30585

برنامه ريزي توسعه شبكه هاي توزيع به‌هم‌پيوسته با در نظرگرفتن تاب‌آوري در شرايط وقوع طوفان

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- سيستم‌هاي قدرت

1396

1402/12/5

محسن كلانتر

مهندسي برق

در سال هاي اخير شبكه هاي انرژي به‌هم‌پيوسته به عنوان راه‌حلي براي بهبود بازده و افزايش انعطاف پذيري شبكه هاي انرژي سنتي با استفاده سلسله‌مراتبي از منابع انرژي مطرح شده اند. در ساختار شبكه هاي به‌هم‌پيوسته توزيع انرژي، ريزشبكه هاي چند حاملي انرژي مي توانند نقش مهمي را ايفا كنند. شبكه هاي توزيع جريان مستقيم داراي ويژگي هايي ذاتي براي كاهش تلفات، انتقال توان بالاتر و افزايش قابليت اطمينان در شرايط مشابه با سيستم هاي جريان متناوب هستند. از سويي يكي از چالش هاي اساسي سيستم هاي قدرت، مواجهه با خاموشي هاي سراسري در مناطق وسيع، ناشي از رخدادهاي غيرعادي آب و هوايي، حمله هاي سايبري و تهديدهاي ديگر است. اين رخدادها پايداري سيستم هاي قدرت و استمرار خدمت رساني به مشتركين را تحت‌تأثير قرار خواهد داد. در اين رساله برنامه ريزي هم‌زمان شبكه هاي انرژي به‌هم‌پيوسته و ريزشبكه هاي چند حاملي انرژي مقيد به تاب آوري با در نظر گرفتن امكان خريد و فروش انرژي بين آن ها پيشنهاد شده است. چارچوب پيشنهادي موجب كاهش هزينه هاي كلي برنامه ريزي شبكه ها خواهد شد و انعطاف پذيري بيشتري براي بهره برداران شبكه ها ايجاد خواهد كرد. شبكه هاي توزيع جريان مستقيم به عنوان گزينه اي براي سيستم هاي قدرت در آينده، در اين پژوهش بررسي شده است. يك ساختار جديد با معرفي يك واحد هماهنگ‌كننده براي تبادل اطلاعات بين عوامل انرژي و با حفظ حريم خصوصي شبكه ها پيشنهاد شده است. در مدل پيشنهادي، شاخصي براي ارزيابي تاب آوري ارائه شده است و الگوريتم اصلاح شده روش خطي مسير تناوبي ضرايب با جداسازي موازي و جريمه تطبيقي براي حل مسئله پيچيده مطرح شده در اين رساله پيشنهاد شده است. در مدل پيشنهادي عدم‌قطعيت توليد و بار و نرخ بهره با استفاده از روش برنامه ريزي تصادفي دوسطحي پياده سازي شده است. در سطح بالا، شبكه ها به دنبال كمينه سازي هزينه هاي سرمايه گذاري و بهره برداري خود هستند و در سطح پايين بهبود شاخص تاب آوري به عنوان تابع هدف بهينه مي شود. تأثير شبكه توزيع جريان مستقيم در بهبود تابع هدف مسئله بررسي و نتايج براي سناريوهاي مختلف ارائه شده است. مدل پيشنهادي بر روي شبكه هاي به‌هم‌پيوسته توزيع انرژي شامل شبكه 33 باس توزيع نيروي برق، شبكه 20 گره توزيع گاز و شبكه 18 گره گرمايش مطالعه شده است كه نتايج شبيه سازي نشان از كارايي مدل هاي پيشنهادي در اين رساله مي دهد.

1402/12/16

Resilience-Constrained Expansion Planning of Integrated Energy Distribution Systems in Emergency Condition

2/23/2025 12:00:00 AM

In recent years, integrated energy networks have been proposed as a solution for improving the efficiency and flexibility of traditional energy networks by using a hierarchical arrangement of energy sources. In the structure of integrated energy networks, multi-carrier energy microgrids can play an important role. Direct current (DC) distribution networks have inherent characteristics that allow for reduced losses, higher power transmission, and increased reliability in similar conditions to alternating current (AC) systems. On the other hand, one of the main challenges for power systems is dealing with widespread outages in large areas caused by unusual weather events, cyberattacks, and other threats. These events will affect the stability of power systems and the continuity of service to customers. This thesis proposes concurrent planning of integrated energy distribution systems and multi-carrier microgrids, necessitating resilience while considering the possibility of energy buying and selling between them. The proposed framework will reduce the overall planning costs of the networks and create greater flexibility for network operators. DC distribution networks are considered as an option for future power systems in this research. A new structure is suggested by introducing a coordinating unit for information exchange between energy agents while preserving the privacy of the networks. In the proposed model, a resilience assessment index is provided, and a modified algorithm of alternating direction method of multipliers with parallel splitting of and adaptive penalties is proposed to solve the complex problem presented in this thesis. In the proposed model, uncertainties in generation, load, and interest rate are implemented using a two-level stochastic programming method. At the higher level, networks seek to minimize their investment and operational costs, while at the lower level, the improvement of the resilience index becomes the optimal objective function. The impact of DC distribution networks on improving the objective function of the problem is investigated, and results are provided for different scenarios. The proposed model is studied on integrated energy distribution networks, including a 33-bus power distribution network, a 20-node gas distribution network, and an 18-node heat network, and simulation results demonstrate the efficiency of the proposed models in this thesis.

شبكه هاي به‌هم‌پيوسته انرژي , شبكه جريان مستقيم , ريزشبكه هاي چند حاملي انرژي , تاب‌آوري سيستم هاي قدرت , برنامه ريزي همكارانه

Integrated energy systems , Multi-carrier energy microgrid , resilience-oriented planning , Cooperative planning framework , DC power distribution system

Seyedvahid Sabzpooshsaravi

Mohsen Kalantar