یک چارچوب غیرمتمرکز مبتنی بر تبادل های انرژی رخ‌به‌رخ در ریزشبکه‌ها برای بهبود تاب‌آوری با درنظرگرفتن استقلال و حریم خصوصی

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 3، دوره 15، شماره 57، خرداد 1403، صفحه 31-50   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد دوستی زاده¹؛ حسن جلیلی^{* 2}؛ عباس بابایی²

¹گروه مهندسی برق- واحد خمین، دانشگاه آزاد اسلامی، خمین، ایران

²گروه مهندسی برق- واحد رودهن، دانشگاه آزاد اسلامی، رودهن، ایران

چکیده

بروز حوادث شدیدی مانند رخداد سیل، زلزله و طوفان سبب ایجاد اختلال در عملکرد شبکه­ های توزیع شده و جزیره­ ای ­شدن آن­ها را به ­دنبال دارد. در این شرایط، در صورتی­که شبکه ­های توزیع دارای ریزشبکه ­ها باشند، این ریزشبکه‏ ها قادرند تا با کمک زیرساخت‏های فنی و ارتباطی خود از شبکه اصلی جدا شده و با اتصال به یکدیگر به تبادل انرژی پرداخته و هزینه‏های بهره‏برداری و خاموشی خود را کاهش دهند. بنابراین مدیریت انرژی در یک شبکه چند-ریزشبکه‏ای نیازمند یک چارچوب بهره­برداری غیرمتمرکز است تا با ایجاد مشوق‏های لازم، ریزشبکه­ها را تشویق به تراکنش‏های میان ریزشبکه‏ای کند. در این مقاله یک چارچوب کاملاً غیرمتمرکز جهت بهبود تاب­آوری ریزشبکه‏ها بر اساس سازماندهی تبادل­های رخ­به­رخ انرژی آنها با درنظرگرفتن انگیزه­های مالی مناسب جهت مشارکت ریزشبکه­ها پیشنهاد شده است. در مدل پیشنهادی داده‏های خصوصی هر کدام از ریزشبکه‏ها مانند اطلاعات بار و منابع تولید پراکنده، در هنگام تسویه بازار محفوظ باقی می‏ماند. با استفاده از مدل غیرمتمرکز پیشنهادی، ریزشبکه‏ها می‏توانند در بستر تبادل­های رخ ­به ­رخ انرژی، علاوه بر کاهش هزینه‏های بهره‏برداری خویش نسبت به حالت جزیره‏ای، تاب­آوری شبکه را نیز افزایش دهند. رویکرد غیرمتمرکز پیشنهادی به کنترل­کننده مرکزی نیاز نداشته و سرعت همگرایی بالایی دارد. برای ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، شبیه ‏سازی‏ها برای یک سیستم دارای چهارده ریزشبکه انجام و نتایج به­دست ­آمده با رویکرد جزیره‏ای مقایسه شده است. شبیه­سازی­ها در محیط متلب و با استفاده از جعبه­ابزار Yalmip انجام شده است. برای حل مدل برنامه­ریزی نیز از CPLEX 12.9 استفاده شده است. نتایج به ­دست آمده کارآیی روش پیشنهادی در افزایش تاب­آوری و کاهش هزینه‏های بهر‏ه‏برداری را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

برنامه ریزی غیرمتمرکز؛ تاب آوری؛ تبادل های رخ‌به‌رخ انرژی؛ ریزشبکه

مراجع

[1] M.M. Arsoon, S.M. Moghaddas-Tafreshi, "Peer-to-peer energy bartering for the resilience response enhance­ment of networked microgrids", Applied Energy, vol. 261, Article Number: 114413, Mar. 2020 (doi: 10.1016/j.apenergy.2019.114413).

[2] A. Gholami, T. Shekari, M.H. Amirioun, F. Aminifar, M.H. Amini, A. Sargolzaei, "Toward a consensus on the definition and taxonomy of power system resilience", IEEE Access, vol. 6, pp. 32035-32053, June 2018 (doi: 10.1109/ACCESS.2018.2845378).

[3] S. Ma, B. Chen, Z. Wang, "Resilience enhancement strategy for distribution systems under extreme weather events", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 9, pp. 1442-1451, Mar. 2018 (doi: 10.1109/TSG.2016.2591885).

[4] J. Liu, C. Qin, Y. Yu, "Enhancing distribution system resilience with proactive islanding and RCS-based fast fault isolation and service restoration", IEEE Trans. on Smart Grid, vol. 11, pp. 2381-2395, May 2020 (doi: 10.1109/TSG.2019.2953716).

[5] K.S.A. Sedzro, A.J. Lamadrid, L.F. Zuluaga, "Allocation of resources using a microgrid formation approach for resilient electric grids", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 33, pp. 2633-2643, Aug. 2017 (doi: 10.1109/TPWRS.2017.2746622).

[6] M.H. Amirioun, F. Aminifar, H. Lesani, "Resilience-oriented proactive management of microgrids against windstorms", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 33, pp. 4275-4284, July 2018 (doi: 10.1109/TPWRS.20­17.2765600).

[7] Y. Wang, A.O. Rousis, G. Strbac, "A resilience enhancement strategy for networked microgrids incorporating electricity and transport and utilizing a stochastic hierarchical control approach", Sustainable Energy, Grids and Networks, vol. 26, Article Number: 100464, June 2021 (doi: 10.1016/j.se­gan.2­021.100464).

[8] M. Mehdinejad, H. Shayanfar, B. Mohammadi-Ivatloo, "Peer-to-peer decentralized energy trading framework for retailers and prosumers", Applied Energy, vol. 308, p. 118310, Feb. 2022 (doi: 10.1016/­j.ape­nergy.202­1.118310).‏

[9] H. Bastami, M.R. Shakarami, M. Doostizadeh, "Optimal scheduling of a reconfigurable active distribution network with multiple autonomous microgrids", Electric Power Systems Research, vol. 201, Article Number: 107499, Dec. 2021 (doi: 10.1016/j.epsr.2021.107499).

[10] A. Arif, Z. Wang, "Networked microgrids for service restoration in resilient distribution systems", IET Generation, Transmission and Distribution, vol. 11, pp. 3612-3619, Aug. 2017 (doi: 10.1049/iet-gtd.2017­.03­80).

[11] A. Hussain, V.H. Bui, H.M. Kim, "Microgrids as a resilience resource and strategies used by microgrids for enhancing resilience”, Applied Energy, vol. 240, pp. 56-72, April 2019 (doi: 10.1016/j.apen­ergy­.201­9.02.055).

[12] C. Hotaling, S. Bird, M.D. Heintzelman, "Willingness to pay for microgrids to enhance community resil­ience", Energy Policy, vol. 154, Article Number: 112248, July 2021 (doi: 10.1016/j.enpol.20­21.11­22­4­8­)­.

[13] A. Younesi,  H. Shayeghi, P. Siano, A. Safari, "A multi-objective resilience-economic stochastic scheduling method for microgrid", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 131, Article Number: 106974, Oct. 2021 (doi: 10.1016/j.ijepes.2021.106974).

[14] R. Nourollahi, P. Salyani, K. Zare, B. Mohammadi-Ivatloo, "Resiliency-oriented optimal scheduling of microgrids in the presence of demand response programs using a hybrid stochastic-robust optimization approach", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 128, Article Number: 106723, June 2021 (doi: 10.1016/j.ijepes.2020.106723).

[15] J. Liu, L. Jian, W. Wang, Z. Qiu, J. Zhang, P. Dastbaz, "The role of energy storage systems in resilience enhancement of health care centers with critical loads", Journal of Energy Storage, vol. 33, Article Number: 102086, Jan. 2021 (doi: 10.1016/j.est.2020.102086).‏

[16] Z. Liang, Q. Alsafasfeh, W. Su, "Proactive resilient scheduling for networked microgrids with extreme events", IEEE Access, vol. 7, pp. 112639-112652, Aug. 2019 (doi: 10.1109/ACCESS.2019.2933642).

[17] H. Bastami, M.R. Shakarami, M. Doostizadeh, "A decentralized cooperative framework for multi-area active distribution network in presence of inter-area soft open points", Applied Energy, vol. 300, Article Number: 117416, Oct. 2021 (doi: 10.1016/j.apenergy.2021.117416).

[18] M. Doostizadeh, M.R. Shakarami, H. Bastami, "Decentralized energy trading framework for active distrib­ution networks with multiple microgrids under uncertainty", Scientia Iranica, vol. 26, no. 6, pp. 3606-3621, Sept. 2019 (doi: 10.24200/sci.2019.53962.3557).

[19] H. Bastami, M.R. Shakarami, M. Doostizadeh, "A non-hierarchical ATC framework for parallel scheduling of active distribution network with multiple autonomous microgrids", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 133, Article Number: 107293, Dec. 2021 (doi: 10.1016/j.ijep­es.20­21.107293).

[20] P. Huang, M. Lovati, J. Shen, J. Chai, and X. Zhang, "Investigation of the peer-to-peer energy trading performances in a local community under the future climate change scenario in sweden", Energy Reports, vol. 8, pp. 989-1001, Nov. 2022 (doi: 10.1016/j.egyr.2021.12.032).

[21] W. Amin, Q. Huang, K. Umer, Z. Zhang, M. Afzal, A. A. Khan, S. AdreesAhmed, "A motivational game-theoretic approach for peer-to-peer energy trading in islanded and grid-connected microgrid", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 123, Article Number: 106307, Dec. 2020 (doi: 10.1016/j.ijepes.2020.106307).