بخشی از مقاله

خلاصه

دراین مقاله یک کنترل کننده مبتنی برمنطق فازی جهت کنترل اتوماتیک - - AGC سیستم حرارتی سه ناحیه ای بهم پیوسته ،با در نظر گرفتن عوامل غیر خطی همچون محدودیت نرخ تولید - GRC - ، باند مرده گاورنر - - GDB و تاخیر زمانی - TD - ارائه گردیده است. بدین منظور ابتدا به معرفی سیستم LFC و بررسی وقوع تغییرات بار پرداخته شده است.

همچنین از الگوریتم بهینه سازی گرگهای خاکستری - GWO - با ارائه یک تابع هدف مبتنی بر حوزه زمان - ITAE - برای بهینه کردن ضرایب کنترل کننده استفاده شده است. سپس یک کنترل کننده PID کلاسیک نیز با همان الگوریتم طراحی شده و نتایج حاصل از کنترل کننده فازی با کنترل کننده PID مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده کارآیی روش پیشنهادی و بهبود پارامترهای سیستم، همچون زمان نشت و فراجهش می باشد.

.1 مقدمه

یکی از اساسی ترین فاکتورهای ارزیابی سیستم قدرت، میزان ثابت ماندن فرکانس شبکه در محدودهای مشخص و قابل قبول است. ثبات فرکانس در سیستم قدرت بستگی به تعادل بین توان اکتیو تولیدی و توان مصرفی دارد؛ و از آنجا که فرکانس ،عامل مشترکی در سرتاسر سیستم است، هر تغییری در تقاضای توان اکتیو یک نقطه، به شکل تغییر فرکانس در سرتاسر سیستم منعکس میشود.

همچنین، در یک سیستم قدرت بهم پیوسته که از دو یا چند ناحیه کنترلی مجزا تشکیل شده است، علاوه بر کنترل فرکانس در هر ناحیه ،توان گذرنده از خطوط انتقالی به نواحی همسایه نیز باید در مقدار برنامه ریزی شده باقی بماند. سیستم کنترلی که عدم توازن بین مصرف و تولید را با تغییر خودکار توان تولیدی ژنراتورها، از بین می برد و به این ترتیب فرکانس و توان انتقالی از خطوط را در مقدار نامی خود ثابت نگه می دارد، کنترل بار فرکانس - - LFC یا کنترل اتوماتیک تولید - AGC - نامیده می شود. هدف اصلی کنترل بار فرکانس در سیستم های قدرت ، محدود کردن انحراف فرکانس و کنترل توان تبادلی بین نواحی به منظور کاهش میزان توان هدررفته در شبکه می باشد.[1]

کنترل کننده PID کلاسیک ،یکی از متداول ترین کنترل کننده های مورد استفاده در صنعت برق، برای کنترل بار فرکانس می باشد. این کنترل کنندهها در برابر تغییر پارامترها ، شرایط کاری سیستم و عوامل غیرخطی مانند نرخ تولید و اشباع گاورنر ،کارآیی مطلوبی ندارند. [2] از این رو روش های مختلفی جهت سازگار کردن این کنترل کننده ها با تغییرات شرایط سیستم ارائه گردیده است. روشهای کنترل سنتی مانند روشهای کنترل تطبیقی [4-3] و روشهای کنترل مقاوم[8-5] و همچنین کنترل کنندههای هوشمند مانند منطق فازی[14-9] و کنترل کنندههای مبتنی بر شبکههای عصبی[16-15] می باشند.

اگرچه این کنترل کنندهها توانایی خوبی در بهبود نوسانات سیستم قدرت دارند، ولی معمولا در آنها عوامل غیر خطی مانند GDB، GRC و TD در نظر گرفته نمی شوند. در نظر نگرفتن این عوامل تاثیر بسیار زیادی بر عملکرد کنترل کننده و همچنین موضوع اصلی LFC دارد. در بعضی مقالات تاخیر زمانی به عنوان یک نوع عدم قطعیت به سیستم اعمال می شود. برای مثال، مرجع [19] یک کنترل کننده مقاوم تناسبی-انتگرال گیر - PI - را مبتنی بر قانون فیدبک خروجی برای کنترل بار فرکانس در سیستم قدرت پیشنهاد داده است. همچنین در [20] یک کنترل کننده مبتنی بر تناسب-انتگرال-مشتق - PID - برای کنترل بار فرکانس بکار رفته است.

استفاده از الگوریتمهای هوشمند در بهینه سازی مسائل مهندسی در دو دهه اخیر بسیار زیاد بوده و روز به روز در حال افزایش است. در این میان الگوریتمهای بسیار زیادی مانند ژنتیک، ازدحام ذرات و ... معرفی شده و در حل مسائل مهندسی بکار گرفته شده اند که بسیار موفق نیز بوده اند. لذا در این مقاله یک الگوریتم مبتنی بر شکار گرگهای خاکستری برای طراحی کنترل کننده فازی مورد استفاده قرار گرفته است. الگوریتم GWO از رفتار جمعی گرگهای خاکستری الهام گرفته شده است و توانایی خوبی در یافتن نقطه بهینه سراسری مسائل پیچیده مهندسی دارد.

در این مقاله روش جدیدی برای طراحی کنترل کننده بار فرکانس، مبتنی برمنطق فازی، با هدف کاهش مقدار انحراف فرکانس و بهبود عملکرد دینامیکی سیستم قدرت، با درنظر گرفتن محدودیت های غیر خطی موجود در آن پیشنهاد شده است. لذا مدل سیستم با حضور عوامل غیر خطی مختلف مانند GRC، GDB و TD شبیه سازی شده و در نهایت بر اساس روش GWO یک کنترل کننده مناسب مبتنی بر منطق فازی برای آن طراحی شده است. جهت نشان دادن عملکرد خوب و مناسب کنترل کننده پیشنهادی، نتایج آن با کنترل کننده سنتی PID مقایسه شده و معیارهای مختلفی در حوزه زمان برای آن ها مورد بررسی قرار گرفته است.

.2 سیستم قدرت تحت مطالعه

برای نشان دادن توانایی الگوریتم گرگهای خاکستری - - GWO پیشنهاد شده برای مقابله با سیسستم قدرت نابرابر با پارامتر های مختلف کنترل کننده و محدودیت های فیزیکی، مطالعه ی گسترش یافته ای بر روی سیستم قدرت سه ناحیه ای نشان داده شده در شکل 1 ، با در نظر گرفتن زمان تاخیر - - TD ، بازگرمایش توربین، محدودیت نرخ تولید - - GRC ، و باند مرده گاورنر - - GDB صورت گرفته است.

سیستم مورد مطالعه شامل سه ناحیه نابرابر بهم پیوسته میباشد ؛ - ناحیه اول 2000مگاوات، ناحیه دوم4000 مگاوات و ناحیه سوم 8000 مگاوات - .[18] برای بدست آوردن یک فهم دقیق از مسئله LFC ، این امر ضروریست که تجهیزات اصلی مهم و محدودیت های فیزیکی پایه و مدل آنها در نظر گرفته شود. از جمله مهم ترین محدودیت هایی که برروی عملکرد سیستم قدرت تاثیر می گذارند می توان به زمان تاخیر [18]، بازگرمایش توربین ، محدودیت های نرخ تولید و محدودیت های غیر خطی ناشی از باند گاورنر اشاره کرد.[4]

با توجه به پیچیدگی رو به رشد سیستم قدرت در محیط های آشفته ، تاخیر زمانی سیستم های ارتباطی در تحلیل های LFC به یک چالش مهم تبدیل شده است. زمان های تاخیر می توانند عملکرد سیستم را کاهش داده و حتی سبب ناپایداری سیستم شوند. در نیروگاههای حرارتی ، تولید توان می تواند فقط در محدوده مشخص حداقل-حداکثر که به عنوان محدودیت نرخ تولید - GRC - شناخته شده ،تغییر پیدا کند. در این مقاله GRC=%3 ، GDB=0.036 HZ و TD=50 ms در نظر گرفته شده اند. سایر پارامتر های استفاده شده در این مقاله در ضمیمه آورده شده است.

.3 ساختار کنترل کننده پیشنهادی

سیستم های کنترلی فازی یکی از موفق ترین مسائل در کاربرد تئوری فازی است.[21] یکی از مزیت های مهم کنترل کننده های فازی نسبت به دیگر انواع کنترل کننده ها این است که این کنترلر به تغییر ساختار سیستم، نقطه کار و مقدار پارامتر های سیستم حساس نیست. از سوی دیگر با توجه به پیچیدگی و شرایط چند متغییری سیستم های LFC ،روش های کنترلی معمولی ممکن است راه حل رضایت بخشی را ارائه ندهند. بنابراین مقاوم بودن و قابلیت اطمینان بالا، کنترل کننده های فازی را برای حل مشکل LFC بسیار مفید کرده است. ساختار کنترل کننده پیشنهادی در شکل2 نشان داده شده است. این کنترل کننده دارای 5 ضریب است که باید به دقت تنظیم شوند.

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