بخشی از مقاله

خلاصه

در این مقاله، یک روش جدید ترکیبی گسسته و پیوسته براي طراي بهینه پایدارساز سیستم قدرت چند ماشینه بیان شده است. طراحی مبتنی بر روش پیشنهاد شده داري سرعت همگرایی بالا بوده ودر عین حال کارایی بالایی جهت بهینهسازي دارد. اساس این روش بر مبناي یادگیري تقویتی بوده و داراي دو مرحله است که در مرحله اول بازه بهینه تغییرات هر یک از ضرایب پایدارساز تعیین شده و در مرحله بعد مقدار بهینه هر یک از ضرائب در این بازه بهینه تعیین میشود. از ویژگیهاي این روش طراحی میتوان به تعداد تکرارهاي کم، مقاوم بودن ساختار پایدارساز و در نظر گرفتن تمام ویژگیهاي غیر خطی سیستم تحت کنترل اشاره نمود.

روش پیشنهادي در تنظیمات بهینه پارامترهاي Lead و Lag ، پایدارسازهاي متداول و با کاربرد وسیع در سیستم قدرت چند ماشینه، بررسی و ارزیابی شده است و همچنین کارایی و فراگیري پایدارسازهاي مبتنی بر روش پیشنهادي تحت اغتشاشهاي مختلف سیستم قدرت بررسی شده است. از طرفی کارایی پایدارساز پیشنهادي با دیگر پایدارساز از جمله پایدارسازهاي چند بانده براي سیستم قدرت چهار ماشینه دو ناحیهاي مقایسه شده است.

نتایج شبیهسازي کارایی و فراگیري پایدارساز گسسته و پیوسته را در حالت میرایی نوسانات بین ناحیهاي و محلی تحت اغتشاشهاي متفاوت نشان میدهد و برتري آن را در مقایسه با انواع دیگر پایدارسازها تایید میکند. از آنجا که تمامی مراحل طراحی پایدارساز به صورت عمومی بیان شده است، به راحتی میتوان آن را براي سیستمهاي غیر خطی دیگر نیز استفاده کرد.

.1 مقدمه

بروز اغتشاشهایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه قدرت باعث بوجود آمدن نوساناتی در سیستم میشود. در حالت عادي این نوسانات به سرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمیرود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهاي سیستم ممکن است این نوسانات براي مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها نیز افزایش یابد.

امروزه جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم، در اغلب شبکه هاي قدرت پایدار کنندههاي سیستم قدرت به کار گرفته میشود. این پایدار کنندهها بر اساس مدل تک ماشین-شین بینهایت سیستم در یک نقطهي کار مشخص طراحی میشوند. بنابراین ممکن است با تغییر پارامترها و یا تغیر نقطه کار شبکه، پایداري سیستم در نقطه کار جدید تهدید شود.

به خاطر افزایش پیچیدگی سیستم قدرت، نیاز به حاشیه پایداري نیز افزایش مییابد. براي یک شبکه در حالت عادي می توان ولتاژها و جریانها را حساب کرد. وقتی بار جدیدي را از شبکه حذف و یا به آن اعمال کنیم و یا اتصال کوتاه در شبکه ایجاد شود و در این حال تغییراتی در شبکه ایجاد خواهد شد که اگر این تغییرات بهطور تدریجی و آهسته باشد ممکن است شبکه تحمل کرده و به شرایط دیگر از پایداري برسد، ولی اگر شبکه نتواند این تغییرات را تحمل کند، به اجبار با افزوده شدن بار جدید شبکه فرو ریخته و ناپایدار خواهد شدعموماً،. سیستم قدرت اغتشاشهاي متنوعی را تجربه میکند که میتواند منجر به نوسانات فرکانس پایین الکترومغناطیسی شود که بین روتورهاي ژنراتورهاي سنکرون متصل به سیستم قدرت اتفاق میافتد .[1]

در یک سیستم قدرت چند ماشینه که با یک ساختار ضعیف توصیف شده است، یعنی اتصال ضعیف بین دو یا تعداد بیشتري ناحیه تولیدي، این نوسانات ممکن است ادامه یابد و اگر میرایی کافی در دسترس نباشد، منجر به ازدست رفتن سنکرونیزم و تجزیه سیستم شود.[2] ناپایداري دینامیکی به شکل نوسانات فرکانس پایین براي اولین بار در سال 1977 در سیستم قدرت هنگ کنگ رویت شد.

این مشکل به کمک حساسیت زدایی پاسخ تحریک در واحدهاي تولیدي اصلی حل شد. در سال 1984، با اتصال این سیستم به سیستم قدرت جنوب چین، نوسانات شدیدي در خط ارتباطی ثبت شد . یکی از بدترین نوسانات داراي دامنه 90 مگاوات و در مدت زمان 50 ثانیه بود درحالی که توان انتقالی خط 120 مگاوات بود. چنین ناپایداري دینامیکی، محدودیتهایی در بهرهبرداري سیستم قدرت تحمیل میکند، با این وجود، حاشیه پایداري سیستم قدرت میتواند به کمک افزایش ویژگیهاي میرایی در نوسانات فرکانس پایین، بهبود یابد. بنابراین، به ماکزیمم ظرفیت خط انتقال انرژي خواهیم رسید.[3-4]

توسعه شبکههاي قدرت نوساناتی خود به خودي با فرکانس پایین را، در سیستم به همراه خواهد داشت، بروز غتشاشا هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث به وجود آمدن نوساناتی طبیعی در سیستم میشود. در حالت عادي این نوسانات به سرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی بالاتر نمیرود، اما ممکن است این نوسانات براي مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها نیز افزایش یابد. وجود چنین نوساناتی در شبکه خطرات جدي را به همراه داشته و بهرهبرداري از سیستم را مشکل میسازد. تجربیات مختلف از سیستم هاي قدرت به هم پیوسته نشان داد این نوسانات در اثر تحریک مودهاي الکترونیکی ژنراتورهاي سنکرون به وجود میآیند .[5]

در دهه اخیر، چندین راه براي بهبود پایداري سیستم قدرت پیشنهاد شده است. یکی از روشهاي مقرون به صرفه و کارا در پایدارسازهاي سیستم قدرت کمک گرفتن از یک سیگنال کمکی هم فاز با انحرافات سرعت روتور در سیستم تحریک ژنراتور میباشد . همچنین چندین رویکرد مبتنی بر تئوري کنترل مدرن به مسأله طراحی پایدارساز سیستم قدرت، از قبیل کنترل بهینه، کنترل تطبیقی، کنترل ساختار متغیر و کنترل هوشمند، مطرح شده است. علیرغم شایستگی چنین تکنیکهایی، شرکتهاي خدماتی هنوز ساختار متداول، پایدارساز پیش فاز- پس فاز را به خاطر ساختار ثابت، آسانی هماهنگی آنلاین، فراگیري یا تکنیکهاي ساختاري متغیرش، ترجیح میدهند است.

عموماً پذیرفته میشود که پایدارساز سیستم قدرت به طور قابل ملاحظهاي پایداري سیستم قدرت را بهبود می-بخشد، با این وجود، هماهنگی بهینه پارامترهاي آن هنوز یک مسالهي جدي میباشد؛ اگر تنظیمات پارامترهاي پایدارساز سیستم قدرت به صورت صحیحی انجام نشود در آن صورت پایدارساز نه تنها سیستم قدرت ناپایدار را پایدار نمیکند بلکه ممکن است باعث تحمیل ناپایداري به سیستم نیز شود.[6-7]

در ایران با توجه به گستردگی شبکه و محدودیتهاي آن، از سالها پیش، مطالعات دینامیکی مختلفی با هدف بهبود پایداري دینامیکی سیستم انتقال برق کشور صورت گرفته است. مطالعات دینامیکی نیروگاه بندرعباس به صورت مدل تک ماشین و باس بینهایت در سال 1368 براي ساختار شبکه در آن زمان با موفقیت انجام شده و در آن براي تنظیم نیروگاه بندرعباس از پایدارساز سیستم قدرت استفاده شده است.

تاکنون در مطالعات مختلفی که در شبکه ایران انجام شده است،   معمولاً تقریبهایی در مطالعات منظور شده تا از پیچیدگیهاي مربوطه بکاهد یک سیستم قدرت بطور واقعی متشکل از چند ماشین بدون حضور شین بینهایت میباشد. مدل ژنراتور در نتایج حاصل از شبیه سازي سیستم قدرت از اهمیت خاصی برخوردار میباشد. در فعالیتهايتحقیقاتی از مدلهاي مختلف ژنراتور و در تعدادي از شبیهسازيها مدل شبکه متصل به شین بینهایت در نظر گرفته شده است.

یکی از مشکلات مهم بهرهبرداري شبکه برق ایران در سال هاي اخیر، وقوع نوسانات بین ناحیهاي درتبادل توان با شبکه سراسري است که نیازمند بررسی دقیق و مطالعات مختلف میباشد، براي رفع این مشکل، دو دیدگاه در صنعت برق وجود دارد. در دیدگاه بلند مدت راه کار توسعه شبکه و افزایش خطوط ارتباطی شبکه سراسري مطرح میشود چراکه ارتباطات فعلی ضعیف بوده و داراي محدودیتهاي پایداري میباشد. در دیدگاه دیگر، کاربرد و تنظیم پایدارساز سیستم قدرت به عنوان راه حل کوتاه مدت دنبال میشود که از لحاظ اقتصادي بسیار مرقون به صرفهتر از راه کار بلند مدت میباشد.

.2 مدلسازي سیستم مورد مطالعه

سیستم مورد مطالعه دراین مقاله، مطابق شکل 1، یک سیستم قدرت چهار ماشینه دو ناحیهاي است، این مدل شامل دو ناحیه تولید قدرت مشابه که به کمک دو خط ارتباطی 220 کیلومتري به هم متصل هستند، میباشد. در کنار سادگی، این مدل با رفتارهاي متنوع سیستم قدرت حقیقی مطابقت دارد. هر ناحیه شامل دو ژنراتور سنکرون 900 مگاولتآمپري ، 20 کیلوولتی میباشد. به عبارت دیگر این سیستم، یک سیستم قدرت 11 باسه با دو ناحیهي مجزا از هم که میباشد که در هر ناحیه دو ژنراتور سنکرون داریم - سیستم 11 باسه کندور - و مجموعاً شامل 4 ماشین - ژنراتور - سنکرون میباشد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید