توصيفگر ها :
بحران خودسامان¬ده , خروج¬هاي پي¬درپي , خاموشي¬ها , برنامه¬ريزي احتمالاتي توسعه سيستم انتقال , جايابي بهينه ادوات FACTS
چكيده فارسي :
نظريه¬ي بحران خودسامان¬ده عملكرد سيستمهاي بزرگ و پيچيده را در شرايطي كه سيستم نه پايدار و نه ناپايدار، بلكه به¬صورت بحراني پايدار است تشريح مي¬كند. در حالت برقراري اين شرايط در سيستم قدرت، بعضي حوادث آغازگر هرچند جزئي مي¬تواند زنجيرهاي از خروجهاي پي¬درپي تجهيزات سيستم، كه عمده¬ي آن¬ها خطوط انتقال هستند را به¬دنبال داشته باشد. در اثر وقوع خاموشي¬هاي ناشي از خروج¬هاي پي¬درپي، سيستم مي-تواند دچار فروپاشي ولتاژ و خاموشي سراسري شود و يا با سامان¬دهي مجدّد خود، در وضعيت پايدار يا پايدار بحراني جديدي استقرار يابد. براساس اين نظريه، روش شبيه¬سازي OPA براي مدل¬سازي رفتار سيستم قدرت در شرايط بحران خود¬سامان¬ده با همكاري چند مؤسسه¬ي تحقيقاتي معتبر پيشنهاد شده است. در اين روش، تأثير فرآيندهاي بلندمدت تكامل سيستم، از جمله رشد بار و احداث خطوط جديد ديده مي¬شود. در كوتاه¬مدت نيز با انجام پخش بار DC در هر گام زماني، كه معمولاً يك روز است، تأثير عمليات اصلاحي و مراقبت¬هاي اپراتور در عملكرد بهتر سيستم، مانند جابجايي توليد و بارزدايي، به¬صورت احتمالاتي مدل و لحاظ مي¬شود. محصول اين شبيه¬سازي، ليست خطوط خارج¬شده و سري زماني بارهاي قطع-شده در خاموشي¬هاي احتمالي ناشي از خروج پي¬درپي خطوط انتقال است. با استفاده از اين نتايج، تابع توزيع احتمال بارهاي قطع¬شده، كه معمولاً براي مقادير كم از توزيع نرمال و براي خاموشي¬هاي بزرگ از ضابطه¬ي تواني پيروي مي¬كند، برآورد و انرژي تأمين¬نشده سالانه به¬عنوان ريسك خاموشي¬ها محاسبه مي¬شود.
يكي از اولين كاربردهاي مدل DC-OPA كه در سال¬هاي اخير پيشنهاد شده است، استفاده از آن در برنامه¬ريزي احتمالاتي توسعه خطوط انتقال (TEP) است. در اين نوع برنامه¬ريزي، علاوه¬بر تأمين اهداف متداول در TEP كلاسيك، ريسك خروجهاي پي¬درپي خطوط انتقال و خاموشي¬هاي ناشي از آن نيز كمينه¬سازي مي¬شود. در اين رساله در ادامه و تكميل روش مذكور، مدل رفتار سيستم قدرت به¬صورت AC-OPA استخراج مي¬شود. اين مدل با برنامه¬ريزي TEP كلاسيك تركيب مي¬شود تا تأثير ديگر جنبه¬هاي واقعي سيستم مانند رفتار توان راكتيو و پروفيل ولتاژ باس نيز در اين برنامه¬ريزي لحاظ گردد. مدل تركيبي پيشنهادي TEP-AC-OPA نام دارد و در يك فرآيند بهينه¬سازي چندهدفه برنامه¬ريزي توسعه خطوط انتقال را ارائه مي¬كند. در اين برنامه¬ريزي، رشد بار پيش¬بيني¬شده در افق برنامه با كم¬ترين هزينه تأمين و در عين¬حال ريسك وقوع خاموشي¬هاي سيستم در طول برنامه كمينه مي¬شود.
همچنين با توجه به مسائل اقتصادي، جغرافيايي و ملاحظات زيست¬محيطي كه احداث خطوط انتقال جديد دربردارد، در ادامه، استفاده از ادوات FACTS به¬عنوان جايگزين مناسبي براي احداث خطوط جديد مدّنظر قرار مي¬گيرد. به¬اين منظور، مدل بعضي از ادوات FACTS مرسوم و مناسب مانند SVC ، TCSC و UPFC در مدل AC-OPA پيشنهادي ادغام و مدل تركيبي جديدي به¬نام FACTS-AC-OPA حاصل مي¬شود. اين مدل مي¬تواند تأثير حضور اين ادوات، كه بر مبناي اهداف معيني در يك سيستم قدرت نوعي جايابي بهينه و نصب شده¬اند، در كاهش ريسك خروجهاي پي¬درپي خطوط انتقال را برآورد كند. بنابراين ابتدا با بررسي جنبه¬هاي اقتصادي و محدوده¬ي عملكرد ادوات مختلف، TCSC به¬عنوان مناسب¬ترين و اقتصادي¬ترين ادوات FACTS در كاهش ريسك خاموشي¬ها شناسايي و معرفي ميشود. سپس در يك برنامه¬ريزي دو مرحله¬اي سناريوهاي برتر در توسعه و جايابي بهينه ادوات TCSC در دو الگوريتم جداگانه شناسايي و انتخاب مي¬شود. در يك الگوريتم، بهبود حاشيه بارگذاري سيستم قدرت به روش بهينه¬سازي محدوديت اپسيلون، و در الگوريتم ديگر، شناسايي و رتبه¬بندي خطوط آسيب¬پذير از نظر وقوع خروج-هاي پي¬درپي، با استفاده از مدل پيشنهادي FACTS-AC-OPA مدّنظر قرار مي¬گيرد. در مرحله دوم از هر دو الگوريتم، با استفاده از همين مدل پيشنهادي، تأثير بلندمدت هر سناريو در كاهش ريسك خاموشي¬هاي ناشي از خروج¬هاي پي¬در¬پي خطوط انتقال در شرايط بحران خود¬سامان¬ده برآورد مي¬شود. درنهايت، جواب برتر در هر سطح بودجه¬ي در دسترس تا سقف معين، با تحليل سود به هزينه از بين سناريوهاي مختلف به¬دست¬آمده در هر دو الگوريتم مشخص و انتخاب مي¬شود. با شبيه¬سازي در سيستم تست استاندارد 118 شينه IEEE، كارآيي و مقياس¬پذيري الگوريتم¬ها، مدل¬ها و روش¬هاي پيشنهادي در اين رساله بررسي و با نتايج منتشرشده از اجراي روش¬هاي مشابه كه اخيراً در همين موضوع پيشنهاد شده است، مقايسه و تحليل مي¬گردد.
چكيده انگليسي :
The theory of self-organized criticality explores the behavior of large complex systems in conditions that are neither stable nor unstable, but critically stable. When such conditions arise in the power system, some initiating events, even minor, can trigger a chain of successive outages of system equipment, which mainly includes the transmission lines. The blackouts caused by cascading outages can lead to voltage collapse and a global blackout or prompt the system to reorganize into a new stable or critically stable state. Based on this theory, the OPA modeling method was developed to simulate the behavior of the power system in self-organized criticality condition in collaboration with several reputable research institutes. In this method, the long-term evolution of the system, including the load growth and the construction of new lines is considered. In the short term, it probabilistically models the impact of operator's remedial actions on the better performance of the system, such as generation re-dispatching and load shedding, through DC power flow analysis at each time step (typically one day). The output of this model is the list of tripped lines and the time series of curtailed loads in the probable blackouts. Using these results, the probability of curtailed loads, which usually has a normal distribution for small blackouts and a power-law distribution for large ones is estimated and the annual unserved energy as a measure of blackout risk is calculated.
One of the first applications of the DC-OPA model proposed in recent years, is its use in the probabilistic transmission expansion planning (TEP). This approach aims to minimize the risk of cascading transmission line outages and resulting blackouts, in addition to the traditional objectives of classical TEP. In this thesis, this application is further explored and the power system behavior extracted as the AC-OPA form. This model is combined with the classic TEP model to consider the impact of the real aspects of power system including reactive power and bus voltage profiles in the planning approach. The proposed hybrid model is called TEP-AC-OPA and offers a multi-objective optimization approach for simulating transmission expansion planning. In this planning procedure, the predicted load growth in the planning horizon is met with the lowest investment cost while simultaneously minimize the risk of system blackouts.
Furthermore, according to the economic, geographical, and environmental impacts associated with constructing new transmission lines, application of the Flexible Alternating Current Transmission System (FACTS) devices is considered as an appropriate alternative for TEP. Accordingly, the models of conventional and suitable FACTS devices such as SVC, TCSC, and UPFC are also integrated into the AC-OPA model and yields a new hybrid model, named FACTS-AC-OPA. This model is capable of estimating the impact of these devices, which are optimally installed based on specific objectives in a power system, on reducing the risk of cascading transmission line outages. For this purpose, firstly, by investigating into the economic aspects and operational range of various FACTS devices, TCSC is identified and introduced as the most appropriate and economical FACTS devices to reduce the risk of blackouts. Afterwards, through a bi-level planning procedure, the suitable scenarios for expanding and optimally placing TCSC devices are determined based on two algorithms. One algorithm enhances the power system's loading margin, using the epsilon constraint optimization method, and the other one identifies and ranks the vulnerable lines in terms of the occurrence of cascading outages, using the proposed FACTS-AC-OPA model. In the second step, by using the same FACTS-AC-OPA model, the long-term impact of each scenario on reducing the blackout risks caused by the cascading outages of transmission lines in the self-organized criticality conditions is estimated.