بخشی از مقاله
چکیده
تقاضای روز افزون انرژی الکتریکی و تجدید ساختار در سیستمهای قدرت باعث شدهاست که این سیستمها در نزدیکی حدود پایداری خود کار کنند. یکی از مسائلی که در طراحی و بهرهبرداری از سیستمهای قدرت باید مد نظر قرار گیرد پایداری سیستم در مقابل اغتشاشات سیگنال بزرگ میباشد. با توجه به اهمیت پایداری گذرا در سیستم قدرت به دنبال روشی خواهیم بود که منجر بهبود پایداری سیستم گردد. در چند دهه اخیر با پیشرفتهای سریع در صنعت نیمه هادی و استفاده از آنها در کاربردهای قدرت، مفهوم سیستم های انتقال انرژی AC انعطاف پذیر - - FACTS مطرح گردید.
یکی از تأثیرگذارترین آنها کنترلکنندهی یکپارچهی عبور توان - UPFC - است که با توانایی کنترل پارامترهای مختلف شبکه، قابلیتهای SSSC، STATCOM و TCPAR را ترکیب و به عنوان ابزاری چند منظوره مورد بهرهبرداری قرار میگیرد.
در این تحقیق با بدست آوردن تابع لیاپانوف در حضور جبران کننده در دو سیستم تک ماشینه و چند ماشینه، کنترل کننده هایی برای این جبران کننده طراحی شده که با برآورده کردن معیار پایداری لیاپانوف، باعث افزایش حاشیه پایداری گذرا و کاهش نوسانات گذرا در سیستم های فوق می گردد. . با توجه به اینکه تابع انرژی گذرای سیستم ابزار مناسبی برای بررسی مسئلهی پایداری است، بهینهسازی تابع انرژی UPFC به منظور دستیابی به بیشترین حاشیهی پایداری گذرا مدنظر قرار میگیرد. این ایده، اساس تولید اطلاعات آموزش مورد نیاز برای کنترل کننده ی مدلغزشی- فازی به عنوان کنترلکنندهی UPFC قرار گرفته است. بررسی پایداری گذرا با محاسبهی زمان بحرانی رفع خطا انجام میگیرد که افزایش آن به معنای بهبود پایداری گذرا و مسئلهای حیاتی در سیستم قدرت است.
مطالعهی چگونگی تأثیر UPFC در نیل به هدف، با پیادهسازی روش پیشنهادی بر روی دو سیستم انجام میشود: یکی سیستم تکماشینه- شین بینهایت - SMIB - و دیگری سیستم 9 باس .IEEE نتایج شبیهسازی کارآمدی روش پیشنهادی را در هر دو سیستم به اثبات میرساند. همچنین با شبیهسازی دیگر ادوات FACTS از جمله SSSC و STATCOM برتری UPFC با مقایسهی نتایج به اثبات میرسد. با بهکارگیری روش کنترل مد لغزشی - فازی نیز با توجه به ترکیب توانایی کنترل کننده ی مد لغزشی و سادگی قوانین فازی، انتظار کنترل مناسبتر بهوسیلهی مقایسهی نتایج حاصل با کارهای گذشته برآورده میگردد. تجزیه و تحلیل کاملی بر اساس نتایج حاصل انجام شده تا کارآمدی روش پیشنهادی به طور کامل اثبات گردد.
مقدمه
با رشد جوامع بشری، افزایش شهر نشینی و نیاز روز افزون بشر به انرژی، خطوط انتقال توان نیز بسیار گسترش یافته به طوریکه احداث یک خط انتقال جدید امری پرهزینه و با توجه به محدودیت های احداث خط مانند محدوده شهرهای بزرگ و مسائل زیست محیطی گاهی غیرممکن به نظر می رسد. اما در سالهای اخیر با پیشرفت تکنولوژی در زمینه الکترونیک قدرت، عناصری به شبکه انتقال قدرت معرفی شدند که توانایی افزایش عملکرد و بهره وری خطوط انتقال را دارا هستند. لذا با استفاده از این عناصر که به عناصر FACTS معروفند خطوط انتقال قدیمی بهینه شده و نیاز احداث خطوط جدید تا حدود زیادی برطرف شده است. البته ویژگی ممتاز این عناصر افزایش سطح انتقال خطوط تا حد حرارتی آنها بدون کاهش امنیت و قابلیت اطمینان شبکه می باشد که به همین دلیل امروزه استفاده از این عناصر در شبکه های انتقال توان متداول گشته به طوری که نبود این عناصر مشکلات زیادی برای شبکه ایجاد خواهد کرد.
مفهوم کنترلکنندهی توان بین خطوط در سال 1991عرضه و اولین مقالهای که به شرح و بسط کامل این ابزار جدید پرداخت در سال 1995 توسط تیمی به رهبری گایوگی منتشر شد .[1] این مقاله اساس کاربرد UPFC را برای کنترل مستقل P و Q و مدهای مختلف عملکرد آن شرح میداد و به مقایسهی تفصیلی آن با دیگر ادوات FACTS اعم از TCSCٌ و TCPARٍ پرداخت. در واقع این مقاله پایه و اساس تمامی کارهایی است که پس از آن به ابعاد مختلف عملکرد و کنترل UPFC در سیستم قدرت پرداخت.
اولین UPFC در جهان با مقدار نامی 320 مگاولت آمپر در نیمهی سال 1998 در پروژهای با حمایت مشترک انستیتوی تحقیقات برقَ و AEPُ توسط شرکت وستینگهاس الکتریکِ، به منظور پشتیبانی ولتاژ و کنترل عبورتوان راهاندازی شد. پس از آن تحقیقات بسیاری در زمینهی بکارگیری UPFC برای بهبود مشخصات سیستم قدرت و یا چگونگی کنترل آن صورت گرفت
مرجع [3] با هدف بهبود پایداری گذرا به کارکرد UPFC پرداخته است. در این تحقیق، اساس کار بر پایهی مدل ریاضی UPFC است که تعامل بین پارامترهای سیستم انتقال، شرایط عملکرد و پارامترهای UPFC را با معادلات ریاضی آنالیز میکند. در این مقاله ثابت میشود که برای دستیابی به بیشترین حاشیهی پایداری گذرا با کمک UPFC، دامنهی ولتاژ شاخهی سری و جریان راکتیو شاخهی موازی باید در ماکزیمم مقدار خود متناسب با مقادیر نامی UPFC قرار گیرند.
در [4] مطالعات جامعی در مورد مدل ریاضی UPFC در حالت دائمیٌ، پایداری گذرا و مقادیر ویژه صورت گرفته است. بر اساس مدل ارائه شده، تأثیر روش کنترلی، محل قرارگیری UPFC و پارامترهای آن در مشخصات سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. مرجع [5] با کمک UPFC که در حالت کنترل ولتاژ عمود بهکار گرفته شده، هدف بهبود پایداری گذرا را دنبال نموده است؛ همچنین مقایسهای بین UPFC با SSSCٍ و STATCOMَ در بهبود پایداری گذرا صورت داده است.
مرجع [6] نیز به بهبود پایداری گذرا با استفاده از UPFC پرداخته است. مطالعات انجام شده بر روی UPFC، شبیهسازی و مدلسازی آن بسیار است؛ از جمله دیگر کارهای پایهای انجام شده که به مدلسازی و شبیهسازی UPFC در نرمافزارهای Matlab و EMTP پرداخته مراجع -7] [10 میباشند. [11] نیز کنترل گسستهی UPFC را با ماکزیمم و مینیمم کردن سیلان توان خط توسط UPFC و با هدف بهبود پایداری گذرا مد نظر قرار داده است.
کاربرد روش مستقیم پایداری لیاپانوف در دههی 1980مورد توجه قرار گرفت . [14-12]در مرجع [15] اساس کار بسیاری از کارهای انجام شده در بکارگیری تابع لیاپانوف در شبکههای قدرت با وجود ادوات FACTS است.
مرجع [16] با در نظر گرفتن تابع انرژی برای یک ماشین یا گروهی از ماشینها که ماشین بحرانی نامیده به بررسی پایداری پرداخته است. این رویکرد در سیستمهای چند ماشینه خصوصاً با تعداد ماشین زیاد، بسیار مفید و اساس کار بسیاری از تحقیقات پس از آن قرار گرفته است. در این مقاله انرژی بحرانی ماشین - که میتواند متشکل از گروهی از ماشینها باشد - با استخراج انرژیهای جنبشی و پتانسیل شبکه با در نظر گرفتن مرجع COIُ تعریف و پایداری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
در مراجع [17] و [18] به منظور کنترل بهینهی UPFC در سیستم قدرت از روش مستقیم لیاپانوف بهره بردهاند. در مرجع [17] با هدف دستیابی به ماکزیمم حد پایداری گذرا، با تعریف تابع انرژی بحرانی برای UPFC و کنترل مناسب آن، ماکزیمم نمودن انرژی پتانسیل کلی شبکه مورد توجه قرار گرفته است. مواردی از کاربرد روش مستقیم لیاپانوف برای کنترل UPFC با هدف میرا کردن نوسانات سیستم نیز وجود دارد
سیستمهای هوشمند در کنترل ادوات FACTS همانند دیگر کاربردهای آن به سرعت مورد توجه قرار گرفت. از جمله میتوان به استفاده از کنترل فازی UPFC با هدف بهبود پایداری گذرا اشاره نمود. در مرجع [20] با طراحی دو کنترلکنندهی فازی یکی برای محاسبهی توان لازم برای میل به هدف بهبود پایداری گذرا و دیگری برای کنترل پارامترهای UPFC با هدف تولید توان محاسبه شده، به کنترل هوشمند UPFC پرداخته است
