بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی بهینه یک کنترل کننده فازی بر مبنای کنترل مستقیم تـوان بـرای ژنراتورالقـایی دوسـوتغذیه در سیسـتم تبـدیل انرژی باد ارائه شده است. از مزایای کنترل کننده فازی سادگی محاسبات، عدم نیاز به مدل دقیق از سیستم و مقاوم بودن در برابر نـویز میباشد. این کنترلکننده با قابلیت بهینه شدن توسط الگوریتمهای بهینهسازی مختلف میتواند به بهبود پاسخ سیستم منتهی شود. در این مقاله الگوریتم بهینهسازی ژنتیک بهمنظور تنظیم بهینه ضرایب مقیاس ورودی/ خروجی کنترلکننده فازی بهمنظور رسیدن به یک عملکرد کنترلی مطلوب بکار رفته است. همچنین کارایی این کنترلکننده بهینه فازی با کنترلکننده فـازی مرسـوم ارزیـابی و مقایسـه میشود. شبیهسازیها در حالت عملکرد نرمال شبکه و در حالت نامتعادلی ولتاژ شبکه که در محیطSimulink/Matlab صورت گرفته ارائه شده است. سرانجام نتایج بیانگر عملکرد مناسب کنترلکننده فازی بهینه نسبت به کنترلکننده فـازی مرسـوم بـه منظـور کنتـرل توانها میباشد .
واژه های کلیدی: ژنراتور القایی دوسوتغذیه، کنترل مستقیم توان، کنترل کننده فازی ، الگوریتم ژنتیک
-1 مقدمه
درسالهای اخیر با پیشرفت صنایع و افزایش تقاضا برای انرژی و با توجه به ایجاد مشکلات زیست محیطی فـراوان ناشـی از اسـتفاده از سوختهای فسیلی، نیاز به منابع انرژی تجدیدپذیر به شدت در حال افزایش است. دراین میان انرژی باد به دلیل مزایایی ازجمله هزینه کم، رشد فنآوری و زیرساختهای مناسب مورد توجه قرارگرفته است . (Council, 2013) درمیان ژنراتورهای مورد استفاده درتوربین-های بادی سرعت متغیر، ژنراتور القایی دوسوتغذیه(DFIG)1 بسیار مورد توجه قرار گرفته است. DFIG درحقیقـت یـک ژنراتـور القـایی روتور سیم پیچی شده میباشد که استاتور آن به طور مستقیم و روتور آن از طریق مبدل با ساختار پشت به پشت به شبکه متصل شده است. این ساختار دارای مزایایی مانند عملکرد در محدوده وسیعی از سرعت باد، کاهش هزینه با توجـه بـه انـدازه کوچـک مبـدلهـا و فیلترها و تامین توان راکتیو موردنیاز شبکه میباشد . (Li & Chen, 2008)
از آنجایی که کنترل یک شبکه الکتریکی از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد، روشهای کنترلی مختلفی برای DFIG ارائه شده اسـت. از جمله این روشهـا، کنتـرل بـرداری(VC)2 مـیباشـد (Arifujjaman, Iqbal, & Quaicoe, 2009)، ایـن روش دارای معـایبی ازجملـه پیچیدگی محاسباتی و وابستگی به مدل میباشد. بنابراین در سال 1986 کنترل مستقیم گشـتاور و شـار(DTC)3 بـرای رفـع مشـکلات کنترل برداری ارائه شد که دارای مزایایی مانند سادگی و عملکرد دینامیکی مناسب میباشد . (Takahashi & Noguchi, 1986 ) سـپس با الهام گرفتن از این روش، کنترل مستقیم توان(DPC)4 ابتدا در یکسوسازهای سه فاز و پس از آن درDFIG مورد استفاده قرار گرفتـه است . (; Xu & Cartwright , 2006Noguchi, Tomiki, Kondo, & Takahashi, 1998 ) در روش ارائه شده در این مرجع سـیگنالهـای
1 Doubly fed induction generator(DFIG) 2 Vector control(VC) 3 Direct torque control(DTC) 4 Direct power control(DPC)
کنترل شونده مقادیر توانهای اکتیو و راکتیو هستند که از طریق تعیین بردار ولتاژ مناسب توسط کنترل کننـده هیسـترزیس و جـدول کلیدزنی، امکان کنترل مجزای آنها فراهم میشود. از جمله مزایای DPC، سادگی محاسبات، وابستگی کمتر بـه مـدل ماشـین، مقـاوم بودن در برابر تغییر پارامترها و سریع بودن پاسخ گذرا میباشد . (Tremblay, Atayde, & Chandra, 2011) از آنجـایی کـه روش DPC ارائه شده در مرجع (Xu & Cartwright, 2006) دارای فرکانس کلیدزنی متغیرمیباشد، بنابراین برای رفع این مشکل در مرجع ( Zhi & (Xu, 2007 روش DPC با فرکانس کلیدزنی ثابت ارائه شده است.
کنترل کننده فازی دارای مزایایی ازجمله سادگی پیاده سازی، عدم نیاز به مدل دقیق از سیستم و مقاوم بودن دربرابـر تغییـر پارامترهـا میباشد. امروزه این کنترل کننده در سیسـتمهـای تبـدیل انـرژی بـاد مـورد توجـه قـرار گرفتـه اسـت ( Belmokhtar, Doumbia, & . (; Lee, Dzung, Phuong, Khoa, & Nhan, 2010Agbossou, 2012 در این میان مرجـع (Pichan, Rastegar, & Monfared, 2013) کنترل فازی برمبنای کنترل مستقیم توان را ارائه داده است. این کنترل کننده قابلیت بهینه شدن توسـط الگـوریتمهـای بهینـه سـازی مختلف را دارا میباشد. در سالهای اخیر روشهای بهینه سازی مختلفی مانند، الگوریتم بهینه سـازی ازدحـام ذرات(PSO)5، الگـوریتم ژنتیک(GA)6 و الگوریتم تکامل تفاضلی(DE)7 توسط محققان به منظور حل مسائل بهینه سازی مختلف ارائه شـده انـد. در ایـن میـان الگوریتم ژنتیک دارای مزایایی از جمله پیاده سازی آسان و مقاوم بودن میباشد. در این مقاله الگوریتم بهینه سازی ژنتیـک بـه منظـور تنظیم بهینه ضرایب مقیاس ورودی/ خروجی کنترل کننده فازی به کار رفته است که هدف آن رسیدن به یک عملکرد کنترلی مطلـوب در کنترل مستقیم توان DFIG میباشد. . همچنین کارایی این کنترلکننده بهینه فازی بـا کنتـرلکننـده فـازی مرسـوم (بـدون انجـام بهینهسازی) ارزیابی و مقایسه میشـود. شـبیهسـازیهـا در حالـت عملکـرد نرمـال شـبکه و در حالـت نامتعـادلی ولتـاژ شـبکه کـه در محیطSimulink/Matlab صورت گرفته ارائه شده است. سرانجام نتایج بیانگر عملکرد مناسب کنترلکننـده فـازی بهینـه نسـبت بـه کنترلکننده فازی مرسوم به منظور کنترل توانها میباشد .
