بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مدل سیگنال کوچک نیروگاه برقآبی پروژه ناو در استان گیلان که در مقیاس میکرو - micro - میباشد و بصورت ایزوله از شبکه برق کشور کار میکند، ارائه شده است. سپس کنترلکننده فرکانس نیروگاه برقآبی مذکور با استفاده از شبکههاي عصبی و به صورت تطبیقی غیرمستقیم طراحی میگردد. طرح کنترلی پیشنهادي از دو شبکه با نامهاي شبکه کنترلکننده - Neuro-Controller - و شبکه شناساییکننده - Neuro-Identifier - تشکیل شده است.
شبکه کنترلکننده به منظور تولید سیگنالهاي کنترل موردنیاز براي گاورنر و شبکه شناساییکننده به منظور مدلسازي دینامیک نیروگاه برقآبی میکرو و تطبیق دادن پارامترهاي شبکه کنترلکننده با تغییرات سیستم بکار گرفته شدهاند. روش ارائه شده در این مقاله داراي مشخصاتی از قبیل ساختار ساده، تطبیقی بودن و پاسخ سریع میباشد.
-1 مقدمه
در دنیاي امروز انرژي الکتریکی بسیار با اهمیت میباشند و حضور آن نقش بسیار مهمی در ترقی و پیشرفت جوامع مختلف دارد .[3-1] فاصله بین عرضه و تقاضاي این انرژي روز به روز در حال افزایش میباشد، بطوریکه در غالب اوقات تامین توان موردنیاز مصرفکنندگان بزرگ امکانپذیر نمیباشد. از سوي دیگر با درنظر گرفتن آلودگیهاي ناشی از کاربرد سوختهاي فسیلی به عنوان منبع تامینکننده انرژي نیروگاهها، نیاز به استفاده از منابع انرژي پاك و نو که داراي پتانسیل بالقوه بسیاري میباشند، امري ضروري میباشد.
در ضمن بسیاري از مصرفکنندگان انرژي الکتریکی یا در مناطق دور افتاده از قبیل روستاها قرار دارند و یا نحوه استفاده آنها از توان الکتریکی بصورت نامنظم و در ساعات خاص و محدودي از شبانهروز میباشد. در این گونه موارد با استفاده از تولید انرژي الکتریکی بصورت محلی، میتوان وابستگی به سوختهاي فسیلی و نیاز به شبکه برق سراسري را برطرف نمود.
طراحی کنترلکننده فرکانس نیروگاه برقآبی میکرو براي پروژه ناو در استان گیلان توسط شبکههاي عصبی تطبیقی نیروگاههاي برقآبی را براساس نوع ذخیره آب میتوان به سه دسته 1 نیروگاههاي ذخیرهاي 2 نیروگاههاي تلمبهاي- ذخیرهاي 3 نیروگاههاي جریانی - Run of River - تقسیمبندي کرد. نیروگاههاي جریانی معمولاً در مقیاسهاي میلی و میکرو ساخته میشوند. البته این نیروگاهها در مقیاسهاي بزرگتر نیز وجود دارند که از آن جمله میتوان به نیروگاه لوارك اشاره کرد.
مهمترین مزیت نیروگاههاي جریانی این است که نیازي به ذخیره آب ندارند؛ در نتیجه نیاز به احداث سد از بین میرود و بدین ترتیب هزینه و کار ساختمانی نیروگاه به مقدار قابل توجهی کاهش مییابد .[4] انرژي موجود در آب جاري رودخانههاي کوچک را میتوان از طریق نیروگاه برقآبی مقیاس میکرو استحصال و مورد استفاده قرار داد. لذا این منبع انرژي پاك، میتواند نقشی حیاتی در تامین انرژي الکتریکی مناطق روستایی و توسعه و پیشرفت این مناطق در کشورهاي مختلف از جمله کشور ایران داشته باشد .[3]
نیروگاههاي برقآبی میکرو به عنوان یکی از منابع انرژي تجدیدپذیر مطرح میباشند و مشکلاتی را که نیروگاههاي برقآبی بزرگ با آنها دست و پنجه نرم میکنند؛ در روند عملکرد این نیروگاهها کمتر به چشم میخورند. اما از طرف دیگر این نیروگاهها به سیستمهاي کنترلی نیاز دارند تا در برابر تغییرات بسیار زیاد و سریع منابع تامینکننده انرژي اولیهشان که همانا رودخانههاي کوچک میباشند، پایدار باقی مانده و توان ثابتی را تولید و ارائه نمایند .[5] توان تولیدي این دسته از نیروگاههاي برقآبی عموماً کمتر از 100 کیلووات میباشد.
بعلاوه نیروگاههاي برقآبی میکرو داراي پتانسیل بسیار بزرگ و استفاده نشدهاي در بسیاري از نقاط جهان بخصوص کشور ایران میباشند و میتوانند مشارکت مهمی در تامین انرژي مورد نیاز کشور در آینده داشته باشند .[6] مبحث ابقاء پارامترهاي حیاتی سیستم از قبیل ولتاژ و فرکانس در محدوده قابل قبول، امري ضروري براي عملکرد صحیح و موثر آن میباشد. یکی از مشکلات طراحی این نیروگاهها، کنترل بار است؛ چرا که با توجه به تعداد کم مصرفکننده، نوسانات بار زیاد خواهد بود و این موضوع، کنترل توربینها را با مشکل مواجه میکند.
در مقالات متعدد، براي ابقاء فرکانس نیروگاه برقآبی میکرو در محدوده قابل قبول، کنترلکنندههاي مختلفی مورد استفاده قرار گرفتهاند 5] و.[7 یک دسته از این کنترلکنندهها، شبکههاي عصبی میباشند 8] و.[9 کنترلکننده PI نیز براي پیادهسازي استراتژي کنترلی موردنظر مورد استفاده قرار گرفته است که هماکنون نیز بصورت گسترده در صنعت استفاده میشود.
از آنجائیکه سیستم موردنظر فوقالعاده غیرخطی بوده و پارامترهاي آن متغیر با زمان میباشند، لذا طراحی کنترلکننده بر اساس مدل خطی شده و حول نقطه کار خاصی، تحت شرایط مختلف کار سیستم، عملکرد مناسبی را بدنبال نخواهد داشت. با توجه به پیچیدگی سیستم موردنظر در عمل، تکنیکهاي کنترلی مورد استفاده براي آن باید داراي قابلیت بالا و در عین حال زمان محاسبات پائین باشد تا در ایجاد پایداري سیستم در رنج وسیعی از نقاط کار، مؤثر باشد.
از آنجائیکه شبکههاي عصبی داراي مزایایی همچون سرعت محاسبات بالا، توانایی یادگیري و پیادهسازي آسان میباشند؛ لذا از آنها در شناسایی و کنترل سیستمهاي غیرخطی استفاده میشود 10]و.[11 در این مقاله، مبحث ثابت نگه داشتن فرکانس توان تولیدي توسط نیروگاه برقآبی میکرو در محدوده عملکرد قابل قبول مورد بررسی قرار میگیرد و براي حذف عدم تطابق تولید با تغییرات بار، کنترلکننده تطبیقی توسط شبکههاي عصبی پیادهسازي میگردد.
در این مقاله، جهت پیادهسازي سیستم کنترل فرکانس، دو شبکه با نامهاي شبکه کنترلکننده - Neuro-Controller - و شبکه شناساییکننده - Neuro-Identifier - مورد استفاده قرار گرفتهاند. شبکه کنترلکننده به منظور تولید سیگنالهاي کنترل اضافی براي سیستم تحریک و شبکه شناساییکننده به منظور مدلسازي دینامیک سیستم قدرت و تطبیق دادن پارامترهاي شبکه کنترلکننده با تغییرات سیستم موردنظر بکار گرفته شده است.
طراحی کنترلکننده فرکانس نیروگاه برقآبی میکرو براي پروژه ناو در استان گیلان توسط شبکههاي عصبی تطبیقی مدل سیگنال کوچک نیروگاه برقآبی میکرو براي پروژه ناو در استان گیلان در بخش 2 توصیف شده است. طراحی کنترلکننده شبکه عصبی تطبیقی غیرمستقیم در بخش 3 مطرح شده است. روند آموزش شبکههاي عصبی کنترلکننده و شناساییکننده در بخش 4 و نتایج شبیهسازي در بخش 5 ارائه شده است.
-2 مدل نیروگاه برقآبی میکرو پروژه ناو
یکی از این نیروگاههاي برقآبی مقیاس میکرو در کشور ایران که به بهرهبرداري رسیده است، نیروگاه پروژه ناو در استان گیلان میباشد. این نیروگاه در 40 کیلومتري جنوب غربی تالش قرار دارد و اصلیترین هدف ساخت این نیروگاه، تامین برق روستاهاي دور افتاده از شبکه سراسري برق میباشد. نوع بند، انحرافی بوده و کانال انتقال آب آن از نوع بلوك سیمانی به طول 450 متر میباشد. حوضچه تعادل نیروگاه با حجم 25 مترمکعب بتنی بوده و پنستاك آن از جنس فولاد و به طول 81 متر و قطر 0/4 متر میباشد. نوع نیروگاه جریانی روزمینی و توربین آن پمپ معکوس میباشد .[12]
