بخشی از مقاله
چکیده- هنگامیکه یک توربین ژنراتور به یک خط انتقال بلند متصل میشود، پدیده SSR اتفاق میافتد. هدف این است که با استفاده از قابلیتزش هاي جبرانکننده سري - DSSC - بهعنوان یک عضو از خانواده D-FACTS به کاهش SSR پرداخته شود. براي رسیدن به هدف موردنظر از کنترلزش کننده شبکه عصبی مصنوعی استفاده میشود.
از طریق شبیهسازي و مطالعه پایداري سیستم در حوزه زمانی عملکرد شاخص - PI - بر اساس دینامیک سیستم قدرت در نظر گرفته میشود. نتایج شبیهسازي با استفاده از نرمافزار Simulink / Matlab آورده شده است. موارد موردمطالعه بهمنظور نشان دادن این واقعیت است که الگوریتم موردنظر قادر به کاهش تشدیدهاي زیر سنکرون میباشد و نشان دادهشده که شبکه عصبی بهخوبی میتواند این نوسانات را کاهش دهد.
-1 مقدمه
جبران ساز سري خطوط انتقال بلند بهمنظور بهبود شبکههاي انتقال قدرت در برق از اهمیت زیادي برخوردار میباشد .[1] جبران سازي سري خطوط انتقال، با کاهش مقاومت ظاهري و طول الکتریکی و افزایش بار طبیعی خط، تأثیر به سزایی در بهبود حد پایداري ماندگار و گذرا داشته و پروفیل ولتاژ را نیز بهبود میبخشد .[2] در چنین شبکههاي جبران شده، فعلوانفعالات بین حالتهاي الکتریکی شبکه و حالتهاي مکانیکی شفت توربین ژنراتور منجر به یک پدیده مضر تحت عنوان نوسانهاي زیر سنکرون 1 - SSR - میشود .[3]
پدیده تشدید زیر سنکرون اغلب در سیستمهاي جبران شده با خازن سري رخ میدهد با توجه به محدودیت محور در تحمل این تنشها، بروز خستگی و درنهایت شکست در محور به وجود می-آید که خسارتهاي جبرانناپذیري را در پی دارد و بایستی در جلوگیري از پیدایش آن تلاش جدي انجام گیرد .[2] یکی از صورتهاي مختلف پدیدهي SSR گشتاور گذراست که در اثر اغتشاشات بزرگ در شبکههاي جبران شده با خازن سري به وجود میآید.
در این شرایط عبور جریانهاي گذرا با فرکانس زیر سنکرون - fe - از خط به ایجاد میدانی با همین فرکانس در استاتور ژنراتور میانجامد. این امر موجب ایجاد دو گشتاور نوسانی با فرکانسهاي fo - fm=fo±fe فرکانس پایه سیستم - در روتور میشود. حال چنانچه فرکانس این دو گشتاور نوسانی با یکی از مدهاي نوسانی روتور تقریبا برابر باشد، گشتاورهاي روتور بهسرعت رشد کرده و درنتیجه به محور روتور ضربه میزنند.
بنابراین براي جلوگیري از این آسیبهاي وارده بر شفت توربین ژنراتور و محور روتور در این پروژه راههاي غلبه و کاهش این نوسانات بررسی خواهد شد . بهمنظور جلوگیري از وقوع و میرا سازي سریع نوسانات در صورت بروز، تجهیزات و روشهاي متنوعی به عرصه آمدهاند؛ که میتوان به سیستمهاي انتقال AC - FACTS - و همچنین استفاده از سیستم تحریک ژنراتور و پایدارساز سیستم قدرت 1 - PSS - بهعنوان روشهاي مؤثر اشاره داشت.
تاکنون استفاده از ادوات 2 - FACTS - بهمنظور کاهش نوسانهاي زیر سنکرون موفقیتآمیز بوده است. شبکههاي عصبی از دیگر روشهاي هوشمندي هستند که درزمینه کاهش نوسانات زیر سنکرون میتوانند به کاهش نوسانات زیر سنکرون کمک نمایند .[4] استفاده از شبکههاي عصبی مصنوعی 3 - ANNs - نتایج سودمندي براي رفع مشکلات سیستمهاي قدرت دارند. آنها قادر هستند ورودي و خروجی یک سیستم قدرت را با استفاده از پروسه یادگیري پایدار نمایند و بدون هیچگونه برنامهنویسی پیچیدهاي این کار را انجام میدهند DSSC .[5] یک مفهوم جدید از جبرانکننده سري سنکرون است که از SSSC گرفتهشده است.
DSSC هزینه بسیار پایینتر و قابلیت اطمینان بالاتر از SSSC را فراهم میکند. در این مقاله DSSC با مکملهاي کنترل بهمنظور کاهش نوسانات نامطلوب ناشی از SSR استفادهشده است؛ که در این راستا روشهاي کنترلی متنوعی نیز به کار گرفتهشده است. در این مقاله در راستاي بررسی این پدیده، سیستم تک ماشین متصل به شین بینهایت موردمطالعه قرارگرفته است.
در قسمت دوم این مقاله، سیستم قدرت موردمطالعه به همراه نمودار بلوکی ارائه میگردد، در بخش سوم ساختار DSSC معرفی میشود و کنترلکننده شبکه عصبی مصنوعی در قسمت چهارم و همچنین نتایج شبیهسازي سیستم موردمطالعه در قسمت پنجم نشان داده میشوند. نتایج حاصل از این مقاله در قسمت آخر بیان میگردد.
-2 سیستم قدرت تک ماشینه متصل به شین بینهایت
شکل 1 نمودار سیستم قدرت موردمطالعه را نشان میدهد. محور سیستم مربوط به واحد توربین - ژنراتور سیستم شکل - 1 - ، شامل یک توربین فشارقوي - HP - ، توربین فشار ضعیف - LP - ، فشار متوسط - IP - ، روتور ژنراتور - GEN - ، سیستم تحریک - EXC - و دو خط انتقال موازي است. روتور یک واحد تولید حرارتی، خود سیستم مکانیکی پیچیدهاي دارد.
اطلاعات سیستم قدرت موردمطالعه در [6] دادهشده است. میزان جبران سازي توسط خازن سري 52 ٪ از مجموعه راکتانس XL1 در نظر گرفتهشده است. روتور یک واحد تولید حرارتی، خود سیستم مکانیکی پیچیدهاي است. روتور ممکن است مجموعا بیش از 50 متر طول و صدها تن وزن داشته باشد و از قسمتهاي تراشکاري شده محوري با اندازههاي مختلف و تزویجهایی تشکیلشده باشد که یا یکپارچه هستند و یا داراي قسمتهاي کوچکتري میباشند که به روتور محکم شدهاند که توربین، دیسکها، تیغهها و قسمتهاي کوچکتر دیگري را در برمیگیرد.
در مورد اول، عملکرد این سیستم بدون ماژول DSSC و بدون کنترلکننده خاصی موردمطالعه قرارگرفته است. هدف روشن کردن این واقعیت است که بدون وجود کنترلکننده، روتور آسیب خواهد دید و نوسانها در این سیستم افزایش مییابند. براي شبیهسازي حالت اول یک خطاي سه فاز به زمین در وسط خط انتقال درt = 3s اعمال میشود و پس از 75 میلیثانیه رفع میشود. در مراحل بعد DSSC به همراه کنترلکننده مربوطه وارد ساختار سیستم قدرت خواهد شد و علت اینکه در ساختار از دو جبرانکننده استفادهشده، قدرت کم DSSC است که مستلزم نصب و راهاندازي دو ماژول DSSC در خط انتقال است.
-3 ساختار لاSS
1 - DSSC - درواقع یک مدل تک فاز 2 - SSSC - اما در اندازه کوچکتر است [7]؛ که در خطوط انتقال و توزیع براي کنترل جریان مورداستفاده قرار میگیرد. هر دستگاه DSSC تک فاز در هر فاز خط انتقال براي حفظ تقارن جریان قرار داده میشود. همانطور که قبلا اشاره شد قدرت کم DSSC مستلزم نصب و راهاندازي چندین ماژول DSSC در هر خط انتقال است.
شکل - 2 - اجزاي ماژول DSSC را بهصورت شماتیک نشان میدهد. این ساختار بهطور عمده از یک ترانسفورماتور، واحد پردازش بهعنوان کنترلکننده، اینورتر براي تولید ولتاژ سینوسی، ترانسفورماتور STT براي واردکردن ولتاژ در خط انتقال، یک منبع تغذیه انرژي، پردازنده و رابطهاي سختافزاري براي ارسال و دریافت سیگنال-ها به سایر ماژولها و یا کنترلکنندهها تشکیلشده است .[8]
-4 شبکه عصبی
از شبکههاي عصبی به دلیل پردازش موازي، قدرت پردازش بالا، توانایی تعمیم - یعنی پاسخ به دادهها یا اطلاعات ناشناخته - ، مقاوم بودن در برابر تغییر شرایط محیطی امروزه استفاده زیادي میشود. مزایاي فوق کمتر در شبکههاي دیگر دیده میشوند ولی در شبکههاي عصبی وجود دارند. در شبکههاي عصبی تکرار باعث میشود توانایی یادگیري افزایش یابد .[9] شکل - 3 - نحوه استفاده از شبکه عصبی در سیستم تک ماشنِی را با استفاده از شبکه عصبی را نشان میدهد، همانطور که مشاهده میشود نحوه تولید پالس براي اینورتر توسط شبکه عصبی نشان دادهشده است.
