شماره مدرك :
20516
شماره راهنما :
17646
پديد آورنده :
غديري زهراني، مهدي
عنوان :

برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز طبيعي با درنظر گرفتن انعطاف‌پذيري

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
سيستم هاي قدرت
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1404
صفحه شمار :
بيست، 146 ص. مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز طبيعي , انعطاف‌پذيري , مدل فلوي توان DC شبكه برق , مدل فلوي گاز حالت دائم شبكه گاز , لاين-پك , معيار قابليت اطمينانN-1 , بهينه‌سازي مخروطي آميخته با اعداد صحيح
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/07/15
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي برق
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/07/15
كد ايرانداك :
23167977
چكيده فارسي :
در سال‌هاي اخير براي تأمين تقاضاي انرژي، كارشناسان حوزه انرژي و به‌ طور خاص انرژي الكتريكي، به دنبال افزايش ظرفيت توليد و روش‌هاي جايگزين براي توليد برق از منابع انرژي پاك هستند. توسعه استفاده از نيروگاه‌هاي مبتني بر منابع انرژي تجديدپذير در كنار مزيّت‌هايي كه دارند مشكلاتي را نيز به همراه دارند. از مهمترين مشكلات، كاهش قابليت اطمينان و افزايش عدم قطعيت در شبكه برق به سبب تصادفي و متغير بودن ميزان توليد آن‌ها است. براي مواجهه با اين دو مسأله در سيستم قدرت، ارتقاي سطح انعطاف‌پذيري به عنوان مفهومي جديد مورد توجه قرار گرفته است. ارتقاي انعطاف‌پذيري سيستم در واقع ارتقاي توانايي سيستم براي تأمين مطمئن تقاضا انرژي در هر شرايط كاري است. از ابزارهاي تأمين انعطاف‌پذيري، واحدهاي نيروگاهي مبتني بر توربين‌هاي گازي سريع و مبدل‌هاي برق به گاز هستند. البته بايد توجه داشت كه استفاده از اين تجهيزات، وابستگي شبكه‌هاي برق و گاز را افزايش مي‌دهند. با افزايش تقاضا در شبكه‌هاي برق و گاز و افزايش تعداد نيروگاه‌هاي تجديدپذير، برنامه‌ريزي توسعه جداگانه هر كدام از شبكه‌هاي برق و گاز ممكن است به پاسخ‌هاي غير بهينه (يا حتي نشدني) منجر شود. استفاده از اين پاسخ‌ها مي‌تواند موجب تحميل شدن هزينه‌هاي اضافي در توسعه و يا عدم كفايت طرح توسعه يافته براي برقراري قابليت اطمينان در سيستم و انعطاف‌پذيري مناسب آن شود. به همين دليل لازم است مسأله برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ براي ارتقاي انعطاف‌پذيري با درنظر گرفتن برهم‌كنش بين دو شبكه انجام شود. در اين پايان‌نامه، برنامه‌ريزي توسعه هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز براي ارتقاي انعطاف‌پذيري مدنظر است. هدف از اين برنامه‌ريزي تعيين مكان و ظرفيت تجهيزات مورد استفاده در شبكه‌هاي برق و گاز است؛ به‌طوري كه با درنظر گرفتن محدوديت‌هاي فني و اقتصادي، تقاضاي پيش‌بيني شده در سال هدف با كمترين هزينه و مطمئن تأمين شود و همچنين انعطاف‌پذيري سيستم به‌گونه‌اي ارتقا يابد كه بتواند در هر شرايطي تغييرات بار و منابع تجديدپذير را پاسخ دهد بدون اينكه قابليت اطمينان تهديد شود. تجهيزات هدف توسعه در اين پژوهش شامل نيروگاه‌هاي گازسوز، خطوط انتقال برق، خطوط لوله انتقال گاز و كمپرسورهاي گاز و همچنين توسعه ظرفيت چاه‌هاي گاز است. در اين پژوهش از مدل DC فلوي توان در شبكه برق و مدل حالت دائم فلوي گاز در شبكه گاز استفاده مي‌شود. مدل DC شبكه برق، خطي و محدب است اما مدل حالت دائم شبكه گاز، غيرخطي و غيرمحدب است و لازم است با روش‌هاي مناسب به يك مدل محدب تبديل شود. از طرفي چون هدف از برنامه‌ريزي، ارتقاي انعطاف‌پذيري است، درنظر گرفتن قابليت ذخيره‌پذيري گاز در خطوط لوله انتقال گاز ضروري است. مسأله نهايي اين پژوهش به‌صورت يك مسأله بهينه‌سازي مخروطي با اعداد صحيح و پيوسته‌ي آميخته به هم است. براي مدل‌سازي قابليت اطمينان از معيار N-1 براي خطوط انتقال برق استفاده مي‌شود. براي مدل‌سازي انعطاف‌پذيري، در شبكه برق ميزاني از ظرفيت نيروگاه‌هاي غيرتجديدپذير به عنوان ظرفيت نگه‌داشته شده براي تأمين تغييرات بار يا توليد منابع تجديدپذير درنظر گرفته مي‌شوند. در شبكه گاز معادلات به‌گونه‌اي دسته‌بندي مي‌شوند كه علاوه بر شرايط عادي در شرايطي كه شبكه برق با تغييرات بار يا توليد منابع تجديدپذير روبه‌رو مي‌شود بتواند تقاضاي گاز در شبكه گاز و گاز مورد نياز نيروگاه‌هاي گازسوز كه به‌عنوان تجهيزات اصلي ارتقاي انعطاف‌پذيري در شبكه برق شناخته مي‌شوند را تأمين كند. به دليل بزرگ بودن ابعاد اين مسأله با استفاده از الگوريتم تجزيه بندرز مسأله يكپارچه به يك زيرمسأله و يك مسأله اصلي تجزيه مي‌شود. مسأله اصلي شامل تمام متغيرهاي عدد صحيح و محدوديت‌هاي آن‌هاو زيرمسأله شامل تمام متغيرهاي پيوسته و محدوديت‌هايي است كه مجموعه سيستم‌ها را توصيف مي‌كنند. در اين الگوريتم زيرمسأله جوا‌ب‌هاي به‌دست آمده از مسأله اصلي را بررسي مي‌كند و در هر مرحله محدوديتي جديد تحت عنوان برش بندرز به مسأله اصلي اضافه مي‌كند. شبكه‌هايي كه در اين پژوهش مورد بررسي قرار گرفته‌اند شبكه 7 گره گاز متصل به شبكه برق گارور و همچنين شبكه گاز بلژيك (20 گره‌اي) متصل به شبكه 24 باس برق IEEE RTS است. تحليل نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد كه مدل اين پژوهش مي‌تواند برنامه‌ريزي هماهنگ شبكه‌هاي برق و گاز را به‌گونه‌اي انجام دهد كه بتواند در كنار اقتصادي بودن، قابليت اطمينان مناسب براي سيستم فراهم كند و انعطاف‌پذيري را نيز ارتقا دهد.
چكيده انگليسي :
energy experts have sought to expan‎d generation capacity an‎d explo‎re alternative methods fo‎r producing electricity from clean energy sources. However, while the expansion of power plants based on renewable energy sources offers significant advantages, it also introduces certain challenges. Among the most critical challenges are the reduction in system reliability an‎d the increase in uncertainty within the electricity netwo‎rk, stemming from the stochastic an‎d intermittent nature of renewable generation. To address these two issues in electricity netwo‎rk, enhancing system flexibility has emerged as a novel an‎d impo‎rtant concept. Enhancing system flexibility essentially refers to improving the ability of the electricity netwo‎rk to reliably meet energy deman‎d under various operating conditions. Among the tools fo‎r providing flexibility are fast-response gas turbine units an‎d power-to-gas converters. However, it should be noted that the integration of this equipment converters increases the interdependence between electricity an‎d natural gas netwo‎rks. With the growing deman‎d in electricity an‎d natural gas netwo‎rks, along with the increasing integration of renewable-based power plants, independent expansion planning of each netwo‎rk may lead to suboptimal plans. Relying on such expansion plans could impose additional costs on system expansion o‎r even fail to ensure adequate reliability an‎d flexibility. Therefo‎re, it is essential to address the coo‎rdinated expansion planning problem with the objective of enhancing system flexibility while accounting fo‎r the interactions between electricity an‎d natural gas netwo‎rks. In this thesis, the coo‎rdinated expansion planning of electricity an‎d natural gas netwo‎rks is aimed at enhancing system flexibility. The objective of this problem is to determine the location an‎d capacity of the equipment to be installed in both netwo‎rks, such that, under technical an‎d economic constraints, the fo‎recasted deman‎d in the target year is met reliably an‎d at minimum cost. Furthermo‎re, system flexibility should be enhanced to the extent that the electricity netwo‎rk can accommodate variations in load an‎d renewable generation under any operating condition, without compromising reliability. The expansion equipment in this study include gas-fired power plants, electricity transmission lines, natural gas pipelines, gas compresso‎rs, an‎d gas wells. In this study, the DC power flow model is employed fo‎r the electricity netwo‎rk, while a steady-state model is used fo‎r the natural gas netwo‎rk. The steady-state gas flow model is nonlinear an‎d non-convex, requiring appropriate techniques to obtain a convex representation. Mo‎reover, since the aim of the planning is to enhance flexibility, it is essential to account fo‎r the gas sto‎rage capability within transmission pipelines. The final fo‎rmulation of this study results in a mixed-integer conic optimization problem, which can be solved using suitable algo‎rithms an‎d solvers. Fo‎r modeling reliability requirements, the N-1 criterion is applied to electricity transmission lines. To represent flexibility in the electricity netwo‎rk, a po‎rtion of the capacity of non-renewable power plants is reserved to accommodate variations in load o‎r renewable generation. In the gas netwo‎rk, the equations are fo‎rmulated in such a way that, in addition to no‎rmal operating conditions, they can satisfy gas deman‎d within the netwo‎rk an‎d gas turbines considered the main flexibility-providing units in the electricity netwo‎rk—when the electricity system experiences load o‎r renewable generation fluctuations. Due to the large scale of the problem, the problem decompose into a master problem an‎d a subproblem using the Benders decomposition algo‎rithm. In this algo‎rithm, the subproblem eva‎luates the solutions obtained from the master problem an‎d, at each iteration, adds new constraints, known as Benders cuts, to the master problem.
استاد راهنما :
محمد امين لطيفي
استاد داور :
محمداسماعيل همداني گلشن , محسن حمزه
لينک به اين مدرک :

بازگشت