فصل پنجم :
مطالعات شبیه­سازی و آنالیز حساسیت
۵-۱- مقدمه
در این فصل از پروژه پایان نامه٬ نتایج شبیه سازی های انجام گرفته در نرم افزار Matlab جهت حل مسئله بهینه­سازی جایابی خازن با حضور تولید پراکنده در شبکه توزیع به منظور کاهش تلفات توسط روش هوشمند هایبرید کولونی مورچگان و نلدرمید ACO-NM مطابق فرمولاسیون فصل ۴ و ۵ ، بر روی یک شبکه توزیع نمونه ۳۰ باسه شامل فیدرهای شعاعی ارائه شده است. در بخش مطالعات شبیه­سازی و آنالیز حساسیت نتایج حاصل از حل مسئله بهینه­سازی مذکور توسط هر یک از الگوریتم­های کولونی مورچگان ACO، نلدر- مید NM و روش هایبرید پیشنهادی کولونی مورچگان و نلدر- مید ACO-NM در چهار حالت متفاوت مورد بررسی و مقایسه قرار می­گیرد که شامل : مطالعه حالت پایه (تحت شرایط نرمال)، تاثیر تغییر محل نصب و بهره ­برداری DG، تاثیر تغییر ضریب بار Load factor و تاثیر تغییر پله­های تپ چنجر ترانسفورماتور پست فوق توزیع ۲۰/۶۳ کیلوولت بر روی تلفات کل شبکه توزیع و همچنین برنامه­ ریزی هماهنگ جایابی خازن­ها (قطع یا وصل بودن برای ۱ ساعت آینده) انجام شده است.

۵-۲- مشخصات شبکه توزیع ۳۰ باسه شعاعی نمونه و مطالعه حالت پایه
شکل (۵-۱) ، شبکه توزیع تحت مطالعه را نشان می دهد. همان گونه که گفته شد، این شبکه دارای ۳۰ شین می باشد و از طریق پست فوق توزیع ۲۰/۶۳ کیلو ولت متصل به شین شماره ۱ تغذیه می­ شود و بنابراین سطح ولتاژ فیدر شعاعی مذکور ۲۰ کیلوولت می­باشد٬ بعلاوه شین شماره ۱ در محاسبات پخش بار رفت و برگشتی شبکه توزیع بعنوان شین مرجع (slack)در نظر گرفته می شود. ترانسفورماتور نصب شده در پست فوق توزیع به تپ چنجر قابل تغییر زیر بار (ULTC) با امپدانس (۳۴۷/۰j+0178/0) پریونیت مجهز می­باشد٬ تپ چنجر دارای ۱۷ پله بوده که قابلیت تغییر ولتاژ باس ثانویه پست فوق توزیع را به اندازه %۵- تا %۵+ ولتاژ نامی را دارا می باشد. تعداد هفت خازن قابل سوئیچ زنی٬ بعنوان ابزار تزریق توان راکتیو و کنترل ولتاژ علاوه بر تپ چنجر ترانسفورماتور در شبکه توزیع نمونه ۳۰ باسه حضور دارند که خازن های C1 و C2 در پست فوق توزیع نصب شده اند و خازن های C7 و C6 و C5 و C4 و C3 مطابق شکل٬ بترتیب به باسهای شماره ۲۵ ٬ ۲۳ ٬ ۱۹ ٬ ۱۴ و ۱۳ متصل هستند. در این سیستم یک واحد تولید پراکنده DG نیز استفاده شده است که ظرفیت و مکان بهینه نصب آن مطابق با مطالعات قبلی صورت گرفته بر روی باس ۸ متصل شده است. بارهای شبکه به جز بار متصل به باس ۳ شبکه تحت مطالعه از نوع توان ثابت هستند و اطلاعات مربوط به این بارها برای استفاده در مسئله جایابی خازن (برنامه­ ریزی ۱ ساعته) به منظور کاهش تلفات به همراه اطلاعات مربوط به مقاومت و راکتانس شاخه های سیستم توزیع نمونه در جدول (۵-۱) و در هر مرحله شبیه سازی آمده است. این شبکه دارای دو بار متغیر است که به باسهای ۳ و ۲۷ شبکه نمونه متصل شده ­اند.
شکل (۵-۱) : نمایش تک خطی شبکه توزیع ۳۰ باسه شعاعی مورد مطالعه
جدول (۵-۱):اطلاعات امپدانس شاخه ها و بارهای شبکه نمونه ۳۰ باسه تحت مطالعه
مینیمم و ماکزیمم مقدار مصرف بارهای متغیر شبکه variable load و همچنین مقدار حداقل و حداکثر تولید DG مطابق جدول (۵-۲) می­باشد:

جدول (۵-۲): مینیمم و ماکزیمم مقدار مصرف بارهای متغیر و همچنین مقدار حداقل و حداکثر تولید DG
۵-۳- جایابی بهینه خازن به منظور کاهش تلفات توسط الگوریتم کولونی مورچگان ACO
در این برنامه هر یک از کولونی مورچگان که به عنوان جوابی برای متغیرهای کنترلی مسئله بهینه سازی تخمین حالت هستند بصورت یازده شهر تعریف شده اند که هر یک از شهرهای هر کولونی بدین صورت تعریف می شوند: هفت شهر اول هر کولونی وضعیت اتصال یا عدم اتصال هفت خازن را برای شبکه توزیع شعاعی ۳۰ باسه نشان می دهد که وضعیت عدم اتصال با مقدار ۰ و وضعیت اتصال با مقدار ۱ تعریف شده است. شهر هشتم هر کولونی وضعیت تپ چنجر ترانسفورماتور پست توزیع را نشان می دهد که قابلیت تغییر از ۸- تا ۸ پله را دارد. شهر نهم و دهم هر کولونی به بارهای متغیر شبکه و شهر یازدهم هر کولونی به خروجی تولید پراکنده DG متصل به شبکه مربوط می باشند. در ابتدا ۲۰ کولونی بصورت تصادفی ایجاد شده و در مرحله بعد تابع هدف مطابق هر یک از کولونی ها محاسبه می شود و باید متذکر شد که تابع فیتنس برای هر کولونی از مورچگان بصورت مینیمم محاسبه می شود.
۵-۳-۱- مقداردهی اولیه هر کولونی از مورچگان
در ابتدا یک مجموعه عدد تصادفی بین ۱ تا ۱۱ ایجاد می شود که اگر عدد تصادفی برای هفت شهر اول بین ۱ تا ۷ باشد آنگاه شهر مورد نظر دارای مقدار ۱ برای آن کولونی خواهد شد. اگر برای شهر هشتم مقدار عددی ۸ اختصاص یابد آنگاه مقدار مورد نظر برای این شهر یک عدد تصادفی بین ۸- تا ۸ می شود، اگر برای شهر نهم و دهم مقدار عددی ۹ و یا ۱۰ باشد آنگاه مقدار عددی برای آن شهر یک عدد تصادفی بین محدوده مینیمم و ماکزیمم مقدار بار متغیر خواهد شد و اگر ۱۱ باشد یک عدد تصادفی بین محدوده مینیمم و ماکزیمم مقدار خروجی تولید پراکنده DG خواهد شد. شهرهایی که انتخاب نمی­شوند مقدار مینیمم را به خود اختصاص می دهند. این روند برای ۲۰ کولونی اجرا می شود.
۵-۳-۲- تغییر مسیر حرکت مورچگان
برای هر ۲۰ کولونی٬ یک مورچه بصورت تصادفی در یک شهر از ۱۱ شهر انتخاب می شود، مورچه انتخابی با توجه به مقدار فیتنس محاسبه شده برای دیگر کولونی مورچگان و فرومون تولیدی در شهرهای هر یک از کولونی های دیگر، شهر جدیدی را برای حرکت به طرف آنها انتخاب می کند. مقدار متغیر E(i,j) برای هر یک از هفت شهر اول جمعیت ۲۰ کولونی مورچگان محاسبه می شود و سپس آن را با یک عدد تصادفی مقایسه می کنیم که اگر عدد تصادفی کمتر از E(i,j) باشد، آنگاه مقدار شهر j ام از کولونی i ام یک و در غیر این صورت صفر می شود. در اینجا colonylocal(i,j) و colonyGlobal(i,j) ، بترتیب بهترین جواب برای j ام شهر از کولونی i ام فعلیcolony(i,j) و بهترین جواب در بین کل جمعیت نسبت به جمعیت فعلی می- باشد، همچنین rand() یک عدد حقیقی بین [۰,۱] بصورت تصادفی تولید می کند. با انتخاب مسیر حرکت هر مورچه به سمت یک کولونی جدید، مقدار فیتنس محاسبه شده برای شهر آن کولونی را بصورت زیر دستخوش تغییر می شود٬ بنابراین برای شهرهای اول تا هفتم طبق رابطه (۵-۱) خواهیم داشت:
(۵-۱)
برای شهر هشتم هر یک از ۲۰ کولونی مذکور طبق رابطه (۵-۲) خواهیم داشت، که در آن randint([-1,1]) یک عدد تصادفی بین [-۱,۱] تولید می نماید :
(۵-۲)
برای شهرهای نهم ، دهم و یازدهم هر یک از ۲۰ کولونی مذکور طبق رابطه (۵-۳) خواهیم داشت:
(۵-۳)
تمامی مراحل فوق به میزان تعداد تکرار از پیش تعیین شده انجام می شوند. هر یک از ۲۰ کولونی مذکور مطابق جدول زیر تعریف می شوند :