طراحی سیستم مدیریت یکپارچه شبکه برق شناور مبتنی بر حذف بار

نورزاده, علی; علیزاده پهلوانی, محمدرضا; دهستانی کلاگر, آرش; مصیبی, مهدی

طراحی سیستم مدیریت یکپارچه شبکه برق شناور مبتنی بر حذف بار

نوع مقاله : قدرت- انتقال و توزیع

نویسندگان

¹ کارشناسی ارشد،دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران،ایران

² استاد،دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران، ایران

³ استادیار،دانشگاه صنعتی مالک اشتر،تهران، ایران

⁴ دکتری ،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر علاوه بر دیزل‌ژنراتورها، منابع انرژی متنوعی نظیر منابع خورشیدی و ذخیره‌سازها در شبکه برق شناور حضور پیدا کرده‌اند. در این مقاله، سیستم مدیریت یکپارچه برق شناور مبتنی بر حذف بار، طراحی و شبیه‌سازی گردیده است. در این مسیر، سیستم مدیریت انرژی شناور در قالب مدل بهینهسازی غیرخطی فرمول‎بندی شده و تابع هدف، شامل کاهش هزینه سوخت، کاهش هزینه حذف بار، افزایش قابلیت اطمینان شناور و کاهش هزینه تلفات شبکه برق شناور، فرمولبندی شده است. محدودیت‌های فنی در بهرهبرداری از شبکه برق شناور و همچنین محدودیت‌های بهره‌برداری منابع نیز در حل مسئله بهینهسازی در نظر گرفته‌شده است. بهمنظور مقاوم ساختن پاسخ سیستم مدیریت انرژی در برابر عدم قطعیتها، حالتهای عملکردی مختلف شناور به همراه سطح بار و منابع تولید توان در هر حالت در نظر گرفته‌شده است. همچنین، جهت ارائه عملکرد راهکار پیشنهادی، یک شبکه برق استاندارد شامل شبکه برق 33 باس IEEE بهعنوان شبکه برق شناور لحاظ شده است. با اجرای شبیهسازی در نرمافزار MATLAB، نتایج استخراج و تحلیل گردیده است. مطابق نتایج، سیستم مدیریت انرژی پیشنهادی، قابلیت مطلوبی در مدیریت منابع انرژی شناور دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

قدرت- انتقال و توزیع

عنوان مقاله [English]

Integrated Management System Design for Shipboard Power System Based on Load Shedding

نویسندگان [English]

Ali Nourzadeh ¹
Mohammad Reza Alizadeh Pahlavani ²
Arash Dehestani Kolagar ³
Mahdi Mosayebi ⁴

¹ Master's degree, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

² Professor, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

⁴ Ph.D., Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In recent years, various energy sources such as solar sources and energy storage devices have been appeared in the shipboard power system. In this paper, the integrated control system of shipboard power grid has been designed and simulated based on load shedding. In this regard, the shipboard energy management system is formulated in the form of a nonlinear optimization model and then the objective function is formulated, including fuel cost, load shedding cost, shipboard reliability, and network losses. The technical limitations in the operation of shipboard power network as well as the limitations belong to the use of resources are also considered in solving the optimization problem. In order to make the response of the energy management system robust to uncertainties, different operating modes of the shipboard along with the load level and power generation sources have been considered in each mode. Moreover, in order to provide the performance of the proposed solution, a standard power grid, IEEE 33-bus power system, has been investigated as a shipboard power system. By performing the simulation in MATLAB software, the results have been extracted and analyzed. According to the results, the proposed energy management system has a favorable capability in managing shipboard energy resources

کلیدواژه‌ها [English]

Shipboard Power Grid
Energy Management System
Integrated Management of Energy Resources

مراجع

[1] Pan, P.; Sun, Y.; Yuan, C.; Yan, X.; Tang, X. "Research Progress on Ship Power Systems Integrated with New Energy Sources: A review"; Renew. Sust. Energ. Rev. 2021, 144: 111048. DOI:10.1016/j.rser.2021.111048

[2] Ribeiro, P. F.; Johnson, B. K.; Crow, M. L.; Arsoy, A.; Liu, Y. "Energy Storage Systems for Advanced Power Applications"; Proc. IEEE. 2001,; 89, (12):1744-1756. DOI:10.1109/5.975900

[3] Chen, H.; Cong, TN.; Yang, W.; Tan, C.; Li, Y.; Ding, Y."Progress in Electrical Energy Storage System: A Critical Review"; Prog. Nat. Sci. 2009; 19, (3):291-312. DOI: 10.1016/j.pnsc.2008.07.014

[4] Gaffarpour, R.; Ranjbar, A."Presentation of Special Protection Scheme in Power System to Reduce Graphite Bomb Attacks Damages"; J .Adv. Defence Sci. Technol. 2017, 4, 33-34 (InPersian). https://dor.isc.ac/dor/ 20.1001.1.26762935.1396.8.1.4.2

[5] Shahriyari, M.; Khoshkhoo, H." A Novel Approach for Fast Prediction of Transient Angle Stability Status in Power Systems"; J.Adv. Defence Sci. Technol. 2020, 3, 309-324 (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26762935.1399. 11.3.8.1

[6] Kumar, J.; Kumpulainen, L.; Kauhaniemi, K."Technical Design Aspects of Harbour Area Grid for Shore to Ship Power: State of the Art and Future Solutions"; Int. J. Elec. Ppower. 2019, 104, :840-852. DOI:10.1016/j.ijepes.2018. 07.051

[7] Ghafarpour, R.; Janati oskoei, M. "Resiliency, an Answer to Existing Passive Defense Concerns About the Classical Reliability-Oriented View in Electric Power Networks"; J. Adv. Defence Sci. Technol. 2019, 6, 1-22 (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.20086849.1398.10.1.1.3

[8] Palizvan, M.; Dashti, R." Reinforcing Power Network Infrastructures by Employing Passive Defense Applications"; J. Adv. Defence Sci. Technol. 2019, 2, 57-67 (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.20086849. 1397.9.4.6.7

[9] Ghafarpour, R.; Alizadeh, M. "Resiliency Concept Explanation in Electricity Network and its Relationship with Passive Defense"; J. Adv. Defence Sci. Technol. 2020, 6, 51-64 (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/ DOR: 20.1001.1.20086849. 1397.9.4.6.7

[10] Letafat, A.; Rafiei, M.; Sheikh, M.; Afshari-Igder, M.; Banaei, M.; Boudjadar, J. "Simultaneous Energy Management and Optimal Components Sizing of a Zero-Emission Ferry Boat"; J. Energy. Stor. 2020, ;28, :101215. DOI:10.1016/j.est.2020.101215

[11] Banaei, M.; Boudjadar, J.; Khooban, M. H. "Stochastic Model Predictive Energy Management in Hybrid Emission-Free Modern Maritime Vessels"; IEEE Trans. Ind. Informat. 2021, 17,(8): 40-5430-5440. DOI:10.1109/TII.2020.3027808

[12] Terriche, Y.; Su, C. L.; Lashab, A.; Mutarraf, M. U.; Mehrzadi, M.; Guerrero, J M. "Design of Cost-Effective Compensators to Enhance Voltage Stability and Harmonics Contamination of High-Power More Electric Marine Vessels"; IEEE Trans. Ind. Appl. 2021, ;57, (4):4130-4142. DOI:10.1109/TIA.2021.3081079

[13] Alafnan, H.; Zhang, M.; Yuan, W.; Zhu, J.; Li, J.; Elshiekh, M. " Stability Improvement of DC Power Systems in an All-Electric Ship Using Hybrid SMES/Battery"; IEEE Trans. Appl. Supercond. 2018, 28, (3):1-6. DOI:10.1109/TASC.2018. 2794472

[14] Terriche, Y.; Mutarraf, M. U.; Mehrzadi, M.; Su, C. -L.; Guerrero, J. M.; Vasquez, J. C. " Power Quality and Voltage Stability Improvement of Shipboard Power Systems with Non-Linear Loads"; 2019 EEEIC / I&CPS Europe; DOI:10.1109/EEEIC.2019.8783356

[15] Bockmann, E.; Steen, S. " Wind Turbine Propulsion of Ships"; Second International Symposium on Marine Propulsors, Hamburg, Germany; 2011.

[16] Han, C. -Hh. "Strategies to Reduce Air Pollution in Shipping Industry"; The Asian Journal of Shipping and Logistics. 2010, ;26, (1):7-29. DOI:10.1016/S2092-5212(10)80009-4

[17] Lan, H.; Wen, S.; Hong, Y. -Y.; Yu, D. C.; Zhang, L. "Optimal Sizing of Hybrid PV/Diesel/Battery in Ship Power System"; Appl. Energ. 2015, 158, :26-34. DOI:10.1016/j.apenergy. 2015.08.031

[18] Patel, M. R. " Shipboard Electrical Power Systems"; CRCrc Press; 2021. DOI: 10.1201/9781003191513

[19] Chai, M.; Bonthapalle, D. R.; Sobrayen, L.; Panda, S. K.; Wu, D.; Chen, X. " Alternating Current and Direct Current-Based Electrical Systems for Marine Vessels with Electric Propulsion Drives"; Appl. Energ. 2018, ;231, :747-756. DOI:10.1016/j.apenergy.2018.09.064

[20] Heidari, A. -A.; Mirjalili, S.; Faris, H.; Aljarah, I.; Mafarja, M.; Chen, H. " Harris Hawks Optimization: Algorithm and Applications"; Future. Gener. Compsy. 97, 849–872. DOI:10.1016/j.future.2019.02.028