دانلود ترجمه مقاله طرح ریزی و پیاده سازی یک شبکه الکتریکی بهینه برای یک مزرعه بادی دریایی

1. مقدمه 2. مدل بهینه‌سازی 3. روش بهینه‌سازی 4. مطالعه موردی 5. نتیجه‌گیری

مزارع مقیاس بزرگ بادی در سرتاسر جهان توسعه یافته است. این موضوع بخصوص در کشورهای اروپایی هم مرز با دریای شمال دیده می‌شود جائی که مزارع بادی به وفور در آب‌های ساحلی کم عمق قرار گرفته‌اند. علیرغم این گستره، فناوری‌های مزارع بادی دریایی به اندازه مزارع ساحلی بالغ و کامل نیستند و هزینه یک مزرعه بادی دریایی نسبت به مورد مشابه آن با همان اندازه که در ساحل واقع شده باشد بیشتر است. یک مزرعه بادی بزرگ دریایی ممکن است از صدها مولد توربین بادی (WT) متصل به شبکه ولتاژ متوسط یا سیستم جمع‌کننده (collector) تشکیل شده باشد، که خود در نهایت در نقطه اتصال (POI)، به سیستم انتقال وصل می‌شود. سیستم جمع محلی WT با ترانسفورماتورهایی شروع می‌شود که در هر توربین بادی و معمولا در تکیه‌گاه برج نصب شده‌اند. این ترانسفورماتورها ولتاژ را از سطح ولتاژ تولید، معمولا 690 V، تا ولتاژ متوسط (معمولا 25-40 kV [1]) افزایش می‌دهند که این سطح ولتاژ توسط سیستم توزیعی که WT ها به آن متصلند، استفاده می‌شود. این سیستم توزیع ولتاژ متوسط (MV) شامل یک یا چند فیدر خواهد بود که این فیدرها به پست‌های تبدیل دریایی متصلند که برق تولید توسط WT های متصل به فیدرها را جمع می‌کنند. مزارع بادی دریایی معمولا شامل چندین پست تبدیل هستند که برق تولید توسط مزرعه بادی را جمع‌آوری می‌کنند، سپس از یک سیستم یکپارچه استفاده می‌شود تا انرژی از همه این پست‌ها به پست مرکزی یا ترمینال انتقال یابد؛ این پست‌های مرکزی سطح ولتاژ را تا سطح ولتاژ انتقال یعنی 130-150 kV، بالاترین سطح ولتاژ فعلی برای کابل‌های دریایی، افزایش می‌‌دهند [1]. فاصله بین پست ترمینال و POI معمولا بین ده‌ها کیلومتر تا صدها کیلومتر می‌باشد، به همین دلیل نیاز به یک سیستم انتقال ولتاژ بالاست (شکل 1 را ببینید). توسعه عملیات برق بادی در نواحی داخل دریا بنا به دلایل زیر چالش برانگیز است: 1) مکان مزارع بادی دریایی حداقل 10 تا 20 کیلومتر از ساحل فاصله دارد و در این فاصله عمق آب به 10 تا 20 متر می‌رسد؛ 2) مزارع بادی بزرگ دریایی ممکن است برای جمع‌آوری تولیدات برق توربین‌های بادی و انتقال آن به سیستم کنار دریا نیازمند چندین پست داخل دریا باشند؛ و 3) مزارع بادی دریایی نیازمند تجهیزات خاصی برای احداث و نگهداری بوده و همین موضوع به طرز چشم‌گیری هزینه مزرعه بادی را در مقایسه با مزارع معادل آن در ساحل افزایش می‌دهد. طراحی سیستم‌های جمع‌کننده، ترکیب و انتقال WT محلی برای یک مزرعه بادی دریایی (شکل 1 را ببینید)، شامل انتخاب قطعات و توپولوژی باید به دقت مشخص شده باشد تا تعادل لازم بین عملکرد فنی و هزینه اقتصادی فراهم شود. سرمایه‌گذاری لازم برای سیستم توزیع مزرعه بادی دریایی تقریبا سه برابر مورد مشابه ساحلی است [2]. لذا بهینه‌سازی طراحی شبکه برق دریایی شانسی را فراهم می‌کند تا در هزینه کلی مزرعه بادی دریایی کاهش قابل توجهی حاصل شود. تعداد متغیرهای این مساله و راهکار بهینه نیازمند استفاده از بهینه‌سازی محاسباتی است.

A large offshore wind farm may consist of hundreds of individual wind turbine (WT) generators connected to a medium voltage network, or collector system, that is itself connected to the transmission system at the point of interconnection (POI). The local WT collection system begins with the transformers that are installed at every wind turbine, usually in the base of the tower. These transformers step the voltage up from the generation voltage, typically 690V, to the medium voltage (typically 25–40 kV [1]) used by the distribution system that the WTs are connected to. This medium voltage (MV) distribution system will consist of one or more feeders and these feeders are connected to offshore transformer substations that collect the electricity produced by the WTs connected to the feeders. Offshore wind farms typically consist of several transformer substations that collect the electricity produced by the wind farm, an integration system is then used to transmit the energy from all of these individual substations to the central or terminal substation, which steps the voltage up to a transmission voltage of 130–150 kV, the highest voltages currently in use for ac submarine cables [1]. The distance between the terminal substation and the POI typically ranges from ten kilometers to hundreds of kilometers, for this reason a high voltage transmission system is needed (see Fig. 1). Developing wind power applications in offshore environments is challenging for the following reasons: 1) offshore wind farm locations are always at least 10 or 20 km away from land and at this distance from the shore the water depths encountered are between 10 and 20 m; 2) large offshore wind farms may require several on-site sea substations to collect the wind turbine generation and transmit it to the onshore system; and 3) offshore wind farms require specialized equipment for their construction and maintenance and this dramatically increases the cost of the wind farm when compared to onshore equivalents. The design of local WT collection, integration and transmission systems for an offshore wind farm (see Fig. 1), including topology and component selection, should be carefully specified to reach the necessary balance between technical performance and economic cost. The investment necessary for an offshore wind farm distribution system is almost three times that necessary for an onshore wind farm [2]. Optimization of the design of the offshore electrical network therefore offers an opportunity to achieve a remarkable reduction in the total cost of an offshore wind farm. The number of variables involved in this problem and the optimal solution require the use of computational optimization.