بخشی از مقاله
خلاصه
تغییرات شرایط بهرهبرداری در سیستمهای قدرت معمولا باعث ایجاد نوسانات فرکانس پایین خواهد شد. این نوسانات در بعضی موارد به خودی خود میرا و در بعضی موارد رشد کرده و باعث از مدار خارج شدن بخشی از سیستم و یا کل سیستم میشود. از این نظر پایداری سیگنال کوچک در سیستمهای قدرت مورد توجه قرار گرفته است.
در این مقاله با استفاده از روش T-S فازی یک پایدارساز غیرخطی فازی برای پایداری نوسانات فرکانس پایین در سیستم قدرت طراحی میشود. با استفاده از روش T-S فازی معادلات غیرخطی سیستم به چند زیر سیستم خطی تبدیل و برای هر زیر سیستم خطی با استفاده از روش جبرانسازی توزیعشده موازی یک کنترل کننده طراحی میشود.
در نهایت از مجموع کنترلکنندههای خطی داخلی، کنترل کننده غیرخطی بدست خواهد آمد. شرایط پایداری با استفاده از معیار پایداری لیاپانوف به صورت نامساویهای ماتریسی خطی - - LMI بیان شده است. پایدارساز پیشنهادی روی یک سیستم تک ماشینه و چند ماشینه آزمایش و با پایدارساز طراحی شده با روش مرسوم مقایسه شده است. شبیه سازیها با استفاده از نرم افزار MATLAB انجام شده و نتایج حاصل از شبیهسازی کارایی پایدارساز پیشنهادی را نمایش میدهد.
.1 مقدمه
توسعه شبکههای قدرت، نوسانات با فرکانس کم را در سیستم به همراه داشته است. بروز اغتشاشهایی نسبتا کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم میشود.[1] درحالت عادی این نوسانات به سرعت میراشده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمیرود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم، ممکن است این نوسانات برای مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها افزایش یابد ودر بعضی موارد باعث خاموشی محلی یا منطقه ای در شبکه برق شود.
با توجه به اهمیت پایداری سیگنال کوچک در مرجع[2] نوساناتی که در شمال شرقی شبکه برق ایران در 2008/1/21 اتفاق افتاد و ناشی از نوسانات فرکانس پایین و مدهای داخلی و بین ناحیه ای بود مورد بررسی قرار گرفته است. این مقاله به چگونگی رشد این مدها و عدم وجود میرایی کافی برای آنها که در نهایت باعث جدا شدن و خاموشی منطقهای شمال شرق ایران شد میپردازد و نشان داده میشود که در صورت وجود پایدار ساز سیستم قدرت و تنظیم مناسب آن با دیگر وسایل کنترلی موجب بهبود و حذف این مدهای نوسانی شد. امروزه در جهت بهبود میرایی نوسانات فرکانس پایین سیستم، از پایدارساز سیستم قدرت استفاده میشود.
این پایدارسازها برای یک نقطه بهرهبرداری بر اساس روشهای کنترلخطی طراحی میشوند. بنابراین ممکن است با تغییرات پارامترها و یا تغییر نقطه کار شبکه پایداری سیستم در نقطه کار جدید تهدید شود. با پیشرفتهای چشمگیر سالهای اخیر در تئوری سیستمها و کنترل، روشهای جدید برای طراحی پایدارکنندههای سیستم قدرت ارائه شده است، به عنوان نمونه میتوان به کنترلکنندههای طرح شده براساس تئوری کنترل بهینه[4-3]، تئوریهای کنترل تطبیقی[5]، کنترل مقاوم [6]، شبکههای عصبی مصنوعی [7]، ژنتیک [8] و کنترل فازی [9] اشاره کرد.
در همه این روشها سعی براین است که نواقص موجود در طراحی کلاسیک مرتفع شود به طوری که کنترلکننده به شکل موثرتری برپایداری سیستم و بهبود میرایی نوسانات اثر گذارد. همچنین سیستمهای قدرت همواره دارای عدم قطعیت در پارامترها و تغییرات تصادفی در بار هستند که نویسندگان در 11]،[10 به این عدم قطعیتها پرداختهاند.
یکی از روشهایی که در سالهای اخیر در مهندسی کنترل برای مدلسازی، پایدارسازی و حذف اغتشاش و به خصوص وجود عدم قطعیت در پارامترها مورد توجه قرارگرفته است، روش فازی T-S - تاکاجی- سوگنو - است. مدل فازی پیشنهاد شده بوسیله[12] که بعدها به نام T-S فازی شناخته شد و بر اساس قوانین if-then فازی است یک رابطه ورودی- خروجی داخلی از سیستم غیرخطی نمایش میدهد.
ویژگی اصلی روش T-S فازی بیان دینامیکهای داخلی با قوانین فازی بوسیله مدل تکهای خطی از سیستم است و مدل فازی کلی سیستم از مجموع مدلهای فازی سیستم خطی بدست میآید و در نتیجه کنترلکننده فازی کلی غیرخطی است 14]،.[13 در مرجع[15] از این روش برای پایدارسازی سیستمهای غیرخطی به صورت کلی استفاده شده و این روش روی یک سیستم غیر خطی نمونه بیان و اثر این روش تشریح میگردد.
در این مقاله از این روش برای طراحی پایدارساز روی یک سیستم قدرت استفاده میشود، تقسیمبندی این مقاله به این صورت است که پس از مقدمه در قسمت 2 مدل دینامیکی از ژنراتور همراه با سیستم تحریک برای پایداری سیگنال کوچک بیان میشود. در قسمت 3 به روش طراحی پایدارساز مبتنی بر T-S فازی پرداخته شده و شرایط پایداری لیاپانوف به صورت نامساوی ماتریسی خطی بیان میشود. در قسمت4 نتایج حاصل از شبیهسازی روی سیستم تک ماشینه و چند ماشینه نمایش داده میشود و در قسمت 5 نتیجهگیری ارائه خواهد شد.
.2 مدلسازی سیستم قدرت
شکل1 سیستم قدرت تک ماشینه متصل به شین بینهایت را نمایش میدهد. در شکل1خط انتقال با راکتانس فرضی و x e 2 نشان داده شده است و از مقاومت خط به دلیل کوچک بودن صرفه نظر شده است.
.3 طرح کنترلی فازی
طرح کنترلی منطق فازی پیشنهادی به این صورت است که، معادلات حالت دینامیکی غیرخطی به چند زیر سیستم خطی داخلی تبدیل میشود و سپس برای هر یک از زیر سیستم های خطی داخلی یک طرح کنترلی خطی در نظر گرفته خواهد شد و باید توجه داشت که در کل کنترلکننده یک ساختار فازی از همه کنترلکنندههای خطی داخلی دارد و کنترلکننده در کل غیر خطی است. روش T-S فازی براساس قوانین if-then فازی است و شکل2 بلوک دیاگرام کنترلی این کنترلکننده را نمایش میدهد.
