مدیریت انرژی بهینه ریزشبکه براساس معیارهای فنی، اقتصادی و زیست-محیطی با استفاده از الگوریتم جستجوی کلاغ

روش‌های هوشمند در صنعت برق

دوره 11، شماره 43، آبان 1399، صفحه 49-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سجاد گرجی¹؛ سعید زمانیان^{* 2}؛ مجید معظمی³

¹دانشکده مهندسی برق- واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

²دانشکده و پژوهشکده مهندسی و پدافند غیر عامل، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

³مرکز تحقیقات ریز شبکه های هوشمند- واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

با افزایش محبوبیت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در قالب ریزشبکه­ها در سیستم قدرت، مسائل فنی و اقتصادی جدیدی در این صنعت پا به عرصه ظهور گذاشته­اند. بهره­برداری بهینه از ریزشبکه­ها در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر یکی از چالش­های جدید این صنعت به شمار می­رود. ریزشبکه­ها شبکه­های کوچکی مشتمل بر واحدهای تولید پراکنده و بارهای محلی هستند که به صورت مستقل یا متصل به شبکه­های توزیع مورد بهره­برداری قرار می­گیرند. معمولاً در ریزشبکه­های منفصل از شبکه، انرژی مورد نیاز مصرف­کنندگان از طریق سیستم­های ترکیبی منابع انرژی تامین می­گردد. هدف اصلی سیسستم­های ترکیبی، تامین بار در هر لحظه از زمان و ذخیره­ی انرژی اضافی برای شرایط بحرانی است. در این مقاله یک روش مدیریت انرژی بهینه ریزشبکه براساس معیارهای فنی اقتصادی و زیست محیطی با استفاده از الگوریتم جستجوی کلاغ ارائه شده است. ریزشبکه مورد مطالعه شامل منابع انرژی تجدیدپذیر، باتری و ژنراتور به عنوان پشتیبان است. در روش پیشنهادی هزینه سالیانه و میزان انتشار آلودگی به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. فرآیند تخصیص بهینه واحدهای تجدیدپذیر با استفاده از الگوریتم فراابتکاری جستجوی کلاغ انجام شده است. نتایج شبیه­سازی روش پیشنهادی نشان­دهنده ترکیب­بندی مناسبی از اجزاء سیستم بوده که منجر به کاهش انتشار آلاینده­ها و هزینه احداث سیستم می­شود.

کلیدواژه‌ها

الگوریتم جستجوی کلاغ؛ بهینه‌سازی ریزشبکه؛ قابلیت اعتماد؛ مدیریت انرژی

مراجع

[1]    S. Ansari, S. Mohammad, "Determination of optimal battery capacity in economic operation of micro grid by cuckoo search algorithm", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no. 38, pp. 51-64, Summer 2019 (in Persian).

[2]    A. L-Bukar, C. W-Tan, K. Y-Lau, "Optimal sizing of an autonomous photovoltaic/wind/bat­te­ry/diesel gene­ra­tor microgrid using grasshopper optimization algorithm", Solar Energy, vol. 183, no. 3, pp. 685-696, Agu. 2019 (doi: 10.1016/j.solener.2019.06.050).

[3]    M. Shane, H. Shahinzadeh, M. Moazzami, G. B. Gharehpetian, "Optimal sizing and management of hybrid renewable energy system for highways lighting", International Journal of Renewable Energy Research, vol. 8, no. 4, pp. 2336-2349, Dec. 2018

[4]    S. Moghaddam, M. Bigdeli, M. Moradlou, P. Slano, "Designing of stand‑alone hybrid PV/wind/battery system using improved crow search algorithm considering reliability index", International Journal of Energy and Environmental Engineering, vol. 10, no. 3, pp. 429-449, Agu. 2019  (doi: 10.1007/s40095-0­1­9­-00319-y).

[5]    X. Xu, W. Hu, D. Cao, Q. Huang, C. Chen, Z. Chen, "Optimized sizing of a standalone PV-wind hyd­ropo­wer station with pumped-storage installation hybrid energy system", Rewable energy, vol. 147, no. 1, pp. 1418-1431, Mar. 2019 (doi: 10.1016/j.renene.2019.09.099).

[6]    R. Logesh, "Resources, configurations, and soft computing techniques for power management and control of PV/wind hybrid system", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 69, pp. 129-143, Mar. 2017 (doi: 10.1016/j.rser.2016.11.209)

[7]    K. Kaabeche, Y. Bakelli, "Renewable hybrid system size optimization considering various electroc­he­mi­c­al energy storage technologies", Energy Conversion And Managrmrnt, vol. 193, no. 1, pp. 162-175, Agu. 2019 (doi: 10.1016/j.enconman.2019.04.064).

[8]    M. Azaza, F. Wallin, "Multi objective particle swarm optimization of hybrid micro-grid system: A case study in Sweden", Energy, vol. 123, pp. 108-118, Mar. 2017 (doi: 10.1016/j.energy.2017.01.149).

[9]    M. Hosseinzadeh, F. R-Salmasi, "Power management of an isolated hybrid AC/DC micro-grid with fuzzy control of battery banks", IET Renewable Power Generation, vol. 9, pp. 484-493, July 2015 (doi: 10.1­04­9/iet-rpg.2014.0271).

[10] M. A-M-Ramli, H. R-E-H-Boichekara, A. S-Alghamdi, "Optimal sizing of PV/wind/diesel hybrid microgrid system using multi-objective self-adaptive differential evolution algorithm", Renewable Energy, vol. 121, pp. 400-411, June 2018 (doi: 10.1016/j.renen­e.2­018.01.058).

[11] Y. Liu, W. Du, L. Xiao, H. Wang, S. Bu, J. Cao, "Sizing a hybrid energy storage system for maintaining power balance of an isolated system with high penetration of wind generation", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 31, pp. 3267-3275, Jul. 2016 (doi: 10.1109/TPWRS.2015.2482983).

[12] P. Suhane, S. Rangnekar, A. Mittal, A. Khare, "Sizing and performance analysis of standalone wind-photovoltaic based hybrid energy system using ant colony optimisation", IET Renewable Power Generation, vol. 10, pp. 964-972, Feb. 2016 (doi: 10.1049/iet-rpg.2015.0394).

[13] E. A. Al-Ammar, H. Ur-Rahman-Habib, Kotb. M-Kotb, S. Wang, W. Ko, M. F-Elmorshedy, A. Waqar, "Residential community load management based on optimal design of standalone HRES with model predictive control", IEEE Access, vol. 8, pp. 12542-12572, Jun. 2020 (doi: 10.1109/ACCESS.2020.­2965­250).

[14] B. Liu, F. Zhuo, Y. Zhu, H. Yi, "System operation and energy management of a renewable energy-based DC micro-grid for high penetration depth application", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 6, pp. 1147-1155, Dec. 2015 (doi: 10.1109/TSG.2014.2374163).

[15] O. Nadjemi, T. Nacer, A. Hamidat, H. Salhi, "Optimal hybrid PV/wind energy system sizing: Application of cuckoo search algorithm for Algerian dairy farms", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 70, pp. 1352-1365, April 2017 (doi: 10.1016/j.rser.2016.12.038).

[16] A. Maleki, F. Pourfayaz, "Sizing of stand-alone photovoltaic/wind/diesel system with battery and fuel cell storage devices by harmony search algorithm", Journal of Energy Storage, vol. 2,  pp. 30–42, Aug. 2015 (doi: 10.1016/j.est.2015.05.006).

[17] A. S-Omar, A. A-Mohamed, T. Senjyu, A. M-Hemeida, "Multi-objective optimization of a stand-alone hybrid PV/wind/battery/diesel micro-grid", Proceeding of the IEEE/CPERE, , pp. 391-396, Aswan City, Egypt, Feb. 2019 (doi: 10.1109/CPERE45374.2019.8980178).

[18] C. Olcan, "Multi-objective analytical model for optimal sizing of stand-alone photovoltaic water pumping systems", Energy Conversion and Management, vol. 100, pp. 358-369, Agu. 2015 (doi: 10.1­0­1­6­/j.enc­onman.2015.05.018).

[19] A. M-Hemeida, M. H. El-Ahmar, A. M. El-Seyed, H. M-Hasanien, S. Alkhalaf, M. F. C-Esmail, T. Senjyu, "Optimum design of hybrid wind/PV energy system for remote area", Ain Shams Engineering Journal, vol. 11, no. 1, pp. 11-23, Mar. 2020 (doi: 10.1016/j.asej.2019.08.­005).

[20] T. Kerdphol, K. Fuji, Y. Mitani, M. Watanabe, Y. Qudaih, "Optimization of a battery energy storage system using particle swarm optimization for stand-alone microgrids",  International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 81, pp. 32-39, Oct. 2016 (doi: 10.10­16/j.ije­pes.20­16.02­.006).

[21] Z.Weiping, A. Maleki, M. A-Rosen, J. Liu, "Optimization with a simulated annealing algorithm of a hybrid system for renewable energy including battery and hydrogen stora­ge", Energy, vol. 163, pp. 191-207, Nov. 2018 (doi: 10.1016/j.energy.2018.0­8.1­12).

[22] H. Lotfi, R. Ghasi, M. B-Naghibi Sistani, "Providing a novel approach for dynamic feeder reconfiguration considering importance of reliability and grid's security", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no. 40, pp. 13-22, winter 2019 (in Persian).

[23] Z. Galias, "Tree-structure based deterministic algorithms for optimal switch placement in radial distribution networks", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 34, no. 6, pp. 4269-4278, Nov. 2019 (doi: 10.1109/­TPW­RS.­2­019.2909836).

[24] A. Askarzadeh, "A novel metaheuristic method for solving constrained engineering optimization problems: crow search algorithm", Computers & Structures, vol. 169, pp. 1-12, Jun. 2016 (doi: 10.1016/j.compstru­c­.20­16.03­.001).

[25] A. Kaur, R. Kaur, S. Sondhi, "CSA based PID controller design technique for optimizing various integral errors", Proceeding of the IEEE/ICCCDSE, Noida, India, pp. 55-62, Jan. 2020 (doi: 10.1109/Con­flu­ence4­7617.2020.9057816).

[26] S. Shahrezaei, A. A-Ghadimi, M. Gandomkar, M. Moazzami, S. Shaheidari, A. R-Afshari Moghadam, "Assessment and improving methods of reliability indices in bakhtar regional electricity com­pan­y­", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 4, no. 14, pp. 3-10, Summer 2013 (in Persian).