وان الکتریک

زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال با در نظر گرفتن آسیب‌پذیری سیستم قدرت.....

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فهرست مطالب.. هشت

چکیده.. 1

فصل اوّل: مقدّمه

فصل دوم: تاریخچه‌ی کارهای انجام شده

2-1. مقدّمه.. 8

2-2. مروری بر پژوهش‌های صورت گرفته در زمینه‌ی تعمیرات سیستم قدرت.. 9

2-3. مروری بر پژوهش‌‌های صورت گرفته در زمینه‌‌ی آسیب‌پذیری سیستم قدرت 25

2-4. خلاصه‌ی فصل و نتیجه‌گیری.. 43

فصل سوم: مدل زمانی برای بررسی آسیب‌پذیری سیستم قدرت

3-1. انگیزه.. 44

3-2. رویکرد.. 45

3-3. نوآوری‌های مدل.. 46

3-4. مدل‌سازی مسأله‌ی آسیب‌پذیری با در نظر گرفتن بُعد زمان.. 46

3-4-1. فرضیات.. 46

3-4-2. مدل‌سازی بررسی آسیب‌پذیری سیستم قدرت در یک افق زمانی.. 47

3-4-3. تبدیل مدل دو سطحی ارائه شده، به یک مدل یک‌سطحی.. 52

3-4-4. تبدیل MPEC به یک مسأله‌ی MILP. 53

3-5. مثال عددی اوّل.. 54

3-5-2. افق زمانی مطالعه.. 54

3-5-3. داده‌های ورودی مسأله.. 54

3-5-4. سناریوهای تعریف شده.. 56

3-5-5. ارائه و تحلیل نتایج.. 59

3-5-6. بار محاسباتی مسأله.. 66

3-6. مثال عددی دوم.. 67

3-6-1. افق زمانی مطالعه.. 67

3-6-2. داده‌های ورودی مسأله.. 68

3-6-3. تعریف سناریوها و ارائه و تحلیل نتایج.. 69

3-7. خلاصه‌ی فصل و نتیجه‌گیری.. 73

فصل چهارم: مدلی برای زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال با لحاظ آسیب‌پذیری سیستم قدرت

4-1. مقدّمه و رویکرد.. 75

4-1-1. نوآوری‌های مدل.. 77

4-2. مدل‌سازی مسأله‌ی زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال با در نظر گرفتن آسیب‌‌پذیری شبکه‌ قدرت.. 78

4-2-1. فرضیات.. 78

4-2-2. مدل‌سازی زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال شبکه با در نظر گرفتن آسیب‌پذیری سیستم قدرت.. 78

4-3. مدل MWAW برای بررسی آسیب‌پذیری سیستم قدرت در یک افق زمانی.. 87

4-3-1. فرمول‌بندی مدل MWaW... 88

4-3-2. MPEC مربوط به مدل MWaW... 94

4-3-3. تبدیل MPEC مدل MWaW به یک مسأله‌ی MILP. 96

4-3-4. مدل نهایی MWaW به صورت یک مسأله‌ی MILP یک‌سطحی.. 98

4-4. مدل نهایی VCTMS به صورت یک مسأله‌ی MILP دو سطحی.. 98

4-5. استفاده از الگوریتم ژنتیک برای حلّ مدل VCTMS. 98

4-5-1. انتخاب متغیّرها و تابع هدف.. 98

4-5-2. کدگذاری.. 99

4-5-3. جمعیت اوّلیه.. 100

4-5-4. انتخاب.. 100

4-5-5. ترکیب.. 101

4-5-6. جهش.. 101

4-6. مثال عددی اوّل: اجرای مدل MWaW بر روی شبکه‌ی شش شینه‌ی گارور 101

4-6-2. افق زمانی مطالعه.. 102

4-6-3. داده‌های ورودی مسأله.. 102

4-6-4. ارائه و تحلیل نتایج.. 104

4-7. مثال عددی دوم: اجرای مدل VCTMS برای زمان‌بندی تعمیرات معمولی در شبکه‌ی شش شینه‌ی گارور.. 106

4-7-1. تعریف سناریوها.. 106

4-7-2. روش حل.. 107

4-7-3. ارائه و تحلیل نتایج بدست آمده.. 109

4-7-3-الف. ارائه و تحلیل نتابج مربوط به سناریوی شماره 1.. 109

4-7-3-ب. ارائه و تحلیل نتابج مربوط به سناریوی شماره 2.. 113

4-7-3-ج. ارائه و تحلیل نتابج مربوط به سناریوی شماره 3.. 118

4-7-3-د. ارائه و تحلیل نتابج مربوط به سناریوی شماره 4.. 121

4-8. خلاصه‌ی فصل و نتیجه‌گیری.. 125

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها

5-1. جمع‌بندی نتایج.. 127

5-2. پیشنهادها و ادامه‌ی تحقیق.. 129

مراجع.. 131

چکیده

بحث تعمیرات در هر سیستمی و از جمله سیستم قدرت، از اهمّیت ویژه‌ای برخوردار است. در ساختار سنّتی صنعت برق، تعمیرات مربوط به بخش تولید و انتقال، هر دو توسّط اپراتور شبکه صورت می‌گیرد. با تجدیدساختار صنعت برق، پیشنهاد زمان تعمیرات مربوط به بخش‌های مختلف سیستم به مالکان بخش‌ها واگذار می‌شود و بهره‌بردار مستقل سیستم، مسئول نظارت و هماهنگی زمان انجام تعمیرات می‌باشد.

در مدل‌هایی که برای زمان‌بندی تعمیرات سیستم انتقال ارائه شده است، عموماً سعی در انتخاب بهترین زمان تعمیرات به منظور حفظ قابلیت اطمینان سیستم در یک ناحیه‌ی امن است و قابلیت اطمینان سیستم به عنوان مهم‌ترین قید این مسأله لحاظ می‌شود. پس از سال 2001 میلادی، مطالعه‌ی تأثیر حملات عامدانه بر شبکه‌ی قدرت اهمّیت ویژه‌ای به خود گرفته است؛ چراکه اعمال استانداردهای کلاسیک برای تأمین قابلیت اطمینان سیستم نمی‌تواند به قدر کافی واقعیت موجود، یعنی بحث حمله‌ی عامدانه به شبکه‌ی قدرت، را در خود لحاظ کند. در این پایان­نامه، در قدم اوّل، مدل جدیدی ارائه می­شود که می­تواند آسیب­پذیری سیستم قدرت را در یک افق زمانی مورد بررسی قرار دهد. «بُعد زمانی» حملات عامدانه در پژوهش­های قبلی در نظر گرفته نشده است. خروجی این مرحله، مدلی زمانی است که بصورت یک مسأله­ی دو سطحی فرمول­بندی شده است. این مدل دو سطحی با استفاده از تئوری دوگان تبدیل به یک مسأله­ی برنامه­ریزی یک­سطحی می­شود. در مرحله­ی دوّم، از این مدل برای ارائه­ی یک فرمول­بندی جدید برای زمان­بندی تعمیرات خطوط انتقال استفاده می­شود. در فرمول­بندی جدید، زمان­بندی تعمیرات خطوط انتقال به صورت یک مسأله­ی برنامه­ریزی چندسطحی در نظر گرفته می­شود که در آن، آسیب­پذیری سیستم قدرت در کنار قید قابلیت اطمینان سیستم لحاظ می­شود.

مدل­های پیشنهادی بر روی شبکه‌های استاندارد Garver 6-Bus و IEEE-RTS 24-Busپیاده‌سازی و توانایی این روش­ها نشان داده شده است.

کلمات کلیدی: آسیب‌پذیری سیستم قدرت، برنامه‌ریزی چندسطحی، تئوری دوگان، زمان‌بندی تعمیرات خطوط انتقال.

فصل

فصل اوّل
مقدّمه

شبکه‌‌ی قدرت، از جمله مهم‌ترین زیرساخت‌های یک کشور است، به گونه‌ای که تقریباً تمام زیرساخت‌های دیگر وابسته به عملکرد صحیح این شبکه‌‌ می‌باشند. در هر کشوری، بین اقتصاد و صنعت برق آن ارتباط تنگاتنگی وجود دارد و در صورت مختل شدن عملکرد شبکه‌‌ی قدرت، ضرر‌‌های اقتصادی بزرگی برای آن کشور رقم خواهد خورد. به عنوان مثال، خسارت ناشی از خامـوشی[1] رخ داده در ایالات متحده‌‌ی آمریکا در آگوست سال 2003 ، بین چهار تا ده میلیارد دلار تخمین زده شده است. این خاموشی، جمعیتی در حدود 50 میلیون نفر را تحت تأثیر قرار داد و در برخی مناطق، مصرف‌کنندگان تا چهار روز بدون برق ماندند[1]. بزرگترین خاموشی تاریخ، خاموشی سال 2012 در هند است که طی آن، دسترسی بیش از 600 میلیون نفر به برق قطع شد. گاهی خروج‌های متوالی خطوط انتقال می‌تواند زمینه را برای بروز چنین خاموشی‌های مخرّبی آماده کند. به عنوان مثال، در خاموشی سال 2003 ایالات متحده‌ی آمریکا، با وقوع خطای همزمان روی سه خط انتقال، این سه خط از مدار خارج شدند و خروج این سه خط موجب شد تا بقیه‌ی خطوط شبکه دچار اضافه بار شوند و به سرعت، یکی پس از دیگری از مدار خارج شوند و به دنبال آن، باری در حدود 8/61 گیـگاوات از دست بـرود. بدیهی است که اهمّیت چنین سیستمی، اطمینان از عملکرد صحیح این سیستم را بسیار ضروری می‌سازد.

شبکه‌ی قدرت به طور کلّی از چهار بخش تولید، انتقال، توزیع و مصرف‌کنندگان تشکیل شده است که برای حفظ کارآیی این سیستم، هر چهار بخش ذکر شده نیاز به نگهداشت و تعمیرات دارند. افزایش قابلیت اطمینان سیستم و افزایش راندمان انرژی، از مهم‌ترین نتایج بدست آمده از انجام تعمیر و نگهداشت است.

در کتب و استانداردهای مختلف

[1].Blackout