بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله با توجه به مدل سیستم، جزئیات آن اعم از متغیرهای حالت، پارامترها، ورودی ها و خروجی های آن، روشهای پیشنهادی شاملEKF 1 و UKF2 برای تخمین متغیرهای حالت سیستم ژنراتور سنکرون ارائه شده است. EKF یک فیلتر محلی است که میتواند از یک خطی سازی از طریق بسط تیلور مرتبه اول، برای تابع غیر خطی مشتق ناپذیر در یک نقطه تخمین داده شده، استفاده کند که این امر باعث ایجاد یک نقطه سینگولار میشود و باعث ناکارآمد شدن EKF می شود بنابراین، یک تخمینگر دیگر برای حل روشهای قبلی، تحت عنوان فیلتر کالمن بدون بو - - UKF یکی از آنها میباشد ارائه شده است.
-1 مقدمه
اغتشاشات و رویدادها با شدت کم و ناگهانی باعث ایجاد نوسانات در شبکههای قدرت میشود، مهمترین پیآمد این اغتشاشات نوسانات با فرکانس کم - LFO - میباشد. یکی از راههای برطرف کردن این نوسانات و میرا کردن آنها استفاده از پایدارساز سیستم قدرت - PSS - 3 میباشد. نقش PSS افزایش محدودهی پایداری زاویهای در سیستم قدرت میباشد که به وسیلهی فراهم کردن میرایی نوسانات در روتور ماشین سنکرون در خلال تحریک ژنراتور انجام میشود. این میرایی با اعمال گشتاور الکتریکی که به روتور وارد میشود که باعث تغییرات سرعت است.
این کنترل تکمیلی در خلال اغتشاشات در یک سیستم قدرت با ابعاد وسیع بسیار موثر و مفید میباشد. با این وجود ناپایداری در سیستم قدرت در رویدادهای معین میتواند افزایش پیدا کند که به سبب میرایی منفی PSS در روتور میباشد. این دلیلی است که تنظیم PSS در اطراف نقطهی کار مانا4 انجام میشود. تأثیر میرایی آنها تنها در نزدیکی نقطه کار مورد قبول میباشد. بایستی این کنترلکنندهها طوری تنظیم شوند که میرایی نوسانات بین ناحیهای را کم کند و یا در واقع ضریب میرایی سیستم را افزایش دهد. سیگنال ورودی برای PSS یک نقطه بحث میباشد. این سیگنالها شامل انحراف سرعت روتور، فرکانس و توان الکتریکی است.
اندازه گیر فازوری سنکرون یکی از المانهای مهم در اندازهگیری گسترده در سیستمهای پیشرفته قدرت برای مانیتورینگ، حفاظت و کاربردهای کنترلی استفاده میشود. واحد اندازهگیر فازوری - PMU - جز ادوات سیستمهای قدرت میباشد که به صورت بلادرنگ5 فازور ولتاژ و جریان اندازهگیری میشود. PMU در مقایسه با SCADA دقیقتر و موثرتر است. با توجه به اینکه پایداری دینامیکی مد نظر میباشد و فرکانس نوسانات در سسیستم پایین مورد بحث میباشد، PMU گزینهی مناسبی برای بررسی پایداری دینامیکی میباشدروش ارائه شده، استفاده از تکنیک تفاضل محدود و حداقل مربعات به منظور بررسی معادلات دیفرانسیل حاکم بر ماشین سنکرون با استفاده از پنجره زمانی اندازهگیری PMU است.
مطالعات حساسیت به منظور بررسی تاثیر استحکام سیستم، طول خط انتقال، کنترل ماشین - تحریک کننده و گاورنر - و بار محلی در دقت تخمین انجام شده است. روش چو و همکارانش [3] استفاده از دو PMU در انتها خط انتقال شعاعی است، که باعث میشود روش به توپولوژی شبکه وابسته باشد. هونگ و همکارانش [4] روش مبتنی بر فیلتر کالمن برای تخمین پارامترهای ژنراتور - اینرسی H، راکتانس گذرا ، دمپر - D با استفاده از دادههای PMU اعمال میکند. هونگ وهمکاران از فیلتر کالمن گسترده شده - EKF - و دادههای PMU برای تخمین حالتها و پارامترهای مدل ژنراتور کلاسیک - زاویه روتور، سرعت روتور، H، D، - استفاده کردهاند.
در روشهای مبتنی بر دادههای حوزه زمان، Kyriakides و همکارانش [5] از زوج LSE و DFR برای تخمین اندوکتانسها و مقاومتهای میدان محور d و - q - استفاده کردند. محققان بسیاری نیز برای حل تخمین پارامترها با استفاده از اندازهگیری آنلاین الگوریتمهایی پیشنهاد کردهاند. یکی از این روشها، [6] بهکار-گیری روش تخمین حداکثر احتمال بازگشتی - 6 - RML برای شناسایی پارامتر مدار آرمیچر است. در این مقاله راهکاری برای تخمین متغیرهای حالت سیستم ژنراتور سنکرون با توجه به دسترسی به اطلاعات PMU و مدل های پیشنهادی EKF و UKF ارائه شده است. در واقع به دنبال ارائه روشی نوین در راستای از میان بردن معایب روش های پیشین و بالا بردن دقت هستیم.
مدلسازی سیستم قدرت
شکل - 1 - ساختار کلی مدل مورد بررسی را نشان میدهد . در این جا برای بررسی و تخمین پارامترها اگر از افت اهمی و افت اندوکتانسی در مقابل القای ولتاژ چرخشی صرف نظر گردد و از اثر دمپرها نیز صرف نظر شود مدل ساده شده ی درجه سوم بدست میآید .[ 7 ] با فرض یک مدل ژنراتور سنکرون کلاسیک، d را به عنوان زاویه ای که با eq ، - محور - q که جزئی از ولتاژ قبل راکتانس گذار xd ، منجر به ایجاد Et - یا - Vt میشود، تعریف می کنیم. اگر ولتاژ ترمینال Vt ، به عنوان یک فازور مرجع انتخاب شده باشد، ژنراتور میتواند در مختصات d-q توسط معادله ی غیر خطی مرتبه چهارم زیر بیان شود:
که در این رابطه f0 2 w0 سرعت سنکرون نامی میباشد، - rad/s - ، سرعت روتور - pu - ، Tm گشتاور مکانیکی ورودی - pu - ، Te گشتاور فاصله هوایی یا توان الکتریکی خروجی - pu - ، E fd ولتاژ خروجی تحریک یا ولتاژ فیلد که از آرمیچ دیده شده - pu - ، زاویه بار روتور می باشد بر پایه ی دیاگرام فازوری مربوط به سیستم، گشتاور Te با توان الکتریکی ترمینال برابر خواهد بود - Pe یا tP - ؛ از مقاومت استاتور چشم پوشی شده است
پس از جایگذاری مقادیر Pe ، iq و iq در روابط بردار u می بایست اصلاح شود. بنابراین داریم: در مدل فضای حالت غیر خطی سیگنالهای ترمینال باس Vt، tP و Qt از یک دستگاه PMU که فرض شده در ژنراتور ترمینال باس نصب شده، قابل دسترسی هستند.PMU یک دستگاه اندازه گیری کمیت های سیستم قدرت است که نمونه های ولتاژ ورودی و شکل موجهای جریان Iabc از یک سیگنال مشترک سنکرون سازی را را اندازه گیری می کند، که از GPS نیز استفاده میکند و با استفاده از تبدیل فوریه گسسته، فازور ها - اندازه و زاویه - را محاسبه میکند - . - DFT
طرح کلی فرایند تخمین در شکل 1 توضیح داده شده است. خطوط نقطه چین Efd نیز به عنوان یک مقدار قابل اندازه گیری در نظر گرفته شده است. یک تخمین گر حالت EKF کلاسیک، ابتدا برای حالتی که سیگنال Efd قابل اندازه گیری باشد اعمال شده است و پس از معلوم شدن مقدار آن به عنوان یک ورودی خارجی در نظر گرفته شده است. این فرضیه ممکن است برای ماشینهایی که در آن فیلد ولتاژ قابل دسترسی یا برای نسلهای بعدی ماشینهایی که با حسگرهای هوشمند تعبیه شده، قابل اعمال باشد. جاییکه x یک بردار متغیر حالت تعریف شده در - 1 - میباشد، w نویز فرایند - حالت - ، v نویز اندازه گیری، f تابع سیستم ، h تابع خروجی ، y خروجی قابل اندازه گیری می باشد.
-2 روش پیشنهادی
در این مقاله از دو روش فیلتر کالمن تعمیم یافته EKF و الگوریتم کالمن UKf جهت تخمین حالت استفاده شده است که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.
1-3 شرح الگوریتم EKF
