بخشی از مقاله
چکیده
در سیستم هاي قدرت، همواره اغتشاشات ناخواسته اي به سیستم وارد می شود که موجب ایجاد نوسانات زیادي در آن می شود. اگر این اغتشاشات رها شده و ادامه یابند، موجب از دست رفتن هماهنگی بین واحدهاي مختلف یک نیروگاه و نیروگاه ها با یکدیگر می شود و در نتیجه پایداري سیستم از دست رفته، خسارات زیادي به سیستم قدرت وارد می شود.
با توجه به این مشکلات، همواره نیاز به مکانیسمی که بتواند نوسانات را کنترل کرده، آنها را میرا کند و پایداري را تضمین کند، احساس می شود. به همین منظور طی دهه هاي اخیر پایدارسازهایی طراحی شده اند که می توانند تا حدودي اهداف مورد نیاز را تامین کنند. در این مقاله ابتدا به معرفی و شبیه سازي انواع پایدارسازهاي سیستم قدرت کلاسیک پرداخته، مزایا و معایب آنها را خواهیم گفت.
سپس به معرفی پایدارساز هاي مبتنی بر روش هاي محاسباتی هوشمند مانند منطق فازي، فازي مقاوم و فازي عصبی تطبیقی خواهیم پرداخت و مزایاي این روش ها را بر روش هاي کلاسیک برشمرده، نتایج روش هاي کلاسیک و هوشمند را با یکدیگر مقایسه خواهیم کرد. سیستم مورد مطالعه در این مقاله، سیستم 4 ماشینه و 2 ناحیه اي kundur می باشد.
-1 مقدمه
سیستم هاي قدرت به دلیل داشتن عناصر ذخیره کننده انرژي، سلف و خازن جزء سیستم هاي دینامیکی محسوب می شوند. هدف اصلی یک سیستم قدرت تامین توان اکتیو لازم براي مصرف کننده در فرکانس و ولتاژ دلخواه می باشد. بنابراین براي رسیدن به این هدف بزرگ مطالعه ي دینامیکی روي سیستم هاي قدرت ضرورت پیدا می کند. از نظر مطالعات دینامیکی، کنترل فرکانس وکنترل ولتاژ از مهمترین مسائل دینامیک سیستم هاي قدرت می باشد. در چند سال اخیر بسیاري از محققین به طراحی پایدارساز سیستم قدرت توجه کرده اند و حجم مقالات و منابع در این باره چشمگیر است.
هم مهندسین کنترل و هم قدرت به طراحی PSS توجه کرده اند. مهندسین قدرت با هدف میرا کردن بیشتر نوسانات فرکانس پایین و در نتیجه بالا بردن طراحی کنترل کننده فازي-عصبی سیستم قدرت چند ماشینه بر مبناي کنترل تطبیقی و مقایسه آن با کنترل کننده هاي کلاسیک قابلیت سیستم، در نقاط کار بالاتر از نقاط کار معمول، و در نتیجه استفاده اقتصادي تر روي طراحی PSS کار کرده اند. در صورتی که مهندسین کنترل، با هدف ارزیابی و مقایسه روش هاي مختلف کنترلی، روش هاي جدید را روي سیستم هاي قدرت، که کاملا غیر خطی، چند ورودي، چند خروجی و تصادفی هستند؛ آزمایش کرده اند.
طبق تعریف، یک سیستم قدرت وقتی ناپایدار خوانده می شود که سیستم هاي کنترلی از عهده اغتشاش برنیایند و براي حفظ سلامت سیستم، سیستم هاي حفاظتی وارد عمل شوند. پایداري سیستم قدرت را می توان به طور کلی آن ویژگی از سیستم قدرت دانست که آن را قادر می سازد تا تحت وضع عادي، در حالت تعادل باقی بماند و در صورتی که تحت تاثیر اغتشاشی قرار گیرد، مجددا حالت قابل قبول متفاوتی را به دست آورد.[1]
در یک سیستم قدرت ممکن است ناپایداري بسته به ترکیب سیستم و حالت کاري آن به شکل هاي مختلفی بروز کند. معمول بوده است که مساله پایداري را به عنوان مساله حفظ عملکرد سنکرون ژنراتورها بشناسند.[2] از آنجا که تولید در سیستم قدرت بر پایه ماشین هاي سنکرون - ژنراتورها - استوار است، شرط لازم براي عملکرد قابل قبول سیستم این است که همه ماشین هاي مزبور با یکدیگر در حالت سنکرون یا هماهنگ باقی بمانند.
سیستم استفاده شده در پروژه شامل دو ناحیه مشابه به هم متصل شده با یک ارتباط ضعیف است. هر ناحیه از دو واحد کنار هم هر کدام داراي مقدار نامی 900MVA و 20KV تشکیل شده است. خطاي اعمال شده به سیستم یک اتصال کوتاه سه فاز به زمین بوده که در زمان 1 اتفاق می افتد و پس از 0/133 ثانیه خط خطازده توسط مدارشکن از سیستم خارج می شود. در ضمن سیستم زمانی ناپایدار می شود که زاویه روتور هریک از ماشین ها نسبت به ماشین 4 از مقدار 180 درجه فراتر رود.
-2-2 پایدارساز سیستم قدرت مالتی باند
اغتشاشاتی که در سیستم قدرت رخ می دهد، موجب تحریک نوسانات الکترومکانیکی ژنراتور می شود. این نوسانات که همچنین نوسانات پیچشی نامیده می شوند، باید به طور موثري میرا شده تا پایداري سیستم باقی بماند. نوسانات الکترومکانیکی در چهار دسته اصلی طبقه بندي می شوند:
• نوسانات محلی: بین یک واحد و بقیه واحدهاي تولیدي و بین آخرین واحد و بقیه سیستم قدرت. گستره فرکانسهاي این نوسانات بین 0/8 تا 4 هرتز است.
• نوسانات بین نیروگاهی: بین دو نیروگاه که فاصله الکتریکی آنها از یکدیگر کم است. فرکانس این نوسانات می تواند از 1 تا 2 هرتز تغییر کند.
• نوسانات بین ناحیه اي: بین دو گروه اصلی واحدهاي تولیدي. گستره فرکانسی آنها به طور معمول از 0/2 تا 0/8 هرتز تغییر می کند. طراحی کنترل کننده فازي-عصبی سیستم قدرت چند ماشینه بر مبناي کنترل تطبیقی و مقایسه آن با کنترل کننده هاي کلاسیک
• نوسانات سراسري: به وسیله نوسان معمولی همفاز همه ژنراتورها مشخص می شود که در سیستم ایزوله یافت می شود. فرکانس آن زیر 0/2 هرتز می باشد. نیاز به میرا کردن اینچنین گستره وسیعی از نوسانات الکترومکانیکی، موجب بوجود آمدن مفهوم پایدارسازي سیستم قدرت مالتی باند شده است. در ساختار پایدارسازي مالتی باند سه باند جداگانه مورد استفاده قرار می گیرد که عبارتند از نوسانات فرکانس پایین، فرکانس متوسط و فرکانس بالا.
فرکانس پایین مربوط است به نوسانات سراسري سیستم قدرت؛ فرکانس متوسط مربوط است به نوسانات بین ناحیه اي و فرکانس بالا مربوط است به نوسانات محلی.[1] هر یک از سه باند ذکر شده از یک فیلتر دیفرانسیلی میان گذر، یک بهره و یک محدود کننده ساخته شده اند. خروجی هریک از باندها با یکدیگر جمع شده و پس از عبور از یک محدود کننده نهایی سیگنال پایدارساز خروجی را تولید می کند. در نهایت این سیگنال با ولتاژ نقطه تنظیم ژنراتور تلفیق شده و میرایی نوسانات الکترومکانیکی را بهبود می بخشد.
-3-2 پایدارساز مبتنی بر سیگنال سرعت محور
- دلتا-امگا - یکی از ملاحظات مهم در طراحی وسیله اي براي اندازه گیري انحراف سرعت محور، حداقل سازي نویز حاصل از بیرون رفتگی محور است. سطح قابل قبول نویز به فرکانس آن وابسته است. براي فرکانس هاي نویز کمتر از 5 هرتز، سطح باید کمتر از 0/02 درصد باشد، زیرا ممکن است تغییرات فرکانس پایین در ولتاژ تحریک به تغییرات بزرگی در ولتاژ پایانه منجر شود. معمولا فرکانس متناظر با سرعت پیچشی محور، حاصل از بیرون رفتگی محور، مهمترین مولفه نویز در این بازه است. یک اشکال عمده این نوع پایدارساز، نیاز به استفاده از فیلتر پیچشی است.
همچنین در تضعیف مولفه هاي پیچشی سیگنال پایدار کننده، فیلتر مقداري پس فاز زمانی در فرکانس هاي پایین تر ایجاد می کند. پس فاز زمانی ایجاد شده، اثر تخریبی بر پایداري مد تحریک کننده دارد و از این رو بالاترین حد مجاز را بر بهره پایدارساز تحمیل می کند. در بسیاري از موارد، این حد به شدت بازدارنده است و کارایی پایدارساز را در میرایی نوسان هاي سیستم محدود می کند. به علاوه، پایدارساز باید بسته به مشخصه پیچشی واحد، براي هر نوع از واحد هاي تولید، طراحی خاصی داشته باشد.
-3 پایدارساز هاي هوشمند
-1-3 پایدارساز فازي کلاسیک
در سال هاي اخیر استفاده از منطق فازي بدلیل مفید بودن آن در کاهش پیچیدگی سیستم در حل مسائل بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هم چنین هزینه سخت افزار را کاهش می دهد و از لحاظ اجرا هم راحت تر است. در این قسمت ، سرعت و انحراف از سرعت روتور ژنراتور سنکرون به عنوان ورودي هاي کنترل فازي در نظر گرفته شده اند.. این متغیرها اثرات قابل ملاحظه اي روي نوسانات مکانیکی شفت ژنراتور دارند. سیگنال هاي پایدار ساز از طریق توابع عضویت فازي که وابسته به این متغیر ها هستند، محاسبه می شوند.[2-5
