توسعه یک مدل برنامه ریزی ریاضی برای برنامه ریزی و اندازه ریزشبکه های متصل به شبکه

با رشد سریع جمعیت، تقاضا و تحولات اقتصادی، فشار بر منابع انرژی و تغییرات محیطی نگرانی ها را افزایش داده است [29]. در چنین شرایطی، کاهش مصرف کربن در مصرف انرژی برای جلوگیری از انتشار بیش از حد گازهای گلخانه ای برای تقاضای جهانی انرژی حیاتی می شود (Mah et al., 2021a). جدول 1.

امروزه با وجود پیشرفت دنیا و فناوری‌ها، هنوز بخشی از جمعیت جهان به برق دسترسی ندارند که بیشتر آنها در مکان‌های روستایی دور افتاده هستند. استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و تکنیک های ذخیره سازی فرصت مناسبی برای سازگاری با محیط زیست در تامین برق مناطق دورافتاده و ایزوله است. [21].

تحقیقات برای راه‌حل‌های نوآورانه مانند منابع انرژی تجدیدپذیر، فناوری‌های مکمل، و مسئله اندازه‌گیری بهینه سیستم‌های انرژی پراکنده (DES) یا سیستم‌های چند انرژی توجه جهانی را به خود جلب کرده است. [4]، [26]. اندازه MGها شامل مشخص کردن ظرفیت اجزای اصلی آن، تضمین معیارهای مالی، فناوری، قابلیت اطمینان و زیست محیطی است (Jiménez et al., 2023). منابع انرژی تجدیدپذیر شامل باد، خورشیدی، آبی، موجی، زمین گرمایی و زیست توده است. فناوری های بادی و خورشیدی نسبت به سایر منابع انرژی در دسترس و مقرون به صرفه تر هستند و به راحتی در شبکه های هوشمند و ریزشبکه ها (MG) در سراسر جهان نصب می شوند. [24]. به منظور بهره برداری اقتصادی از انرژی های تجدیدپذیر، باید هم در مقیاس بزرگ شبکه برق و هم در مقیاس کوچکتر مانند خانگی توسعه یابد. [21]. یک سیستم ذخیره انرژی به طور قابل توجهی انرژی را در سیستم های قدرت جدید ذخیره می کند. انتخاب بهینه این عوامل چالش جدیدی را برای افزایش مدیریت انرژی و جلوگیری از افزایش هزینه در سیستم ایجاد می کند [22]. بخش انرژی مسئول بیشتر انتشار گازهای گلخانه ای در جهان است. از آنجایی که جهان در حال بررسی پایدارتر شدن است، یک عنصر حیاتی کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در حال دور شدن از تولید انرژی متعارف با گسترش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر است. [8].

با کاهش تدریجی سوخت‌های فسیلی، انرژی‌های تجدیدپذیر اهمیت فزاینده‌ای در نیاز جهانی به انرژی پیدا می‌کنند و سازمان‌دهی شبکه برق را به چالش می‌کشند. محرک های تولید پراکنده تنظیم منابع انرژی تجدیدپذیر را سازماندهی می کنند که به طور موثر با ریزشبکه (MG) مرتبط است. [20]). برای جلوگیری از مصرف زیاد انرژی و احتمال قطع برق [18]به نظر می‌رسد عملکرد MGها یک راه حل عملی برای بهبود ترکیب این منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه انرژی به دلیل توانایی آنها در کاهش اوج تقاضا و قیمت انرژی است. MGها شامل بارهای متصل، منابع انرژی پراکنده و تکنیک‌های ذخیره‌سازی انرژی هستند. این MG ها را می توان به عنوان یک نسخه کوچک از شبکه برق بزرگتر که می تواند انرژی را با شبکه مبادله کند، در نظر گرفت. MG ها می توانند مزایای بسیاری از جمله افزایش قابلیت اطمینان، نرخ انرژی و تلفات جزئی انتشار را ارائه دهند. [2]. برنامه ریزی بهینه MGها بر عملکرد آنها تأثیر می گذارد. بنابراین، هماهنگی بین اجزای شبکه ضروری است. با توجه به اتصالات معلق، نیاز به تغییرات بار و قطع انرژی، هماهنگی برنامه ریزی و کنترل MG قابلیت اطمینان و عملکرد MG را بهبود می بخشد. [1]. بنابراین، مدل‌های برنامه‌ریزی کارآمد برای اطمینان از دوام اقتصادی استقرار MG و منطق سرمایه‌گذاری بیشتر در بررسی ارزش هزینه در شرایط نامشخص مورد نیاز است. [13].

در ادامه، برخی از آثار مرتبط اخیر برای مشخص کردن خلأهای ادبیات بررسی شده است.

وی و همکاران [27] یک روش زمان‌بندی برای MGهای متصل به هم در رابطه با عدم قطعیت انرژی بادی برای به حداقل رساندن هزینه عملیات جداگانه MG و جمع‌آوری سود از طریق تجارت انرژی فعال با سایر MGها ارائه کرد. تحقیقات شبیه‌سازی مبتنی بر چهار MG به هم پیوسته نشان می‌دهد که هر MG در نهایت می‌تواند در معاملات سود کسب کند و کارایی و عادلانه بودن رویکرد ارائه‌شده را نشان می‌دهد.

یوان و همکاران [28] استراتژی مدیریت انرژی مناسب را برای بهینه‌سازی MGهای هیبریدی متناوب (AC) / جریان مستقیم (DC) با استفاده از یادگیری ماشین پیشرفته مدل‌سازی کرد. در تکنیک اکتشافی، الگوریتم برای گسترش سرعت همگرایی و دقت الگوریتم طراحی شده است. نتایج حاکی از کارایی و شایستگی بالای الگوریتم پیشنهادی است. کومار و همکاران [15] جزیره ای را پیشنهاد کرد که در آن طراحی فتوولتائیک (PV) و سیستم بادی به ترتیب از طریق مبدل های تقویت کننده DC/DC و مبدل های باک به باس DC متصل می شوند. گراسا گومز و همکاران [6] یک مدل بهینه‌سازی ایجاد کرد که یک MG مستقل را اندازه‌بندی می‌کند، مقرون‌به‌صرفه‌ترین ترکیب قابلیت انرژی تجدیدپذیر که توسط فناوری‌های ذخیره‌سازی پشتیبانی می‌شود. این می تواند برنامه ریزی قدرت را بهبود بخشد و انتقال انرژی را در طرح های قدرت پخش شده کاهش دهد.

ماه و همکاران [17]، [16] یک چارچوب بهینه‌سازی ارائه کرد که طراحی و عملکرد MGها را با بارهای هیدروژن و الکتریکی بهینه می‌کند. این مطالعه به این نکته اشاره کرد که صفحات خورشیدی بزرگتر از اندازه بزرگتر از افزایش ذخیره انرژی با صفحات خورشیدی با اندازه مناسب مقرون به صرفه تر هستند. سینگ و همکاران [25] یک برنامه مدیریت نظارتی برای ارائه بالاترین بهره برداری از انرژی خورشیدی با استفاده موثر از انرژی ذخیره سازی پیشنهاد کرد. سیستم MG پیشنهادی از طریق شبیه‌سازی و بررسی تجربی شناسایی می‌شود و نتایج پیاده‌سازی کارآمد هستند. ژو و زو [30] یک طراحی اندازه بهینه و چارچوب ارزیابی هزینه و فایده برای یک سیستم مستقل MG تجدید پذیر ارائه کرد. سیستم MG به ترتیب آرایه‌های PV، توربین‌های بادی (WT)، ذخیره‌سازی باتری توربین‌های جزر و مدی و ذخیره‌سازی هیدروژن را یکپارچه می‌کند. هایاشی و همکاران، [9] یک فرمول مسئله و راه حل آن را برای اندازه گیری یک سیستم ذخیره انرژی باتری در یک MG ارائه کرد.

در جدول 1، پژوهش خود را از نظر هدف اصلی، مؤلفه مورد استفاده و حل‌کننده با سایر تحقیقات مقایسه می‌کنیم.

این مقاله یک تکنیک مدلسازی ریاضی را به عنوان راه حلی برای برنامه ریزی MG در میان مدت پیشنهاد می کند. این مقاله یک مدل برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح مختلط تک هدفه برای مدیریت انرژی در MGs با کاهش هزینه‌ها در MG و همچنین اندازه‌گیری فناوری‌های انتخاب شده پیشنهاد می‌کند. سهم اصلی و اختراعات قابل توجه این مطالعه که آن را از آثار موجود در ادبیات متمایز می کند شامل موارد زیر است:

• در نظر گرفتن بهینه سازی هزینه کل که شامل هزینه انتشار گازهای گلخانه ای، هزینه انتقال برق به گره ها، هزینه بهره برداری و نگهداری و هزینه سرمایه گذاری می باشد.

• ارائه مدل یکپارچه مبتنی بر منابع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق،

• بکارگیری تکنیک برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط برای برنامه ریزی MGها در میان مدت.

بقیه مقاله به صورت زیر مرتب شده است: در بخش 2، یک مدل ریاضی شامل توابع هدف و محدودیت ها. نتایج محاسباتی در بخش 3 گزارش شده است. نتایج مدل‌سازی و بحث‌ها در بخش 4 گزارش شده است. مقاله در بخش 5 نتیجه‌گیری می‌شود و پیشنهادات آتی ارائه می‌شود.