بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با پیشرفت روزافزون نفوذ منابع تولید پراکنده و ذخیرهسازهای انرژی، استفاده از بارهای غیرخطی در شبکههای قدرت، همچنین سوئچینگ بارهای بزرگ، کلیدزنی ادوات الکترونیک قدرت و تغییر و تحول در واحدها باعث ایجاد هارمونیک، نویز و خطا در این شبکه ها میشود؛ در نتیجه، تغییرات ناگهانی دامنه و فرکانس در این سیستم ها امری بدیهی و اجتناب ناپذیر است.
بنابراین دانستن مقدار دقیق فرکانس سیستم، برای کنترل کیفیت توان، تنظیم رلههای حفاظتی، بارزدایی و احیای واحدهای تولیدی و جلوگیری از مشکلات پایداری مورد نیاز است.
به همین منظور طراحی روشهای دقیق تخمین فرکانس، در شرایط کاری مختلف، مثل، وجود نویز اندازهگیری، وجود هارمونیکهای مختلف و تغییرات ناگهانی دامنه ولتاژ، یکی از ملزومات اساسی شبکههای قدرت میباشد.
در سالهای اخیر، روشهای مختلفی مثل حلقه قفل فاز، آنالیز تبدیل فوریه و تبدیل موجک، جهت تخمین فرکانس مورد استفاده قرار گرفتهاند. اما این روش ها به علت نقاط ضعفی که در پنجره بندی های زمانی و مکانی در شرایط کاری مختلف و نداشتن سرعت و دقت خوب در تخمین فرکانس هستند کارایی خود را به تدریج از دست دادند. در این مقاله ضمن معرفی الگوریتم فیلتر کالمن توسعه یافته، روشی ترکیبی جهت تخمین فرکانس در سیستمهای قدرت معرفی گردیده است. روش ارائه شده ترکیب منطقی از فیلتر کالمن و ترکیب داده میباشد.
این روش در شرایط کاری مختلف، مثل، سیگنالهای آغشته به نویز، سیگنالهای دارای چند هارمونیک، و تغییرات ناگهانی در دامنه و فرکانس سیگنال، مورد ارزیابی قرار گرفته است. این روش بر روی یک سیگنال شبکه قدرت نمونه اجرا شده و نتایج شبیه سازی، نشاندهنده دقت، سرعت همگرایی و قدرت این الگوریتم در تخمین فرکانس است.
-1 مقدمه
فرکانس یکی از مهمترین پارامترهای سیستم قدرت بوده و کنترل و حفاظت از سیستم قدرت، نیاز به دانستن مقدار دقیق آن و تغییراتش دارد. هر تغییری درفرکانس نشاندهنده به همخوردن تعادل تولید و مصرف و آسیب شدید به شبکه است.
همچنین فرکانس دقیق سیستم برای کنترل کیفیت توان،تنظیم رلههای حفاظتی، جلوگیری ازمشکلات پایداری مورد نیاز است به همین منظور باید فرکانس سیستم را تخمین زد
امروزه با پیشرفت روزافزون سیستمهای تولید پراکنده، ازقبیل، انرژیهای نو،موتورهای احتراق داخلی وتوربینهای گازی یا میکروتوربینها و بارهای غیر خطی در شبکه های قدرت، تغییرات فرکانس در سیستمهای قدرت،افزایش مییابند
درسیستمهای قدرت بزرگ،تغییرات فرکانس آهسته بوده ودر نتیجه، دراین سیستمها،تأکید اصلی بر روی دقت تخمین است. در حالی که درسیستمهای قدرت کوچک،تغییرات فرکانس زیاد بوده و در نتیجه، سرعت تخمین در این سیستمها مورد توجه است
تجهیزات زیادی دربازار برای تخمین فرکانس وجود دارند، که بیشترآنها برای اندازهگیری فرکانس، به زمانی برابر با1الی10ثانیه نیاز دارند. درنتیجه آنها درحالت گذراپاسخ مناسبی ارائه نکرده وممکن است دربرخی از موارد نامناسب نیز باشند
تخمین فرکانس درسیستمهای قدرت الکتریکی، برای مطالعات کاربردی مربوط به میکروگرید،تولیدپراکنده، ادوات FACTS و تجهیزات مختلفی، ازقبیل، DVR و STATCOM اهمیت دارد.
-2 مروری اجمالی به روشهای تخمین فرکانس
تخمین فرکانس به روشهای متعددی ازقبیل، عبورازصفر،حلقه قفل فاز،روشهای مبتنی برفوریه، تبدیل موجک،فیلترکالمن انجام شده است. درروش عبورازصفر،باتعیین فاصله بین دوعبورازصفرسیگنال،فرکانس تخمین زده میشود. این روش بهعلت آسیب پذیربودن نسبت به نویز واغتشاش،روشی کاربردی نمیباشد.
روش حلقه قفل فاز دارای سادگی وردیابی خوب فرکانس است، امّا عیب این روش این است که هنگام تغییرپله دامنه یا فرکانس، یک تأخیر قابل ملاحظه2یا3سیکل، درتعقیب فرکانس مشاهده میشود.در روشهای مبتنی برفوریه بافرض حضورتمام فرکانسها درتمام زمانها، فرکانس تخمین زده میشود. اشکال این روش این است که معین نمیکند درهرلحظه،چه فرکانسهایی وجود دارند که این اشکال تاحدودی درروش تبدیل فوریه زمان کوتاه - STFT1 - ازبین میرود.
درروش تبدیل فوریه زمان کوتاه، در یک پنجره زمانی کوتاه،تبدیل فوریه گرفته شده وفرکانسهای آن بازه زمانی تعیین میگردد.دراین روش،تعیین طول پنجرهای که درآن،تبدیل فوریه باید گرفته شود،بسیارمهم است. در جدید ترین روشها از پاسخ زمان - فرکانس سیستم که در هرلحظه فرکانس های سیگنال را نیز نشان می دهد، استفاده می نمایند که این روش موسوم به تبدیل موجک 2 می باشد .روش فیلتر کالمن مختلط استفاده شده است که نتایج آن درموارد عملی 3 سیکل تأخیر دارد و همچنین این روششدیداً به مدل سیگنال وابسته است
در سالهای اخیر از روش فیلترکالمن جهت تخمین فرکانس استفاده میشود.این روش به شدت به مدل فضای حالت سیگنال وابسته است. در این روش، سیگنال سیستم مورد پردازش قرار گرفته و با حذف نویزهای مزاحم و خطای سیستم و همچنین هارمونیکهای موجود در سیگنال، فرکانس سیستم به خوبی ردیابی و تخمین زده میشود. این روش، نسبت به تغییرات ناگهانی دامنه و فرکانس مقاوم بوده و در سیستمهای خطی و غیرخطی کاربرد دارد.
-3 معرفی الگوریتم فیلترکالمن
فیلترکالمن درمقالات متعددی،جهت تخمین فرکانس مورد استفاده قرارگرفته است
فیلترکالمن به دو نوع فیلترکالمن خطی و فیلترکالمن توسعهیافته تقسیم میشود، که نوع توسعهیافته آن، بیشتر برای توابع غیرخطی مورد استفاده قرار میگیرد
