بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک روش جدید براي تنظیم پارامترهاي پایدار ساز سیستم قدرت چند ماشینه - MPSS - بر اساس الگوریتم الگویی - - GPS و الگوریتم ژنتیک - GA - ارائه شده است. براي شبیه سازي سیستم قدرت، از یک مدل دقیق ژنراتور استفاده شده است. این مدل ژنراتور به یک سیستم قدرت چندماشینه متصل به شبکه بینهایت اعمال شده است.
در این تحقیق از تلفیق الگوریتم الگویی و الگوریتم ژنتیک - GGPS - جهت طراحی PSS استفاده شده است. نقاط ضعف الگوریتم ژنتیک نظیر از دست دادن نقاط بهینه در همسایگی نقاط بدست آمده توسط GA، توسط GPS برطرف شده و تلفیق دو روش بهینه سازي روش قدرتمندي را جهت پیدا نمودن نقاط بهینه واقعی ارائه می دهد. پارامترهاي الگوریتم الگویی و الگوریتم ژنتیک جهت پاسخ سریع و دقیق در طراحی PSSبه یک اتصال کوتاه سه فاز در شبکه تنظیم شده است.
-1 مقدمه
شرایط غیر مطلوب، نظیر اتصال کوتاه سه فاز، تغییرات ناگهانی بار، قطع خطوط انتقال و غیره در سیستمهاي قدرت تاثیر زیادي برروي پایداري سیستم قدرت خواهد گذاشت.
همچنین سیستم تحریک میتواند پایداري سیستم را بدلیل اعمال تاخیر فاز زیاد کاهش دهد. در چنین شرایطی گفته میشود که کنترل کننده ولتاژ نقش میرا کننده منفی را پیدا میکند. یک راه حل ممکن جهت افزایش پایداري در چنین شرایطی تولید سیگنال ورودي جدید جهت کنترل گشتاور در فاز مقابل با سرعت میباشد که میتواند پایداري سیستم را بهبود ببخشد. این سیگنال اضافی اصطلاحاً، سیگنال پایدار ساز سیستم قدرت نامیده میشود
بیشتر از چند دهه بعد از معرفی و استفاده PSS در سیستم هاي قدرت، پارامترهاي پایدارسازهاي قدرت مرسوم - CPSS - براي شرایط بارگیري خاص مثلاً در بار کامل تنظیم میشدند.
بعد از سالها تحقیق روي PSS ها پایدار سازهائی معرفی شدند که پارامترهاي مورد نیاز خود را بصورت همزمان با توجه به تغییر شرایط سیستم قدرت تنظیم مینمودند. این نوع PSSها به PSSهاي با کنترل کننده تطبیقی شناخته میشوند.
بنابراین CPSS بدلیل داشتن پارامترهاي ثابت براي کلیه شرایط نمی تواند عملکرد مناسبی داشته باشد. از طرف دیگر PSS هاي با کنترل کننده تطبیقی بدلیل محاسبات زیاد همزمان تلفیق الگوریتم الگویی و الگوریتم ژنتیک براي طراحی پایدار ساز سیستم قدرت چند ماشینه جهت پیدا کردن پارامترهاي مورد نیاز PSS میتواند سرعت عملکرد کنترل کننده را تحت تاثیر قرار دهد.
دردهههاي اخیرPSS هاي معرفی شده بر اساس کنترل کننده هاي فازي و شبکه هاي عصبی طراحی شده اند .[3] در این نوع کنترل کننده ها مشکل کنترل کننده هاي قدیمی و مشکل کنترل کننده هاي تطبیقی بر طرف شده است و این نوع کنترل کننده ها میتوانند در شرایط مختلف بارگیري سیستم قدرت و شرایط غیر نرمال نظیر اتصال کوتاه سه فاز عملکرد مناسب را با سرعت مناسب از خود نشان دهند. هر چند در سالهاي اخیر تعداد زیادي مقاله در خصوص طراحی پایدار سازهاي قدرت بر اساس شبکه هاي عصبی و کنترل فازي انتشار یافته است،
اما از آنجائیکه پارامترهاي PSS شدیًدا تحت تاثیر مدل کردن عناصر شبکه قدرت نظیر ژنراتور و سیستمهاي کنترلی میباشد و نیز بدست آوردن پارامترهاي PSS با یک مدل مشخص بدلیل مدل کاملاً غیر خطی سیستم قدرت خود از مشکلات مهم طراحی میباشد.
در این مقاله با انتخاب مدل ژنراتور و استفاده کنترل کننده PID براي PSS، پارامترهاي کنترل کننده در شرایط مختلف بارگیري و شرایط مختلف شبکه از روش الگوریتم ژنتیک و الگوریتم الگویی بدست میآیند. در این مقاله پارامترهاي الگوریتم ژنتیک و الگویی براي بدست آوردن بهینه مطلق براي یک پایدار ساز قدرت متصل به شبکه به دست آمده است.
-2 سیستمهاي قدرت چند ماشینه
در سیستمهاي قدرت، ولتاژ ترمینال ژنراتورهاي متصل شده به شینها از طریق حل معادلات پخش بار بدست
میآیند. این ولتاژها نسبت به یک مرجع مختصات که معادلات شبکه نیز نسبت به آن حل میشوند، بدست میآیند.
این مرجع مختصات سنکرون که D-Q نامیده شده است
جهت حل معادلات شبکه استفاده میشود. مدلهاي ریاضی هر ژنراتور در محورهاي d-q مربوط به آن ژنراتور از طریق مدل پارك بدست میآیند. زاویه بین محورهاي مختصات هر واحد و محورهاي مختصات مرجع، توصیف کننده زاویه بار میباشد. ژنراتورها از طریق شینهاي مشخصی به شبکه متصل شده اند. جریان و ولتاژ در ژنراتورها در محورهاي d-q از طریق تابع تبدیل انتقال محورها به جریان و ولتاژ در محورهاي D-Q و یا بلعکس مرتبط میشوند. در اثر هر شوك یا اغتشاش به سیستم، نظیر افزایش یا کاهش ناگهانی بار و یا بروز هر گونه خطا در شبکه، سرعت ژنراتورها تغییر خواهد نمود. بنابراین محورهاي مختصات هر واحد نسبت به محورهاي مختصات مرجع نوسان خواهد نمود.
1-2 مطالعه پخش بار
یک قسمت از شبیه سازي سیستم قدرت چند ماشینه مربوط به حل معادلات پخش بار میباشد. با توجه به امپدانس خطوط و نقاط کاري مشخص شده براي هر شین از حیث توان تزریق شده بغیر از شین مرجع، میتوان از تکنیکهاي عددي، ولتاژ در هر شین را بدست آورد.
2-2 تابع تبدیل انتقال محورها
با حل معالات پخش بار، ولتاژ در هر شین بدست خواهد آمد. ولتاژهاي حاصل در شینها از طریق حل معالات پخش بار در مرجع اصلی D-Q بدست خواهد آمد. میتوان از طریق تابع تبدیل انتقال این ولتاژها را به محورهاي مختصات مرتبط به هر ژنراتور منتقل نمود. ارتباط بین یک مرجع دلخواه d-q نسبت به مرجع اصلی در شکل-1 نشان داده شده است.
تبدیل ولتاژ و جریان و یا هر متغیر دیگر در مرجع اصلی به مرجعهاي منفرد از طریق تابع تبدیل انتقال از روي شکل-1 بصورتی که خواهد آمد، بدست میآید.ولتاژ بدست آمده در هر مرجع انفرادي d-q توسط معادله - 1 - به ولتاژ در مرجع اصلی D-Q تبدیل میگردد.
شکل:1 بردار ولتاژ در گرهi
تلفیق الگوریتم الگویی و الگوریتم ژنتیک براي طراحی پایدار ساز سیستم قدرت چند ماشینه
4-2 مرجع اصلی
فرض میشود که مرجع اصلی D-Q بطور سنکرون با که در آن δi زاویه روتور ژنراتور i بر ژنراتور و مرجع اصلی میباشد. بصورت زیر نوشت:
فرکانس پایه شبکه میچرخد و در حالت پایدار کلیه
ژنراتورها با یک سرعت مساوي با فرکانس پایه میچرخند. در یک شبکه چند ماشینه متصل به شین بینهایت، هنگام وقوع یک اغتشاش در شبکه، متداول است تا سرعت گردش مرجع D-Q، سنکرون با شین بینهایت بر اساس فرکانس پایه باشد.
در یک شبکه چند ماشینه واقعی، بدون در نظر گرفتن شین بینهایت، یکی از ماشینها بعنوان مرجع در نظر گرفته میشود.
3-2 حل معادلات شبکه
بعد از محاسبه پخش بار و بدست آوردن ولتاژ در مرجع اصلی توسط تابع تبدیل انتقال، ولتاژ ترمینال Vd و Vq در هر ژنراتور متصل به شبکه بدست خواهد آمد. معادلات شبکه در مرجع اصلی میتواند به شکل ماتریسی به مرجع مربوط به هر ژنراتور یعنی مرجع d-q تبدیل شود.
5 - 2 شبیه سازي شبکه قدرت با چند ماشین
یک سیستم قدرت بطور واقعی متشکل از چند ماشین - - MMPS بدون حضور شین بینهایت میباشد . گاهی اوقات در بررسی MMPS ، بررسی و تحقیق رفتار تعدادي ژنراتور در یک محیطی که از محیطهاي دیگر سیستم قدرت دور باشد به عنوان هدف مطرح می باشد.[4] بنابراین در نظر گرفتن بخشی از سیستم قدرت که تحت بررسی نمی باشد را میتوان به عنوان یک باس بینهایت تعریف کرد .
6 - 2 مطالعه شبکه متصل به شین بینهایت
در تعدادي از مطالعات دینامیکی در سیستم هاي قدرت یک شین بعنوان شین بینهایت در نظر گرفته شده است. هدف این قسمت مطالعه شبکه قدرت چند ماشینه با در نظر گرفتن شین بینهایت است که اصطلاحاً در این مقاله براي سادگی به MMPSW نامیده میشود.
در این مطالعه شبکه اي با سه ژنراتور مطابق شکل-2 نشان داده شده است. شین B-4 توسط یک کلید میتواند به شین بینهایت تبدیل شود. کلیه پارامترهاي ژنراتور، خطوط انتقال و کنترل کننده هاي گاورنر و میدان تحریک در ضمیمه-الف داده شده است. این شبکه با فرض اتصال شین B-4 به شین بینهایت و با وقوع اتصال کوتاه سه فاز در این شین در لحظه 0.2s براي مدت زمان 0.1s آزمایش شده است.
