توصيفگر ها :
برنامه ريزي توسعه شبكه انتقال , معدلات پخش توان َAC , معدلات پخش توان ّّDC , تجزيه بندرز
چكيده فارسي :
با توجه به رشد مصرف انرژي الكتريكي، همچنين توسعه و احداث منابع توليد انرژي الكتريكي مطالعات براي تقويت سيستم قدرت قدرت ضروري است. يكي از مطالعات مهم تقويت سيستم قدرت برنامهريزي توسعه شبكه انتقال است. در اين برنامهريزي هدف تقويت و توسعه شبكه انتقال با توجه به نياز شبكه، بودجه و فناوريهاي در دسترس است؛ به طوري كه در سال افق برنامهريزي، انرژي الكتريكي بدون تبعيض و با قابليتاطمينان قابل قبول در دسترس تمام مصرفكنندگان قرار گيرد.
در اين پايان نامه برنامهريزي توسعه شبكه انتقال در سال هدف با در نظر گرفتن الزامات قابليت اطمينان با هدف حداقلسازي هزينههاي سرمايهگذاري و بهرهبرداري و افزايش قابليت اطمينان شبكه به صورت همزمان مورد مطالعه قرار ميگيرد. شاخص قابليتاطمينان انرژي مورد انتظار تأمين نشده با در نظر گرفتن معيار بروز حوادث N-1 براي تمام تجهيزات انتقال و واحدهاي نيروگاهي و همچنين معيار بروز حوادث N-2 براي شديدترين پيشامدهاي دوگانه مورد ارزيابي قرار ميگيرد. در اين مطالعات، ظرفيت و مكان نصب واحدهاي نيروگاهي مشخص فرض ميشود و بار در سه سطح به وسيله منحني تداومي پلكاني مدلسازي ميشود. مدلسازيهاي پيشنهادي براي حل مسأله برنامهريزي توسعه شبكه انتقال به دو صورت انجام ميشود. ابتدا مدلسازي مرسوم كه مبتني بر معادلات پخشتوان جريان مستقيم است ارائه ميشود و نتايج آن بررسي ميشود. اين مسأله، به صورت يك مسأله برنامهريزي خطي آميخته با اعداد صحيح مدل ميشود. اين مدلسازي داراي تقريب و سادهسازيهاي بيشتري است كه در نتايج عددي نتيجه به كارگيري اين تقريبها نشان داده ميشود. مدلسازي دوم مبتني بر معادلات پخشتوان جريان متناوب است، كه به واقعيت نزديكتر است. اين مدلسازي در مقايسه با مدلسازي اول، مولفه راكتيو، تلفات و محدوديتهاي ولتاژ را در بر دارد. همچنين تصويري از برنامهريزي منابعراكتيو نيز به مسأله اضافه ميشود. اين موارد باعث ميشود كه مدل دوم يك مدل غيرخطي با ابعاد بزرگ باشد. براي تضمين دستيابي به جواب بهينهسراسري معادلات پخشتوان به صورت مخروطي مرتبه دوم محدبسازي ميشوند. بدين ترتيب مدل دوم به صورت يك مسأله برنامهريزي مخروطي مرتبه دوم آميخته با اعداد صحيح ارائه ميشود.
در نظر گرفتن تمام پيشامدها در معيار N-1 و شديدترين پيشامدها در معيار N-2 براي مسائل ذكر شده با باعث افزايش ابعاد مسأله ميشود. نتيجه آن است كه حل مسأله در مدل مبتني بر معادلات پخشتوان جريان مستقيم براي شبكههاي بزرگ به صورت يكپارچه بسيار زمانبر است. همچنين حل مسأله در مدل مبتني بر معادلات پخشتوان جريان متناوب مسأله در شبكه با ابعاد كوچك بسيار زمانبر است و در شبكههاي بزرگ غير ممكن ميشود. از اين رو با به كارگيري تجزيه بندرز، مدلهاي برنامهريزي ارائهشده به يك مسأله اصلي و يك زير مسأله تجزيه ميشوند و در فرآيندي تكراري در زماني قابل قبول حل ميشوند.
مدلهاي برنامهريزي ارائهشده بر روي شبكههاي آزمون استاندارد گارور و 118 باس در نرمافزار گمز پيادهسازي ميشود. به كمك مطالعات موردي عددي متعدد، توانمندي مدلهاي پيشنهادي برنامهريزي توسعه شبكه انتقال مورد ارزيابي قرار ميگيرد.
چكيده انگليسي :
In the context of escalating demand for electrical energy and the ongoing development of electric power plants, power system expansion studies are needed. Notably, transmission expansion planning stands as a pivotal endeavor within this domain. In this study, the main goal is to reinforce and expand the transmission network subject to network operation constraints, budget constraints, and available technologies in such a way that electrical energy demand through the planning horizon is supplied to all consumers reliably and indiscriminately. In this thesis, the transmission expansion planning predicament for the designated future year is addressed. The primary aim is to simultaneously minimize investment and operating costs, while elevating the reliability of energy supply. The expected energy not supplied is evaluated, considering the N-1 contingency criterion for all transmission equipment and power generation units, as well as the N-2 contingency criterion for the most severe double contingencies. The investigation considers a scenario where the capacity and siting of new power plants are pre-established, and the load is characterized using a three-step load duration curve. Two modeling approaches are proposed for the transmission expansion planning problem. First, the traditional modeling based on DC power flow equations is presented and its results are investigated. The formulation of this problem leads to a mixed-integer linear programming framework. This modeling approach incorporates certain approximations and simplifications, a facet that is duly illustrated in the ensuing numerical findings. The second modeling approach is founded upon AC power flow equations, embracing considerations for reactive power, losses, and voltage-related constraints. A proxy of reactive power planning model is also considered in the second approach. Therefore, the second modelling approach results in a large-scale nonlinear optimization problem. In pursuit of a globally optimal solution, the AC power flow equations are tactically relaxed and cast as second-order cone constraints Consequently, the second model is presented as a mixed-integer second-order cone programming problem. It merits acknowledgment that the inclusion of all N-1 and the most severe N-2 contingencies substantially inflates the scale of the optimization problems in the aforementioned approaches. Ergo, solving the DC power flow-based model for large-scale networks becomes very time-consuming. On the other hand, the AC power flow-based model for large-scale networks becomes even intractable. By employing Benders decomposition technique, the proposed planning models are decomposed into a master problem and some subproblems, which are solved iteratively within an acceptable time frame. The proposed transmission expansion planning models are implemented on the six-bus Garver and 118-bus IEEE standard test systems using the GAMS software. Through multiple numerical case studies, the capabilities of the proposed models are investigated.