بخشی از مقاله
خلاصه
دراین مقاله یک روش کنترل هوشمند و برخط به منظور تنظیم فرکانس ریزشبکه قدرت در حالت جزیرهای ارائه شده است. روش پیشنهادی مبتنی بر تکنیکهای فازی و الگوریتم بهینهسازی خفاش برای تنظیم بهینهی کنترلکننده تناسبی- انتگرالی - PI - است. این روش با ساختار تطبیقی، بهینه و برخط خود، قابلیت برخورد با تغییرات بار، عدم قطعیت-های پارامتریک مدل از نوع باند محدود و نویزهای اندازهگیری را دارا بوده و کارایی مناسبی را در بازه وسیعی از نقاط کار و شرایط کاری متغیر ریزشبکه نشان میدهد. همچنین روش مذکور فاقد پارامترهای تنظیمی بوده و از این رو دارای قابلیت پیاده سازی بالایی می باشد.
این روش برروی یک ریزشبکه آزمون از نوع AC تست شده است. نتایج عملکرد ریزشبکه تحت این روش کنترلی نشان دهنده مزایا و ویژگیهای آن است. عملکرد روش ارائه شده بر ری ریز شبکه آزمون با عملکرد سایر الگوریتم های رایج کنترل فرکانس ریزشبکه، شامل کنترل مبتنی بر PI زیگلر - نیکولز، -PIفازی و -PI فازی بهینه با PSO نیز مقایسه شدهاست. این مقایسه نشان دهنده برتری روش ارائه شده در پاسخ به تغییرات بار کوچک یا بزرگ، عدم قطعیت های مدل و نویز در ریزشبکه، هم از نظر معیارهای پاسخ زمانی و هم از لحاظ معیارهای عددی انتگرال مربعات خطا و انرژی تلاش کنترلی است.
.1 مقدمه
مطابق با افزایش روز افزون مصرف انرژی در جهان، سیستمهای قدرت مرسوم با نگرانیهای زیست محیطی، هزینه احداث نیروگاههای جدید، محدودیتهای احداث خطوط انتقال و توزیع و کمبود سوختهای فسیلی مواجه شدهاند. به منظور غلبه بر این مشکلات، افزایش قابلیت اطمینان در سرویسدهی به مشتریان و کاستن تراکم و تلفات در خطوط توزیع و انتقال، منابع تولید پراکنده و تجدیدپذیر انرژی به عنوان گزینهای جدید و مناسب در سیستمهای قدرت مدرن معرفی شدند 1]، .[2 در همین راستا مفهوم ریزشبکه - 1MG - که شبکه قدرت کوچکی با چندین منبع تولید پراکنده و بارهای محلی است مطرح شده است.
ریزشبکه در حالت عادی به شبکه سراسری متصل بوده و در حالتهای اضطراری، بنا به رخداد اغتشاشهای سنگین از شبکه اصلی جدا شده و میتوانند بارهای حساس و مهم محلی را به تنهایی تغذیه کنند .[3] به طور کلی، کنترل ولتاژ و فرکانس در اغتشاشهای بزرگ مخصوصا در فیدربارهای حساس از مهمترین اهداف کنترل ریزشبکه است .[4] در میان الگوریتمهای کنترلی ارائه شده، کنترلکنندههای 1PI به سبب سادگی و مقرون به صرفه بودن، بیشترین کاربرد را در سیستمهای قدرت دارا میباشند.
اما افزایش تعداد ریزشبکهها، سبب تغییر قوانین بنیادی در این سیستمها، پخش منابع تولید، افزوده شدن میزان پیچیدگی و غیرخطی بودن شبکه قدرت شده و عدم کفایت این کنترلکننده را بدنبال میآورد. دلیل این امر تنظیم غیر برخط ضرایب این کنترلکننده بر اساس شرایط خطی و نقطه کار سیستم است که در هنگام تغییر شرایط کار نامی یا وقوع اغتشاش بهینگی خود را از دست میدهد.
به منظور حل این مشکل تطبیق ضرایب کنترلی بسته به تغییرات سیستم صورت میپذیرد. در [1] این تنظیم تطبیقی از طریق شبکههای عصبی صورت پذیرفته است. تنظیم فرکانس در [5] بر اساس الگوریتم فازی و روش بهینهسازی تجمعی ذرات - 2PSO - انجام پذیرفتهاست. همچنین در [6] تنظیم تطبیقی بر اساس الگوریتم یادگیری عاطفی انجام گرفته است.
هر چند روش های پیشین ارائه شده جهت تنظیم تطبیقی کنترل کننده های ثانویه ی فرکانس در ریز شبکه به طور موثری مورد استفاده قرار گرفته اند اما انجام تنظیم برخط و بهینه بر اساس الگوریتم های بهینه سازی موثر تر با سرعت همگرایی بالاتر و عملکرد بهتر، همچنان حائز توجه است. از سوی دیگر پرداختن به اثرات عدم قطعت مدل ریز شبکه و نویز در آن نیز بسیار مورد علاقه است و د پژوهش های پیشین مورد بررسی قرار نگرفته است.
در همین راستا و به منظور تنظیم تطبیقی و برخط کنترلکننده فرکانس ریزشبکه، و به منظور لحاظ کردن اثرات تغییرات بار و پارامترهای مدل و اثر نویز سفید، در این مقاله، از تکنیک هوشمند برخط مبتنی بر بهینهسازی موثرتری بهره برده شدهاست. در این روش پارامترهای کنترلکننده PI، بطور خودکار توسط یک مکانیسم فازی و طبق اندازهگیریهای برخط تنظیم شده و این سامانه فازی به منظور دست یافتن به عملکردی مطلوب علیرغم تغییرات سیستم، با الگوریتم خفاش - BA - 3 و بطور برخط بهینه شدهاست.
این الگوریتم نسبت به سایر الگوریتمهای تکاملی از سرعت و دقت همگرایی بالاتری برخوردار بوده فلذا پاسخ های بهتری در مقایسه با سایر روش های رایج بهینه سازی هوشمند ایجاد خواهد کرد. با اینکه این روش بهینه سازی در بسیار از سیستم های قدرت مورد استفاده قرار گرفته و نتایج مطلوبی به دنبال داشته -9] [7، اما تا کنون به منظور کنترل فرکانس بر روی ریز شبکه تست نشدهاست. تنظیم بهینه ارایه شده، مزیتهای بسیاری برای کنترل فرکانس یک ریزشبکه با چندین منابع تولید پراکنده - DG - 4 و انرژی های تجدیدپذیر - RES - 5، ارایه میدهد. طرح پیشنهادی قابلیت رفع اثرات اختلالات بار و اثرات عدمقطعیت پارامترهای سیستم قدرت و نویز سفید را دارا میباشد.
به منظور نشان دادن این قابلیت نتایج بر روی یک ریز شبکه آزمون AC مستقل از شبکه قدرت، تست شده و جهت تعیین برتری طرح کنترلی ارایه شده، نتایج این روش با روش کنترلی PI زیگلر- نیکولز، - PI فازی و – PI فازی PSO – در پژوهشهای پیشین، مقایسه شده است. بخشهای مختلف این مقاله بدین شرح است: ابتدا در بخش 2 مروری بر ساختار ریزشبکه AC و چالشهای آن صورت پذیرفته و در بخش 3 سیستم آزمون ریزشبکهی AC در حالت جزیرهای، معرفی شدهاست.
در بخش 4 مروری بر حلقههای کنترل فرکانس و در بخش 5 طرح کنترلی PI مرسوم و - PI فازی مرور گشته است. در بخش 6 استراتژی کنترلی هوشمند جدید مبتنی بر منطق فازی و الگوریتم خفاش ارایه شده است. نتایج شبیهسازی در بخش 7 گزارش و مورد بحث قرار گرفته و نهایتا نتایج و جمعبندی در بخش 8 اشاره شدهاند.
.2 ساختار کلی ریزشبکهها و استراتژیهای کنترلی موجود در آن
ساختار کلی یک ریزشبکه در شکل 1 دیده میشود 3]، 5 و.[23-10 ریزشبکه و شبکه سراسری در نقطه اتصال مشترک - PCC - 1 به یکدیگر وصل می باشند. ریزمنابع مورد استفاده در این شبکه ها به واسطه عناصر الکترونیک قدرت به باس اصلی در نقطه اتصال - POC - 2 متصل میشوند. به همین دلیل در ریزشبکه وجود منابع AC و همچنین DC مسیر خواهد بود. منابع DC، همچون سلولهای خورشیدی و سوختی با واسطه المانهای DC/AC به منظور متناوبسازی ولتاژ DC و منابع AC، همراه با واسطههای AC/DC/AC که به منظور همزمانسازی فرکانسی در این سیستمها مورد استفاده قرار میگیرند.
با توجه به نوسانی بودن توان منابع تولید پراکنده و اینرسی پایین این شبکهها، پارامترهای اساسی شبکه میتواند با کوچکترین اغتشاشی دستخوش تغییرات شده و پایداری ریزشبکه به خطر افتد 5-1] و.[10 از اینرو، حضور منابع ذخیره کننده انرژی همچون باتریها و چرخطیارها ضروری است. استراتژیهای کنترلی در ریزشبکهها باید هر دو حالت وصل و قطع از شبکه سراسری را تامین کن 1]، 5، 10، .[11 برای اعمال روشهای کنترلی به یک سری کنترلکننده، روی هر کدام از ریزمنابع و روی بارهای الکتریکی نیاز است. همچنین وجود یک کنترلکننده مرکزی - MGCC - 3 که به صورت همزمان به پردازش اطلاعات دریافتی از ریزشبکه و شبکه اصلی بپردازد و بر مبنای این اطلاعات برای حالات کاری ریزشبکه و ریزمنابع تصمیمگیری کند، ضروری است 5-1] و .[10
