ارائه ساختار جديد بازار همزمان توان اکتيو و راکتيو با در نظر

قیمت: ۹۹۰۰۰ریال تعداد صفحات: 139 کد محصول :4382 حجم فایل:2,19 MB نوع فایل :rar

فایل ورد قابل ویرایش

توضیحی مختصر از متن فایل :

ارائه ساختار جديد بازار همزمان توان اکتيو و راکتيو با در نظر گرفتن قيود ولتاژی شبکه

چکیده:

در طی دو دهه اخیر صنعت برق دستخوش تغییرات اساسی در نحوهی تولید، انتقال و توزیع گشته است که تحت عنوان تجدیدساختار از آن یاد میشود. با تجدید ساختار در صنعت برق، توان راکتیو به عنوان یکی از مهمترین خدمات جانبی برای بهرهبرداری ایمن و قابل اطمینان از شبکه قدرت معرفی شده است. در سالهای اخیر بمنظور افزایش قابلیت اطمینان شبکه، ایجاد یک ساختار صحیح رقابتی و تشویق تولیدکنندگان به تولید توان راکتیو، بازارهای توان راکتیو تعریف شدهاند. این در حالی است که توان اکتیو و راکتیو از راههای گوناگون همانند معادلات پخشبار، منحنی قابلیت ژنراتور سنکرون و حداکثر ظرفیت توان عبوری از خطوط به هم مرتبط میباشند و در نتیجه اجرای جداگانهی بازارهای توان اکتیو و راکتیو راهحل بهینه را به همراه نخواهد داشت. بدین ترتیب در این پایاننامه، بازار توان راکتیو بطور همزمان با بازار انرژی به اجرا در میآید و نتایج آن با نتایج بدست آمده از اجرای جداگانه بازارهای توان اکتیو و راکتیو مقایسه میگردد. بمنظور عادلانهتر شدن رقابت در تولید توان راکتیو، پیشنهادات قیمت برای تولید توان راکتیو اصلاح میگردد و ساختار جدیدی برای پرداخت هزینه از دست رفته به تولیدکنندگان توان راکتیو ارائه میشود. همچنین با توجه به ماهیت محلی توان راکتیو، امکان ایجاد بازارهای محلی توان راکتیو مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل از اجرای بازارهای محلی توان راکتیو با بازارهای غیرمحلی مقایسه میگردد. از طرفی حضور منابع تولید پراکنده و بخصوص مزارع بادی در شبکه قدرت روز به روز در حال افزایش است و با پیشرفت تکنولوژی در سالهای اخیر، این منابع نیز برای مشارکت در بازارهای توان راکتیو مشتاق میباشند. بدین ترتیب در این پایاننامه بمنظور در نظر گرفتن مشارکت مزارع بادی در بازار توان راکتیو ابتدا امکان ارائه توان راکتیو توسط مزارع بادی با فنآوری توربینهای سرعت متغیر مورد مطالعه قرار میگیرد و پس از آن بازارهای توان اکتیو و راکتیو با مشارکت مزارع بادی به اجرا در میآید. در این مطالعه همچنین بمنظور در نظر گرفتن خطای پیشبینی توان بادی، بازارهای توان اکتیو و راکتیو با دو حالت خطا در پیشبینی توان بادی به اجرا درمیآید و تأثیر این خطای پیشبینی بر میزان مشارکت مزارع بادی در بازارهای توان اکتیو و راکتیو و نیز بر میزان هزینه بهرهبرداری از این بازارها مورد بررسی قرار میگیرد.

واژههای کلیدی: بازار توان راکتیو، بازار همزمان توان اکتیو و راکتیو، تابع پرداخت مورد انتظار، هزینه فرصت از دست رفته، مزارع بادی

1-1 مقدمه

در طول چند دهه گذشته بسیاری از سیستمهای قدرت الکتریکی در سراسر جهان تجدید ساختار شدهاند. طی این مدت، به خاطر بالا بردن بازده بهرهبرداري و تشویق سرمایهگذاران، صنعت برق دستخوش تغییرات اساسی از لحاظ مدیریت و مالکیت گردیده است، به طوریکه براي ایجاد فضاي رقابتی مناسب، بخشهاي مختلف آن از جمله تولید، انتقال و توزیع از هم مستقل گردیدهاند. این فرایند منجر به غیرمتمرکز شدن خدمات مختلف که قبلاً توسط ساختار انحصاری تولید میگردید، شده است. با وجودی که تجارت انرژی موضوع اصلی در بازار رقابتی برق است، به منظور داشتن یک شبکه امن و قابل اعتماد، خدمات جانبی حیاتی هستند و باید به شیوهای مناسب ارائه گردند. در سیستمهای قدرت تجدیدساختار یافته، بهرهبردار مستقل سیستم (ISO^{^[1]}) مسئول حفظ و عمل عادلانه، امن و قابل اعتماد از یک سیستم قدرت است. بر این اساس، ISO مسئول تعادل بار در زمان واقعی، مدیریت تراکم و ارائه خدمات جانبی است. این خدمات جانبی توسط بهرهبردار سیستم از طریق قراردادهای تجاری با شرکت کنندگان بازار فراهم میشود [1].

در این میان شش نوع خدمات جانبی مختلف در دستورالعمل FERC- 888 تعریف شده است[2]، که تأمین توان راکتیو یکی از این سرویسهای مهم است و باید در بسیاری از جنبههای برنامهریزی بازار و بهرهبرداری درنظرگرفته شود. نكته ديگري كه بايد مورد توجه قرار گيرد آن است كه يک ژنراتور زمانی ميتواند توان توليدي خود را به فروش برساند که توان راکتيو کافي جهت حفظ سطوح ولتاژ در محدوده قابل قبول در سيستم وجود داشته باشد. در غير اينصورت ژنراتور به علت محدوديت پايداري ولتاژ، قادر به فروش انرژي توليدي خود نخواهد بود[3]. در نتیجه، درحالی که موضوع اصلی در بازارهای برق مسائل مالی است، به دلیل نقش مهم توان راکتیو در سیستمهای امنیتی، مسائل فنی نیز باید در کنار مسائل اقتصادی در تسویه بازار مورد توجه قرار گیرد. تاکنون، اهداف مختلفی مانند قیمتگذاری توان راکتیو [4و5]، به حداقل رساندن هزینه توان راکتیو [6و7]، به حداقل رساندن همزمان هزینه توان راکتیو و تلفات انتقال [9و8]، به حداقل رساندن انحراف از معاملات [3] و غیره برای حل و فصل بازار توان راکتیو و بهبود این بازار ارائه شده است.

از طرفی توان راکتیو نقش مهمی در امنیت ولتاژ سیستم قدرت نیز دارد [10]. عدم توان راکتیو در سیستم ممکن است سبب افت ولتاژ نامطلوب در برخی از باسهای سیستم گردد که اگر سیستم بر این کمبود ولتاژ غلبه نکند، ممکن است منجر به ناپایداری ولتاژ در کل شبکه گردد. توان راکتیو ناکافی که منجر به فروپاشی ولتاژ بوده است، عامل اصلی در قطع عمده برق در سراسر جهان شناخته شده است. به عنوان مثال علت اصلی خاموشی در 2 جولای 1996 و 10 اوت 1996 که در سواحل غربی ایالات متحده رخ داده بود، فروپاشی ولتاژ اعلام شد[11]. بنابراین، امنیت ولتاژ سیستم یک مسئله مهم است که باید در برنامهریزی توان راکتیو در نظر گرفته شود.

1-2 حضور مزارع بادی در بازارهای تجدید ساختار یافته

در دهههای اخیر، با توجه به برخی از چالشهای جهانی مانند مسائل زیست محیطی، بحران انرژی و رکود اقتصادی، منابع تجدیدپذیر و تولیدات پراکنده توجه بیشتری برای تولید برق را به خود جلب کردهاند [12]. تحقیقات انجام شده توسط مراکز تحقیقاتی همچون سازمان تحقیقات انرژی الکتریکی (^{^[2]}EPRI) بیانگر استفاده بیش از 25 درصد انرژي الکتریکی تولیدي توسط تولیدات پراکنده تا سال 2010 میباشد. همچنین این رقم طبق تحقیقات سازمان گاز طبیعی( NGF^{^[3]}) تا 30 درصد نیز پیش بینی شده است[13].

در میان انواع منابع تجدیدپذیر، انرژی باد به علت در دسترس بودن و مزایای فراوان آن، به یکی از منابع تجدیدپذیر پیشرفته و محبوب در سراسر جهان تبدیل شده است. با افزایش نفوذ تولید توان باد به شبکه، بسیاری از مسائل جدید باید در مورد برنامهریزی و عملکرد سیستم قدرت مورد مطالعه قرار گیرد.

با وجود مزایای بسیار زیاد انرژی باد، این منبع انرژی از عدم قطعیت بالایی برخوردار است. بنابراین، ماهیت تصادفی سرعت باد موضوع پژوهشهای بسیاری در سالهای اخیر بوده است و برخی از جنبههای مختلف این پدیده و همچنین اثرات آن در بهرهبرداری و کنترل سیستمهای قدرت مورد مطالعه قرار گرفته است[14].

1-3 ارائه توان راکتیو توسط مزارع بادی

علاوه بر ارائه توان اکتیو به شبکه، ژنراتورهای بادی با مبدلهای الکترونیک قدرت همچنین میتوانند توان راکتیو به سیستم با ترکیب تغییرات جزئی در طراحی و یا معماری کنترل ارائه دهند. این توربینهای بادی (^{^[4]}WTs) همچنین میتوانند برای ارائه تنظیم فرکانس اولیه به طور موقت و میرایی نوسانات همانطور که در مرجع [15] اشاره شده است، استفاده شوند.

در آثار مختلف، به طور عمده توان راکتیو به عنوان یک سرویس جانبی در حوزه ژنراتورهای بزرگ حرارتی مورد بررسی قرار گرفته و اثر زیادی به بررسی اینکه ژنراتورهای بادی میتوانند به توان راکتیو مورد نیاز سیستم کمک کنند، گزارش نشده است[8] و [17]. ارائه توان راکتیو از مزارع بادی (WFs^{^[5]}) به ندرت توسط اپراتورهای مستقل سیستم خریداری شده است. با این حال، با افزایش نفوذ ژنراتورهای بادی به شبکه برق همراه با افزایش استفاده از الکترونیک قدرت در توربینها، مزارع بادی میتوانند بعنوان ارائه دهندگان خدمات توان راکتیو در آینده مفید باشند. با توجه به پیشرفت در تکنیکهای پیش بینی باد در سالهای اخیر، همراه با اثر هموارسازی توان در یک مزرعه بادی، مزارع بادی هماکنون میتوانند به عنوان یک منبع قدرت قابل توزیع توسط اپراتورهای سیستم در نظر گرفته شوند. در نتیجه، پشتیبانی توان راکتیو از مبدلهای منبع ولتاژ (VSCs^{^[6]}) از مزارع بادی نیز میتواند توسط اپراتورها بصورت توزیعپذیر تلقی گردد[18].

1-4 بازارهای توان راکتیو

برای عملکرد موثر، بازارها باید کامل شوند. بدین معنی که برای تمام سرویسهای کمیاب، هزینه جبران باید توسط تأمینکنندگان دریافت شود و توسط مصرفکنندگان پرداخت گردد. این موضوع برای توان راکتیو نیز صادق است. به فروشندگان باید قیمت بازار یا نرخی برای توان راکتیوی که آنها عرضه میکنند پرداخت شود به طوری که از کمبودها جلوگیری شود. خریداران نیز باید نرخ یا قیمت بازار را پرداخت کنند.

به طور کلی در حال حاضر در بازارهای برق تجدید ساختار یافته این موضوع توسط چندین اپراتور سیستمهای قدرت در کشورهای مختلف به رسمیت شناخته شده است که ارائه توان راکتیو باید به عنوان یک سرویس جانبی در نظر گرفته شود و نیاز به یک راهکار پرداخت مالی مناسب برای این خدمات وجود دارد. برخی از بازارها در حال حاضر این راهکار را ایجاد کردهاند، از جمله اپراتور مستقل سیستم نیویورک که از یک روش مبتنی بر هزینه گنجانده شده استفاده میکند و یا شرکت ملی مدیریت بازار برق استرالیا که در آن پرداخت هزینه برای پشتیبانی توان راکتیو هم برای ژنراتور و هم برای خازن سنکرون انجام میگیرد و شامل سه بخش هزینه در دسترس بودن، هزینه بهرهبرداری و هزینه فرصت میباشد[19]. از سوی دیگر، بازارهای مقرراتزدایی شده در کشورهای شمال اروپا، هیچگونه پیشبینی برای پرداخت مالی به ارائهدهندگان توان راکتیو درنظر نگرفتهاند؛ در این بازارها مسئولیت مدیریت توان راکتیو در شرکتهای شبکه محلی و منطقهای نهفته است[19] و [20]. مروری بر شیوههای مدیریت توان راکتیو تصویب شده در برخی از بازارهای برق مقرراتزدایی شده در سراسر جهان در مرجع [20] معرفی شدهاند.

1-5 چالشها در جهت ایجاد بازارهای توان راکتیو

توان راکتیو یک کالای منحصر به فرد با توجه به ویژگیهای برجسته آن است. توان راکتیو در طبیعت بطور محلی ایجاد میگردد و دارای قیمت بسیار بالا در شرایط اضطراری میباشد. هرچند، توان راکتیو به هیچ کار مفیدی منجر نمیگردد، اما همانطور که ذکر شد، توان راکتیو برای حفظ پایداری ولتاژ سیستم و اطمینان از تأمین برق قابل اعتماد ضروری میباشد[10]. از آنجا که مزایای پروفیل ولتاژ مناسب توسط تمام اعضای متصل به شبکه استفاده میشود، این موضوع تدبیر سیاستهای قیمتگذاری توان راکتیو را دشوار میکند. از ویژگیهای متمایز توان راکتیو چالشهای قابل توجه در جهت توسعه بازارهای رقابتی برای توان راکتیو است. در ادامه، برخی از چالشهای مربوط به تعامل بین بازار توان اکتیو و راکتیو، قدرت بازار، نوسانات قیمت و قیمتگذاری به مصرفکنندگان در جزئیات بیشتر بحث شده است.

1-5-1 تعامل بین بازار توان اکتیو و راکتیو

توان اكتيو و راكتيو از طرق گوناگون همانند معادلات پخشبار، محدوديت جريان خطوط شبكه و نيز منحني قابليت ژنراتور سنكرون باهم ارتباط تنگاتنگي دارند. بنابراين اجراي بازار توان اكتيو و سپس در پي آن بازار توان راكتيو بعلت ارتباط تنگاتنگ بين توان اکتیو و راكتيو راه حل بهينه را نتيجه نميدهد[16].

1-5-2 قدرت بازار

از لحاظ اقتصادی، قدرت بازار به عنوان توانایی بعضی از شرکتکنندگان در بازار به تغییر قیمت به دور از سطوح رقابتی برای سودآوری بیشتر تعریف شده است. سادهترین راه حل برای حل مشکل قدرت بازار توان راکتیو، اضافه کردن تجهیزات تولید توان راکتیو، از جمله، خازن ها و جبرانسازهای استاتیک VAR (SVC^{^[7]})، در نقاط راهبردی و نقاط الکتریکی نزدیک به آنها است. در مرجع [21] یک بررسی جامع بر روی قدرت بازار با در نظر گرفتن شاخصهای مختلفی که در تجزیه و تحلیل قدرت بازار استفاده میشود، ارائه شده است.