توصيفگر ها :
تابآوري شبكه توزيع , رويدادهاي با احتمال وقوع كم و تاثير زياد , شاخص انرژي تامين نشده , ريزشبكهها , منابع توليد پراكنده , الگوريتم بهينهسازي ژنتيك , الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات
چكيده فارسي :
شبكه توزيع انرژي الكتريكي، آخرين ايستگاه در تحويل انرژي الكتريكي به مصرفكنندگان نهايي است. بنابراين، معيارهاي طراحي شبكههاي توزيع بايد تامين مداوم و بدون وقفه بارهاي شبكه را تضمين كنند.
آسيبپذيري زيرساختهاي شبكه توزيع در اثر وقوع رويدادهاي با احتمال وقوع كم و تاثير زياد (High Impact-Low Probability-HILP) ناشي از تغييرات اقليمي، اهميت مفهوم تابآوري شبكه توزيع را برجسته كرده است. به طور كلي، تابآوري را ميتوان به عنوان توانايي سيستم قدرت در آمادگي كافي و مقاومت در برابر رويدادهاي با احتمال وقوع كم و تاثير زياد تعريف كرد، بهگونهاي كه تاثير مخرب اين رويدادها كاهش يافته و مدت زمان اختلال در عملكرد سيستم قدرت به حداقل برسد. براي مقابله با اثرات شديد اين رويدادها بر روي بارهاي شبكه توزيع، روشهاي مختلفي وجود دارد؛ اما استفاده از ريزشبكهها به عنوان يك رويكرد كارا در حال افزايش است. بهطور معمول، تشكيل ريزشبكه همراه با استفاده از منابع توليد پراكنده، براي ارتقا تابآوري بارهاي شبكه توزيع مورد بررسي قرار ميگيرد.
اين پژوهش با هدف بررسي ارتقاي تابآوري بارهاي شبكه توزيع در برابر رويدادهاي با احتمال وقوع كم و تاثير زياد (طوفان باد)، از طريق امكانسنجي تشكيل ريزشبكهها انجام شده است. در راستاي مدلسازي رويداد طوفان باد و تاثير آن بر اجزاي شبكه توزيع، مانند پايهها و سكشنها، از مدلسازي تصادفي مبتني بر تابع توزيع گامبل استفاده شده است. در اين پژوهش، تاثير تصادفي رويداد طوفان باد شبيهسازي شده و نحوه تشكيل ريزشبكهها در شبكه توزيع با در نظر گرفتن وضعيت اجزاي شبكه توزيع و مجموعه نقاط بار ارائه گرديده است. منابع توليد پراكنده، شامل سيستمهاي خورشيدي و ديزل ژنراتور، بهعنوان عناصر اصلي ريزشبكهها در نظر گرفته شدهاند و قيدهاي مرتبط به بهرهبرداري، هزينه و محدوديتهاي توان در مدل رياضي لحاظ شده است. تابع هدف مسئله شامل بهينهسازي همزمان هزينه ارتقاي تابآوري و انحراف ولتاژ باسهاي ريزشبكههاي تشكيل شده در شبكه آزمون است. هزينههاي ارتقاي تابآوري شامل هزينه سرمايهگذاري در خريد و نصب منابع توليد پراكنده، هزينه بهرهبرداري اين منابع، هزينه تلفات ريزشبكه و هزينه حذف بار ميباشد. علاوه بر اين، مكانيابي بهينه منابع توليد پراكنده بهگونهاي انجام شده است كه دامنه ولتاژ باسهاي ريزشبكههاي تشكيلشده در محدوده ولتاژ مرجع 1 پريونيت باقي بماند. براي حل مسئله، از الگوريتمهاي بهينهسازي ژنتيك و بهينهسازي ازدحام ذرات به منظور مكانيابي بهينه منابع توليد پراكنده و مديريت توان استفاده شده است. سناريوهاي مختلف توليد توان سيستم خورشيدي و شرايط مختلف حضور منابع توليد پراكنده در ريزشبكهها، با در نظر گرفتن عدم قطعيتهاي موجود، مورد بررسي قرار گرفتهاند. نتايج شبيهسازيها بر روي شبكههاي آزمون 33 باس استاندارد و 69 باس استاندارد نشان ميدهد كه روش پيشنهادي تاثير قابلتوجهي در كاهش شاخص انرژي تامين نشده، بهبود تابآوري شبكه، بهينهسازي هزينههاي مربوط به ارتقاي تابآوري و تامين بارهاي حساس در شرايط وقوع رويداد با احتمال وقوع كم و تاثير زياد دارد.
كلمات كليدي: تابآوري شبكه توزيع، رويدادهاي با احتمال وقوع كم و تاثير زياد، شاخص انرژي تامين نشده، ريزشبكهها، منابع توليد پراكنده، الگوريتم بهينهسازي ژنتيك، الگوريتم بهينهسازي ازدحام ذرات.
چكيده انگليسي :
The electric power distribution network serves as the final stage of energy delivery to end-users. Therefore, the design criteria of distribution networks must ensure continuous and uninterrupted supply of network loads. The vulnerability of distribution network infrastructure to high impact-low probability (HILP) events, driven by climate change, has underscored the significance of distribution network resilience. In general, resilience can be defined as the power system’s ability to adequately prepare for and withstand HILP events in a manner that mitigates their adverse effects and minimizes the duration of operational disruptions. To counteract the severe impacts of such events on distribution network loads, various strategies have been proposed, with microgrids emerging as an increasingly effective approach. Typically, the formation of microgrids, alongside the integration of distributed energy resources (DERs), is investigated as a means of enhancing the resilience of distribution network loads.
This study aims to enhance the resilience of distribution network loads against HILP events (windstorms) through the feasibility assessment of microgrid formation. To model windstorm event and its impact on distribution network components, such as poles and sections, a stochastic modeling approach based on the Gumbel distribution function has been employed. The stochastic nature of windstorm events is simulated, and the formation of microgrids within the distribution network is analyzed, considering the status of distribution network components, and set of load points. DERs, including photovoltaic systems and diesel generators, are considered the primary elements of microgrids, with operational, cost, and power constraints incorporated into the mathematical model. The objective function simultaneously optimizes the cost of resilience enhancement and voltage deviation minimization across the microgrid buses within the test system. The resilience enhancement costs encompass capital investment cost in DERs procurement and installation, DERs operational cost, microgrid power loss cost, and load curtailment cost. Additionally, the optimal siting of DERs units is performed to ensure that the voltage magnitude of microgrid buses remains within the reference voltage range of 1 per unit. Genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization (PSO) are employed for optimal DERs placement and power management. Various scenarios related to PV power generation and the presence of DERs units within microgrids, considering inherent uncertainties, have been examined. Simulation results on IEEE 33-bus and IEEE 69-bus test networks indicate that the proposed method significantly reduces the energy not supplied (ENS) index, improving network resilience, optimizes the costs associated with resilience enhancement and ensures the supply of critical loads under HILP event conditions.
Keywords: Distribution Network Resilience, High Impact-Low Probability (HILP) Events, Energy Not Supplied Index, Microgrids, Distributed Energy Resources, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization.
