بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، روش نوینی جهت طراحی کنترلر نامتمرکز تطبیقی مقاوم بار-فرکانس سیستمهای قدرت با پارامترهای ناشناخته ارائه میگردد. در روشهای کنترل نامتمرکز بار-فرکانس، معمولاً اثرات تداخلی بین زیرسیستمها به عنوان اغتشاش در نظر گرفته میشوند. این عمل منجر به یک کنترلر محافظه کار خواهد شد طوریکه بتواند در بدترین وضعیت، پایداری سیستم کل را حفظ نماید. به همین جهت و همچنین برای بهبود رفتار سیستم تحت کنترل، در روش پیشنهاد شده در این مقاله اثرات تداخلی ناشی از سایر زیرسیستمها تخمین زده شده و در اختیار کنترلرهای تطبیقی محلی قرار میگیرند طوریکه اثرات تداخلی به نحو موثری خنثی گردند.
در روش پیشنهادی نیازی به ارضای شرط تطابق1، که فرض اصلی اکثر کارهای گذشته میباشد، وجود ندارد. دیگر خواص مهم کنترلر پیشنهای عباتند از: - 1 نیازی به دانستن پارامترهای سیستم وجود ندارد، - 2 کنترلر پیشنهادی در برابر تغییرات نقاط کار مقاوم میباشد، - 3 فقط اطلاعات ورودی و خروجی زیرسیستمها بصورت محلی مورد نیاز میباشد، - 4 مقاوم بودن سیستم نهایی در برابر تغییرات پارامترها تضمین میشود. نتایج شبیه سازی، رفتار مطلوب سیستم را تحت کنترلر نامتمرکز مذکور حتی در حضور اختلالات پارامتری و اثرات تداخلی شدید، اغتشاشات خارجی و اثرات غیرخطی سیستم نشان میدهد.
-1 مقدمه
یکی از مسائل مهم در کنترل سیستمهای قدرت مسئله LFC میباشد که در آن چگونگی تأمین توان مورد نیاز در فرکانس مطلوب با کمترین نوسان و خطای ماندگار مورد بررسی قرار میگیرد. بالا بودن ابعاد سیستم، غیر خطی بودن، نداشتن نقاط کار ثابت، ناشناخته بودن اکثر پارامترهای سیستم و غیرعملی بودن بکارگیری کنترلر متمرکز، از جمله مشکلات اصلی در LFC ، میباشند. این مشکلات لزوم استفاده از کنترلر نامتمرکز تطبیقی مقاوم را بیشتر روشن میسازد.[1]
در روشهای کنترل نامتمرکز بار- فرکانس، معمولاً اثرات تداخلی بین زیرسیستمها به عنوان اغتشاش در نظر گرفته میشوند. این عمل باعث میشود که کنترلر طراحی شده یک کنترلر محافظه کار باشد طوریکه بتواند در بدترین شرایط، پایداری سیستم کل را تضمین نماید. در این مقاله اثرات تداخلی ناشی از سایر زیرسیستمها تخمین زده شده و در اختیار کنترلرهای تطبیقی محلی قرار میگیرند طوریکه اثرات تداخلی به نحو موثری خنثی گردند.
در این مقاله، یک سیستم نمونه قدرت سه ناحیهای با پارامترهای ناشناخته جهت کنترل بار و فرکانس معرفی میشود تا کنترلر پیشنهادی روی آن پیاده سازی گردد. از آنجا که کنترلر ارائه شده دارای ساختار نامتمرکز میباشد، براحتی قابل پیاده سازی عملی میباشد و همچنین از قابلیت رفع خطا برخوردار است به این معنا که چنانچه خطایی در یکی از واحدها رخ دهد، بقیه واحدها بکار خود ادامه میدهند و کنترل خود را از دست نمیدهند. تطبیقی بودن کنترلر باعث میشود که بر مشکل ناشناخته بودن پارامترها و تغییر شرایط کاری فائق آید و مقاوم بودن آن، پایداری سیستم را در برابر نامعینیهایی از قبیل اختلالات پارامتری، نویز و اغتشاشات خارجی و سایر محدودیتها، تضمین مینماید.
در سالهای گذشته توجه زیادی روی مسئله کنترل بار و فرکانس در سیستمهای قدرت و استراتژیهای مختلف برخورد با آن، وجود داشته است.[2] در این زمینه کنترلرهای PI یکی از استراتژیهای اولیه بشمار میروند که در سیستمهای صنعتی نیز کاربرد فراوان دارند. بدلیل خواص غیرخطی اجزاء سیستمهای قدرت، در برخی از روشهای معمول، پس از خطی سازی سیستم حول نقطه کار، طراحی کنترلر انجام میشود.[5-3]
در صورتیکه بر اثر تغییرات شدید بار، نقاط کار سیستمهای قدرت در یک سیکل روزانه دستخوش تغییرات شدید اتفاقی هستند و در نتیجه یک کنترلر ثابت نمیتواند جوابگو باشد. به همین خاطر، برخی از محققان، کنترلرهای مقاوم و کنترلرهای ساختار متغیر را که نسبت به تغییر پارامترها از حساسیت کمتری برخوردار هستند، پیشنهاد دادهاند .[6-9] در اکثر این روشها، متغیرهای حالت، مورد نیاز میباشند که در عمل معمولاً این متغیرها ناشناخته و یا غیرقابل دسترس هستند.
در برخی از روشهای اخیر برای رفع مشکلات کنترلی عنوان شده در سیستمهای قدرت، تکنیکهای مختلف کنترل تطبیقی، که توانایی مقابله با تغییرات وسیعتری از پارامترهای سیستم را دارند، پیشنهاد شده است.[12-10] هدف اصلی در این نوع استراتژیهای کنترلی، افزایش حاشیه پایداری و برقرار سازی شرایط پیچیدۀ سیستمهای قدرت میباشد. از طرف دیگر به علت وجود خطوط طولانی انتقال در سیستمهای قدرت، نامتمرکز سازی ساختار کنترلر به واحدهای مجزا، یکی از اهداف مهم در کنترل این سیستمها به حساب میآید.
به همین دلیل، کنترل نامتمرکز به عنوان یکی از روشهای موثر در کنترل سیستمهای قدرت چند ناحیهای مورد تأکید قرار گرفته است13-15]،10،7،.[5 در روش پیشنهادی در این مقاله، جهت کنترل بار و فرکانس یک سیستم قدرت ابعاد وسیع، ابتدا برای هر ناحیه یک رویتگر تطبیقی محلی طراحی میگردد تا متغیرهای حالت و پارامترهای آن واحد را تخمین بزند. سپس یک ترکیب خطی از تخمین متغیرهای حالت و متغیرهای حالت سیستم مرجع همراه با بهرههای قابل تنظیم، به عنوان سیگنال کنترل ورودی در نظر گرفته میشود. بهرههای کنترل، تحت قوانین تطبیقی مقاوم طوری تنظیم می گردند که سیگنال خطا بطور مجانبی به سمت صفر همگرا گردد.
حال اگر اثرات تداخلی به عنوان اغتشاش در نظر گرفته شود، همانند آنچه در [1] مطرح گردیده است، آنگاه کنترلر بدست آمده بسیار محافظه کارانه خواهد شد، لذا برای رفع این نقیصه، یک تخمینگر به هریک از کنترلرهای محلی اضافه میگردد تا بتوانند از تخمین اثرات تداخلی استفاده کنند و این اثرات نامطلوب را تا حد ممکن خنثی سازند. همچنین شرط تطابق، که یکی از فرضهای اصلی در اکثر کارهای گذشته میباشد در روش پیشنهادی وجود ندارد و روش پیشنهادی در سیستمهایی که شرط تطابق در آنها صادق نیست نیز براحتی قابل پیاده سازی میباشد.
-2 معرفی سیستم تحت کنترل
معمولاً برای کنترل بار و فرکانس از مدلهای خطی شده و ساده شدهای استفاده میشود. در تکنیکهای کنترلی پیشرفته، همچنانکه در اینجا نیز درنظر گرفته میشود، خطای تولید شدۀ ناشی از خطی سازی و ساده سازی، به عنوان اختلالات پارامتری و دینامیکهای مدل نشده در نظر گرفته میشود. سیستم نمونه قدرت جهت کنترل بار و فرکانس، سیستمی است که در [1] معرفی گردیده است و مطابق با شکل - 1 - میباشد. در شکل - 2 - ، بلوک دیاگرام ناحیه اول نشان داده میشود
