توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن اثر شیر ورودی بخار با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات

2600325-523875دانشگاه آزاد اسلامی
واحد بروجرد
دانشکدهی تحصیلات تکمیلی، گروه برق
پایاننامه برای دریافت درجهی کارشناسی ارشد « M.S.C»
گرایش: قدرت
عنوان:
توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن اثر شیر ورودی بخار با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات
استاد راهنما:
دکتر ابوذر صمیمی
استاد مشاور:
دکتر محمد محمدی
نگارش:
فاطمه م میرزائیان
تیر 1394
بسم الله الرحمن الرحيم

2520203-376518صورتجلسه دفاع
باتأييدات خداوند متعال جلسه دفاع از پاياننامه كارشناسي ارشد خانم/آقاي فاطمه م میرزائیان در رشته برق (قدرت) تحت عنوان: توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن اثر شیر ورودی بخار با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات با حضور استاد راهنما، استاد(استادان) مشاور و هيأت داوران در دانشگاه آزاد اسلامي واحد بروجرد در تاريخ 10/04/ 1394 تشكيل گرديد. در اين جلسه ، پاياننامه با موفقيت مورد دفاع قرار گرفت.
نامبرده نمره با امتياز دريافت نمود.
1- استاد راهنما: دكتر ابوذر صمیمی امضاء تاريخ
2- استاد مشاور: دکتر محمد محمدی امضاء تاريخ
3- استاد داور: دکتر مهدی نیکزاد امضاء تاريخ
4- مدير گروه آموزشي: دكتر ابوذر صمیمی امضاء تاريخ
5- رئيس دانشكده تحصيلات تكميلي: دكتر فرزاد همتی امضاء تاريخ
معاون پژوهشي دانشگاه آزاد اسلامي واحد بروجرد
دكتر احمد شاهسواران
2600325-361950تعهدنامه اصالت رساله يا پاياننامه
اينجانب فاطمه م میرزائیان دانشآموخته مقطع كارشناسي ارشد ناپيوسته/دكتراي حرفه اي/ دكتراي تخصصي در رشته برق (قدرت) كه در تاريخ 10/04/ 1394 از پاياننامه/ رساله خود تحت عنوان: توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن اثر شیر ورودی بخار با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات با كسب نمره و درجه دفاع نمودهام بدينوسيله متعهد ميشوم :
اين پاياننامه / رساله حاصل تحقيق و پژوهش انجام شده توسط اينجانب بوده و در مواردي كه از دستاوردهاي علمي و پژوهشي ديگران (اعم از پاياننامه، كتاب، مقاله و…) استفاده نمودهام،‌ مطابق ضوابط و رويه موجود، نام منبع مورداستفاده و ساير مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذكر و درج كردهام .
اين پاياننامه/ رساله قبلاً براي دريافت هيچ مدرك تحصيلي (هم سطح، پايين تر يا بالاتر) در ساير دانشگاهها و موسسات آموزش عالي ارائه نشده است.
چنانچه بعد از فراغت از تحصيل، قصد استفاده و هرگونه بهرهبرداري اعم از چاپ كتاب، ثبت اختراع و… از اين پاياننامه داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشي واحد مجوزهاي مربوطه را اخذ نمايم.
چنانچه در هر مقطعي زماني خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشي از آن را ميپذيرم و واحد دانشگاهي مجاز است با اينجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرك تحصيلی‌ام هيچگونه ادعايي نخواهم داشت .
نام و نامخانوادگي : فاطمه م میرزائیان
تاريخ و امضاء
سپاسگزاری
سپاس و ستایش مر خدای را جل و جلاله که آثار قدرت او بر چهره روز روشن، تابان است و انوار حکمت او در دل شب تار، درفشان. آفریدگاری که خویشتن را به ما شناساند و درهای علم را بر ما گشود و عمری و فرصتی عطا فرمود تا بدان، بنده ضعیف خویش را در طریق علم و معرفت بیازماید.
تقدیم به پدرم به استواری کوه، مادرم به زلالی چشمه، همسرم به صمیمیت باران، پسرم به طراوت شبنم.
 مادرم، آنکه آفتاب مهرش در آستانه قلبم، همچنان پابرجاست و هرگز غروب نخواهد کرد.
تقدیر و تشکر فراوان از جناب آقای دکتر صمیمی استاد راهنمای ارجمند اینجانب که با راهنماییها و تشویقهای دلسوزانه خود، راه را برای اجرا و اتمام این پایاننامه فراهم نمود.
سپاسگزار همهی استادان و معلمانی هستم که مرا از باغ دانش خود ثمری دادند.
چکیده
تولید انرژی الکتریکی برای سیستمهای قدرت با هدف حداقلسازی کل هزینه تولیدی برای واحدهای اکتیو موجود در شبکه قدرت، از مهمترین مباحث برای سیستمهای مدرن امروزی میباشد. به بیانی دیگر هدف از توزیع اقتصادی بار برنامهریزی بهینه و مناسب برای واحدهای تولیدی با در نظر گرفتن عوامل و محدودیتهای غیرخطی موجود در شبکه قدرت و واحدهای تولیدی میباشد. در این پایاننامه، مسئله توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن محدودیتهای غیرخطی از جمله تلفات شبکه انتقال، تاثیر شیر ورودی بخار بر تابع هزینه تولیدی، توازن تولید و مصرف در سیستم، نواحی ممنوعه، حدود تولید و نرخ سطح شیبدار به یک مسئله بهینهسازی تبدیل شده و در نهایت با الگوریتم اجتماع ذرات (pso) به حل آن پرداخته شده است. روش PSO يك روش مرتبة صفر است و نيازي به عمليات سنگين رياضي مثل مشتق‌گيري ندارد. يك روش مبتني بر جمعيت است که از مشاركت ذرات استفاده ميكند. به منظور نشان دادن کارایی این روش، الگوریتم پیشنهادی بر روی سیستم نمونه 6 نیروگاهی با کل بار 1263 مگاوات اعمال شده است و نتایج به دست آمده از حالات مختلف الگوریتم پیشنهادی با هم مقایسه شده و سپس نتایج به دست آمده از الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک (GA) مقایسه شده که نشاندهنده کارایی و سرعت زیاد، زمان کم این الگوریتم در حل مسئله توزیع اقتصادی بار میباشد.
واژگان کلیدی: توزیع اقتصادی بار، الگوریتم اجتماع ذرات، اثر شیر بخار، هزینه سوخت، نواحی ممنوعه تولید، ظرفیت ژنراتور، نرخ سطح شیبدار، توازن توان اکتیو
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل اول – مقدمه 1-1 مقدمه 2
1-2 بررسي سوابق تحقیق 4
1-3 ساختار پایاننامه 8
فصل دوم – مسئله توزیع اقتصادی بار 2-1 معرفی توزیع اقتصادی بار 10
2-2 مشخصه واحد بخار (حرارتی) 10
2-3 منحنی محدب هزینههای عملیاتی یک واحد حرارتی 11
2-4 منحنی هزینه سوخت افزایشی 13
2-5 منحنی نرخ حرارت 13
2-6 منحنی نامحدب هزینههای در واحد حرارتی 14
2-7 توزیع اقتصادی بار در نیروگاه برق 16
2-8 توزیع اقتصادی بار در سیستم قدرت 17
2-9 محدودیت برابری و نابرابری 17
2-10 معرفی ضرایب B تلفات انتقال 20
فصل سوم – الگوریتم پیشنهادی اجتماع ذرات PSO 3-1 معرفی PSO 24
3-2 بررسي سوابق تحقیق 25
3-3 مفهوم بهینهسازی اجتماع ذرات 27
3-4 فرمولبندی PSO 28
3-5 فلوچارت استاندارد بهینهسازی اجتماع ذرات 33
3-6 شبه کد در PSO 34
3-7 اساس الگوریتم PSO برای محدود کردن مشکل 35
فصل چهارم – پیادهسازی الگوریتم پیشنهادی در مسئله توزیع اقتصادی بار 4-1 فرمولبندی تابع هدف 37
4-2 برابری و نابرابری محدودیتها 39
4-3 اصلاح تابع هدف 40
4-4 پیادهسازی PSO برای مشکل ED 41
4-5 شبیهسازی 43
4-6 مقایسه نتایج الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک 56
فصل پنجم – نتیجهگیری و پیشنهادات 5-1 نتیجهگیری 58
5-2 پیشنهادات 59
ضمیمه 60
مراجع 62
فهرست شکلها و نمودارها

عنوان صفحه
شکل (2-1): واحد دیگ بخار- توربین – ژنراتور 10
شکل (2-2): مشخصه ورودی- خروجی واحد تولید 11
شکل (2-3): منحنی هزینه افزایشی 13
شکل (2-4): منحنی نرخ حرارت 14
شکل (2-5): ویژگیهای یک ژنراتور توربین بخار با ورودی چهار دریچه بخار 15
شکل(2-6): واحد تولید متصل به یک باس مشترک 16
شکل (2-7): تعداد ng واحدهای حرارتی جهت تغذیه بار از طریق شبکه انتقال 17
شکل (2-8): محدودیت نرخ سطح شیبدار 19
شکل (3-1): فلوچارت SPSO 33
شکل (4-1): تابع هزینه ژنراتور با شیر بخار 38
شکل (4-2): نحوه اتصال شبکه برای سیستم با 6 ژنراتور 44
شکل (4-3): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 1 48
شکل (4-4): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 2 50
شکل (4-5): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 3 52
شکل (4-6): تغییرات تابع هدف برای سیستم 6 نیروگاهی در حالت 4 54
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (4-1): ضرایب تابع هزینه و حدود واحدهای تولیدی با 6 ژنراتور 45
جدول (4-2): مشخصات واحدهای تولیدی با 6 ژنراتور 45
جدول (4-3): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت 1 47
جدول (4-4): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت2 49
جدول (4-5): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت3 51
جدول (4-6): نتایج شبیهسازی واحدهای تولیدی سیستم 6 نیروگاهی در حالت4 53
جدول (4-7): مقایسه نتایج حالتهای 1،2،3،4 55
جدول (4-8): مقایسه بین نتایج الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم ژنتیک 56
فهرست علائم
ai,bi,ci : ضرایب هزینه واحد iام
ei,fi : ضرایب اثر بارگذاری(موقعیت) شیر بخار واحد iام
Pgi : توان خروجی واحد iام
Pgmax,i ,Pgmin,i : حداکثر و حداقل محدوده تولید توان از واحد حرارتی iام
ng : تعداد کل ژنراتورهای متعهد
Pd : تقاضا (دیماند) کل سیستم
PL : تلفات کل سیستم
B,B0,B00 : ضرایب B تلفات انتقال
PgiO : بازه توان خروجی قبلی واحد حرارتی iام
URi : حد بالا نرخ سطح شیبدار از واحد iام
DRi : حد پایین سطح شیبدار از واحد iام
K1,K2 : عوامل جریمه
:n ابعاد فضای جست و جو
:N تعداد ذرات در اجتماع
:X موقعیت اجتماع
:V سرعت اجتماع
:S فضای جست و جو
: Xidt موقعیت iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی
: Vidt سرعت iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی
: Pidt بهترین موقعیت فعلی iام ذرات در زمان t در یک فضای n بعدی
: Pgbt بهترین موقعیت فعلی سراسری از اجتماع در زمان t در یک فضای n بعدی
: w عامل وزن اینرسی
: wmax حداکثر مقدار عامل اینرسی وزن
: wmin حداقل مقدار عامل اینرسی وزن
:C1 عامل شتاب از مولفههای شناختی
: C2 عامل شتاب از مولفههای اجتماعی
: c1i مقدار اولیه عامل شتاب
c1f : مقدار نهایی عامل شتاب
: c2i مقدار اولیه عامل شتاب
: c2f مقدار نهایی عامل شتاب
:r2, r1 اعداد تصادفی
:Vdmax حداکثر سرعت
:K عامل انقباض
:r اعداد تصادفی
:k تکرار فعلی
: kmax حداکثر تعداد تکرار
فصل اول
مقدمه
1-1 مقدمه
توزیع اقتصادی بار یکی از موضوعات مهم در زمینه مدیریت و بهرهبرداری سیستمهای قدرت به شمار میرود. هدف از توزیع بهینه یا اقتصادی بار در واقع تخصیص تولید بین واحدهای در مدار سیستم (فعال) میباشد به نحوی که همزمان با تامین تقاضای بار، حدود تولید، نواحی کار ممنوع، سایر محدودیتهای نیروگاهها در نظر گرفته شده و با لحاظ تلفات شبکه انتقال، کل هزینه تولید در هر بازه زمانی و برای شرایط بار پیش بینی شده، حداقل گردد [1].
امروزه با توجه به روند رو به رشد بار و بالا بودن هزینههای تولید انرژی الکتریکی، افزایش تقاضای انرژی الکتریکی و محدودیت در نصب واحدهای جدید نیروگاهی، نیاز به بهرهبرداری بهینه از واحدهای موجود در جهت کاهش هزینههای بهرهبرداری به شدت احساس میشود.
مسئله توزیع اقتصادی بار هنگامی مطرح است که واحدهای موجود در مدار، معلوم بوده و بخواهیم ببینیم که برای تامین بار مورد نیاز شبکه و ذخیره چرخان مورد نیاز، هر یک از واحدهای موجود در مدار چه توانی را تولید کنند تا هزینه سوخت کل واحدها حداقل شود. اما باید توجه داشت که در شبکه واقعی، همواره بار مورد نیاز شبکه در حال تغییر است. لذا باید تعیین شود که بهتر است که چه ترکیبی از واحدها در مدار قرار گیرند تا علاوهبر تامین بار مورد نیاز شبکه در کلیه مراحل دوره زمانی مورد مطالعه، در پایان دوره مورد نظر خط مشی بهینه حاصل گردد.
یکی از مهمترین مسائل روز بهینهسازی تولید انرژی، تعیین نحوه آرایش نیروگاهها جهت تولید بار مصرفی در یک دوره کوتاه مدت (معمولا 24 ساعت) است که از آن به عنوان مسئله مشارکت نیروگاهها یاد میشود. این مسئله به دلیل حجم زیاد محاسباتی و وسعت ابعاد در زمره مسائل دشوار قرار میگیرد. مسئله توزیع اقتصادی بار به عنوان زیر مجموعه مسئله مشارکت نیروگاهها میباشد.
توزیع اقتصادی بار به صورت یک مسئله بهینهسازی با هدف حداقلکردن تابع هزینه سوخت نیروگاههای بخاری بیان میشود.
تابع هزینه سوخت با توجه به محدودیتهای در نظر گرفته شده برای مسئله به صورت مدلهای ریاضی گوناگونی مطرح میشود. در مسائل توزیع اقتصادی بار اولیه، این تابع هزینه سوخت به صورت یک تابع درجه دوم مدل شده است و تنها محدودیتهای تامین تقاضای بار و حدود تولید در نظر گرفته میشود.
بعدها با اضافه شدن توربینهای بزرگ به نیروگاهها، مدل تابع هزینه سوخت از یک معادله درجه دوم پیوسته به یک تابع مرکب چند جملهای و غیرمحدب تبدیل شد. در توربینهای بخار بزرگ، شیرهای حرارتی به ترتیب با افزایش توان تولیدی ژنراتورها باز میشوند. هنگامی که شیری در ابتدا باز میشود به علت زیاد شدن سریع تلفات دریچه بخار، نرخ افزایشی حرارتی به صورت ناگهانی زیاد میشود. این مدل به خاطر در نظر گرفتن قید شیر بخار در تابع هزینه سوخت ناهمواریهایی را به وجود میآورد.
1-2 بررسي سوابق تحقیق
تاکنون مطالعات و تحقیقات مختلفی برای حل مسئله توزیع اقتصادی بار انجام شده است. به طور کلی روشهای حل موجود را میتوان در سه دسته کلی زیر جای داد:
دسته اول: روشهای تحلیلی ریاضی
روشهای تحلیلی و محاسباتی ریاضی و تکنیکهای رایج در یافتن نقطه حداقل توابع که اکثر آنها بر مبنای گرادیان و مشتقگیری میباشند از قبیل روش مرحلهای تکرار لامبدا، روش گرادیان، روش نقطه بهینه، عامل مشترک و ….
مزیت این روشها فراوانی روشهای اثبات شده آنها و رسیدن به جواب بهینه ریاضی است. ولی این روشها در حالتی که تابع هدف غیرخطی و یا مشتقپذیر نباشند، در یافتن نقطه بهینه دچار مشکل میشوند. بنابراین در حالتی که تابع هزینه سوخت را با در نظر گرفتن قید شیر بخار مدل میکنیم استفاده ز این روشها مناسب

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *