شماره راهنما :
2362 دكتري
پديد آورنده :
مختاري، علي
عنوان :
تأثير تغييرات دماي محيط بر عملكرد واحدهاي چرخەتركيبي در مسئله در مدار قرار گرفتن واحدهاي نيروگاهي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
توصيفگر ها :
واحد هاي چرخەتركيبي , مسئله در مدار قرار گرفتن واحدهاي نيروگاهي , اثر تغييرات دماي محيط , بهينەسازي تصادفي
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/05/28
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/05/29
چكيده فارسي :
در دهههاي اخير، واحدهاي چرخهتركيبي به دليل بازدهي بالا و انعطافپذيري قابلتوجه، به عنصري كليدي در سبد توليد انرژي سيستمهاي قدرت تبديل شدهاند. سهم فزاينده اين واحدها در تأمين تقاضاي انرژي، بهويژه در كنار منابع تجديدپذير، لزوم مدلسازي دقيق عملكرد آنها را در مسائل بهرهبرداري سيستم قدرت، از جمله مسئله در مدار قرار گرفتن واحدهاي نيروگاهي (UC)، بيش از پيش ضروري ساخته است. عملكرد واحدهاي چرخهتركيبي تحت تأثير شرايط محيطي، بهويژه دماي محيط، قرار دارد. مدلهاي رايج مسئله UC معمولاً اين وابستگي را ناديده گرفته و از پارامترهاي ثابت براي واحدهاي چرخهتركيبي استفاده ميكنند. اين سادهسازي، بهويژه در سيستمهاي قدرتي با سهم بالاي واحدهاي چرخهتركيبي و در شرايط آبوهوايي متغير، ميتواند منجر به تصميمات غيردقيق در بهرهبرداري سيستم قدرت شود. با وجود اين، تأثير دماي محيط بر عملكرد آنها در وضعيتهاي مختلف بهرهبرداري در مسئله UC كمتر مورد توجه پژوهشها قرار گرفته است. هدف اين پژوهش، ارزيابي كمي و كيفي اثرات تغييرات دماي محيط بر عملكرد واحدهاي چرخهتركيبي در مسئله UC و ارائه راهكاري براي حل چالشهاي آن است. در اين راستا، ابتدا براي نيروگاههاي چرخهتركيبي با كمك نرمافزار Thermoflow GT PRO، مدلسازي نيروگاهي انجام ميشود كه امكان تجزيه و تحليل اثر تغييرات دما را بر عملكرد نيروگاههاي مختلف فراهم ميسازد. با استفاده از مدلسازي نيروگاهي و تحليل وضعيتهاي بهرهبرداري مختلف نيروگاههاي چرخهتركيبي در محدوده دمايي محيط، ضرايب تصحيح وابسته به دما براي بيشينه توان خروجي و تابع هزينه استخراج ميشود. سپس اين ضرايب تصحيح در مسئله UC ادغام ميشوند. در اين مسئله UC، از مدل مبتني بر پيكربندي واحدهاي چرخهتركيبي استفاده شده است كه با تركيب ضرايب وابسته به دما بهبود مييابد و خروجي دقيقتري از بهرهبرداري واحدهاي چرخهتركيبي را در شرايط محيطي متفاوت فراهم ميسازد. علاوه بر رويكرد قطعي، اين پژوهش يك مدل بهينهسازي تصادفي دومرحلهاي را نيز توسعه ميدهد كه عدم قطعيت در پيشبيني دماي محيط و تقاضاي بار را با استفاده از سناريوهاي محتمل در نظر ميگيرد. همچنين اين مدل بهصورت يك مسئله بهينهسازي تصادفي ريسكگريز طراحي شده است تا ريسك مواجهه با سناريوهاي بحراني نيز مديريت شود. اين مدل تصادفي، عملكرد وابسته به دماي واحدهاي چرخهتركيبي در پيكربنديهاي مختلف را در فرآيند تصميمگيري تحت عدم قطعيت لحاظ ميكند. براي توليد سناريوها در بهينهسازي تصادفي از يك رويكرد دوبخشي استفاده شده است كه ابتدا پارامترهاي تصادفي را بهصورت مستقل مدلسازي كرده و سپس با كمك توابع مفصل واين به يكديگر وابسته ميكند.
نتايج رويكرد قطعي نشان ميدهد كه ناديده گرفتن دماي محيط ميتواند ظرفيت در دسترس واحدهاي چرخهتركيبي را بهطور قابلملاحظهاي غيردقيق برآورد كند و حتي ممكن است منجر به قطع بار در دماهاي بالا شود. همچنين در مطالعاتي، ارزش پيشبيني دما و تأثير سهم واحدهاي چرخهتركيبي در شبكه مورد ارزيابي قرار ميگيرد. در شبيهسازي بلندمدت نيز اثرات قابلتوجه دما بر بهرهبرداري سيستم مشخص ميشود. نتايج رويكرد تصادفي، نشاندهنده بهبود تصميمات بهرهبرداري در برابر خطاهاي پيشبيني و كاهش هزينه انتظاري سيستم است. نتايج اين پژوهش ميتواند ابزار مناسبي را براي بهرهبرداران سيستم قدرت جهت بهرهبرداري اقتصادي و قابل اطمينان از واحدهاي چرخهتركيبي در مواجهه با تغييرات شرايط محيطي فراهم آورد.
چكيده انگليسي :
In recent decades, combined cycle gas turbine (CCGT) plants have become pivotal in power systems due to their high efficiency and flexibility, especially to support renewables. However, their performance is sensitive to ambient temperature, a factor often ignored in unit commitment (UC) models. This simplification may lead to less accurate and less reliable operational decisions especially in power systems with a high penetration of CCGTs. This study aims to explore both the quantitative and qualitative impacts of ambient temperature variations on the performance of CCGTs within the UC problem and to offer practical solutions for overcoming the related challenges. The methodology begins with detailed thermodynamic modeling of CCGTs using Thermoflow GT PRO software to derive temperature-dependent correction factors for maximum power output and cost functions across various operating configurations. These factors are then integrated into a deterministic UC model with configuration-based CCGT model. A risk-averse two-stage stochastic model manages correlated uncertainties in temperature and load. This model utilizes a sophisticated scenario generation technique, employing vine copulas to capture the complex dependencies between the uncertain variables. Results show that neglecting temperature may cause capacity overestimation and load shedding, while the proposed stochastic approach enhances system robustness and reduces expected costs. This work provides operators with a validated methodology for secure and economic CCGT operation amid environmental variability.
استاد راهنما :
محمد امين لطيفي
استاد مشاور :
يداله ذاكري حسين آبادي
استاد داور :
محمداسماعيل همداني گلشن , رحمت اله هوشمند , محسن حمزه
