بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

مدل جدیدی از تزریق جریان کنترل کننده یکپارچه پخش توان (UPFC) برای شارش توان در سیستم قدرت بر اساس الگوریتم کرم شب تاب
چکیده:
امروزه جایگاه ادوات FACTS در سیستم های قدرت از ابعاد گوناگونی قابل بررسی می باشد. این ادوات می توانند ابزارهای مطمئنی برای اصلاح کیفیت توان ، شارش توان راکتیو و کنترل توان اکتیو انتقالی یک سیستم انتقال قدرت باشند. بنابراین ، در این مقاله شارش توان اکتیو و راکتیو در مورد سیستم های انتقال با استفاده از کنترل کننده یکپارچه پخش توان((UPFC با توجه به استانداردهای این زمینه مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. طراحی پارامترهای کنترل کننده شارش توان با الگوریتم کرم شب تاب برای کنترل پذیری سیستم قدرت ارایه می شود. برای مدل سازی UPFC دراین مقاله از مدل تزریق جریان استفاده شده و هر مبدل UPFC یک منبع ایده آل وابسته در نظر گرفته شده است. برتری طراحی کنترل کننده یکپارچه پخش توان بر اساس الگوریتم کرم شب تاب (FA) در نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزاز SIMULINK MATLAB نشان داده شده است.
کلمات کلیدی : UPFC، کنترل شارش توان، مدل تزریق جریان، الگوریتم کرم شب تاب


.1مقدمه:
در سال های اخیر به دلیل رشد مصرف، نیاز بیشتری به تولید و انتقال توان احساس می شود، اما مسائلی از قبیل آلودگی محیط زیست، قوانین حق عبور و کلا رشد هزینه ها موانعی هستند که بر سر راه احداث واحدهای تولید و خطوط انتقال جدید پدیدار شده اند. همین امر موجب شده تا مهندسان صنعت برق در طرح سیستم های قدرت موجود تجدید نظر کرده و طرح سیستم های انتقال انرژی AC انعطاف پذیر و یا به طور اختصار سیستم انتقال جریان متناوب انعطاف پذیر (FACTS) را ارائه دهند که می توانند به صورت مطمئن و پایدار سریعا به تغییرات سیستم پاسخ دهند. [1] از میان ادوات FACTS کنترل کننده یکپارچه پخش توان (UPFC) ، آخرین دستاوردی است که پیشرفت های اخیر صنعت الکترونیک قدرت در سطوح بالای توان و نیز تکنولوژی های کنترلی به سیستم های انتقال انرژی AC عرضه داشته است. این کنترل کننده که ساختار دقیق آن در شکل .1 نشان داده شده است، متشکل از دو اینورتر سری و موازی است که بوسیله یک لینک DC به یکدیگر متصل می گردد. چنین ساختاری به عنوان یک مبدل توان AC به AC رفتار می کند که به طور همزمان توان اکتیو و راکتیو عبوری از خط انتقال و ولتاژ باس را کنترل می کند.[2]

UPFC با تزریق ولتاژ سری بدون محدودیت زاویه، قادر به کنترل همزمان یا انتخابی ولتاژ خط انتقال، امپدانس، زاویه و یا به طور جایگزین کنترل پخش توان اکتیو و راکتیو در خط می باشد. همچنین می تواند جبران سازی توان راکتیو را به صورت موازی با قابلیت کنترل مستقل فراهم نماید. چندین روش در مقالات برای مدل UPFC به منظور طراحی کنترل کننده های مناسب برای پخش بار، حالت گذرا و میرایی نوسانات سیستم ارائه شده است. در مرجع [3] یک مدل حالت پایدار تحت عنوان مدل تزریقی معرفی شده است که در آن UPFC به صورت یک راکتانس سری همراه با بارهای وابسته در دو انتهایش مدل شده است. این مدل برای بررسی تاثیر UPFC بر روی سیستم قدرت بسیار ساده و قابل فهم می باشد ولی برای دست یافتن به پخش بار دلخواه، دامنه مدولاسیون و زاویه فاز اینورتر منبع ولتاژ سری باید به صورت دستی تنظیم شود.
برای سیستم های بزرگ که شامل ادوات FACTS می باشند یک الگوریتم بر مبنای الگوریتم نیوتون رافسون در مرجع [4] معرفی شده است. در مرجع [5] این الگوریتم برای حالتی که سیستم شامل UPFC می باشد توسعه یافته و امکان کنترل توان اکتیو و راکتیو و دامنه ولتاژ را به صورت جداگانه و یا همزمان فراهم می کند ولی این روش بسیار پیچیده بوده و اجرای آن مشکل می باشد به صورتی که مرتبه ماتریس ژاکوبین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته و املاًک به شرایط اولیه حساس می باشد و انتخاب نادرست شرایط اولیه می تواند باعث واگرایی یا نوسان در راه حل شود. در مرجع [6] یک روش برای مدل کردن UPFC در محاسبات پخش بار بدون افزایش در اندازه ماتریس ژاکوبین ارائه شده است اما کنترل کننده مقاوم ندارد.
در این مقاله طراحی کنترل کننده UPFC به عنوان یک مساله بهینه سازی چند منظوره فرمول بندی شده و با استفاده از الگوریتم FA حل می شود. مساله چند منظوره به صورت ترکیبی از تابع هدف براساس فیدبک توان اکتیو و توان راکتیو بیان می شود. نتایج ارزیابی نشان دهنده برتری عملکرد کنترل کننده طراحی شده براساس تابع هدف چند منظوره بوسیله الگوریتم FA در شارش توان در شرایط بارگذاری مختلف است.
.2مدل سازی : UPFC
برای طراحی سیستم کنترل شارش توان و میرایی نوسانات ابتدا باید UPFC در شبکه مدل شود در این مقاله برای مدل سازی UPFC از مدل تزریقی جریان استفاده شده است. همچنان که درشکل زیر مشاهده می شود برای مدل سازی UPFC به جای مبدل سری از منبع ولتاژ وابسته و به جای مبدل شنت از منبع جریان وابسته استفاده می شود.

در شکل .2 جریان مبدل شنت (I̅shunt) را می توان به صورت رابطه زیر به دو مولفه هم فاز با ولتاژ (It )̅ ̅Vi و عمود بر آن (Iq̅) تجزیه کرد.

̅Vse ، تبدیل منبع ولتاژ ایده آل به جای مبدل های سری می باشد. و jxs ، راکتانس خط انتقال می باشند. منابع ولتاژ سری ̅Vse متغیرکنترلی دامنه و فاز است. همچنین داریم:

با تبدیل منابع ولتاژ̅Vs به منابع جریان I̅inj تزریق جریان UPFC حاصل می شود. این مدل در شکل.3 نشان داده شده است.


درمعادله فوق bs= 1/xs سوسپتانس خط انتقال و MB و B دامنه و فاز ولتاژهای تزریق شده نسبت به ولتاژ ̅Vi هستند که به عنوان متغیرهای کنترلی استفاده خواهند شد. مبدل موازی UPFC وظیفه کنترل ولتاژ باس AC را برعهده دارد و نیز مبدل های سری با تزریق ولتاژ با دامنه و فاز دلخواه بصورت سری، توان اکتیو و راکتیو عبوری از خط را در مقدار مورد نظر کنترل می کنند و همچنین مبدل شنت تحریک کننده بخش مبدل سری و مبدل های سری تقویت کننده بخش مبدل شنت UPFC است. توان اکتیو جذب شده توسط مبدل موازی از سیستم قدرت ازمعادله (4) محاسبه می شود:

با صرف نظر از تلفات مبدل ها معادله تعادل توان اکتیو در بین مبدلهای UPFC بصورت زیر می تواند نوشته شود:

توان اکتیو اعمالی به مبدل سری از رابطه زیر محاسبه می شود:


با توجه معادلات بالا داریم:

از معادلات (4) و (5) داریم:

با حذف Vi از طرفین معادله فوق داریم:

منبع جریان شنت مدل شده در شکل .4 از معادله زیر محاسبه می شود:

بنابراین پارمترهای مدل تزریق جریان UPFC از معادلات زیر با توجه به شکل4 بدست می آیند.

که از معادلات فوق داریم:


.3طراحی سیستم کنترلر :UPFC
در این سیستم از پارامترهای کنترلی سری استفاده شده است، که یکی از آنها برای کنترل توان اکتیو و دیگری برای کنترل توان راکتیو در خط انتقال مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی این کنترل کننده ها باید به گونه ای باشد که توانهای اکتیو و راکتیو، مقادیر مرجع شان را با حداقل خطا دنبال نمایند. در این مقاله، از پارامترهای MB، B برای طراحی کنترل کننده پخش توان UPFC استفاده می شود. کنترل کننده MB برای کنترل شارش توان راکتیو و B برای کنترل شارش توان اکتیو به کار گرفته می شود. شکل.5 ساختار کنترل کننده ) PI انتگرالی– تناسبی ) استفاده شده برای این منظور را نشان می دهد.

.4طراحی کنترل کنندهUPFC با تکنیک الگوریتم کرم شب تاب : FA

در روش پیشنهادی، برای حل مسئله بهینه سازی از تکنیک الگوریتم FA استفاده شده تا مجموعه بهینه از پارامترهای کنترل کننده ها بدست آید. در این مقاله برای پیدا کردن مقادیر بهینه پارامترهای کنترل کننده MB، B از یک تابع هدف که انتگرال قدر مطلق خطا های ورودی کنترل کننده ها هستند استفاده می شود معادله زیر تابع هدف به کار گرفته شده در این مقاله را نشان می دهد
. درمعادله بالا tsim زمان شبیه سازی، H تابع بهینه است. دراین تحقیق تابع بهینه مجموع قدر مطلق خطا های توان اکتیو و توان راکتیو می باشد. طراحی کنترل کننده بعنوان مسئله بهینه سازی قیوددار فرمول بندی می شود که محدوده های پارامترهای کنترل کننده در شارش توان به صورت زیر می باشند:

محدودههای معمولی پارامترهای بهینه شده برای KP کنترل کننده [100-0/01] و Ki: [0.01-200] هستند.
.5الگوریتم کرم شب تاب : FA
الگوریتم های بهینه سازی و جستجوی تصادفی و تکاملی روش های نوین و کارامدی هستند که به ویژه برای یافتن جواب های بهینه سراسری مسائل به کار می روند . ویژگی تصادفی بودن این الگوریتم ها مانع از گیر افتادن در نقاط بهینه موضعی می شوند. در مسائل بهینه سازی عملی مانند طراحی های مهندسی، مدیریت سازمان ها و سیستم های اقتصادی معمولاً توجه اصلی معطوف به بدست آوردن جواب های بهینه سراسری است. بسیاری از این الگوریتم ها الهام گرفته شده از سیستم های زیستی هستند که الگوریتم اجتماع کرم شب تاب از این دست می باشد. این الگوریتم با مدلسازی رفتار مجموعه ای از کرم های شب تاب و تخصیص مقداری مرتبط با برازندگی مکان هر کرم شب تاب به عنوان مدلی برای میزان رنگدانه های شب تاب و به روز کردن مکان کرم ها در تکرار های متوالی الگوریتم به جستجوی جواب بهینه مسئله می پردازد. در واقع دو فاز اصلی الگوریتم در هر تکرار فاز به روز کردن رنگدانه و فاز حرکت هستند. کرم های شب تاب به سمت کرم های شب تاب دیگر با رنگدانه بیشتر که در همسایگی آنها باشند حرکت می کنند. به این ترتیب طی تکرار های متوالی مجموعه به سمت جواب بهتر متمایل می گردد.
الگوریتم بهینه سازی اجتماع کرم شب تاب در سال 2005 توسط کریشناناند و گهوز ارائه شده است. کریشناناند و گهوز در سال های 2006 تا 2008 مبانی نظری این الگوریتم را توسعه داده اند. هوش توده ای (Swarm Intelligence) به طوری که در اجتماعات طبیعی بروز پیدا می کند نتیجه عمل هایی از جانب افراد توده است که بر طبق اطلاعات محلی انجام می شوند. به طور

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