پروژه آموزشی جایابی بهینه‌ کلیدها و تغییر توپولوژی شبکه‌ توزیع پس از وقوع رویدادها HIL

در سالیان اخیر پارادایم جدیدی در حوزه مدیریت ریسک زیرساختهای حیاتی در دنیا، مطرح شده و مطالعات بسیاری بر روی آن صورت گرفته است. زیرساختهای حیاتی برای هر کشور خدمات ضروری را ارائه میدهند که عملکرد صحیح آنها، لازمه پایه ریزی یک جامعه و فعالیتهای آن است؛ در نتیجه  تلاشهای پیشگیرانه و هماهنگ برای تقویت، حفظ امنیت و عملکرد مؤثر زیرساخت های حیاتی، از جمله سیستم برق، همواره دغدغه سیاستگذاران و مهندسین بوده است. زیرساخت حیاتی برق در سراسر دنیا به صورت سنتی، مبتنی بر مفهوم قابلی ت اطمینان برای مقاومت و پاسخگویی مناسب  در شرایط خروج تجهیز/تجهیزات آن سیستم، طراحی شده اند. این مفهوم به سیستم اجازه میدهد که در شرایط وقوع رویدادهای قابل پیشبینی، شناخته شده و با ابعاد تاثیرگذار ی محدود، تأمین بار با کیفیت مناسب با وقفه های کوتاه در طول  یک دوره طولانی را تضمین کند .

اما در سالهای ا خیر دستهای جدید  از تهدیدات و مخاطرات با عنوان ^{HILF (High Impact Low Frequency)}، چالشهای بیسابقهای را برای  سی ستم قدرت به ارمغان آوردهاند. لذا، نیاز به یک روش جدید که بتواند سیستمی ب ا قدرت تطبیق پذیری بالا در شرایط وقوع اینچنین رویداده  را ایجاد کند، بیش از هر زمانی حس میشود. برای این منظور، نیاز به تفکر راهبردی است که بتواند با زمان و فراتر از زمان حرکت کند و شوکهای وارده بر سیستم را مدیریت کرده و فراتر از آن، سیستم را برای اینکه پذیرای همهی شوکها باشد، آماده نماید.  لذا پارادایم تابآور ی به عنوان یک متد راهبردی برای مقابله سیستم ب ا این دسته از رویدادها معرفی و در سالیان اخیر مطالعات بسیاری در علوم فنی و غیر فنی بر روی آن صورت گرفته است.

از سال 1930 که برای اولین بار پس از طوفان  بوستون در انگلیس،  کلید مطالعات جدید زده شد، روز به روز در حال آشکار شدن است که نیاز به یک دیدگاه فراتر از قابلیت اطمینان کلاسیک برای تداوم عملکرد مناسب

سیستم برق در برخورد و مقاومت در برابر رویدادهای شدید و گسترده مقیاس وجود دارد. مفهوم تابآوری که اولین بار توسط هولینگ در سال 1973 مطرح شد، چند سالی است که به عنوان راهحلی مناسب برای پاسخگویی به این نیاز، مطرح و مبدل به یک حوزهی مطالعاتی بسیار جذاب در سیستمهای قدرت شده است. این پروژه سعی خواهد کرد تا مقدمات مورد نیاز برای شناخت این مفهوم و درک اهمیت آن را منتقل نموده و زمینه آشنایی محقق را با ابعاد مختلفِ مفهومیِ این پارادایم فرآهم سازد. در این مسیر و در صورت تدقیق در مراجع معرفی شده ،میتوان زمینههای پژوهشی پیشرو در این حوزه را شناخت و نسبت به مطالعات صورت گرفته در این حوزه تحقیقاتی، شناخت کافی حاصل نمود .

سؤالات پژوهش

1. بررسی مفهوم ^{Reconfiguration} و چگونگی جایابی بهینه کلیدها و برنامه ریزی آن با هدف افزایش قابلیت اطمینان.
2. شناخت چگونگی بهره گیری از پتانسیل کنترل توپولوژی برای اهداف اقتصادی و کاهش تلفات.
3. چگونه میتوان از تغییر توپولوژی برای افزایش سرعت بازیابی شبکه های توزیع بهره جست.
4. آیا ^{reconfiguration} میتواند با هدف افزایش تابآوری برنامه ریزی شود و چگونه؟
5. منحنی تابآوری در زیر نمایش داده شده است. هر مرحله رفتار زمانی سیستم تعریف و بیان گردد که تغییر توپولوژی در کدام یک از این مراحل سودمند اس ت.
6. برای افزودن پتانسیل تغییر وکنترل توپولوژی به شبکه برق، نیازمند افزودن تجهیزاتی به سیستم میباشیم.

فایل گزارش:

فهرست مطالب:

مقدمه

• بررسی مفهوم بازآرایی در شبکه توزیع
• اهداف کلی یک مسئله بازآرایی
• مفهوم قابلیت اطمینان در سیستم توزیع
• آشنایی با مفهوم جایابی بهینه کلیدها
• مرجع اول
• مرجع دوم
• مرجع سوم
• مرجع چهارم
• مرجع پنجم
• مرجع ششم
• مرجع هفتم
• مرجع هشتم
• مرجع نهم
• مرجع دهم
• مرجع یازدهم
• مرجع دوازدهم
• مرجع سیزدهم
• مرجع چهاردهم
• مرجع پانزدهم
• بحث و نتیجه گیری
• مراجع

مقدمه

امروزه بهره‌برداری بهینه از شبكه های توزيع يكي از مهمترين اولويت‌ها در طراحي و پي ريزی شبكه های برق
مي باشد. در شبكه برق رساني درصد قابل توجهي از توان و انرژی الكتريكي تولیده شده در نیروگاه‌ها در مسیر
تولید تا مصرف به هدر مي‌رود. تلفات در تمام سطوح سیستم قدرت يعني تولید، انتقال و توزيع وجود دارد با این وجود حجم قابل توجهی از تلفات در سیستمهای توزيع اتفاق مي‌افتد. از طرفي در سیستمهای توزيع مدرن امروزی شاهد رشد روزافزون تقاضای الكتريسیته هستیم. همچنین يكي از وظايف سیستم توزيع انرژی الكتريكي رساندن برق باكیفیت و بصورت پیوسته و با قابلیت اطمینان[1] بالا به مشتركین است. از آنجايي كه تحت تأثیر ماهیت متغیر بار روزانه، حوادث و اتفاقات طبیعی نظیر سیل و طوفان و زلزله، خرابی تجهیزات و ادوات، حملات سایبری و … احتمال فروپاشي شبکه (ناپایداری ولتاژ یا فرکانس و یا خروج آبشاری تجهیزات) در شبكه توزيع بالا مي‌رود پس بايستي برای جلوگیری از اين رخدادها شاخصهای قابلیت اطمینان، تاب آوری و پايداری در اين شبكه‌ها مورد بررسي قرار گیرد. از جمله روش‌هايي كه برای كاهش تلفات، بهبود پايداری و افزايش قابلیت اطمینان، جلوگیری از قطع هرچه بیشتر بارهای مشترکین، افزایش کیفیت توان[2] تحویلی به مشترکین و … بكار مي‌رود بازآرايي و استفاده بهینه از کلیدها در شبكه توزيع مي باشد. در این گزارش سعی می شود با بیان برخی نکات و نیازمندی های این موضوع به بررسی برخی تحقیقات شاخص در این حوزه پرداخته شود و با تحلیل نتایج حاصل از این تحلیل ها به برخی سوالات در خصوص قابلیت اطمینان شبکه و مفاهیمی همچون بازآرایی[3]، تاب آوری[4]، خودترمیمی و .. پاسخ داده شود.

پروژه اماده برق

بررسی مفهوم بازآرایی در شبکه توزیع

اغلب سیستمهای توزیع به صورت فیدرهای شعاعی مجزا طراحی و اجرا می‌شوند. علاوه بر آن، سیستمهای دیگری
هستند که گرچه ساختار حلقوی دارند ولی مثل سیستمهای با فیدر شعاعی مجزا و به صورت حلقه باز بهره‌برداری می‌گردند.
هدف استفاده از نقاط معمولاً باز در این سیستم‌ها، کاهش میزان وقوع خرابی در تجهیزات هر کدام از فیدرهای مجزا است و همچنین در هنگام وقوع خرابی در سیستم یا در زمان تعمیرات با برنامه، این نقاط معمولاً باز میتوانند بسته شوند و در عوض نقطه دیگری باز گردد تا بار قطع شده حداقل شود .

بازآرایی در سیستمهای قدرت شعاعی به معنی تغییر توپولوژی و ساختار شبکه، با تعویض مجموعه‌ای از کلیدهای در حالت عادی باز با مجموعه دیگری از کلیدهای در حالت عادی بسته و برعکس می‌باشد به صورتی که ساختار شبکه همچنان شعاعی باقی مانده، تمامی بارها تغذیه شوند و نیز قیود ولتاژ و جریان رعایت شوند. بازآرایی سیستمهای توزیع برای دستیابی به اهداف مختلفی انجام می شود که از جمله آنها می توان به کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ، افزایش قابلیت اطمینان، افزایش پایداری ولتاژ، متعادل‌سازی بار در فیدرها و کاهش هزینه بهره‌برداری، اشاره کرد.

تحقیق اماده برق

با توجه به حضور كلیدهای نصب شده در شبكه‌های توزيع ميتوان ساختار شبكه را متناسب با شرايط بار مورد تقاضا برای داشتن بهترين عملكرد تغییر داد. اين كلیدها غالباً از دو نوع كلیدهای در حالت عادی بسته [1]NC (موسوم به كلیدهای سكشنالايزر) و كلیدهای در حالت عادی باز [2]NO (موسوم به كلیدهای ارتباطي) هستند. همچنین با توجه به نتايج بدست آمده از بازآرايي در شرايط مختلف بارگذای مي توان بهترين محل نصب برای كلیدها را به منظور كاهش هزينه‌ها در شبكه توزيع يافت.

برای روشنتر شدن مسأله بازآرایی، از یک سیستم توزیع شعاعی نمونه استفاده می شود و بازآرایی روی این سیستم پیاده‌سازی می‌شود. بدین منظور شکلهای زیر را در نظر بگیرید [1]:

همانگونه که از این اشکال پیداست، برای بازآرایی شبکه کلیدهای ارتباطی شماره ۱و ۴بسته شده اند و به جای آنها خطوط 11-12و13-14 باز شده‌اند. چون ساختار شبکه همچنان شعاعی باقی مانده و تمامی بارها هم تغذیه شده‌اند بنابراین بازآرایی به طور صحیحی انجام شده است. به عنوان نمونه می توان گفت که اگر در شکل اول برای بازآرایی به جای کلیدهای ارتباطی ۱و ۴ کلیدهای ارتباطی ۳و ۴بسته شده و خطوط ۱۲-۱۱و ۱۴-۱۳باز شوند بازآرایی به دو دلیل نادرست انجام شده است؛ دلیل اول اینکه شبکه از حالت شعاعی خارج می شود و حلقه‌ای شامل خطوط ۱-۲۵و ۲-۱و ۳-۲و ۷-۳و ۸-۷و ۹-۸و ۱۷-۹و ۱۶-۱۷و ۱۵-۱۶و ۱۱-۱۵و ۱۱-۱۱و ۲۶-۱۱ایجاد می شود. دلیل دوم آن است که بار موجود در نقطه ۱۴تغذیه نشده و ایزوله می‌شود.

امروزه الگوریتمهای بسیار زیادی برای بهینه سازی و حل مسأله بازآرایی به کار گرفته می شود که بسته به اهداف مسئله انتخاب هر الگوریتم در مسئله ای به مسئله دیگر متفاوت خواهد بود. مسئله بازآرايي شبكه های توزيع در واقع يک مسئله بهینه سازی[1] است كه ممكن است به صورت تک هدفه يا چندهدفه[2] مورد بررسي قرار گیرد. از جمله اهدافي كه برای اين مسئله در تحقیقات مختلف بكارگیری شده است مي توان به بهبود تلفات توان، قابلیت اطمینان، بازسازی انرژی، پايداری ولتاژ و تعادل بار اشاره نمود كه در واقع منجر به افزايش بهره وری شبكه و بهبود كیفیت سیستم مي شود.

مراجع

[5]       Borghei, Moein, and Mona Ghassemi. “A Multi-Objective Optimization Scheme for Resilient, Cost-Effective Planning of Microgrids.” IEEE Access 8 (2020): 206325-206341.

[6]       Rahmani-Andebili, Mehdi. “Dynamic and adaptive reconfiguration of electrical distribution system including renewables applying stochastic model predictive control.” IET Generation, Transmission & Distribution 11.16 (2017): 3912-3921.

[7]       Pandey, Shikhar, et al. “Resiliency-Driven Proactive Distribution System Reconfiguration with Synchrophasor Data.” IEEE Transactions on Power Systems (2020).

[8]       Chanda, Sayonsom, and Anurag K. Srivastava. “Defining and enabling resiliency of electric distribution systems with multiple microgrids.” IEEE Transactions on Smart Grid 7.6 (2016): 2859-2868.

[9]       Khazraj, Hesam, et al. “Optimal operational scheduling and reconfiguration coordination in smart grids for extreme weather condition.” IET Generation, Transmission & Distribution 13.15 (2019): 3455-3463.

[10]    Kavousi-Fard, Abdollah, Alireza Zare, and Amin Khodaei. “Effective dynamic scheduling of reconfigurable microgrids.” IEEE Transactions on Power Systems 33.5 (2018): 5519-5530.

[11]    Nikkhah, Saman, et al. “Optimal wind turbine allocation and network reconfiguration for enhancing resiliency of system after major faults caused by natural disaster considering uncertainty.” IET Renewable Power Generation 12.12 (2018): 1413-1423.

[12]    Li, Zihao, et al. “Analytical Reliability Assessment Method for Complex Distribution Networks Considering Post-Fault Network Reconfiguration.” IEEE Transactions on Power Systems 35.2 (2019): 1457-1467.

[13]    Krishnamurthy, Vaidyanathan, and Alexis Kwasinski. “Effects of power electronics, energy storage, power distribution architecture, and lifeline dependencies on microgrid resiliency during extreme events.” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics 4.4 (2016): 1310-1323.

[14]    Rahimi, Kaveh, and Badrul Chowdhury. “A hybrid approach to improve the resiliency of the power distribution system.” 2014 North American Power Symposium (NAPS). IEEE, 2014.

[15]    Venkateswaran, V. Balaji, Devender K. Saini, and Madhu Sharma. “Approaches for optimal planning of the energy storage units in distribution network and their impacts on system resiliency—A review.” CSEE Journal of Power and Energy Systems (2020).

[16]    Diahovchenko, Illia, Gowtham Kandaperumal, and Anurag Srivastava. “Distribution power system resiliency improvement using distributed generation and automated switching.” 2019 IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). IEEE, 2019.

[17]   Bazargani, Nima Taghipour, and S. M. T. Bathaee. “A novel approach for probabilistic hurricane resiliency assessment of an active distribution system using point estimate method.” 2018 19th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference (MELECON). IEEE, 2018.

[18]    Esfahani, Moein, et al. “Robust Resiliency-Oriented Operation of Active Distribution Networks Considering Windstorms.” IEEE Transactions on Power Systems (2020).

[19]    Shayan, Hossein, and Turaj Amraee. “Network Constrained Unit Commitment Under Cyber Attacks Driven Overloads.” IEEE Transactions on Smart Grid 10.6 (2019): 6449-6460.

[20]    Liu, Xuan, and Zuyi Li. “Trilevel modeling of cyber attacks on transmission lines.” IEEE Transactions on Smart Grid 8.2 (2015): 720-729.