شکل ۲-۱۴: افزایش قابلیت اطمینان سیستم با اجرای برنامه پاسخگویی بار ۲۸
شکل ۳-۱: روند حل مسئله ۳۵
شکل ۳-۲- بار کاملا الاستیک ۳۷
شکل ۳-۳- بار کاملا غیرالاستیک ۳۷
شکل۴-۱- تاثیر برنامه های DR بر منحنی بار پایه ۴۹
شکل ۴-۲- میزان تولید CDG در حالت جزیره ای ۵۲
چکیده
مفهوم ریزشبکه به مجموعه ای از بارها، منابع تولید و ذخیره انرژی گفته می شود که به صورت یک بار قابل کنترل و یا ژنراتور عمل کرده و می تواند توان و حرارت را برای یک ناحیه محلی فراهم نماید. مدیریت توان تولیدی در ریزشبکه یکی از اصلی ترین مباحث حال حاضر در طراحی و بهره برداری از ریزشبکه می باشد. وجود منابع تولید پراکنده باعث شده است که مدیریت یک ریزشبکه با مباحث تازه و نو رو برو شود. وضعیت های بهره برداری ریزشبکه بسته به سطح تبادلات بین یک ریزشبکه و شبکه اصلی می تواند به صورت مستقل و یا متصل به شبکه طبقه بندی گردد. به منظور بهره برداری مناسب از یک ریزشبکه، استفاده از سیستم مدیریت انرژی یک امر ضروری می باشد. هدف از مدیریت انرژی، تامین توان با کمترین هزینه به منظور پاسخگویی مطلوب به بار است. این مطالعه سیستم مدیریت انرژی ریزشبکه را در دو حالت کاری جدا از شبکه و متصل به شبکه بررسی می کند.

در این پایان نامه مسئله ی مدیریت انرژی توسط برنامه های پاسخگویی بار پیاده سازی می شود. پاسخگویی بار یکی از تحولات جدید در حوزه مدیریت انرژی می باشد که به معنای مشارکت مصرف کنندگان در بهبود الگوی مصرف انرژی می باشد. استفاده از برنامه های پاسخگویی بار سودهای مالی و کاربردی فراوانی هم برای مصرف کننده و هم خود شبکه دارد، که از آن جمله می توان به کاهش میزان خاموشی، کاهش هزینه های بهره برداری، صاف و هموار شدن منحنی بار و غیره اشاره کرد. در این راستا از برنامه قابل قطع/کاهش (I/C) و برنامه بازار ظرفیت (CAP) استفاده شده است. در این برنامه ها پاداش و جریمه‌هایی برای مشتریان در وضعیت ‌هایی که پاسخ به کاهش بار دریافت نمی‌شود در سناریوهای مختلف در نظر گرفته شده است. در این مطالعه برای اجرای برنامه های پاسخگویی بار از مدل اقتصادی پاسخگویی بار استفاده می شود. این مدل از کشش قیمتی تقاضا استفاده می کند که به ازای عوامل تاثیر گذار بر تقاضا از جمله قیمت برق، پاداش و جریمه رفتار دقیق تری از مصرف مشترکین نشان می دهد. با اعمال این مدل بر ریزشبکه، هزینه بهره برداری در هر دو حالت کاری ریزشبکه به میزان قابل ملاحضه ای کاهش می یابد. بهینه سازی برنامه ریزی صحیح (MIP) برای این منظور، مورد استفاده قرار گرفته است که برای حل آن از نرم افزار GAMS استفاده می شود.
لغات کلیدی- ریزشبکه، بهینه سازی، پاسخ تقاضا، مدیریت انرژی
فصل اول
کلیات تحقیق
۱-۱- مقدمه
تامین برق در شبکه ­های سنتی، توسط نیروگاه­های بزرگ که به صورت متمرکز در نقاط مشخصی قرار
گرفته­اند، انجام می شود. انرژی تولید شده باید توسط شبکه های انتقال و توزیع به نقاط مصرف انتقال داده شوند. سیستم قدرت فوق دارای اشکالات بسیاری است که از جمله آن می توان به کاهش قابلیت اطمینان و دسترس پذیری در اثر فرسوده شدن زیرساخت های سیستم الکتریکی و تحمیل شدن هزینه های زیاد تلفات در انتقال انرژی به نقاط بار اشاره کرد. با رشد مصرف انرژی الکتریکی و تقاضا برای کیفیت بالاتر برق مصرفی، صنعت برق به سوی استفاده از فناوری های جدید سوق یافته است. از سوی دیگر، روند رو به رشد خصوصی سازی، رقابتی شدن بازار برق و تبدیل سرمایه گذاران بزرگ به سرمایه گذاران کوچک، مدیران صنعت برق را بر این می­دارد تا بیش از پیش به افزایش توان تولیدی و تجهیزات شبکه با حداکثر بازدهی انرژی و حداقل هزینه­ بهره برداری توجه کنند.
شکل ۱-۱: اهداف مدیریت سمت تقاضا
به عبارت دیگر مدیریت در برگیرنده مجموعه ای از فعالیت هاست که الگو و مقدار بار مصرف کننده را تحت تاثیر قرار می دهد. اصولا برنامه های مدیریت مصرف در پی دستیابی به اهداف مختلفی می باشد که از مهم ترین این اهداف می توان به بهبود کارآیی سیستم های انرژی، افزایش ضریب بار، کاهش نیاز به سرمایه گذاری جهت احداث و به تعویق انداختن ساخت نیروگاه های جدید، کاهش آثار سوء بر محیط زیست، کاهش هزینه های تامین برق مشترکین، جبران کمبود عرضه و کاهش مازاد تقاضای برق، بهبود قابلیت اطمینان و کیفیت توان، ارتقای توسعه اقتصاد انرژی، ایجاد فرهنگ صرفه جویی و حمایت موثر از مشترکین اشاره کرد[۳].
۱-۲- بیان مساله
مدیریت انرژی، الگوی مصرف برق مشتریان را تغییر می دهد. این تغییر، به منظور نیل به منحنی مصرف مطلوب صورت می­گیرد. با بهره گرفتن از مدیریت انرژی، با کاهش مصرف در دوره های زمانی علاوه بر منحنی بار مناسب، سبب کاهش هزینه بهره برداری و برنامه ریزی می­ شود. هدف از سیستم مدیریت انرژی^[۱] (EMS) تصمیم‌گیری درباره بهترین استفاده از ژنراتورها برای تولید توان و گرما در ریزشبکه، بهترین برنامه زمان‌بندی سیستم ذخیره‌، مدیریت بار مناسب، خرید و فروش مناسب از شبکه برق می‌باشد[۴]. برای اجرای مدیریت انرژی بر ریزشبکه در این پایان نامه از برنامه ­های پاسخگویی بار استفاده می­گردد. برنامه ­های پاسخگویی بار نیز به منزله اجرای فعالیت­هایی است که در کوتاه مدت منجر به کاهش اوج تقاضا می­شوند و در بازه­ی زمانی کوتاه مدت مطرح می­گردند. کمیته تنظیم انرژی آمریکا ^[۲]برنامه های پاسخگویی بار را به دو دسته اصلی برنامه های تشویق محور و برنامه ­های زمان محور (تعرفه محور) تقسیم کرده است. به منظور درک بیشتر این موضوع در فصل دوم، بخش دوم پایان نامه به معرفی و بررسی جنبه های گوناگون برنامه ­های پاسخ­گویی بار پرداخته شده است.
شکل۱-۲: کنترل متمرکز[۵]
در این ساختار کنترلی، کنترل کننده ی مرکزی ریزشبکه در حالت جزیره ای به دنبال کمینه کردن هزینه­ های بهره برداری و در حالت متصل به شبکه، به دنبال بهینه کردن توان تبادلی با شبکه سراسری به منظور کاهش هزینه­ های بهره برداری است. در این مطالعه از این نوع کنترل برای سیستم مدیریت انرژی استفاده شده است. در کنترل غیرمتمرکز هر ریزشبکه توسط یک کنترلر، کنترل می شود. کنترل غیرمتمرکز یک راه حل ممکن برای بسیاری از مسائل کنترلی و مدیریت انرژی در ریزشبکه هاست. این نوع کنترل در شکل (۱-۳) آمده است.
شکل۱-۳: کنترل غیرمتمرکز[۵]
یکی از بهترین نامزدها برای کنترل غیرمتمرکز ریزشبکه ها استفاده از مفهوم سیستمهای چند عامله^[۳] است. در این روش هر عامل با بهره گرفتن از هوش خود، فعالیت های پیشرو ر ا تعیین و به طور مستقل از دیگر عوامل تصمیم گیری می کند.
۱-۳- اهمیت و ضرورت تحقیق
هدف از تحقیق، حل مسئله مدیریت انرژی و برنامه ریزی بهینه ریزشبکه در دو حالت متصل به شبکه و جدا از شبکه با بهره گرفتن از برنامه های پاسخگویی بار می باشد. در حالت جدا از شبکه هدف بهره بردار کمینه کردن هزینه بهره برداری است و در حالت متصل به شبکه از آنجایی که ریزشبکه قابلیت تبادل توان با شبکه سراسری را دارد، هدف بهره بردار بهینه کردن توان تبادلی به منظور کاهش هزینه های بهره برداری می باشد. در این پایان نامه مسئله ی مدیریت انرژی توسط برنامه های پاسخگویی بار پیاده سازی شده است. برنامه های پاسخگویی بار با هدف کاهش هزینه ها، حل مشکل تراکم مصرف صورت گرفته اند. بهره بردار سیستم با اجرای برنامه های پاسخگویی بار میزان تقاضا را کاهش داده و با بهره گرفتن از کنترل متمرکز ریزشبکه تحت این شرایط سیگنالهای مورد نیاز واحدهای تولیدی را به منظور بهینه سازی صادر می کند.
در این پایان نامه از برنامه قابل قطع/کاهش (I/C) و برنامه بازار ظرفیت (CAP) استفاده شده است که جز برنامه های مبتنی بر تشویق هستند. در این برنامه ها، پاداش و جریمه‌هایی برای مشتریان در وضعیت‌هایی که پاسخ به کاهش بار دریافت نمی‌شود، در سناریوهای مختلف در نظر گرفته شده است. با اعمال این سناریوها مقدار تقاضا برای هر ساعت تعیین شده است. در این پایان نامه برای اجرای برنامه های پاسخگویی بار از مدل اقتصادی بار استفاده می شود. در این مدل از کشش قیمتی تقاضا استفاده شده است که به ازای عوامل تاثیر گذار بر تقاضا از جمله قیمت برق، پاداش و جریمه، رفتار دقیق تری از مصرف مشترکین نشان می دهد، که با اعمال آن بر ریزشبکه، هزینه های بهره برداری به میزان قابل ملاحضه ای کاهش می یابد.
۱-۴- اهداف پایان نامه
اهداف پایان نامه به دو قسمت اهداف اصلی و اهداف فرعی تقسیم می شود:
هدف اصلی این مطالعه مدیریت انرژی در ریزشبکه در دو حالت کاری از قبیل حالت جزیره­ای و حالت متصل به شبکه می باشد. در این راستا هدف از مدیریت انرژی تولید بهینه منابع کنترل پذیر در حالت
جزیره­ای، خرید و فروش مناسب با شبکه سراسری در حالت متصل به شبکه با حضور منابع تجدیدپذیر به منظور پاسخ­گویی مطلوب به بار می باشد.
هدف فرعی از انجام این مطالعه کاهش هزینه­ های بهره برداری ناشی از تامین توان در هر دو حالت کاری ریزشبکه است. در این راستا با بهره گرفتن از برنامه های پاسخ­گویی بار مشترکین مجبور به کاهش مصرف که این کاهش مصرف منتج به کاهش تامین توان در نتیجه کاهش هزینه های بهره برداری می گردد.
۱-۵- فرضیه
مدیریت انرژی در ریزشبکه برای هر دو حالت کاری ریزشبکه از قبیل حالت مجزا از شبکه (حالت جزیره ای) و حالت متصل به شبکه با بهره گرفتن از برنامه های پاسخگویی بار در این مطالعه مورد بررسی قرار می گیرد. در این راستا از نرم افزار پرقدرت GAMS برای شبیه سازی استفاده شده است.
۱-۶- ساختار کلی پایان نامه
شکل (۱-۴) ساختار کلی مباحث مطرح شده در پایان نامه را نشان می دهد. همانگونه که در این شکل نشان داده شده، این پژوهش در پنج فصل تنظیم شده است که در فصل یک با مقدمه ای کلی، مساله مورد نظر شرح داده شد و بیان شد که این تحقیق به بررسی اثر استفاده از برنامه های پاسخگویی بار به منظور اجرای مدیریت انرژی در یک ریزشبکه جهت بهره برداری بهینه از آن در حالات مختلف کاری می پردازد .
در فصل دوم، به مرور مقالات و مطالعات صورت گرفته در راستای پایان نامه و بررسی آنها به منظور بیان تفاوت­های موجود با کار صورت گرفته و گسترش آن در این مطالعه پرداخته شده است. این فصل شامل سه بخش می باشد، در بخش اول ریزشبکه به طور کامل معرفی شده است. بخش دوم برنامه های پاسخگویی بار به طور جامع و در بخش سوم مقالات بررسی شده است

شکل ۱-۴ :ساختار کلی پایان نامه
فصل دوم
مروری بر تحقیقات انجام شده
بخش اول