تبدیل پایان نامه به کتاب

عنوان:

الزامات تخصیص تلفات توان راکتیو در بازار توان راکتیو

نویسنده:

ابراهیم رادفر

فهرست مطالب

مقدمه  7

فصل اول- کلیات   9

فصل دوم- بازارهای برق  19

تاريخچه  23

زمينه هاي مقررات زدايي   24

زمينه هاي فني   26

انواع بازارهای برق و انواع نهادهای بازار برق  30

رقابت پذيري   30

انواع تبادلات   32

گروه‌بندي بر اساس بازه زماني فعاليت   34

انواع نهادهای بازار برق  36

نهادهای نظارتی- مدیریتی   38

نهادهاي تجاري   40

خدمات جانبی   44

قيمت‌گذاري در بازار برق  45

قيمت‌گذاري مبتني بر حراج  45

قيمت‌گذاري مبتني بر پخش بار بهينه  50

تامين هزينه‌هاي انتقال  51

فصل سوم- الزامات تخصیص تلفات توان راکتیو  57

بر مبنای استفاده از شبکه عصبی   57

مروری بر مدل سازي پايه بازار 59

بررسی مفهوم جدید الزامات بازار توان راکتیو  60

الزامات بازار توان راکتیو () در بازارهای قراردادهای دو جانبه  62

توان  مورد نیاز بازار توان راکتیو () در بازارهای حوضچه  65

تعیین () در بازارهای قراردادهای دو جانبه  67

بررسی سیستم دو باسه ساده 67

نتایج شبیه سازی   75

سیستم IEEE-14 باسه  75

تعیین (Qreq) در بازارهای حوضچه  79

سیستم دو باسه ساده 79

سیستم IEEE-14 باسه  83

تعمیم مفهوم پیشنهادی   84

نتیجه گیری   90

منابع و مواخذ  93

مقدمه

يكي از اهداف اصلي تجديد ساختار در صنعت برق، جداكردن زنجيره به هم پيوسته توليد تا مصرف است. از اين رو در كشورهاي مختلف سياست گذاري­ها به نحوي است كه صنعت برق به سمت رقابتي شدن كامل حركت مي كند، لذا خدمات گوناگوني كه قبلاً توسط شركت هاي برق به صورت يكپارچه ارائه مي‌شد، اكنون به صورت مجزا ارائه مي شود. گرچه در بازار برق، انرژي الكتريكي به عنوان كالاي اصلي مورد داد و ستد قرار مي گيرد اما انجام اين داد و ستد و برآوردن نياز مصرف توان حقيقي  (MW)و انرژي مصرفي(MWh)  مشتريان بازار، منوط به فراهم­آوردن خدمات ديگري است كه تحت عنوان خدمات جانبي[1] به صورت جداگانه عرضه و قيمتگذاري مي شوند. خدمات جانبي از جمله ابزارهاي اصلي در كنترل و بهبود وضعيت بهره برداري سيستم توسط ISO می­باشد. خدمات جانبي به طور عمده به خدماتي گفته مي شود كه علاوه بر انرژي براي بهره‌برداري ايمن از شبكه انتقال برق لازم است. اما مه مترين مسأله در مورد خدمات جانبي نحوه تأمين آن و مسايل مرتبط ديگر همچون قيمت گذاري آن است؛ چرا كه خدماتي لازم و بديهي هستند و از طرفي قابل ارزش گذاري صريح، شفاف و واضح نمي‌باشند.

فصل اول

کلیات

مدل­هاي مختلفي براي بازارهاي انرژي در دنيا معرفي شده است كه به صورت كلي مي توان آنها را به سه مدل اصلي، حوضچه[1]، مدل قرارداد دوطرفه[1] و مدل تلفيقي از قراردادهاي دوطرفه و معاملات حوضچه تقسيم نمود. البته مباني تشكيل بازار در تمامي بازارها تقريباً يكسان است. اين مباني عموماً عبارتند از: رقابت بين توليدكنندگان برق، تداوم انحصاري بودن بخش انتقال و تشكيل نهادي مستقل براي كنترل و بهره برداري شبكه انتقال و حفظ امنيت سيستم قدرت. در مدل حوضچه، بازيگران اصلي بازار شامل عرضه كنندگان (اعم از شركت­هاي توليد[1] و تأمين كنندگان توان)، خريداران (اعم از شركتهاي توزيع[1] و مصرف كنندگان بزرگ)، شركتهاي انتقال[1] و مدير بازار و بهره بردار سيستم مي­باشند. در مدل‌هاي حوضچه­اي نهادي براي بهره­برداري شبكه انتقال لازم است كه بهره بردار مستقل سيستم (ISO) ناميده مي­شود و به هيچ يك از بازيگران بازار وابسته نيست. وظيفه ISO پيش بيني كوتاه مدت بار در منطقه خود، تعيين آرايش توليد واحدهاي توليد براي تغذيه بار و حفظ امنيت سيستم است. مدل قراردادهاي دوطرفه با مدل حوضچه دو تفاوت اساسي دارد. اولين تفاوت در اين است كه نقش ISO در اين مدل محدودتر است. تفاوت دوم آن است كه خريدار و فروشنده مي‌توانند براي انرژي و ظرفيت با تأييد ISO قرارداد ببندند. در اين ساختار از سيستم انتقال به عنوان شاه­راهي براي انجام معاملات استفاده مي­شود. در مدل حوضچه، واحدهاي توليدي انتخاب شده براي ارسال برق به حوضچه بايد قيمت پيشنهادي خود براي انرژي را از روز پيش به همراه ميزان انرژي به ISO اعلام كنند. وظيفه ISO تضمين وجود منابع كافي براي انجام معاملات و حفظ امنيت سيستم است.

در بازار تلفيقي از قراردادهاي دوطرفه و معاملات حوضچه، خواص دسترسي مستقيم مدل قراردادهاي دوطرفه با مفاهيم معاملات حوضچه تلفيق مي­شوند و بازيگران (خريدار و فروشنده) كه نمي­توانند يا نمي­خواهند قراردادهاي دوطرفه ببندند در حوضچه داد و ستد مي­كنند. در اين بازار واحدهاي توليدي بايد قيمت پيشنهادي خود براي انرژي را به همراه ميزان انرژي بهISO  اعلام كنند و اگر محدوديت انتقال وجود نداشته  باشد، تمام قراردادهاي دوطرفه براي تغذيه بارهايشان برنامه ريزي مي­شوند. باقيمانده مصرف از طريق تعيين آرايش توليد اقتصادي واحدهاي توليدي شركت كننده در حوضچه تأمين مي­گردد.

در يک سيستم قدرت تجديد ساختار يافته، باید تلفات برای هر عرضه کننده، هر مصرف کننده و هر قرارداد انتقال مشخص باشد. روشهای تخصیص تلفات که تاکنون ارائه شده­اند، به دلیل طبیعت غیرخطی مساله، دارای محاسبات پیچیده و زمانبر هستند. بنابراین ارائه یک مفهوم جدید از الزامات بازار توان راکتیو (Qreq) برای هر شرکت کننده در هر دو بازار حوضچه و قراردادهای دوجانبه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این کتاب این مفهوم (Qreq) به صورت تخصیص تلفات توان راکتیو به هر قرارداد دوجانبه تعریف شده است. وقتی که در یک معامله اجازه ارائه توان راکتیو بیشتر از محدودهQreq  داده شده باشد، در این حالت می تواند به تقاضاهای توان راکتیو کمک کند و می­تواند به عنوان یک ارائه دهنده توان راکتیو در نظر گرفته شود. به عبارت دیگر، اگر نتواند مقدار توانQreq  را تولید کند، آنگاه برای تامین توان تعیین شده در قرارداد باید به دیگر منابع توان راکتیو متکی شود و در این حالت حتی اگر مقدار کمی توان راکتیو تولید کند، به عنوان یک مصرف کننده توان راکتیو در نظر گرفته می­شود. این مفهوم به شرکت کنندگان در بازار حوضچه تعمیم یافته است. همچنین در این کتاب فرض شده است که Qreq هر یک از شرکت کنندگان در بازار به تلفات اختصاص داده آن واحد که از هر روش تخصیص تلفات استفاده می­کند، بستگی دارد. این ساختار پیشنهادی به اپراتورهای سیستم و فعالان بازار اجازه می­دهد تا توان راکتیو را همانند توان اکتیو به طور موثر و عادلانه داد و ستد کنند.

انتقال توان مختلف در شبکه بسته به شرایط سیستم عملیاتی و توپولوژی شبکه، منجر به تلفات توان واقعی و توان راکتیو مختلف می‌شود. ژنراتورهایی با فاصله زیاد از مرکز بار منجر به ایجاد تلفات توان راکتیو بیشتری می‌شوند، بنابراین این ژنراتورها نسبت به ژنراتورهای نزدیکتر، به توان راکتیو بیشتری نیازمند هستند. به هرحال اعمال روش تخصیص تلفات به طور موثر و عادلانه­ای می‌تواند سهم تلفات هریک از واحدها را در هر معامله تخصیص دهد. از آنجا که اعمال روش تخصیص تلفات از حل مساله پخش بهینه بار (حالت پایه) که در آن همه معاملات سهم خود را از بازار اعلام می­کنند و قیود سیستم را برآورده می­کنند، بدست می­آید، انتظار می­رود نتایج تخصیص تمام نیازهای سیستم توان راکتیو را پوشش دهد. هر قرارداد دو جانبه مسئول تخصیص تلفات توان راکتیو خود می­باشد (). بنابراین، با توجه به همه قیود سیستم، به منظور جبرانسازی تلفات تخصیص یافته آنها، نمایانگر تلفات مورد نیاز مشارکت کنندگان در بازار توان راکتیو از هر قرارداد است. اگر یک قرارداد نتواند مقدار توان راکتیو موردنیاز شرکت کنندگان را برآورده کند، با توجه به محدودیت قابلیت ژنراتور یا قیود سیستم، برای تامین تلفات تخصیص یافته خود به دیگر منابع توان راکتیو باید متکی باشد. این امر منجر به معرفی مفهوم پیشنهادی از الزامات بازار توان راکتیو می­شود (). برای یک معامله،  به عنوان حداقل توان راکتیو خروجی مورد نیاز از یک ژنراتور (یا یک گروه از ژنراتورها) که در معامله به منظور جبران تلفات اختصاص داده شده خودش مشارکت می­کند، تعریف شده است. بنابراین،  یک معامله برابر توان راکتیو اختصاص داده از روش تخصیص تلفات می­باشد. اپراتور سیستم مسئول حفظ پروفیل ولتاژ سیستم که تابع اصلی متناظر با پشتیبانی توان راکتیو است، می­باشد. هر ژنراتور یک مقدار توان راکتیو را با توجه به دستورالعمل اپراتور سیستم تولید می­کند. اگر یک ژنراتور شرکت کننده در قرارداد ملزم به تولید توان راکتیو کمتر از مقدار  خود باشد، این ژنراتور برای جبران تلفات خود به دیگر منابع توان راکتیو در سیستم نیاز خواهد داشت و قرارداد به عنوان یک مصرف کننده خالص توان راکتیو در نظر گرفته می­شود، که در واقع قسمتی از عرضه توان راکتیو را از سیستم دریافت می­کند. در مقابل، اگر یک ژنراتور شرکت کننده در قرارداد مجاز به تولید بیش از  خود باشد، در این حالت سیستم را پشتیبانی می­کند و به عنوان یک تامین­کننده خالص توان راکتیو در نظر گرفته خواهد شد. در نهایت مفهوم  به بازارهای حوضچه تعمیم داده شده است، که در آن هر شرکت کننده، از جمله بارها و ژنراتورها، نیازمندی­های  مورد نیاز خود از مشارکت توان راکتیو را تخصیص داده اند.

مروری بر کارهای مرتبط

تلفات انتقال در یک سیستم قدرت، پدیده­ای طبیعی و مربوط به ذات این سیستم است. تلفات توان در شبکه انتقال و توزیع تحت تاثیر عوامل زیر است: محل قرار گرفتن واحدهای تولیدی، نقاط انتصال بارها، حجم انرژی انتقالی، نوع بارهای متصل شده، پیکربندی شبکه، سطح ولتاژ، فاکتورهای دینامیکی مرتبط با جریان متناوب شبکه (ضریب توان، هارمونیک ها وکنترل توان اکتیو و راکتیو)، طول خط که این پارامتر یک رابطه تقریبا خطی با تلفات دارد (دو برابر برابر شدن طول خط منجر به دو برابر شدن تلفات می­شود)، جریان خط که این پارامتر یک رابطه غیرخطی با تلفات دارد[1]. همانطور که می­دانیم از مهمترین اهداف بوجود آمدن سیستم رقابتی در بخشهای مختلف صنعت برق، افزایش کارایی سیستم وکاهش هزینه تمام شده برق است که در نهایت شرکت کنندگان بازار را تشویق به سرمایه­گذاری در تکنولوژیهای جدیدتر و کاراتر می­کند. با این حال برای عادلانه بودن رقایت در بازار برق و بوجد آمدن انگیزه­های اقتصادی مثبت هر یک از شرکت کنندگان باید به قدر سهم استفاده از خطوط انتقال هزینه پرداخت کنند [2]. در یک سیستم قدرت تجدید ساختار یافته تلفات تخصیص یافته هر عرضه کننده، هر مصرف کننده و هر قرارداد انتقال باید مشخص باشد. اگرچه تخصیص تلفات سطح تولید و جریان توان را تحت تاثیر قرار نمی­دهد، اما توزیع درآمد و هزینه را در باسهای شبکه بین تولید کنندگان و مصرف کنندگان تغییر می­دهد. در سیستمهای قدرت تجدید ساختار یافته، هر تولید کننده باید علاوه بر توان قراردادی با مصرف کننده خود، تلفات مرتبط با این انتقال را نیز تامین کند. بنابراین بهره بردار سیستم باید میزان تلفات تخصیص یافته به هر قرارداد را به طور جداگانه مشخص کند. بسته به نوع قرارداد، یک عرضه کننده ممکن است توان قرارداری به اضافه تلفات را تامین کند و یا اینکه فقط توان قراردادی را تامین کند و هزینه تلفات مربوطه را پرداخت نماید. در موارد دیگر تلفات ممکن است بوسیله یک واحد مشخص تامین شود و یا اینکه بهره بردار سیستم از بازار لحظه­ای توان برای تامین تلفات استفاده کند.

به طور کلی مهمترین روشهای موجود را از لحاظ مفهوم مورد استفاده در تخصیص تلفات می­تواند به صورت زیر دسته بندی شوند: روش حدی (افزایشی) [3]: روشی است بر اساس ضرایب حساسیت و مفاهیم اقتصادی که در آن تاثیر تغییرات جزیی توان تزریقی در هر باس به طور جداگانه در تلفات کل سیستم محاسبه شده و ضرایب تلفات مشخص می­شوند. سپس تخصیص تلفات بواسطه این ضرایب صورت می­گیرد. روش ردیابی توان [4]: روشی است برای مسیریابی توان الکتریکی جاری در شبکه انتقال که توانایی ارزیابی اینگه چه مقدار از توان خروجی یک ژنراتور به یک بار مشخص می­رسد، را دارد. این روش همچنین می­تواند مقدار مشارکت هر ژنراتور و بار را در توان جاری خطوط مشخص کند. روش مبتنی بر تئوری مدار [5]: روشی است مبتنی بر اصل جمع آثار که در آن با توجه به نتایج پخش بار و معادلات شبکه، تلفات به عناصر مختلف سیستم تخصیص پیدا خواهد کرد. روش مبتنی بر قراردادهای دوجانبه [6-7]: در این روش بجای استفاده از مفهوم باس اسلک منحصر به فرد، جفتهای خریدار-فروشند تعریف می­شود که باهم دارای قراردادهای دوجانبه فرضی هستند. با توجه به اهمیت قراردادهای دوجانبه تعدادی از روشهای موجود نظیر روش ضرایب حساسیت برای قراردادهای دوطرفه به طور خاص تعمیم داده شده­اند.

برخی از روش های ارائه شده بر مبنای ارزش گذاری توان راکتیو بنا نهاده شده اند[8-9]. این روشها پیشنهاد ارائه توان راکتیو به شیوه­های مختلف را با هدف ارزشگذاری تاثیر آنها بر امنیت و قابلیت اطمینان سیستم که به همراه الزامات توان راکتیو بار، جزء توابع اصلی توان راکتیو در سیستم قدرت می­باشند، را دادند. در میان پیشنهادات ارزیابی توان راکتیو، روشهایی همچون جبرانسازی یکسان توان راکتیو (ERC)، تولید بک آپ، رویکردهای منحنی PV و روشهای حساسیتهای ولتاژ (VS) مطرح هستند. روش ERC و تولید بک-آپ (پشتیبان) به پاسخ دیگر منابع توان راکتیو به یک منبع خاص که می‌تواند به عنوان یک معیار از ارزش خروجی آن منبع باشد، وابسته است. روشهای مبتنی بر منحنی­هایPV  و VS پاسخ منابع توان راکتیو به تغییرات بار را در نظر می­گیرند. مدل مالی جبرانسازی توان راکتیو می­تواند بر مبنای ارزش توان راکتیو هر منبع باشد.

مقالات دیگر بر پایه­ی قیمت گذاری توان راکتیو بر روی ردیابی فلوی توان ارائه شده اند [10-12]. این روشها بر مبنای حل مساله پخش بهینه توان آغااز می­شوند. آنها توانی که می­تواند توسط هر ژنراتور به به هر باس برسد را تعیین میکنند. باسهایی که توسط ژنراتورهای یکسانی تغذیه می­شوند، تعیین می­شوند. با استفاده از فرض تناسب، (که نه قابل اثبات و نه قابل قبول است) هر ژنراتور سهم خود از بارها و جریان شاخه­ها را اختصاص داده است. تحت این روش پیشنهادی، مصرف کنندگان و ژنراتور هیچ گونه کنترلی بر روی قیمتی که آنها مطالبه می­کنند، ندارند، زیرا خروجی­های این روش دقیقا هر بار که می­تواند با یک ژنراتور تحقق یابد را تعیین می­کند. به عبارت دیگر، خروجی یک ژنراتور به بارهای خاص تحویل داده شده و هر بار توان خود را از ژنراتور خاص با توجه به نتایج محاسبه مبتنی بر ردیابی جریان توان به دست می­آورد.

اهدافی که می­توان برای صورت مساله فوق متصور شد به صورت زیر قابل ببیان هستند:

  • توسعه یک مفهوم جدید از الزامات بازار توان راکتیو (Qreq) برای هر شرکت کننده در هر دو بازار حوضچه و قراردادهای دوجانبه
  • امکان سنجی رویکرد تخصیص تلفات توان راکتیو در محیط قراردادهای دوجانبه و بازار حوضچه

ارائه چهارچوبی برای اپراتورهای سیستم و فعالان بازار تا بتوانند توان