بخشی از مقاله

چکیده

در این مقاله کنترلرهای PID مرتبه کسری بسط داده شده بر اساس بهینه سازی PSO و کاربرد آن برای کنترل فرکانس بار سیستم دو ناحیه ای ارائه شده است. پاسخ دینامیکی سیستم برای پلههای تغییر بار 1% و 10% در سیستم دو ناحیه ای مورد مطالعه قرار گرفته است. عملکرد FOPID با کنترلرهای PID مرسوم بر اساس PSO و کنترلر هوشمندی بر اساس ANFIS مقایسه شده است. نتایج حاصل از مقایسه نشان میدهد که FOPID پیشنهادی بر اساس PSO زمان قرار و میزان فراجهش را به صورت موثری در شرایط تغییر بار پله ای کوچک کاهش میدهد.

-1 مقدمه

در یک سیستم قدرت به هم پیوسته، کنترل تولید اتوماتیک یا کنترل فرکانس بار در طراحی و بهره برداری سیستم قدرت الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است. سیستم قدرت بزرگ از زیر سیستمهای متصل به هم - نواحی کنترل - که از گروههای ژنراتور که به وسیله خطوط بین ناحیه ای به هم متصل شده اند شکل میگیرد تشکیل شده است .[1-2] هر ناحیهی کنترلی به اندازهی خود تولید دارد و مسئول تامین بار خود است و برنامه ریزی میزان تبادل انرژی با ناحیههای مجاور است. بار در سیستم قدرت به صورت پیوسته تغییر کرده و متعاقبا فرکانس سیستم از مقادیر نرمال مطلوب منحرف میشود. بنابراین برای اطمینان از تامین توان، یک کنترلر فرکانس بار برای حفظ فرکانس سیستم و تبادل توان بین ناحیه ای در مقادیر نامی مطلوب مورد نیاز است.

در سالهای اخیر، محققان گزارش کرده اند که کنترلرهای ساخته شده با استفاده از مشتق گیر و انتگرالگیر با مرتبه کسری به عملکرد و مقاوم بودن بهتری نسبت به کنترلرهای مرسوم دست پیدا میکنند. حساب دیفرانسیل کسری با مفهوم دیفرانسیل و انتگرال با مرتبهی غیر صحیح در ارتباط است. در حقیقت بسط داده شده مفهوم dny - t - /dtn که در آن n یک عدد صحیح است به d y - t - /dt است که در آن یک عدد غیر صحیح است میباشد که حتی ممکن است یک عدد مختلط باشد

کنترلرهای کلاسیک IO نمونههای خاص از کنترلرهای FOPID است. از آنجا که FOPID دو پارامتر تنظیم بیشتر از کنترلرهای IOPID کلاسیک دارد، انعطاف بیشتری برای طراحی سیستم کنترل از خود نشان میدهد و شانس بهتری برای تنظیم دینامیک سیستم مخصوصا زمانی که سیستم تحت کنترل یک سیستم کسری باشد در اختیار قرار میدهد. در نمونههای زیادی می توان از حساب دیفرانسیل کسری با استفاده از انتگرالها و مشتقگیرهای با مرتبهی غیر صحیح به جای مرتبه صحیح آنها برای بهبود پایداری و پاسخ دینامیکی سیستم بهره برد.

تئوری کنترل کسری کنترلر مرسوم با مرتبهی صحیح را به مرتبه کسری و مرتبه جمع بسط میدهد. کنترلر PID کسری نه تنها سه پارامتر Kp,Ki و Kd دارد بلکه دو پارامتر قابل تنظیم به عنوان مرتبه انتگرال گیر و به عنوان مرتبهی مشتق گیر نیز دارد .[8] استفاده از تئوری کنترل کسری عملکرد بهتری نسبت به IOPID ها حاصل میکند.

در این مقاله یک کنترلر PI D کسری برای AGC یک سیستم قدرت دو ناحیه ای طراحی شده است. پارامترهای Kp, Kd,Ki' و به وسیله-ی PSO بهینه شده اند .[8] نتایج شبیه سازی نشان داده کنترلرهای کسری با استفاده از PSO عملکرد بهتری نسبت به کنترلر PID مرتبه صحیح با استفاده از PSO دارد.

-2 ساختار سیستم قدرت دو ناحیه ای

-1-2 توصیف مدل نیروگاه

سیستم قدرت به هم پیوستهی دو ناحیهای به عنوان سیستم تست در این مطالعه در نظر گرفته شده است. مدل سیستم مدنظر مطابق آنچه در شکل - 1 - نشان داده شده است که در آن نمادها معنی معمول خود را دارند. AGC مرسوم دو حلقهی کنترلی دارد، حلقهی اولیهی کنترل که با استفاده از ویژگی خود تنظیمکنندگی گاورنر فرکانس را کنترل میکند؛ با این حال نمیتواند خطای فرکانس را به طور کامل از بین ببرد؛ و حلقهی کنترل تکمیلی که کنترلری دارد که میتواند خطای فرکانس را حذف کند.

هدف اصلی کنترل تکمیلی حفظ تعادل بین بار و تولید هرکدام از نواحی کنترلی بعد از یک اغتشاش بار به گونه ای است که فرکانس سیستم و توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای در مقادیر برنامه ریزی شده باقی بمانند. بنابراین وظیفهی سیستم کنترلی حداقل کردن انحراف فرکانس در دو ناحیه در شرایط تغییرات بار Pd1 ویا Pd2 در دو ناحیه است. این مهم به صورت مرسوم با کمک عمل کنترلی انتگرالگیری حاصل میشد. کنترل تکمیلی i امین ناحیه با ضریب Ki روی ACEi داده شده با معادلهی - 1 - که یک سیگنال ورودی برای کنترلر است عمل میکند

شکل .1 بلوک دیاگرام AGC برای سیستم دو ناحیه با حلقهی ثانویه.

-3 کنترلر PID با مرتبهی صحیح

کنترل PID رویکردی است که به صورت گسترده برای طراحی یک سیستم کنترل فیدبک ساده است که در آن سه ثابت برای وزن دهی تاثیر خطا - جملهی - P، انتگرال خطا - جملهی - I و مشتق خطا - جملهی - D مورد استفاده قرار میگیرد. ساختار نمونه برای یک سیستم کنترل شده با IOPID کلاسیک [3] در شکل - 2 - نشان داده شده است.

شکل .2 ساختار کنترلر .PID

برای پیاده سازی یک کنترلر PID که مشخصات طراحی سیستم تحت کنترل را در نظر میگیرد، پارامترهای [Kp,Ki,Kd] برای سیستم داده شده باید تعیین شود. یک کنترلر IOPID در این مقاله برای کنترل فرکانس در سیستم قدرت طراحی شده که در آن پارامترها با استفاده از PSO تهیه شده است.

-4 حساب دیفرانسیل کسری

حساب دیفرانسیل کسری از Grundwald-Letnikov نقطه نظرهای مختلف تعاریف مختلفی دارد .[2] عموما از دو تعریف برای حساب دیفرانسیل کسری استفاده میشود؛ و تعریف Grundwald-Letnikov بهترین تعریف شناخته شده است زیرا برای پیاده سازی الگوریتمهای کنترل زمان گسسته مناسب تر است.

حساب دیفرانسیل عمومی شامل مرتبهی صحیح و کسری به صورت زیر تعریف شده است که a و t محدوده عملکرد عملگر دیفرانسیل کسری و مرتبه محاسبات دیفرانسیل کسری است.    

-5 کنترلر PID کسری - - PI D

FOPID یا PI Dاز یک انتگرالگیر با مرتبهی کسری  و یک مشتقگیر با مرتبهی کسری    تشکیل شده و تابع تبدیل زیر را دارا است.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید