بخشی از مقاله
چکیده
طراحی کنترل کننده ها دریک مزرعه بادي یک مسئله اساسی براي توسعه این نوع از انرژي هاي نو هست . توربین هاي بادي انواع مختلی از ژنراتورها را دارند که در این مقاله از نوع ژنراتور القایی دوسو تغذیه - - DFIG1 استفاده شده است این ژنراتورها داراي دو سیستم کنترلی سمت شبکه و سمت تحریک هست که تحریک ژنراتور رابه عهده دارند پارامترهاي بهبنه این کنترل کنندها پایداري بهتر و سریعتري را به سیستم میدهد لذا در این مقاله ما به طراحی پارامترهاي کنترلی این کنترل کننده ها پرداختیم و به نتایج قابل قبولی رسیده ایم. الگوریتم مورد استفاده در اﯾﻦ مقاله الگوریتم هیبریدي اجتماع پرندگان - - HPSO2 است که خطالی الگورینم PSO را پوشش داده است و سریعتر به نتجیه مطلوب می رسد.
.1 مقدمه
انرژي باد بیشترین رشد رادر بین انرژي هاي نو براي تولید برق اخیرا داشته است.افزایش نگرانی براي امنیت انرژي ،بهبودي و پیشرفت در تکنولوژي توربینهاي بادي و کاهش هزینه ها انتظار میرود که این تمایل براي آینده قابل پیش بینی باشد. همچنین ایجاد پارکهاي بادي بزرگ به دلیل تولید اقتصادي و مسائل زیست- محیطی، جزء برنامه هاي مهم صنعت برق در هر کشوري می باشد .
افزایش ظرفیت نصب توربین هاي بادي در شبکه هاي الکتریکی مزایا و معایب خاص خود را دارد که ارزیابی و تحلیل مسائل اتصال آنها به شبکه هاي الکتریکی مخصوصا" براي شبکه هاي الکتریکی دور از واحد هاي تولیدي بزرگ از جنبه هاي مطالعاتی گسترش این نیروگاه هاي بزرگ است. روشن است که نیروگاه هاي بادي بزرگی که از ژنراتورهاي القایی استفاده می کنند شبکه هاي الکتریکی مزرعه هاي بادي بزرگ روي آب شامل تعداد زیادي WGT3 ، شبکه کابلهاي فشار متوسط، کابلهاي ولتاژ بالاي طولانی و یک کنترل مبدل HVDC واتصالات پیچیده دارند. [ 1].[2] مشخصات دینامیکی یک سیستم ،اگر درست کنترل نشده باشند ، می تواند پایداري مزرعه بادي متصل به شبکه را تهدید کند.
ژنراتورهاي مورد استفاده در توربین هاي بادي انواع مختلفی دارند براي سیستم هاي سرعت متغیر با محدوده تغییر سرعت + %30 تا -%30 سرعت سنکرون ، ژنراتور القائی تغذیه دو سویه می تواند راه حل مناسبی باشد . همچنین، توان مبدل الکترونیک قدرت در این سیستم ها %30-20 توان کل ژنراتور است که عاملی در پائین آوردن تلفات این مبدل ها در مقایسه با انواع دیگر که با توان کل ژنراتور کار می کنند، است و قیمت و هزینه مبدل ها نیز کاهش می یابد . ژنراتور DFIGگزینهاي جالب ، با بازاري رو به فزونی، و با تقاضا است.
ژنراتور القاییDFIG ، یک ژنراتور WRIG - سرعت متغیر با مبدل فرکانسی با ظرفیت کامل - است که استاتور به طور مستقیم به شبکه سه فاز با فرکانس ثابت متصل است و سیم پیچی رتور با یک کانورتر منبع ولتاژ با کلیدهاي IGBT ، با طبقات پشت به پشت تک جهته تغذیه میشود. عبارت تغذیه دوگانه به این واقعیت اشاره دارد که استاتور به شبکه قدرت، ولتاژ براي تغذیه بارها میدهد و ولتاژ رتور نیز به وسیله کانورتر توان، ایجاد میشود. سرعت عملکرد این سسیستم در یک گستره وسیع اما محدود قراردارد .
کانورتر اختلاف فرکانس الکتریکی و مکانیکی را با تزریق جریان به رتور با یک فرکانس متغیر، جبران میکند. هم در طول عملکرد عادي و هم در طول خطاها، رفتار ژنراتور توسط کانورتر توان و کنترلکنندههاي آن تنظیم میشود. کانورتر توان، متشکل از دو کانورتر است، کانورتر طرف شبکه و کانورتر طرف رتور، که هر کدام به صورت مستقل کنترل میشود.
ایده اصلی آن است که کانورتر طرف رتور توانهاي اکتیو و راکتیو را با کنترل اجزاء جریان رتور کنترل میکند، در حالی که کانورتر طرف خط، ولتاژ طرف DC را کنترل میکند تا از عملکرد کانورتر در ضریب توان واحد - توان راکتیو صفر - اطمینان حاصل شود . بسته به شرایط کاري درایو، توان به رتور وارد میشود یا از آن خارج میشود . در شرایط فوق سنکرون توان از رتور به طرف شبکه و در شرایط زیر سنکرون، توان از شبکه به طرف رتور جاري میشود. در هر دو حالت ، توان از استاتور به طرف شبکه میرود. شکل - 1 - ساختار مناسب براي بکارگیري DFIG در نیروگاه هاي بادي را نشان می دهد
وظیفه مبدل طرف روتور کنترل گشتاور یا سرعت DFIG و همچنین کنترل ضریب قدرت در ترمینالهاي استاتور است در حالیکه هدف اصلی از مبدل طرف شبکه ، ثابت نگه داشتن ولتاژ لینک dc است . از خازن کوپلdc بمنظور ذخیره انرژي و صافتر نمودن ولتاژ در زمان تغییرات ولتاژ یا نوسانات کوچک در ولتاژ لینک استفاده می شود
. الگوریتم اجتماع پرندگان هیبریدي HPSO
HPSO مکانیزمی از الگوریتم PSO به همراه یک انتخاب برتر در مجموعه ذرات می باشد که معمولاّ از یکسري محاسبات تکاملی مانند الگوریتم ژنتیک استفاده میکند روال کار بر این است که تعدادي از ذرهاي ارزیابی شده برتر در مجموعه اضافه شده و تعدادي از ذرات ضعیف در هر دوره حذف می شوند.
بعد از هر مرحله جستجو با الگوریتم PSO وابستگی زیاد به Pbest و gbest حس می شود و فضاي جستجو به Pbest و gbest محدود است یعنی این دو عامل نقطه هاي جسنجو را متداولاّ تغییر می دهند. اما بر عکس الگوریتم HPSOمی تواند به نقطه هاي جستجوي متداول در ناحیه کارآمد مستقیماّ با مکانیزم انتخاب جهش کند. موقعیت ذره هاي ضعیف با مقادیر قوي تري جایگزین شده و این نرخ جابجایی را سرعت انتخاب می نامند - selection rate - بنابراین HPSO در مینیمم محلی گرفتار نمیشود و بهترین نتیجه را دارد.
این مهم نیست که اطلاعات pbest هر ذره حفظ شود حتی اگر موقعیت ذره با موقعیت دیگر ذره ها تغییر کند. بنابراین هر فضاي مؤثر به طور کامل جستجو می شود و به موقعیت تحقق یافته ارزیابی شده گذشته اش وابسته است. شکل زیر یک فلو چارت از روش HPSO می باشد که با فلو چارت روش PSO قابل مقایسه است.
شکل : - 1 - ساختار یک ژنراتور دوگانه تغذیه توربین بادي - DFIG - به همراه ترانسفورماتور
مبدل الکترونیک قدرت پشت به پشت از دو مبدل مجزا که توسط یک خازن با کوپل dc به هم متصل شده اند تشکیل یافته است که به نامهاي مبدل طرف شبکه - GSC4 - و مبدل طرف روتور - RSC5 -
شکل : - 2 - فلوچارت الگوریتم HPSO
بررسی سیستم مورد مطالعه :
همانطور که در شکل - 1 - بیان شد سیستم تحریک ژنراتور از دو مبدل الکترونیک قدرت تشکیل شده که یکی سمت شبکه - GSC - هست و دیگري سمت رتور - RSC - می باشد با کنترل بهینه پارامترهاي این دو بلوك در هنگام بروز خطا سمت شبکه میتوانیم سریعتر براي حذف نوسانات ناشی از حالات دینامیک سیستم اقدام کرد و با اعمال سیگنالهاي کنترلی مناسب باعث برگشت سیستم به حالت کارعادي می گردند . همانطور که درشکل - 3 - می بینید یک مزرعه بادي 20 مگاواتی داریم که از 4 توربین 5 مگاوات تشکیل شده است . ژنراتور توربین هاي بادي از نوع القایی دوگانه تغذیه هستند .
شکل - : - 5 پارامترهاي بلوك کنترل کننده سمت رتور - RSC -
شکل : - 3 - مزرعه بادي 20 مگاواتی متصل به شبکه همراه با خطا
در شکل - 4 - سیستم کنترلی دو مبدل الکترونیک که یکی سمت شبکه - GSC - هست و دیگري سمت رتور - RSC - می باشد نشان داده شده است.
شکل : - 4 - بلوکهاي سیستم کنترال کننده سمت رتور و سمت شبکه
شکل - : - 6 پارامترهاي بلوك کنترل کننده سمت شبکه - GSC -
پارامترهاي این کنترل کننده ها ثابت در نظر گرفته میشوند و تحت عنوان کنترل کندده هاي کلاسیک میشناسیم یکی از مشکلات این قبیل کنترل کننده ها عدم تطابق با شرایط مختلف عملکرد سیستم است بدین معنی که ممکن است در برخی شرایط کنترل کننده کلاسیک قادر به رسیدن به پایداري در زمان مناسب نیست ولی کنترل کننده طراحی شده که ما آن را کنترل کننده HPSO میشناسیم با اعمال روالهاي کنترلی مناسب در حداقل زمان سیستم را به حالت تعادل برمی گرداند . [9] ما 19 ژنراتور را با پارامترهاي ثابت درنظر میگیریم و طراحی را براي یک ژنراتور اعمالمی کنیم. پایدارساز سیستم قدرت باید بتواند تغییرات سرعت رتور ژنراتورها را در کمترین زمان میرا کند. تابع هزینه روش HPSO که براي این سیستم قدرت انتخاب شده است به صورت رابطه - 1 - می باشد.
