های حلقوی از یک کلید که در شرایط عادی باز است، استفاده می­شود و بهره ­برداری از شبکه به­ صورت شعاعی انجام می­شود.

– شبکه­ های حلقوی با تغذیه از دو سو: در این مدل شبکه توسط دو پست توزیع امکان تغذیه دارد که در حالت عادی با وجود کلید­ها، بهره برداری شبکه بصورت شعاعی صورت می­گیرد. ازآنجا که احتمال بی­برقی همزمان دو پست بسیار کم است، این شبکه از قابلیت اطمینان بسیار بالایی برخوردار است.

– شبکه غربالی: در این شبکه هر یک از پست­های توزیع به چندین پست توزیع دیگر مرتبط اند. تغذیه شبکه می­تواند از یک فیدر خروجی پست فوق توزیع و یا از چندین پست فوق توزیع مجاور و یا تعدادی از فیدر­های خروجی یک پست فوق توزیع صورت گیرد.

از جنبه نظری ساختار سیستم فوق توزیع می­تواند از شبکه­های شعاعی ساده گرفته تا شبکه­های بهم پیوسته پیچیده تغییر کند، اما در اکثر آرایش­های شعاعی فیدر­های فشار متوسط، از پست اصلی تا مصرف کنندگان بصورت شعاعی بهره­برداری می­شود. اساساً بروز خاموشی در فیدرهای فشار متوسط مسئله ساز بوده و بروز خطا روی هر یک از قسمت­های فیدر، منجر به قطع کلید قدرت ابتدای فیدر و خاموشی شمار زیادی از مشترکان می­انجامد. آرایش شعاعی رایج، چنین وقفه هایی را اجتناب ناپذیر می­سازد.

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 354