مدل سازی قابلیت اطمینان نیروگاه های آبی جریانی در مطالعات کفایت سیستم قدرت
محورهای موضوعی : مهندسی برق- قدرت
1 - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، واحد ارسنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، ارسنجان، ایران
کلید واژه: تکنیک خوشه بندی C میانگین فازی, عدم قطعیت, مطالعات کفایت, مدل قابلیت اطمینان, نیروگاه های آبی جریانی,
چکیده مقاله :
استفاده از انرژی های تجدیدپذیر جهت تولید برق در سراسر جهان رو به افزایش است. در میان آنها، نیروگاه آبی جریانی (ROR) است که توان خروجی آن در طول سال بسته به جریان آب رودخانه مربوطه متغیر است. عدم قطعیت ذاتی مرتبط با منابع انرژی تجدیدپذیر، رویکردهای مدل‌سازی تصادفی جدید را برای اندازه‌گیری تأثیرات این انرژی‌ها بر عملکرد سیستم قدرت ایجاد می کند. ماهیت نامطمئن و متناوب این نیروگاه ها از تغییر جریان آب ناشی می شود، که منجر به ایجاد مشکلاتی در ترکیب آنها با سیستم قدرت شده است. این مقاله یک مدل قابلیت اطمینان تحلیلی برای نیروگاه های آبی جریانی ارائه می کند. این مدل مبتنی بر تحلیل فضای حالت است و با هدف استفاده در مطالعات کفایت سیستم های قدرت، در ترکیب با سایر نیروگاه های تجدیدپذیر و متعارف، ابداع شده است. خرابی اجزای مرتبط و ماهیت متناوب جریان آب رودخانه به طور همزمان در مدل پیشنهادی گنجانده شده است. الگوریتم شناخته شده خوشه بندی C میانگین فازی (FCM) برای یافتن حالت های بهینه مدل قابلیت اطمینان چند حالته حاصل استفاده می شود. دو سیستم تست قابلیت اطمینان شناخته شده، یعنی RBTSو IEEE-RTSبرای نشان دادن اثربخشی مدل قابلیت اطمینان پیشنهادی مورد بررسی قرار می‌گیرند. از داده های جریان آب رودخانه ششپیر در استان فارس ایران استفاده شده است.
Deployment of renewable energies for the electricity generation is on the rise around the world. Amongst is the Run-Of-The-River (ROR) power plant whose output power is variable throughout the year depending on the river water flow of the respective river. The inherent uncertainty associated with renewable energy resources calls new stochastic modeling approaches to measure the impacts of these energies on the power system performance. The uncertain and intermittent nature of these plants arisen from variability of river water flow, however, has led to some problems in their integration to power systems. This paper develops an analytical reliability model for ROR power plants. The model is based on the state space analysis and combination with other renewable and conventional power plants, is devised with the intention of being used in adequacy studies of power systems. Failure of related components and the intermittent nature of river water flow are concurrently accommodated in the proposed model. The well-known technique of fuzzy c-means clustering is employed to find the optimal states of the resultant multi-state reliability model. Two reliability test systems, i.e., RBTS and IEEE-RTS, are examined to demonstrate the effectiveness of the proposed reliability model. The water flow data of Sheshpir River in Pars region of Iran is used.
[1] www.runofriverpower.com
[2] www.carbonneutral.com
[3] www.bkwitalia.com
[4] A. Ghaedi, A. Abbaspour, M. Fotuhi-Firuzabad, M. Moeini, “Toward a Comprehensive Model of Large-Scale DFIG-Based Wind Farms in Adequacy Assessment of Power System”, IEEE Trans. On Sustainable energy, vol. 5, no. 1, Aug. 2013.
[5] A.S. Dobakhshari, M. Fotuhi-Firuzabad, “A Reliability Model of Large Wind Farms for Power System Adequacy Studies”, IEEE Trans. Energy Conver., vol. 24, no. 3, pp. 792-801, Sep. 2009.
[6] A. P. Leite, C. L. T. Borges, D. M. Falc˜ao, “Probabilistic wind farms generation model for reliability studies applied to Brazilian sites”, IEEE Trans. Power Syst., vol. 21, no. 4, pp. 1493–1501, Nov. 2006.
[7] R. Karki, R. Billinton, “Reliability/cost implications of PV and wind energy utilization in small isolated power systems”, IEEE Trans. Energy Conver., vol. 16, no. 4, pp. 368-373, Dec. 2001.
[8] A. Ghaedi, A. Abbaspour, M. Fotuhi-Firuzabad, M. Parvania, “Incorporating Large Photovoltaic Farms in Power Generation System Adequacy Assessment”, Scientia Iranica, vol. 21, issue 3, 2014.
[9] Y. Gao, R. Billinton, “Adequacy assessment of generating systems containing wind power considering wind speed correlation”, Renewable Power Generation, IET, vol. 3, no. 2, pp. 217-226, June 2009.
[10] P. Hu, R. Karki, R. Billinton, “Reliability evaluation of generating systems containing wind power and energy storage”, Generation, Transmission & Distribution, IET, vol. 3, no. 8, pp. 783-791, Aug. 2009.
[11] A. Nargeszar, A. Ghaedi, M. Nafar, M. Simab, “Reliability evaluation of the renewable energy‐based microgrids considering resource variation”, IET Renewable Power Generation, vol. 17, no. 3, pp. 507-527, 2023.
[12] A. Ghaedi, M. Mirzadeh, “The impact of tidal height variation on the reliability of barrage‐type tidal power plants”, International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 30, no. 9, 2020.
[13] M. Mirzadeh, M. Simab, A. Ghaedi, “Reliability evaluation of power systems containing tidal powerplant”, Journal of Energy Management and Technology, vol. 4, no. 2, pp. 28-38, 2020.
[14] M.R. Negahdari, A. Ghaedi, M. Nafar and M. Simab, “Optimal planning of a microgrid containing tidal barrage equipped to the hydro-pumps”, IET Renewable Power Generation, vol. 17, no. 9, pp. 2215-2224, 2023.
[15] A. Ghaedi, H. Gorginpour, “Reliability evaluation of permanent magnet synchronous generator-based wind turbines considering wind speed variations”, Wind Energy, vol. 24, no. 11, pp. 1275-1293, 2021.
[16] A. Ghaedi, H. Gorginpour, “Spinning reserve scheduling in power systems containing wind and solar generations”, Electrical Engineering, vol. 103, pp. 2507–2526, 2021.
[17] A. Ghaedi, H. Gorginpour, “Reliability assessment of composite power systems containing sea wave slot-coned generators”, IET Renewable Power Generation, vol. 14, no. 16, pp.3172-3180, 2020.
[18] M. Mirzadeh, M. Simab, A. Ghaedi, “Adequacy studies of power systems with barrage-type tidal power plants”, IET Renewable Power Generation, vol. 13, no. 14, pp. 2612-2622, 2019.
[19] Varun, I. K. Bha, Ravi Prakash, “Life Cycle Analysis of Run-of River Small Hydro Power Plants in India”, The Open Renewable Energy Journal, vol. 1, pp. 11-16, 2008.
[20] P. Heller, F.R. Bollaert, A. J. Schleiss, “Comprehensive system analysis of a multipurpose run-of-river power plant with holistic qualitative assessment”, Intl. J. River Basin Management, vol. 8, no. 3–4, pp. 295–304, Oct. 2010.
[21] Hemant Sharma, Jasvir Singh, “Run off River Plant: Status and Prospects”, International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), vol. 3, issue 2, July 2013.
[22] R. Billinton, R. N. Allan, “Reliability Evaluation of Engineering Systems”, plenum press, second edition, London, 1992.
[23] R. Billinton, R. N. Allan, “Reliability Evaluation of Power Systems,” Plenum Press, New York and London, 2nd Edition, 1994.
[24] The water flow-data of the Sheshpir River in the Pars region of Iran related to the year 2019, collected by Talebi Power Plant Operator.
[25] R. L. Cannon, V. D. Jitendra, J. C. Bezdek, “Efficient Implementation of the Fuzzy c-Means Clustering Algorithms” IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. PAMI-8, no. 2, pp. 248-255, March 1986.
[26] H. C. Huang, Y. Y. Chuang, C. S. Chen, “Multiple Kernel Fuzzy Clustering”, IEEE Trans. Fuzzy Systems, vol. 20, no. 1, pp. 120-134, Feb. 2012.
[27] Reliability data associated to components of run of the river power plant, collected by the Talebi Power Plant operator, Feb. 2019
[28] R. Billinton, S. Kumar, and et.al., “A reliability test system for educational purposes basic data”, IEEE Trans. Power Syst., vol. 4, no. 4, pp. 1238–1244, Aug. 1989.