شماره پایان نامه: ………….
دانشکده فنی برق
پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد رشته‌ی برق گرایش قدرت
عنوان پایان نامه
برنامه‌ریزی شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی به منظور کاهش تلفات توان و بهبود پروفیل ولتاژ در سیستم توزیع فشار ضعیف خانگی
استاد راهنما:
دکتر عباس کارگر
استاد مشاوره:
دکتر سعید اباذری
پژوهشگر :
بابک احمدپور سامانی
…./…../1394
دانشکده فنی برق
گروه برق
پايان‌نامه آقاي بابک احمدپور سامانی جهت اخذ درجه كارشناسي ارشد رشته برق گرايش قدرت با عنوان :
برنامه‌ریزی شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی به منظور کاهش تلفات توان و بهبود پروفیل ولتاژ در سیستم توزیع فشار ضعیف خانگی
در تاريخ …………. با حضور هيئت داوران زير بررسي و با رتبه/نمره ………….. مورد تصويب نهايي قرار گرفت.
1. استاد/استادان راهنماي پايان نامه دکتر عباس کارگر با مرتبه علمي ……………………… امضاء
2. استاد/استادان مشاور پايان نامه دکتر سعید اباذری با مرتبه علمي ………………………. امضاء
3. استاد/استادان داور پايان نامه دکتر ……………………….. با مرتبه علمي …………………… امضاء
4. استاد/استادان داور پايان نامه دکتر ……………………….. با مرتبه علمي …………………… امضاء
دکتر ………………………………
معاون پژوهشي و تحصيلات تكميلي
دانشكده ………………………..
تقدیر و تشکر
سپاس خدای را که سخنوران، در ستودن او بمانند و شمارندگان، شمردن نعمتهای او ندانند و کوشندگان، حق او را گزاردن نتوانند. و سلام و دورد بر محمّد و خاندان پاك او، طاهران معصوم، هم آنان که وجودمان وامدار وجودشان است؛ و نفرين پيوسته بر دشمنان ايشان تا روز رستاخيز…
از پدر و مادر عزیزم، این دو معلم بزرگوارم که همواره بر کوتاهی و درشتی من، قلم عفو کشیده و کریمانه از کنار غفلتهایم گذشته اند و در تمام عرصههای زندگی یار و یاوری بی چشم داشت برای من بوده اند؛
از استاد با کمالات و شایسته؛ جناب آقای دکتر عباس کارگر و جناب آقای دکتر سعید اباذری که در کمال سعه صدر، با حسن خلق و فروتنی، از هیچ کمکی در این عرصه بر من دریغ ننمودند و زحمت راهنمایی این رساله را بر عهده گرفتند؛
و از اساتید فرزانه و دلسوز؛ جناب آقای دکتر …… که زحمت داوری این پایاننامه را متقبل شدند؛ کمال تشکر و قدردانی را دارم.
باشد که این خردترین، بخشی از زحمات آنان را سپاس گوید.
کلیه حقوق مادی مترتب بر نتایج مطالعات، ابتکارات و نوآوریهای ناشی از تحقیق موضوع این پایاننامه متعلق به دانشگاه شهرکرد است.
تقدیم به
پدر و مادر عزیز و مهربانم
که در سختی‌ها و دشوار‌ی‌های زندگی همواره یاوری دلسوز، فداکار و پشتیبانی محکم و مطمئن برایم بوده‌اند.
فهرست مطالب
عنـــوانصفحه
فهرست مطالبهشت
فهرست اشکالنه
چکیده1
فصل اول: مقدمه13
1-1-مقدمه13
1-2-اهمیت موضوع تحقیق14
1-3-پیشینه تحقیق15
1-3-1-پیشینه تحقیق در زمینه خودروهای الکتریکی15
1-3-2-پیشینه تحقیق در زمینه پروفیل ولتاژ19
1-3-3-پیشینه تحقیق در زمینه کاهش تلفات22
1-4-روش پیشنهادی24
1-5-روند ارائهی مطالب25
فصل دوم: شبکه‌‌های فشار ضعیف و خودروهای الکتریکی26
2-1-مقدمه26
2-2-شبکه‌های توزیع فشار ضعیف27
2-2-1-انواع شبكه‌ها28
2-2-2-اجزاي تشكيل دهنده شبكه توزيع فشار ضعیف برق29
2-3-پروفیل ولتاژ در شبکه‌های توزیع فشار ضعیف29
2-3-1-عوامل مؤثر بر تنظيم پروفيل ولتاژ31
2-4-تلفات در شبکه‌های توزیع فشار ضعیف32
2-4-1-انواع تلفات34
2-4-2-روش‌هاي تعيين تلفات35
2-5-خودروهای الکتریکی37
2-5-1-انواع خودروهای الکتریکی37
2-5-2-مشخصات خودروی الکتریکی39
2-5-3-تقسیم‌بندی شارژرها42
2-5-4-قابلیت خودرو برای شبکه V2G43
2-5-5-کاربردهای خودروهای الکتریکی با قابلیت V2G44
2-6-تأثیر خودروهای الکتریکی بر شبکه‌های توزیع فشار ضعیف48
فصل سوم: مدلسازی مدیریت توان شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی در شبکه توزیع50
3-1-مقدمه50
3-2-مدل خودروی الکتریکی در شبکه توزیع51
3-3-تابع هدف52
3-4-قیود مسأله53
3-4-1-قیود پخش توان53
3-4-2-قیود خودروی الکتریکی53
3-4-3-قیود محدودیت متغیرهای شبکه53
3-5-روش حل مسألهError! Bookmark not defined.
3-6-علائم57
3-6-1-متغیرها57
3-6-2-پارامترها58
3-6-3-مجموعه‌ها و شمارنده‌ها59
3-7-خلاصه60
مراجع61

فهرست اشکال
شکل ‏11 این شکل از پایان نامه می باشدError! Bookmark not defined.

چکیده
از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود، از استایل چکیده استفاده شود.
کلمات کلیدی: کلمات کلیدی
فصل اول
مقدمه
امروزه وجود مسائل زیست محیطی و کاهش سوختهای فسیلی باعث شده که توجه به منابع انرژی نو و فناوریهای جدید کمک کننده به عوامل یاد شده افزایش یابد. به‌طوری‌که از چند سال أخیر، به‌علت بحرانهای نفتی در جهان، استفاده از خودروهای الکتریکی به جای خودروهایی با سوخت فسیلی پیشنهاد شده است [1]. لذا پیشبینی میشود که تعداد خودروهای الکتریکی در چند سال آینده افزایش چشمگیری داشته باشد، به‌طوری‌که طبق گزارش وزارت انرژی ایالات متحده1 (DOE)، فروش سالانه خودروهای الکتریکی هیبریدی قابل اتصال به شبکه2 (PHEV)در سال 2035 به بیش از 300 هزار خودرو در سال خواهد رسید ]1[. همچنین براساس [2]، تعداد خودروهای الکتریکی در سال 2020 در حدود 44% نسبت به سال 2010 افزایش خواهد یافت. خودروهای الکتریکی دارای انواع مختلفی هستند که در برخی از آن‌ها برای تأمین انرژی مورد نیاز خود از شبکه الکتریکی استفاده میکنند. در این‌صورت میزان انرژی دریافتی از شبکه افزایش مییابد که این امر موجب افزایش مشکلات شبکه میشود. به‌عنوان مثال، اگر تعدادی خودروی الکتریکی برای تأمین انرژی مورد نیاز خود در ساعتهای 18:00 تا 22:00 به شبکه متصل شوند، لذا در این‌صورت میزان افت ولتاژ در باسهای شبکه افزایش یافته و امکان خارج شدن ولتاژ از محدوده مجاز وجود دارد [3]. ولی استفاده مدیریت شده از خودروهای الکتریکی موجب پیدایش کاربردهای این خودروها در شبکه الکتریکی خواهد شد. به‌طوری‌که براساس [4]، خودروهای الکتریکی قادرند که در تنظیم فرکانس، تنظیم ولتاژ، رزرو چرخان و غیرچرخان، خدمات جانبی، تنظیم پروفیل بار انجام فعالیت کنند.
در این فصل ابتدا تأثیرات اتصال خودروهای الکتریکی بر روی شبکه الکتریکی مورد بررسی قرار میگیرد و سپس کارهای صورت گرفته برای کاهش مشکلات ایجاد شده بر اثر خودروهای الکتریکی در شبکه الکتریکی ارائه میشود. در نهایت روش پیشنهادی و اهداف پایان نامه بیان خواهد شد.
اهمیت موضوع تحقیق
خودروهای الکتریکی با استفاده از باتری قادرند که مصرف سوخت بنزینی را کاهش دهند. آن‌ها برای شارژ باتریهای خود از شبکه الکتریکی استفاده میکنند، به‌طوری‌که بین باتری و شبکه الکتریکی عنصری به‌نام شارژر قرار میگیرد. شارژر نیز از دو مبدل AC-DC و DC-DC تشکیل شده است که وظیفه تبدیل برق متناوب به برق مستقیم را به عهده دارد [5]. همچنین شارژر از ادوات الکترونیک قدرت استفاده کرده است که این نوع ادوات دارای خاصیت غیرخطی هستند. علاوه‌بر این موضوع، خودروهای الکتریکی برای تأمین انرژی مورد نیاز خود، عموماً از ساعت 14:00 تا 24:00 وارد شبکه میشوند3 و در ساعتهای 5:00 تا 10:00 از شبکه خارج میشوند4 [6]. براساس [6] اوج ورود خودروهای الکتریکی به شبکه با پیک بار همپوشانی دارد.
با توجه به مشخصات ساختاری و رفتاری خودروهای الکتریکی که در بالا ذکر شد، اگر خودروهای الکتریکی بدون مدیریت و هماهنگی با شبکه، به شبکه قدرت متصل شده و عملیات شارژ باتری آغاز شود و از آن‌جایی‌که مالکان خودروهای الکتریکی عمدتاً خودروهای خود را در ساعات پیک بار به شبکه متصل می‌نمایند بنابراین میزان انرژی درخواستی از شبکه در ساعات پیک بار افزایش چشمگیری خواهد داشت که این امر موجب افزایش تلفات، افت بیشتر ولتاژ باسها و خارج شدن توان خطوط از مقدار مجاز خواهد شد [7-9]. ازآن‌جا که افت ولتاژ بیش از مقدار مجاز و خارج شدن توان خطوط از مقدار مجاز موجب خاموشی شبکه و قطع بریکر میشود، لذا شبکه الکتریکی از ورود تعداد بالای خودروهای الکتریکی با وضعیت شارژ یاد شده، جلوگیری خواهد کرد. علاوه‌بر این موضوع، ساختار شارژر خودروهای الکتریکی دارای خاصیت غیرخطی است که این امر موجب تزریق هارمونیکهای ولتاژ و جریان از طرف خودروهای الکتریکی به شبکه میشود [10]. وجود هارمونیک در شبکه الکتریکی موجب کاهش عمر مفید و خرابی تجهیزات موجود در شبکه خواهد شد [11]. بنابراین مشکلات ایجاد شده در شبکه الکتریکی تحت تأثیر ورود خودروهای الکتریکی به‌طور کلی میتواند دو مورد باشد که عبارتند از :
مشکلات ازدیاد تقاضای انرژی در ساعات پیک بار
مشکلات کیفیت توان
مشکل اولی موجب افزایش شاخصهای شبکه به سمت وضعیت نامناسب و مشکل دومی موجب کاهش عمر مفید و خرابی تجهیزات شبکه میشود.
پیشینه تحقیق
مشکلاتی که در اثر افزایش ضریب نفود خودروهای الکتریکی5 در شبکه ایجاد میشود، بیشتر در اثر عدم مدیریت توان شارژر خودروهای الکتریکی و عدم وجود هماهنگی مناسب بین خودروها است. در زمینه هماهنگی و مدیریت خودروهای الکتریکی برای تنظیم میزان بار شبکه تحقیقات مختلفی صورت گرفته است که در ادامه توضیح خواهد داده میشود.
پیشینه تحقیق در زمینه خودروهای الکتریکی
مرجع ]12[، برای افزایش ضریب نفوذ خودروهای الکتریکی، زمان شروع شارژ باتری خودروها را به بازه‌ی کم‌باری شبکه انتقال داده است. برای انجام این منظور فرض شده که بین شبکه و خودروها بستری هوشمند وجود داردکه خودروها از قیمت انرژی هر لحظه شبکه آگاهی دارند. صاحبان خودرو نیز تصمیم میگیرند که در ساعاتی با قیمت کمتر به شارژ باتری خودرو بپردازند. همچنین شبکه قادر است که از شارژ شدن باتری خودروها در بازه‌ی اوج بار شبکه جلوگیری کند. برای این منظور مرجع [12] از تابع هدف کمینهسازی خرید انرژی با قیود مدل کننده رفتار خودروهای الکتریکی و پخش بار DC استفاده کرده است. لذا در این‌صورت علاوه‌بر افزایش تعداد خودروهای متصل شده به شبکه، مشکلات ازدیاد تقاضای انرژی در ساعات پیک بار که در بخش قبلی ذکرشد، ایجاد نخواهد شد.
مرجع ]13[، هر دو حالت شارژ و دشارژ باتری را برای خودروهای الکتریکی در نظر گرفته است. به ‌طوری‌که اگر خودروهای متصل شده به شبکه در لحظه اتصال دارای میزانی انرژی در باتری خود باشند، برخی خودروها میتوانند بخشی از انرژی خود را از طریق خودروهای فوقالذکر تأمین کنند. در این مرجع از تابع هدف کمینهسازی تلفات انرژی شبکه استفاده شده است. لذا با توجه به نتایج مرجع یاد شده، خودروهای الکتریکی در ساعات کم‌باری از شبکه انرژی موردنیاز باتری را دریافت میکنند و در ساعات پیک بار برخی از خودروها قادرند که انرژی برخی از خودروها و دیگر بارهای شبکه را تأمین کنند. لذا در این‌صورت تعداد خودروهای قابل اتصال به شبکه افزایش یافته و همچنین میزان بار در ساعات پیک بار نسبت به بار پایه شبکه اندکی کاهش مییابد. علاوه‌بر موارد یاد شده تلفات شبکه نیز کمتر میشود.
مرجع ]15[، روش تنظیم بار هوشمند بهنگام6 را ارائه کرده است که در این روند، در هر گام زمانی، خودروهای الکتریکی با رعایت حق تقدم دیگر خودروها، شارژ میشوند. نتایج حاصله از مرجع یاد شده همانند مراجع دیگر است. کارهای صورت گرفته که در بالا یاد شد برای حل مشکلات افزایش تقاضای انرژی در پیک بار شبکه است که عموماً برای رفع مشکل، زمان شارژ خودروها را به بازهی کم‌باری شبکه انتقال دادهاند. خودروهای الکتریکی می‌توانند قدرت زیادی را از شبکه دریافت کنند. در صورتی‌که خودروهای الکتریکی فقط به‌عنوان بار مصرفی استفاده شوند، مشکل بزرگی در صنعت برق به‏ وجود می‏آید. این مشکلات به این خاطر به وجود می‏آید که خودروی الکتریکی یک مصرف‏کننده‏ی متحرک در شبکه است و مکان و زمان مصرف الکتریسیته‏ی آن نامشخص است [17]. اما از طرفی خودروهای الکتریکی دارای ذخیره‏ساز انرژی نیز هستند. پس یک خودروی الکتریکی می‏تواند علاوه‌بر بار مصرفی به‌عنوان یک ذخیره‏ساز انرژی استفاده شود. در صورتی‌که خودروی الکتریکی بتواند به شبکه وصل شود و قابلیت تبادل انرژی با شبکه را داشته باشد، به این امکان اتصال خودرو به شبکه7V2G می‏گویند [18(3)]. زمانی‌که در شبکه، تقاضای توان اکتیو بیش از تولید آن ‌شود؛ می‌توان شارژ خودروهای الکتریکی را قطع کرد و یا از آن‌ها به‌عنوان تولیدکننده‌ی توان اکتیو استفاده نمود تا تعادل بین تولید و مصرف توان اکتیو نگه داشته شود [21].
شارژر خودروهای الکتریکی به‌صورت آنبورد8 و آفبورد9 ساخته می‏شود. به‌طوری‌که در شارژر آنبورد ساختار الکترونیکی موردنیاز در داخل خودرو قرار داده شده و احتیاج به لوازم اضافی در بیرون خودرو نیست. این شارژرها دارای سرعت شارژ کم می‌باشند. شارژرهای آفبورد جهت شارژ سریع خودرو به کار می‏روند. کلیه‌ی تجهیزات الکترونیکی این شارژرها در یک جایگاه شارژ نصب می‏شود [35]. استانداردهای چادمو ،IEEE P2030 و IEC 61851 مشخصات جایگاه‌های شارژ سریع را بیان کرده‌اند [36]. راندمان، کیفیت توان، مشخصات تکنیکی [36] و قابلیت V2X باید در طراحی جایگاه شارژ سریع مدنظر قرار گیرد. طراحی جایگاه‌های شارژ سریع در [37] انجام شده است. در مرجع [(37)38] برای بالا بردن بازده کل سیستم و صرفه‌جویی در هزینه سوخت راه‌کارهای متفاوتی ارائه شده است که از جمله آن‌ها می‌توان به تغییر تعرفه‌های برق در ساعت‌های مختلف اشاره کرد. با سیستم‌های دو تعرفه‌ای و بالاتر می‌توان قیمت برق در ساعات پیک را افزایش داده و مصرف‌کنند‌گان را به سمتی تشویق کرد که مصارف زیادشان را از ساعات پیک به ساعات غیر پیک جا به‌جا کنند. با این روش می‌توان منحنی بار روزانه را هموارتر کرده و به تبع آن بازده سیستم را بالا برد. یکی دیگر از راه‌کارهای مدیریت سمت تقاضا استفاده از بارهای مدیریت‌پذیر است. به این‌صورت که ISO این بارها را در اجرای بازار به‌صورتی دخالت می‌دهد که بتواند دره‌های موجود در منحنی بار را پر کرده و به تبع آن پیک قله‌های موجود در آن را کاهش دهد تا از این بازده سیستم قدرت بالا رود. از این طریق می‌توان در ساعات پیک بار، تراکم را مدیریت کرده و تا حدودی کاهش داد و همچنین می‌توان تأثیرات مدیریت سمت تقاضا را برای بحث اقتصادی روی مباحثی مانند بهره‌برداری بررسی کرد [38]. راه‌کار مطرح شده در مرجع [40]، استفاده از خودروهای هیبریدی متصل به شبکه (PHEV) است. در حقیقت مجموعه‌هایی از این خودروهای الکتریکی را به‌عنوان نیروگاه‌ها یا بارهای مدیریت‌پذیر کوچکی می‌توان فرض نمود، که می‌توانند بسته به نیاز شبکه با سیستم تبادل انرژی داشته باشند. در این مراجع، در زمینه داخل نمودن این خودروها در برنامه UC کار شده است. اما در این موارد قیود شبکه لحاظ نشده و فقط حالت بهینه اتصال این خودروها به شبکه برق را بررسی کرده است.
به‌طور کلی، خودروهای الکتریکی در 90 درصد اوقات متوقف بوده و در پارکینگ‌ها پارک هستند [41]. برای همین دلیل اگر فرض شود که تعداد زیادی از این خودروهای الکتریکی به‌صورت هیبریدی کار می‌کنند، می‌توان استفاده‌های متنوعی را از باتری این خودروها در این زمان‌ها داشت. در این مرجع هدف بهینه‌سازی دریافت و تزریق انرژی توسط خودروهای هیبریدی (با قابلیت اتصال به شبکه قدرت) در عملیات بهره‌برداری از سیستم‌های قدرت و بازار برق است. این بهینه‌سازی با استفاده از مسئله برنامه‌ریزی مبتنی بر قیمت مشارکت واحدها یا همان SCUC و با توجه به تعداد و محل اتصال این خودروها، انجام می‌شود. برنامه‌ریزی بهره‌برداری (فرآیند بهینه‌سازی) در دو وضعیت با و بدون حضور این خودروها انجام و تأثیر حضور این خودروها در شبکه قدرت بررسی می‌شود. همچنین تأثیر عملکرد تعداد زیادی از خودروها بر رفتار شبکه برق، در مقیاس گسترده منطقه‌ای بررسی می‌شود.
توانایی سیستم موجود برای تأمین بار اضافی ناشی از خودروهای هیبریدی می‌تواند برای صنعت برق یک نوع مشکل به وجود بیاورد. مطالعات نشان داده است که در سال 2020، با 25 درصد نفوذ این خودروها در 13 ایالت آمریکا، در صورتی‌که هر خودرو حدود ساعت 5 بعد از ظهر (درست زمانی که منحنی بار هنوز نزدیک پیک روزانه است) به شبکه برای شارژ شدن متصل شود، 160 واحد تولیدی جدید برای تأمین این بار نیاز است [42]. اگرچه با تکنولوژی شبکه‌های هوشمند [43]، می‌توان ساعت شارژ را تغییر داده و به ساعات غیر پیک منتقل نمود. در این صورت دیگر نیازی به واحدهای تولیدی جدید نیست. این وضعیت ممکن است در بعضی مناطق بهتر هم باشد. به‌عنوان مثال، نتایج تحقیقی نشان داده است که اتصال 4 میلیون از این خودروها برای شارژ به شبکه برق کالیفرنیا می تواند بدون نصب واحد تولیدی جدید و با سیستم قدرت موجود ممکن شود. در حقیقت، تغییرات کوچک در منحنی بار روزانه با وجود تمام خودروهای هیبریدی متصل به شبکه، می‌تواند با ظرفیت موجود به خوبی اداره شود [44].
يک خودرو مي‌تواند به منظور افزايش ظرفيت نصب شده با کاهش بار اوج مورد استفاده قرار گيرد. همچنين از آن مي‌توان به‌صورت ترکيبي با انرژي‌هاي ديگر مانند انرژي باد و خورشيد استفاده کرد. بدين صورت که در طول روز که انرژي توليدي توسط خورشید زياد مي‌باشد، با مديريت مناسب، انرژي اضافي را در باتري اين خودروها ذخيره نمود. مارکل [55(57)] چندين روش مختلف براي کنترل ناوگان اين خودروها ارائه نموده است. يکي از روش‌هاي شارژ براساس اين فرض پايه‌ريزي شده است که خودروهاي با قابليت اتصال به شبکه مي‌توانند به وسيله يک منبع انرژي نو شارژ شوند. اين مقاله همچنين محدوديت‌ها و فرصت‌ها را براي تغذيه خودروهاي الکتريکي از طريق منابع انرژي‌هاي نو مشخص نموده است.
شارژ سريع يک روش آسان مي‌باشد که خودرو جهت شارژ، بار بيشتري از شبکه مي‌کشد. اين نوع شارژ معمولاً در ولتاژ 240 ولت و جريان 30 آمپر انجام مي‌شود. در مرجع [63] روش شارژي ارائه شده است که در آن شارژ خودرو در خانه و در ساعات کم‌باري از 9 شب تا 11 صبح انجام مي‌شود. اختلاف کمي بين شارژ منظم و نامنظم براي طرح‌هاي شارژ در ديده شده است. در مرجع شارژ نامنظم به‌صورت شارژي تعريف شده است که در آن مقدار کمي از اطلاعات يا هيچ اطلاعاتي در رابطه با قيمت برق در دسترس نمي‌باشد. شارژ منظم شارژي است که براساس برخي از اطلاعات، صاحبان PHEV را ترغيب مي‌کند که در ساعات مشخصي از روز خودرو خود را شارژ کنند.
روش ديگر تعريف شده در رابطه با زمان شارژ در مرجع [64] ارائه شده است. در اين مرجع صاحبان PHEVها فرض مي‌کنند که PHEVها در 120 ولت به‌صورت هماهنگ (هوشمند) و در 240 ولت در ساعات بين 5 تا 7 بعدازظهر (به‌علت شارژ سريع) شارژ مي‌شوند. پيشرفته‌ترين پروفيل شارژ آن‌هائي هستند که از فناوري‌هاي هوشمند در سيستم شارژ و شبکه توزيع استفاده مي‌کنند. اين قابليت در مرجع [69] در نظر گرفته شده است. از ديگر ايده‌هاي جديد براي شارژ PHEVها، کنترل بار در ساختمان مي‌باشد. در اين روش لوازم غير ضروري از برق جدا مي‌شود. شارژ هوشمند با استفاده از فناوري هوشمند در مرجع [69] و با فناوري V2G در مرجع [41] در نظر گرفته شده است. زمان ديگري براي شارژ در مرجع [70] ارائه شده است. در اين روش عمل شارژ زماني انجام مي‌شود که تعداد زيادي از PHEVها در محل شارژ مانند پارکينگ‌ها وجود داشته باشد. در اين موارد زمان شارژ براساس الگو و عادات رانندگي به‌صورت يک روش شارژ کنترل شده، بهينه و با استفاده از سيستم مرکزي انجام مي‌شود.
پیشینه تحقیق در زمینه پروفیل ولتاژ
مراجع قبل مدل پخش بار DC را برای مدل رفتاری شبکه استفاده کردهاند که در این صورت مشکلات افت ولتاژ و خارج شدن پروفیل ولتاژ از حالت تخت به‌علت وجود خودروهای الکتریکی در شبکه مورد بررسی قرار نگرفته است. در مرجع ]14[، از مدل پخش بار AC برای مدلسازی رفتار شبکه استفاده کرده است. لذا در این مرجع، زمان شارژ بهینه خودروهای الکتریکی با توجه به پروفیل ولتاژ شبکه سنجیده میشود. در مرجع یاد شده از تابع هدف کمینهسازی انحراف دامنه ولتاژ باسها از مقدار مطلوب با توجه به مدل رفتاری خودروهای الکتریکی استفاده شده است. نتایج بهدست آمده نشان میدهد که زمان شروع شارژ بهینه خودروهای الکتریکی متناسب با ساعات کمباری است و همچنین با کنترل توان شارژ خودروهای الکتریکی، دامنه ولتاژ باسها در ساعات کمباری از حد مجاز پایین خود عبور نمیکنند. با توجه به نتایج مرجع یاد شده، در صورتی‌که دامنه ولتاژ برخی از باسها به‌علت بارهای پایه شبکه از حد مجاز پایین خود عبور کنند، خودروهای الکتریکی با در نظر گرفتن تنها حالت شارژ نمیتواند مشکل یاد شده را رفع کنند.
یکی دیگر از سرویس‏هایی که V2G می‏تواند فراهم کند، سرویس کنترل ولتاژ و کنترل توان راکتیو می‏باشد. کنترل ولتاژ و کنترل توان راکتیو به منظور نگهداری ولتاژ خطوط انتقال در محدوده‏ی مجاز آن انجام می‏شود. در مرجع [23] ولتاژ شبکه توسط عمل شارژ و دشارژ خودرو کنترل می‏شود، یعنی زمانی‌که ولتاژ شبکه افت می‏کند عمل شارژ باتری متوقف می‏شود و عملیات دشارژ باتری خودروهای الکتریکی در برخی موارد ضروری برای جبران افت ولتاژ ناشی از بارهای دیگر شبکه استفاده میشود. زمانی‌که ولتاژ شبکه بالا می‏رود باتری شارژ می‏شود، به‌دنبال این عمل میزان بار دریافتی از شبکه افزایش یافته و در نهایت ولتاژ شبکه به مقدار مجاز کاهش مییابد. از V2G می‌توان برای ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر [24] و کاهش‌دادن بار در ساعات پیک مصرف استفاده نمود. بهطوری‌که خودروهای الکتریکی با ذخیره انرژی تولیدی منابع تولید تجدیدپذیر مانند سیستمهای فتوولتائیک در باتریهای خود در طول روز میتوانند ذخیرهسازهای مناسبی برای منابع تجدیدپذیر باشند. همچنین با دشارژ توان در ساعات پیک مصرف کمک فراوانی به شبکه خواهند کرد. با وجود کاربردهای فراوان V2G، استفاده از آن احتیاج به زیرساخت‏های فراوان، تعداد خودروی زیاد و سیستم کنترلی پیچیده دارد [(27)25].
در صورتی‌که خودروی الکتریکی قابلیت تبادل انرژی با منزل را داشته باشد، به این قابلیت V2H10 می‌گویند. از V2H برای کاهش پیک بار منزل استفاده می‌شود [26]. در زمان پیک بار، خودرو به منزل انرژی تزریق می‌کند و باعث کاهش پیک بار منزل می‌شود. همچنین از V2H در زمان قطعی برق منزل نیز استفاده می‌شود [27]، به طوری که اگر برق منزل از طرف شبکه برای مدتی قطع شود، از آنجا که خودروی الکتریکی برای شارژ و دشارژ باتری به پریز منزل وصل است، لذا با استفاده از حالت دشارژ باتری میتوان انرژی مورد نیاز منزل را توسط باتری خودروی الکتریکی تأمین کرد. در [28] یک خانه‌ی هوشمند در حضور یک خودروی الکتریکی طراحی شده است. این خانه‌ی هوشمند در زمان قطع برق، انرژی منزل را توسط خودروی الکتریکی تامین می‌کند و همچنین می‌تواند باعث کاهش پیک بار منزل شود.
قابلیت تبادل انرژی بین دو خودرو را V2V11 می‌نامند. از V2V در زمان قطع شدن برق شبکه و پیک بار استفاده می‌شود [29]. قابلیت انتقال انرژی از خودرو به یک ساختمان بزرگ12 را V2B می‌نامند. V2B می‏تواند برای کاهش پیک بار، بهبود پروفایل ولتاژ و کاهش تلفات مورد استفاده قرار می‌گیرد [30]. یکی از استفاده‌ها‏ی V2B کاهش هزینه‏ی شارژ و به‌دست آوردن سود از طریق دشارژ باتری می‏باشد. به‌طوری‌که خودرو در زمان کمباری که قیمت انرژی ارزان است، عملیات شارژ صورت میگیرد و ساعات پیک بار که قیمت انرژی گران است، عملیات دشارژ صورت میگیرد. البته شایان ذکر است که در مرجع یاد شده صحبتی از تأثیرات عملیات دشارژ باتری برروی عمر مفید باتری نشده است.
V2G احتیاج به تعداد خودروی زیاد و سیستم کنترلی پیچیده دارد [31]؛ ولی V2H سیستم کنترلی پیچیده‌ای ندارد. در V2G احتیاج به یک شبکه‌ی هوشمند است. اجرای V2H نیز نیاز به یک خانه‌ی هوشمند دارد [32]؛ ولی V2B احتیاج به یک ساختمان هوشمند ندارد [33]. در V2B احتیاج به تعداد خودروی زیاد مانند V2G نیست؛ ولی مانند V2H نیز فقط از یک خودرو استفاده نمی‌کند.V2B و V2H می‌توانند تا فراهم شدن زیرساخت‌های V2G جایگزین مناسبی برای آن باشند؛ ولی مزایای V2B نسبت به V2Hبیشتر است [34].
دايك تاثير افزايش تبديل خودروهاي معمولي به برقي و تأثير آن بر روي بارهاي محلي را در شبكه برق كشور انگليس مورد ارزيابي قرار داده است[51]. سپس پتانسيل‌هاي موجود در تجميع بارهاي اين خودروها با استفاده از تكنولوژي V2G مورد بررسي قرار گرفته است. براساس آن، خودرهای الکتریکی تجمیع قادر به تنظیم فرکانس، قابلیت رزرو و … را دارند. بروك در مرجع [52] نشان داده است كه درآمد ناخالص خودروهاي الکتریکی در بازار تنظيم توان كاليفرنيا در حدود 3038 تا 5038 دلار در سال مي‌باشد. وايت [53] با استفاده از داده‌هاي بهره‌بردار مستقل نيويورك براي شرق نيويورك، يك برنامه با دو كاربرد همزمان را براي تنظيم V2G جهت كاهش بار پايه و پيك روزانه در طول روزهايي كه تقاضا بالا مي‌باشد، ارائه نموده است. ميترا در مرجع [54] يك كنترل‌کننده با كاربرد وسيع را براي فراهم نمودن ميرايي سه ژنراتور در يك سيستم 12 شينه و با حضور خودروهاي قابل اتصال به شبكه طراحي کرده است.
تأثير PHEVها در شبکه توزيع شهر استکهلم در مرجع [71] بررسي شده است. در اين مطالعه PHEVها به‌عنوان يک بار منظم مدل شده‌اند. ميزان نفوذ PHEVها با توجه به جمعيت و تراکم تجاري در هر منطقه متغير مي‌باشد و مدل‌سازي براي دو حالت شارژ هماهنگ و ناهماهنگ با استفاده از PSS/E و Python صورت گرفته است. از PSS/E براي انجام پخش بار و از Python براي تغيير بار در هر شبيه‌سازي استفاده شده است. نتايج به‌دست آمده در اين مقاله نشان مي‌دهد که:
با استفاده از شارژ منظم ( هماهنگ)، تعداد خودروهاي بيشتري مي‌توانند از طريق شبکه شارژ شوند.
در صورت افزايش تعداد PHEVها، بايد شبکه موجود در اين منطقه توسعه يابد.
در مناطق مسکوني در صورتي‌که تعداد افراد يا PHEVها افزايش يابد، مشکل به‌ وجود خواهد آمد.
تأثيرگذاري PHEVها در شبکه کاليفرنيا در مرجع [72] مورد بررسي قرار گرفته است. اساس اين مطالعه جمع‌آوري اطلاعات در بخش‌هاي مختلف مي‌باشد. نتايج اين مقاله نشان مي‌دهد که تهديد اساسي براي شبکه کاليفرنيا، شارژ کنترل نشده (ناهماهنگ) PHEVها در ساعات اوج مصرف مي‌باشد و با استفاده از شارژ کنترل شده (هماهنگ) PHEVها در زمان پائين بودن مصرف، مي‌توان بر اين مشکل غلبه نمود.
در مرجع [62] از يک روش هوشمند براي شارژ PHEVها استفاده شده است. در اين مقاله با استفاده از دو روش کنترل بار محلي و خارجي، شارژ PHEV کنترل شده است. در روش کنترل شارژ محلي، روند شارژ هر خودرو به‌صورت مستقل کنترل مي‌شود؛ زمان شارژ از لحظه اتصال خودرو به شبکه آغاز مي‌شود و فرض مي‌شود که زمان خروج خودرو مشخص باشد و يا با استفاده از اطلاعاتي نظير سابقه خودرو و يا اظهارات مالک مشخص شده باشد. در اين‌حالت زمان و نرخ شارژ با استفاده از بار پايه خانگي محلي پيش‌بيني مي‌شود. لذا بهينه‌سازي براساس بار محلي(خانگي) انجام مي‌شود و تاثير بارهاي غير محلي در نظر گرفته نخواهد شد و ممکن است که بارهاي اوج محلي موجود بزرگ‌تر شده و يا مقدار جديدي براي آن‌ها به وجود آيد. در اين روش هدف تعيين پروفيل بار بهينه محلي مي‌باشد که براساس بار محلي پايه و بار ثابت شارژ مشخص مي‌شود. اما روش دوم، روش کنترل انرژي براساس بار خارجي مي‌باشد که در اين روش، روند شارژ در يک محدوده وسيع‌تري از بارهاي خانگي بوده و خودروها در مقياس 100-200 خانه کنترل مي‌شوند. مشابه حالت قبل، در اين روش، برنامه‌ريزي براساس اطلاعات بار خارجي انجام خواهد شد. لذا روند شارژ با توجه به بار خارجي و بدون در نظر گرفتن تاثيرات محلي انجام خواهد شد و ممکن است که بارهاي اوج محلي موجود بزرگ‌تر شده و يا مقدار جديدي براي آن‌ها به وجود آيد. هدف اين بهينه‌سازي‌ها، مسطح نمودن بار و کاهش بار اوج مي‌باشد. در اين مقاله از برنامه‌ريزي درجه دوم براي بهينه‌سازي استفاده شده است.
پیشینه تحقیق در زمینه کاهش تلفات
برای رفع مشکلات کیفیت توان، مرجع ]16[، استفاده مجتمع خودروها را بیان کرده است که در این‌صورت هارمونیکهای برخی خودروها توسط برخی دیگر از خودروها حذف میشود و در نهایت میزان هارمونیک کمتری وارد شبکه می‌شود. فرناندز در [58] تأثير ميزان سطوح مختلف نفوذ اين خودروها را در سرمايه‌گذاري و افزايش انرژي تلفاتي شبکه توزيع مورد مطالعه قرار داده است. لوپز [59] نيز تأثير مجموعه‌اي از EVها را در سيستم‌هاي قدرت مورد مطالعه قرار داده است. با توجه به نتايج مؤلفان، چارچوب پيشنهادي داراي دو بخش اصلي بهره‌برداري فني شبکه و محيط بازار برق مي‌باشد. شائو [59] تأثير نرخ انرژي الکتريکي را براساس ميزان تأثير استفاده از اين خودروها و ميزان نفوذ آن‌ها بر روي توزيع شکل بارها تحليل نموده است. کوئين [59] تقاضاي بار در اثر شارژ باتري‌هاي خودروهاي الكتريكي را مدل‌سازي و تحليل نموده است.
کلمنت [60] تأثير شارژ PHEVها را در شبکه توزيع خانگي مورد ارزيابي قرار داده است. روئي در مرجع [57] تأثير PHEVها در سيستم‌هاي قدرت را از جنبه‌هاي مختلف مورد ارزيابي قرار داده است. بسته به موقعيت سيستم شارژ خودروها، کنترل شارژ خودروها مي‌تواند به دو بخش شارژ خانگي و شارژ در جايگاه‌هاي عمومي تقسيم شود. در يک جايگاه عمومي ممکن است هزاران خودرو جهت شارژ وجود داشته باشند که بايد شارژ اين خودروها به دقت مديريت شود. به‌عنوان نمونه زماني‌که مردم اول صبح سرکار مي‌رسند، مي‌خواهند خودرو خودرا شارژ نمايند که بايستي شارژ آن‌ها طبق برنامه مديريت شود. در غير اين‌صورت شبکه با اضافه بار مواجه شود و باعث قطعي شبکه خواهد شد.
سورتومي در [60] سه تابع هدف شامل حداقل‌سازي تلفات، حداکثرسازي ضريب بار و حداقل‌سازي واريانس بار تعريف نموده است. شارژ هماهنگ PHEVها مي‌تواند تأثير آن‌ها را بر روي سيستم توزيع به حداقل برساند. در مرجع [61] تأثير PHEVها در شبکه برق بلژيک مورد مطالعه قرار گرفته است. بخش مهم اين مقاله، انجام پخش‌ بارهاي مختلف در حضورPHEV مي‌باشد. سه حالت مختلف زير جهت شارژ PHEVها با روش شارژ کنترل نشده مورد بررسي قرار گرفته است. اين روش‌ها، بر روي شبکه 34 گره‌اي IEEE با ميزان نفوذ PHEVها در حدود 0%، 10% ، 20% و 30% مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مقاله نتيجه‌گيري شده است که افزايش تعداد PHEVها به شدت بر روي تلفات و نوسانات ولتاژ شين‌ها تاثير مي‌گذارد. در اين مقاله هر روز به چهار بازه تقسيم شده است و پخش بار براي دو حالت بار زمستاني و تابستاني انجام شده است. در ابتدا با فرض عدم وجودPHEV، ولتاژ شين‌ها و جريان خطوط به‌دست آمده و اين حالت به‌عنوان حالت مرجع انتخاب شده است. سپس فرض شده است که باتري با توان ثابت 4 کیلووات شارژ مي‌شود و در ابتداي شارژ باتري‌ها خالي هستند. در هر ساعت 4 بار يا در هر 15 دقيقه يک‌بار پخش بار انجام شده است و شارژ هماهنگ براي کاهش تلفات خط نيز مورد بررسي قرار گرفته است و روابط مربوط به آن ارائه شده است. در ادامه با فرض اين‌که بار به‌عنوان ورودي داراي مقدار قطعي نباشد، برنامه‌ريزي تصادفي انجام شده است. در اين بخش تأثير پيش‌بيني روزانه بار براي 24 ساعت آينده به‌عنوان هدف اصلي تعريف شده است.
روش پیشنهادی
با توجه به بخشهای قبل، تعداد خودروهای الکتریکی روز به روز در حال افزایش است و اتصال خودروهای الکتریکی به شبکه الکتریکی بدون مدیریت آن‌ها موجب افزایش تلفات و کاهش بیشتر ولتاژ میشود. ولی محدوده مجاز شاخصهای شبکه از ورود تعداد بالای خودروهای الکتریکی به شبکه جلوگیری میکنند. در کارهای صورت گرفته، با مدیریت توان شارژ و دشارژ باتری و همچنین کنترل زمان شروع شارژ باتری، توانستهاند که تعداد خودروهای قابل اتصال به شبکه را افزایش دهند ولی در مورد بهبود شاخصهای شبکه صحبتی نشده است. در این پایان‌نامه، علاوه‌بر افزایش تعداد خودروهای الکتریکی متصل شده به شبکه، بهبود شاخصهای شبکه نیز از اهداف مورد بررسی است. لذا برای این منظور مدیریت شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی بههمراه استفاده از پاسخگویی بار در این پایاننامه پیشنهاد میشود. بنابراین سؤالات ایجاد شده، عبارتند از:
آیا پاسخگویی بار و مدیریت توان خودروهای الکتریکی باعث بهبود شاخصهای شبکه و افزایش تعداد خودروهای الکتریکی که بتوانند از شبکه انرژی دریافت کنند، میشود.
در صورت بهبود شاخصهای شبکه با استفاده از مدیریت توان خودروهای الکتریکی و پاسخگویی بار، میزان بهبود چند درصد خواهد بود.
مدیریت توان خودروهای الکتریکی و پاسخگویی بار چند درصد تعداد خودروهای الکتریکی متصل شده به شبکه را افزایش خواهد داد.
با توجه به توضیحات بالا در این پایاننامه، کمینهسازی هزینه بار، تلفات، خرید انرژی خودروهای الکتریکی و کمینهسازی انحراف ولتاژ باسها از مقدار مطلوب در افق زمانی 24 ساعته به‌عنوان تابع هدف در نظر گرفته میشود. براساس این تابع هدف، خودروهای الکتریکی در بازهای از شبانهروز که قیمت انرژی ارزان است، از شبکه توان دریافت میکنند و بارها برای کاهش هزینه خود و تلفات میزان تقاضای خود را کاهش میدهند. همچنین ولتاژ تمامی باسها نزدیک به مقدار مطلوب خواهد بود. قیود مسأله عبارتند از:
قیود پخش توان: این قیود شامل قیود تعادل توان اکتیو و راکتیو در هر باس شبکه و در هر ساعت از شبانهروز است.
قیود خودروهای الکتریکی: این قیود شامل قیود تعادل توان بین شبکه و باتری، محدودیت توان باتری، انرژی ذخیره شده در باتری است.
قیود پاسخگویی بار: این قیود روشهای پاسخگویی بار را بهصورت رابطه ریاضی بیان میکند.
قیود امنیتی شبکه: شامل محدودیت ولتاژ هر باس و محدودیت توان خطوط است.
در مسأله ذکر شده قید تعادل توان راکتیو هر باس نیز در نظر گرفته شده است که در این‌صورت مسأله دارای ذاتی غیرخطی خواهد بود. برای حل مسأله یاد شده از نرمافزار بهینهسازی GAMS استفاده شده است و موارد مطالعاتی مختلف برروی شبکه 33 باسه شعاعی شبکه توزیع انجام میشود. در نهایت توانمندی مسأله مدنظر با توجه به موار مطالعاتی مختلف مورد بررسی خواهد شد.
روند ارائهی مطالب
در فصل دوم، ابتدا هدف و اهمیت مدیریت توان شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی بیان میشود و در بخش بعدی، کلیاتی از خصوصیات ساختاری و رفتاری خودروهای الکتریکی ارائه میگردد. در فصل سوم، مدل ریاضی مسأله مدنظر ارائه میشود که در ابتدا تابع هدف و در بخشهای بعدی قیود مسأله ذکر میشود. در فصل چهارم مسأله مدنظر برروی شبکه توزیع شعاعی33 باسه پیادهسازی میشود. در این فصل، ابتدا دادههای شبکه و خودروهای الکتریکی ارائه میشود و در بخشهای بعدی چهار مورد مطالعاتی مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج و پیشنهادات در فصل پنجم ارائه شده است.
فصل دوم ل شبکه توزیع فشار ضعیف، پروفیل ولتاژ، تلفات، خودروهای الکتریکی و پاسخگویی بار
مقدمه
همان‌طور که در فصل اول بیان شد، هدف در این تحقیق، برنامه‌ریزی بر روی نحوه‌ی شارژ و دشارژ خودروهای الکتریکی قابل اتصال به شبکه به‌نحوی‌که بتوانیم از آن در جهت کاهش تلفات شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه در سیستم‌های توزیع فشار ضعیف بهره جوئیم. طبق بررسی‌های انجام گرفته امکان نفوذ خودروها به شبکه در سالهای آینده افزایش خواهد یافت، که موجب افزایش تقاضای انرژی از شبکه قدرت، افزایش تلفات کل سیستم، پرشدگی ظرفیت خطوط و انحراف ولتاژ شینها خواهد شد و در صورتی‌که برنامه‌ریزی مناسبی برای نفوذ خودروها به شبکه در نظر گرفته نشود سیستم قدرت با مشکلات زیادی رو به‌رو خواهد شد اما از طرف دیگر با مدیریت مناسب توان خودروهای الکتریکی متصل به شبکه می‌توانیم منجر به کاهش تلفات شبکه، افزایش ظرفیت خطوط و همچنین بهبود پروفیل ولتاژ شویم. لذا ابتدا در این فصل، هدف و اهمیت مدیریت توان توسط خودروهای الکتریکی توضیح داده خواهد شد و سپس در ادامه به معرفی انواع خودروهای الکتریکی و اطلاعات کلی در ارتباط با خودروهای الکتریکی همچون شارژر، باتری، به‌دست آوردن مشخصههای مهم باتری و همچنین مفهوم خودرو به شبکه و مزیت‌های استفاده از این تکنولوژی و همینطور اطلاعات کلی در مورد تحلیل پخش بار در سیستم قدرت، پروفیل ولتاژ و تلفات سیستم قدرت توضیح داده خواهد شد.
شبکه‌های توزیع فشار ضعیف
از آن‌جا که امروزه اهمیت سیستم‌ها و شبکه‌های الکتریکی اعم از خطوط انتقال شبکه‌های توزیع هوایی و زمینی در همه جوامع بشری را می‌توان به سلسله اعصاب آدمی تشبیه نمود. چنان‌چه خللی در قسمتی از سیستم انتقال و یا توزیع در گوشه‌ای کشور رخ دهد اثر خود را در تمامی جامعه کم و بیش می‌گذارد خصوصاً با پیشرفت جوامع در همه سطوح زندگی اعم از صنعتی، کشاورزی، تجاری و امور فرهنگی لزوم نیاز به وجود سیستم توزیع و انتقال انرژی الکتریکی همگون و منظم افزایش می‌یابد از این‌رو بالا بردن کیفیت خطوط انتقال و شبکه‌های توزیع دیگر متعلقات آن ایجاد نظم و هماهنگی در کارهای مربوطه و رفع نواقص و کمبودها می‌توانند شرایط زندگی بهتری را برای جامعه فراهم نماید. به‌طور کلی سیستم انرژی الکتریکی دارای سه قسمت اصلی می‌باشد :
مرکز تولید نیرو (توسط نیروگاه‌ها)
خطوط انتقال نیروی برق
شبکه‌های توزیع نیروی برق
بیشتر نیروگاه‌ها را با توجه به امور اقتصادی و شرایط و عوامل گوناگون که در یک کشور موجود است ایجاد می‌نمایند. با توجه به همین موارد است که نیروگاه‌های گوناگونی از جمله نیروگاه‌های آبی، گازی، بادی و خورشیدی یا اتمی در نقطه‌ای که سهول الوصل و حتی ممکن است دور از مصرف‌کننده‌ها ساخته و ایجاد می‌نمایند و در اینجا وظیفه خطوط انتقال نیرو با لوازم و تجهیزات خاص خود، انتقال انرژی از محل تولید به اقصی نقاط کشور و سپس به شبکه‌های توزیع در محل مصرف است. ولتاژهای گوناگون انتقال و توزیع نیروی برق استاندارد شده در ایران شامل ولتاژهای 230 و 400 کیلوولت فشار قوی، ولتاژهای 63 و 132 کیلوولت فوق توزیع، ولتاژهای 11 و 20 و 33 کیلوولت فشار متوسط و نهایتاً ولتاژهای 220 و 380 ولت فشار ضعیف می‌باشند. در کشور ایران تغذیه الکتریکی مصرف‌کننده‌ها عموماً از جریان متناوب سه‌فاز و فشار ضعیف 400 ولت و 220 ولت استفاده می‌شود و به منظور تغذیه پست‌های فشار ضعیف به منظور در اکثر نقاط ایران از فشار متوسط 20 کیلوولت و جهت تغذیه پست‌های فشار متوسط بیشتر از فوق توزیع استفاده می‌گردد.
از جهتی نقش شبکه‌های توزیع (فشار متوسط و فشار ضعیف) در جامعه تحت پوشش خود را می‌توان به مویرگ‌هایی که بدن آدمی را مورد تغذیه قرار می‌دهند تشبیه نمود. به همین منظور تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف‌کنندگان شبکه‌های توزیع در بخش‌های گوناگون جامعه اعم از مسکونی، صنعتی، کشاورزی، تجاری و فرهنگی کشور باید دارای شرایط و خصوصیاتی باشد. این شرایط در شبکه‌های توزیع فشار ضعیف باید مورد توجه و اهمیت قرار گیرند که عبارتند از :
شرط اول اینکه جهت تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مشترکین این است که شرکت‌های برق موظفند به‌طور دائم و در طول شبانه‌روز مقدار انرژی مورد نیاز مصرف‌کننده را که قبلاً مورد توافق قرار گرفته در اختیارشان قرار داده و در انتخاب میزان قدرت و نوع شبکه (اعم از شبکه‌های هوایی و یا زمینی) و سیم‌کشی و اجرای عملیات آن باید دقت و اهمیت لازم را مورد نیاز قرار دهند. شرط دوم در جهت تأمین انرژی مورد نیاز مصرف‌کنندگان این است که وضعیت شبکه‌های هوایی به طریقی باشد که در مواقع خرابی و یا سرویس شبکه در تغذیه مصرف‌کنندگان وقفه‌ای ایجاد نشود. شرط سوم عیب‌یابی سریع و رفع اشکال اتفاقاتی که ممکن است ناشی از عوامل طبیعی و یا حوادث غیر منتظره دیگر باید به سرعت عیب‌یابی و رفع عیب گردد.
انواع شبكه‌ها
شبكه شعاعي يا باز، شبكه‌هاي مسدود يا رينگ يا حلقوي، شبكه مركب يا تار عنكبوتي.
الف- شبكه‌هاي شعاعي يا باز
شبكه‌هاي شعاعي شبكه‌هايي هستند كه در آن‌ها هر مصرف ‌كننده فقط از يك طرف تغذيه مي‌شود. در اين شبكه اگر قسمتي از شبكه معيوب گردد مصرف‌كنندگان تا برطرف شدن نقص بدون برق خواهند بود بنابراين مقدار خاموشي آن‌ها بيشتر است. افت ولتاژ در انتهاي شبكه‌هاي باز نسبتاً زياد مي‌باشد اين شبكه براي نقاط كم جمعيت و روستاها كه قطع برق باعث خسارت مالي فراواني نمي‌شود استفاده مي‌گردد.
ب- شبكه‌هاي مسدود يا رينگ يا حلقوي
شبكه رينگ شبكه‌اي است كه در آن هر مصرف‌كننده از دو طرف تغذيه مي‌شود. ضريب اطمينان چنين شبكه‌اي به‌طور توجهي بالا مي‌باشد زيرا از كار افتادن يكي از دو منبع تغذيه و يا قسمتي از خط تغذيه كننده شبكه همواره از سمت ديگر انرژي مي‌گيرد بنابراين ضريب اطمينان اين نوع شبكه بيشتر است. اين شبكه‌ها در شهرها و نقاط نسبتاً پر اهميت استفاده مي‌شود.
ج- شبكه‌هاي مركب يا تار عنكبوتي
شبكه‌هايي هستند كه توسط آن‌ها هر مصرف‌كننده حداقل از سه طرف تغذيه مي‌گردد و ضريب اطمينان اين شبكه‌ها بسيار بالا است و از نظر اقتصادي بسيار گران تمام مي‌شود. موارد استعمال اين شبكه‌ها براي شهرهاي بزرگ و نقاط حساس كه خاموشي آن‌ها بسيار گران تمام مي‌شود، مي‌باشد.
اجزاي تشكيل دهنده شبكه توزيع فشار ضعیف برق
1 ) هادي‌ها شامل كابل يا سيم‌هاي هوايي
2 ) وسايل حفاظتي مثل فيوز، رله‌هاي حفاظتي
3 ) وسايل قطع و وصل شامل انواع كليدها
4 ) اتصالات شامل سركابل مفصل و غيره
5 ) مقره‌ها
6 ) پايه‌ها
7 ) يراق آلات
جهت توزيع انرژي مصرف‌كننده‌ها در شهرهاي بزرگ سعي بر اين است كه درجه اول به لحاظ رعايت مسائل ايمني و در درجه دوم به خاطر مسئله زيبايي از كابل استفاده گردد ولي در روستاها و شهرهاي كوچك به‌علت ويژگي اقتصادي و ارزان بودن موجب شده از شبكه‌هاي هوايي جهت برق‌رساني استفاده كنيم.
پروفیل ولتاژ در شبکه‌های توزیع فشار ضعیف
ولتاژ به‌عنوان يكي از مهم‌ترين پارامترهاي شبكههاي قدرت بسيار متنوع بوده و براساس سطوح ولتاژ سيستمهاي قدرت به چهار دسته زير تقسيم ميشوند كه عبارتند از [72]:
فشار ضعيف: اين سطح به محدوده ولتاژ بين صفر ولت تا 1000 ولت اتلاق ميگردد. اين سطح در ايران شامل سطح 400 ولت ميباشد.
فشار متوسط: سطح فشار متوسط به محدوده بين 1 كيلوولت تا 50 كيلو ولت اتلاق ميگردد. اين سطح در ايران شامل 11، 20 و 33 كيلوولت ميباشد.
فشار قوي: اين سطح ولتاژ به محدوده بين 50 تا 230 كيلوولت گفته ميشود كه در ايران از اين سطح ولتاژهاي 63، 132 و 230 كيلوولت وجود دارند.
فوق فشار قوي: سطح ولتاژ فوق فشار قوي به ولتاژهاي بيشتر از 230 كيلوولت اتلاق ميگردد و در شبكه ايران تنها خطوط 400 كيلوولت در اين سطح قرار ميگيرند.
اگر چه سطوح ولتاژ مختلفي در شبكههاي قدرت ميتوان يافت اما محدوده مجاز تغييرات هر يك از اين سطوح در شبكه بسيار محدود بوده و استانداردها معمولاً تنها اجازه تغييرات ناچيزي در حدود 5 درصد مقدار نامي را ميدهند. پروفيل ولتاژ شبكه كه معمولاً ولتاژ قسمتهاي مختلف شبكه را برحسب زمان نشان ميدهد اولين و مهم‌ترين مؤلفه‌اي است كه از خروجي نتايج پخش بار استخراج ميشود. در واقع پروفيل ولتاژ يك شبكه ميتواند بيانگر بسياري از مزايا و معايب شبكه باشد. اين مزايا و معايب ميتواند شامل تعيين نقاط قدرت و ضعف شبكه، تعيين امكان بارگذاري جديد و … باشد. در بررسي پروفيل ولتاژ محدودههاي بالا و پايين دامنه ولتاژ از اهميت بسيار بالايي برخوردار بوده و اين نقاط محدوديتهاي شبكه را تعيين ميكنند اين دو محدوديت را به‌صورت زير ميتوان تشريح كرد :
الف- افت ولتاژ
انتقال توان در يك شبكه قدرت همواره با افت ولتاژ يا تلفات ولتاژ همراه ميباشد. از طرفي ديگر لوازم و ادواتي كه به شبكه توزيع وصل ميشوند قابليت كار در هر محدودهاي از ولتاژ را ندارند و بايد در يك محدوده استاندارد كار كنند. از اين‌رو استانداردهاي موجود، شركتهاي توزيع را ملزم به نگه‌داشتن ولتاژ در يك محدوده مشخص ميكند. طبق استاندارد مجاز در شبكههاي توزيع ايران حد پايين ولتاژ نبايد از 95 درصد مقدار نامي كمتر شود. اين محدوديت باعث ميشود كه افت ولتاژ به يكي از مشكلات شبكههاي توزيع تبديل گردد. در يك شبكه توزيع، توان الكتريكي از پست فوق توزيع توسط فيدرهاي شعاعي فشار متوسط به سر پستهاي توزيع منتقل شده و بعد از تقويت توسط تپ آفلاين ترانسفورماتورهاي اين پستها از طريق فيدرهاي فشار ضعيف به مشتركين تحويل داده ميشود. در هر يك از اين دو بخش ولتاژ دچار افت خواهد شد و همچنین اگر فيدرها طولاني باشد و توان انتقالي نيز زياد باشد آن‌گاه ممكن است شبكه با مشكل افت ولتاژ مواجه شود و اين ميتواند به يكي از مشكلات عمده شبكه تبديل شود كه شركتهاي توزيع بايد راه چارهاي براي آن پيدا كنند. اين مشكل وقتي‌كه شبكه در ساعات پيك مصرف مورد بهرهبرداري قرار گيرد تشديد ميشود.
براي جبران افت ولتاژ در طول فيدر راه‌هاي متفاوتي وجود دارد. يكي از روشهاي ساده و البته خيلي مؤثر كه همواره در مراحل اوليه طراحي مدنظر قرار ميگيرد تقويت شبكه ميباشد. استفاده از هاديهاي با مقاومت كمتر ميتواند افت ولتاژ شبكه را كاهش دهد. همچنين در همان مراحل اوليه طراحي، تنظيم تپ ترانسفورماتورها روي مقادير ماكزيمم ميتواند باعث تقويت ولتاژ شبكه شود. از دیگر



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید