بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله روش جدیدي براي بهبود پایداري سیستمهاي قدرت با استفاده از الگوریتم چند منظوره ژنتیک ارائه میگردد که تابع هدف آن بصورت چند منظوره میباشد. براي این منظور در ابتدا مدل خطی شده سیستم قدرت که داراي TCSC میباشد بدست میĤید و سپس با معرفی توابع هدف بر اساس تابع انرژي لیاپانوف، پاسخ زمانی خطاي ماندگار سرعت و نرخ میرایی مقادیر ویژه و با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند منظوره عمل بهینه سازي صورت میپذیرد.
براي اثبات کارائی روش ارائه شده از یک سیستم قدرت تک ماشینه استفاده شده است که نتایج بدست آمده نشان میدهد که روش ارائه شده داراي کاربرد مناسبی است.
-1 مقدمه:
امروزه با توسعه فناوري الکترونیک قدرت ، از خاصیت پایدار سازي ادوات FACTS در کنترل نوسانات سیستم قدرت استفاده می شود. استفاده اولیه از این ادوات براي افزایش قابلیتهاي سیستم براي انتقال توان بیشتر و قابل اطمینان می باشد. اما با توجه به کاربرد عناصر الکترونیک قدرت در این ادوات ، می توان در شرایط دینامیکی سیستم از آنها به عنوان پایدار ساز سیستم بهره گرفت. یکی از این ادوات، جبران ساز کنترل شونده سري - TCSC - می باشد. در این میان نحوه تنظیم پارامترهاي کنترلی براي کارکرد مناسب پایدار ساز و کل سیستم در مواقع مورد لزوم مانند تغییرات ناگهانی بار، وقوع اتصال کوتاه و ... حائز اهمیت است
روشهاي متفاوتی براي کاهش نوسانات سیستم قدرت در حضور ادوات FACTS تاکنون ارائه شده است .[8-4] افزایش قسمت حقیقی قطبهاي الکترومکانیکی سیستم با تنظیم مناسب پارامترهاي PSS با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند منظوره - MOGA - و تابع انرژي لیاپانوف براي بهبود پایداري سیستم قدرت با در نظر گرفتن TCSC استفاده از الگوریتم ژنتیک روشی است که در مرجع [4] استفاده شده است.
با استفاده از تئوري کنترل مقاوم و الگوریتم ژنتیک نیز روشی براي تعیین پارامترها در مرجع [5] ارائه شده است. در مرجع [6] نیز براي یک سیستم چند ماشینه و با استفاده از روش بهینه سازي غیر خطی دوگان پارامترهاي کنترلی تعیین شده است. روشی در مرجع [7] براي تعیین پارامترهاي بهینه کنترلر از الگوریتم ژنتیک بر اساس سیستمهاي چند ورودي و چند خروجی ارائه شده است.
در کارهاي صورت گرفته تا کنون یک تابع هدف در نظر گرفته شده است که با استفاده از روشهاي الگوریتم ژنتیک پارامترهاي بهینه سیستم تعیین میگردید.
در این مقاله براي تنظیم مناسب پارامترها از الگوریتم ژنتیک چند منظوره MOGA استفاده می شود. در این روش از بیش از یک تابع هدف براي بهینه سازي استفاده می شود. این توابع هدف بر اساس تابع لیاپانوف و حداقل خطا تعریف میگردد که معیار مناسبی براي تعیین وضعیت پایداري سیستم میباشد.
سیستم قدرت تحت مطالعه یک سیستم تک ماشینه متصل به شین بی نهایت - SMIB - می باشد که از مدل درجه سه -هفرون-فیلیپس براي تعیین مدل خطی سیستم استفاده می شود.
-2 ارائه مدل خطی شده سیستم قدرت با در نظر گرفتن TCSC
همانطور که عنوان شد در این مقاله سیستم تک ماشینه متصل به شین بی نهایت براي مطالعه در نظر گرفته شده است.
سیستم مطابق شکل - 1 - داراي یک واحد جبران کننده سري - TCSC - در امتداد خط انتقال می باشد.
شکل - - 1 مدار معادل TCSC
معادلات دیفرانسیل غیر خطی این سیستم براي مطالعات پایداري سیگنال کوچک به صورت زیر است:
در این روابط ωb سرعت مرجع، δ زاویه بار یا گشتاور، M ثابت اینرسی روتور، Pm توان مکانیکی ورودي ژنراتور، VT ولتاژ ترمینال، VR ولتاژ مرجع، VB ولتاژ باس بی نهایت، XT راکتانس سلفی ترانسفورماتور، XL راکتانس سلفی خط انتقال بوده و سایر پارامترها مربوط به ساختار داخلی ماشین سنکرون می باشند. براي این سیستم، از سیستم تحریک IEEE Type- ST1A استفاده شده است که پارامترهاي KA و TA به ترتیب بهره و ثابت زمانی مر بوط به این سیستم میباشند.
براي طراحی پایدار ساز نوسانات الکترومکانیکی، اغلب از مدل خطی شده استفاده می شود. خطی سازي حول یک نقطه کار انجام می شود. بدیهی است که با تغییر نقطه کار پارامترهاي مدل تغییر خواهد کرد. مدل هفرون-فلیپس ماشین سنکرون با در نظر گرفتن TCSC و سیستم تک ماشینه متصل به باس بی نهایت با خطی سازي معادلات - 2 - حول یک نقطه کار بدست می آید. معادلات خطی شده بصورت زیر هستند:
تنظیم مناسب پارامترهاي PSS با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند منظوره - MOGA - و تابع انرژي لیاپانوف براي بهبود پایداري سیستم قدرت با در نظر گرفتن TCSC با استفاده از معادلات - 3 - مدل خطی شده سیستم بدست می آید. بلوك دیاگرام متناظر با معادلات خطی شده در شکل - - 2 نشان داده شده است.
شکل - - 2 مدل خطی شده هفرون-فیلیپس سیستم SMIB به همراه TCSC
شکل - - 3 ساختار کنترل کننده TCSC
ساختار کلاسیک کنترل کننده براي اغلب پایدارسازها شامل یک سیستم جبران ساز lead-lag می باشد. در این مقاله از یک کنترل کننده با ساختار نشان داده شده در شکل - - 3 استفاده می شود. این کنترل کننده شامل یک گین ثابت، یک بلوك صافی - washout - و دو بلوك جبران ساز می باشد.
بلوك صافی به عنوان یک فیلتر بالا گذر عمل کرده و فقط به تغییرات اجازه عبور می دهد.
براي ورودي کنترل کننده بسته به هدف و نوع جبرانسازي از سیگنالهاي متفاوتی استفاده می شود. در اینجا براي پایداري سیگنال کوچک و میرا کردن نوسانات الکترومکانیکی از تغییرات سرعت ماشین ω به عنوان ورودي کنترل کننده استفاده شده است. خروجی کنترل کننده در حقیقت تغییرات زاویه هدایت TCSC ودر نتیجه تغییرات راکتانس آن خواهد بود
