شبیه سازی جایابی خازن با الگوریتم PSO برای شبکه 69 باسه

جایابی بهینه خازن در شبکه توزیع با الگوریتم پرندگان (PSO)

توان راکتیو مورد نیاز بارهای موجود در شبکه الکتریکی از طریق ژنراتورهای سیستم قدرت تامین می گردد. تامین توان راکتیو توسط آن ها باعث اشغال خطوط سیستم های قدرت شده و مشکلاتی نظیر پر شدن ظرفیت برای خطوط انتقال ایجاد می کند. برای تامین توان راکتیو این بارها در محل مصرف برای جلوگیری از اشغال خطوط از خازن استفاده می شود. حال سوال اینجاست : مکان قرار گیری خازن در کدام قسمت شبکه و نزدیک به کدام بار باشد؟ چندین سال پیش مرکز ثقل بارها را بعنوان مکان بهینه خازن در نظر می گرفتند. اما امروزه این مسئله را توسط الگوریتم های بهینه سازی نظیر ژنتیک و PSO و … مورد بررسی قرار داده و مکان بهینه خازن را تعیین می کنند. جایابی خازن در شبکه توزیع می تواند باعث بهبود پروفیل ولتاژ شبکه گردد و همچنین اگر به صورت بهینه جایابی شود تلفات شبکه را نیز تا حد خیلی زیاد کاهش خواهد داد. جایابی خازن در شبکه های توزیع هم چنین می تواند باعث تزریق توان راکتیو در محل مصرف به بارها شده و ظرفیت خطوط را تا حد کافی آزاد نماید.

این محصول جایابی بهینه خازن با متلب توسط الگوریتم ازدحام ذرات بوده و بر روی شبکه 69 باسه مورد بررسی قرار گرفته است. شبکه 69 باسه را در شکل زیر مشاهده می کنید:

در این شبکه ولتاژ شین 27 بسیار کاهش یافته و از نظر استانداردهای کیفیت توان به هیچ عنوان قابل قبول نیست. جهت جلوگیری از این مورد بهترین راه برای مهندسان برق ، جایابی خازن در این شبکه می باشد.

جایابی بهینه خازن با الگوریتم ازدحام ذرات (PSO)

حال اگر مسئله را جهت بهینه سازی با الگوریتم PSO مورد بررسی قرار دهیم. خواهیم دید مکان و اندازه ای برای خازن ها به دست می آید که خازن بزرگ تر نزدیک شین 27 و یا سایر شین هایی که افت ولتاژ در آن ها زیاد بوده است، قرار گرفته اند. الگوریتم پرندگان از جمله قوی ترین الگوریتم های بهینه سازی است که اکثر دانشجویان از این الگوریتم و نیز الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی استفاده می کنند. اگر فرض بر این باشد که جایابی خازن با هدف کاهش تلفات شبکه و بهبود پروفیل ولتاژ صورت می گیرد. در اینصورت الگوریتم PSO ابتدا تعدادی جمعیت بر روی فضای حالت مسئله پخش کرده و سپس هر کدام از اعضا مقدار تابع هدف و مکان دقیق خود را اعلام می نمایند. بعد از این کار بهترین عضو که دارای کم ترین مقدار تابع هدف ( تلفات شبکه ) است، به عنوان نفر اول انتخاب می شود. مکان بعدی سایر اعضا تحت مکان بهترین عضو با فرمول های خاص این الگوریتم تغییر یافته و مکان دیگری برای سایر اعضا به دست می آید. این مراحل آن قدر تکرار می شود تا بهترین عضو و مکان و شرایط آن مشخص گردد. و این موضوع در جایابی خازن نیز آنقدر تکرار می گردد تا مکان یابی بهینه خازن به اتمام رسیده و بهترین عضو که حاوی مکان و اندازه مربوط به خازن ها در شبکه 69 باسه است، به دست  آید.

در نهایت بعد از جایابی بهینه خازن همانطور که انتظار می رفت پروفیل ولتاژ دچار بهبود گردد ، نمودار پروفیل ولتاژ بهبود یافته به دست می آید. این نمودار نشان دهنده ی قبل و بعد از جایابی خازن با متلب است که رنگ آبی نشان دهنده ی پروفیل ولتاژ بعد از مکان یابی خازن می باشد که با بهبودی همراه است.

از طرف دیگر اکثر مقالات از نمودار همگرایی برای نشان دادن کاهش مقدار تابع هدف استفاده می کنند. این نمودار نیز نشان دهنده ی نمودار همگرایی در کاهش تلفات شبکه با جایابی خازن توسط الگوریتم ژنتیک را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می کنید مقدار تابع هدف در هر تکرار کاهش یافته و در نهایت به صفر رسیده است.

در حالت کلی این محصول حاوی فایل های متلب مربوط به بدنه ی اصلی الگوریتم PSO و تابع هدف شامل پخش بار پسرو پیشرو شبکه 69 باس و … بوده و نحوه ی اجرا و ران کردن ، همچنین تغییرات بر روی اعضا و تعداد تکرار و … به راحتی قابل انجام است.

اکثرا از تولباکس های بهینه سازی استفاده می کنند ولی آن چیزی که این محصول را از سایر محصولات جایابی خازن با PSO جدا می کند استفاده از اصل برنامه ی PSO می باشد. فایل PDF زیر نیز تابع هدف و شرایط لحاظ شده را نشان می دهد.