شبیه سازی آموزشی مدل پخش بار اقتصادی دوسطحی در سیستم‌ گاز و برق یکپارچه با متلب

بخش اصلی کار شبه سازی این مقاله کدنویسی فرمول های 35 الی 44 هست که بطور کامل انجام شده است، ولی در بخش 4.1.4  نیاز بود تمام کدها نگارش شود و به همین دلیل تمامی کدها نوشته شد و درصورت تمایل شما تنها کاری که باید انجام بدید این هست که می بایست مینیمایز جمع تابع های1 و 10 رو که کدش نوشته شده  را درصورت تمایل بنویسید.

چکیده مقاله (ترجمه ماشینی)

مصرف گاز طبیعی در سراسر جهان به طور قابل توجهی افزایش یافته است، به ویژه برای تولید برق در سیستم های برق با فرآیند گاز به نیرو (G2P) واحدهای گاز طبیعی. تامین هر دو سیستم گاز طبیعی و برق باید به دلیل اتصال محکم آنها به صورت اقتصادی و همزمان انجام شود. این مقاله یک مدل توزیع اقتصادی دو سطحی (ED) با محدودیت امنیتی برای سیستم‌های گاز طبیعی و برق یکپارچه با در نظر گرفتن انرژی باد و فرآیند نیرو به گاز (P2G) پیشنهاد می‌کند. سطح بالا به عنوان یک مدل بهینه سازی ED برای سیستم برق فرموله شده است، در حالی که سطح پایین یک مشکل تخصیص بهینه برای سیستم گاز طبیعی است. سیستم گاز طبیعی با جزئیات مدل‌سازی شده است. علاوه بر این، محدودیت های امنیتی و محدودیت های جفت برای سیستم های انرژی یکپارچه در نظر گرفته شده است. تابع هدف به حداقل رساندن کل هزینه تولید برق و گاز طبیعی است. مدل پایین تبدیل شده و به مدل بالایی به عنوان شرایط بهینه کاروش-کوهن-توچر (KKT) اضافه می شود، بنابراین مدل بهینه سازی دو سطحی به یک فرمول برنامه ریزی خطی عدد صحیح مخلوط (MILP) تبدیل می شود. مطالعات موردی عددی روی سیستم PJM-5bus ادغام شده با یک سیستم گازی هفت گره و سیستم IEEE 118 باس ادغام شده با یک سیستم گاز پر کالری اصلاح شده بلژیکی، اثربخشی مدل ED دو سطحی پیشنهادی را نشان می‌دهد.

مقدمه به‌عنوان یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی، مصرف گاز طبیعی در جهان در دهه اخیر به‌ویژه برای استفاده در تولید برق افزایش چشمگیری داشته است. انتظار می رود تا سال 2030، تولید گازسوز تا 230 درصد افزایش یابد [1،2]. در همان زمان، تعداد تاسیسات واحد تولید گاز طبیعی (NGFGU) به طور چشمگیری افزایش یافته است که منجر به اتصال شدید بین سیستم های برق و سیستم های گاز طبیعی می شود [3]. در مقایسه با نیروگاه‌های زغال‌سنگ معمولی، NGFGUها بازده اقتصادی بالاتر، انتشارات محیطی کمتر و قابلیت‌های واکنش سریع‌تری دارند [4]. نیروگاه های گازی ارتباطی بین گاز طبیعی و سیستم های برق ایجاد می کنند. به دلیل وابستگی متقابل بین سیستم های برق و گاز طبیعی، اقتصاد و قابلیت اطمینان دو بخش انرژی مستقیماً تحت تأثیر یکدیگر قرار می گیرند [5،6]. از یک طرف، قیمت گاز طبیعی در نوسان است که منجر به تغییر هزینه عملیاتی NGFGUها می شود [7] و در نتیجه بر اقتصاد سیستم قدرت تأثیر می گذارد. از سوی دیگر، مناطق امنیتی سیستم های قدرت الکتریکی و سیستم های گاز طبیعی را نمی توان به طور مستقل به دلیل وابستگی متقابل ذاتی آنها در نظر گرفت [2،8]. بنابراین، مشکل عملیات اقتصادی سیستم یکپارچه گاز طبیعی و برق باید به طور همزمان مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. محدودیت های امنیتی هر دو سیستم برق و گاز طبیعی باید در نظر گرفته شود. برای بهره برداری بهینه از سیستم های یکپارچه گاز طبیعی و برق، مطالعات مربوط به بهینه سازی عملیاتی یک یا چند دوره ای در [3،4،7،8،13،14،15] بررسی شده است. در عملیات بهینه مرسوم سیستم های قدرت الکتریکی، ارسال NGFGU به همراه سایر منابع حرارتی مانند زغال سنگ، نفت و هسته ای محدودیت های تامین سوخت را در نظر نمی گیرد. با این حال، با رشد بازار گاز طبیعی، محدودیت شبکه گاز طبیعی با افزایش تقاضای NGFGU ها به موضوعی تبدیل می شود که قابل چشم پوشی نیست [9]. در [10]، نویسندگان یک الگوریتم برای حل مشکل عملکرد بهینه یک شبکه انتقال گاز توسعه دادند. شبکه جریان گاز طبیعی در [2-4،11] با محدودیت‌های روزانه و ساعتی در عرضه، تقاضا، خط لوله و ذخیره‌سازی گاز مدل‌سازی شده است. رویکردی برای برنامه ریزی توسعه بلندمدت شبکه های ترکیبی گاز و برق در [12] پیشنهاد شده است که تخصیص به موقع و کارآمد منابع (لوله ها در مقابل خطوط انتقال برق) را در گسترش شبکه های انرژی تعیین می کند. یک استراتژی عملیاتی برای برنامه ریزی کوتاه مدت سیستم های انرژی یکپارچه گاز-الکتریسیته در [13] با در نظر گرفتن پاسخ تقاضا و عدم قطعیت باد پیشنهاد شده است. در [7،14،15]، مدل‌های بهینه‌سازی تصادفی برای رسیدگی به عدم قطعیت‌های اجزای مختلف سیستم پیشنهاد شده‌اند. در [16] مسائل بهینه سازی در سیستم های حمل و نقل گاز طبیعی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است که ضرورت تخصیص بهینه گاز طبیعی را نشان می دهد. با این حال، در این ادبیات موجود، ارسال اقتصادی دو بخش انرژی با نادیده گرفتن تخصیص بهینه عرضه گاز طبیعی انجام می‌شود. برای تحقق تخصیص بهینه برق و گاز طبیعی، برنامه ریزی دو سطحی می تواند یک روش موثر باشد. در کارهای قبلی، برنامه نویسی دو سطحی برای مسائل عملکرد بهینه سیستم قدرت اعمال شده است [17-21]. در [17]، فعل و انفعالات بین تولید و بار در ریزشبکه در نظر گرفته شده است که در آن سطح بالا مدل توزیع صرفه جویی در انرژی و سطح پایین مدل بهینه سازی کنترل بار است. روش‌های مختلف عملکرد بهینه سیستم قدرت با در نظر گرفتن انرژی‌های تجدیدپذیر، ذخیره انرژی یا وسیله نقلیه الکتریکی به عنوان مدل‌های دو سطحی در [18-20] فرموله شده‌اند.