بخشی از مقاله
چکیده
برای حصول اطمینان از کیفیت تأمین یا ذخیره برق، تنظیم بارهای ژنراتور با توجه به مقدار فرکانس بهینه از طریق یک کنترلکننده در سیستمهای عملی اجباری و ضروری است. این موضوع تحت عنوان کنترل بار فرکانس یا کنترل تولید اتوماتیک شناخته میشود، یعنی اگر بار سیستمی دچار اغتشاش یا تغییر شد، فرکانس ثابت مانده و تغییر نکند. هدف از این مقاله ، استفاده از کنترلکننده PID مرتبه کسری برای بهبود در عملکرد کنترل تولید اتوماتیک چند سطحی میباشد.
در سیستمهای چند سطحی هر یک از ناحیهها توسط خطوط ارتباطی با ناحیههای مجاور خود در ارتباط هستند و همین موضوع باعث میشود که نحوه عملکرد یک ناحیه بر روی ناحیه مجاور اثر بگذارد. بهمنظور تنظیم بهینه پارامترهای کنترلکننده از روش سعی و خطا و از روش اوستالوپ برای تقریب کنترلکننده مرتبه کسری استفادهشده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که کنترلکننده پیشنهادی عملکرد مناسب داشته و رفتار سیستم را بهبود بخشیده است.
-1 مقدمه
همانطور که پیچیدگی سیستم برق روزبهروز در حال افزایش بوده، حفظ فرکانس1 و توان خط ارتباطی2 در محدودههای از قبل تعیینشدهشان بهمنظور مطمئن و امن نگهداشتن سیستمهایی که به هم متصل و در ارتباط هستند ضروری است. هر زمان که تغییری در بار روی سیستم برق رخ دهد، فرکانس و توان خط ارتباطی از مقادیر برنامهریزیشده یا مقدار عددیشان منحرف میشوند که مطلوب و موردنظر نبوده و ممکن است منجر به عملکرد ناموفق سیستم برق شود. ازاینرو بررسی مستمر بین تقاضای بار و تولید، موردنیاز است که کنترل بار فرکانس - LFC - 3 یا کنترل تولید اتوماتیک - AGC - 4 نامیده میشود .
نحوه عملکرد کنترل تولید اتوماتیک برای شرکتهای تولیدکننده - GENCO - 5، انتقال - TRANSCO - 6 و توزیع - DISCO - 7 قدرت الکتریکی آنهم به شکل اقتصادی درحالیکه کیفیت برق را در محدوده قابلقبول حفظ کند، ضروری است. نوسان تقاضای بار منجر به تغییراتی در عملکرد سیستم برق قدرت خواهد شد که منجر به انحراف فرکانس از مقدار عددی و حرکت بهسوی ناپایداری میشود. هدف اصلی AGC، حفظ فرکانس سیستم یا صفر نگهداشتن نوسانات فرکانس در محدودههای از پیش تعیینشده در ناحیه موردنظر است
اگرچه بسیاری از تئوریهای کنترل پیشرفته مطرحشده، اما اکثر کنترلکنندههای صنعتی هنوز هم از کنترلکنندههای کاربردی متداول نظیر کنترلکنندههای تناسبی انتگرال گیر - PI - 8 یا تناسبی انتگرالی مشتق گیر - PID - 9 استفاده میکنند. کنترلکنندههای PID بهواسطه ساختارهای ساده، استحکام و قابلیت بهکارگیریشان در یک دامنه وسیع و بهکارگیری آسان ترجیح داده میشوند
کنترلکنندههای PID مرتبه کسری - FOPID - 10، بسط و توسعه کنترلکنندههای PID کلاسیک بر اساس محاسبات کسری هستند. در کنترلکنندههای FOPID علاوه بر بهرههای تناسبی - P - ، انتگرالی - I - و مشتق گیر - D - ، دو پارامتر کنترلی دیگر تحت عنوان مرتبه انتگرال - - 11 و مرتبه مشتق گیر - ʽ - 12 وجود داشته که انعطاف بیشتری در طراحی کنترلکننده را فراهم میآورند .[2] برخی از مزایای اصلی استفاده از کنترلکنندههای مرتبه کسری عبارتاند از :
- 1 ردیابی بدون خطای حالت ماندگار
- 2 مقاومت در برابر ناپایداریهای سیستم
- 3 مقاومت در برابر نوسانات فرکانس بالا
- 4 موفق بودن در حذف اغتشاش خروجی هدف از این تحقیق ارائه یک استراتژی کنترلی کارآمد و مناسب جهت کنترل اتوماتیک تولید یا همان کنترل بار فرکانس میباشد.
در این مقاله به بررسی و همچنین نتایج شبیهسازیهای یک سیستم حرارتی دارای سه ناحیه کنترلی خواهیم پرداخت که دارای گاورنر، توربین دوباره گرمایی و همچنین محدودیتهای میزان تولید میباشد. در بخش دوم طرح پیشنهادی معرفیشده و سپس در بخش بعد به بررسی نتایج شبیهسازی با استفاده از کنترلکنندههای طراحیشده میپردازیم. در ادامه به مقایسه کنترلکننده و با کنترلکننده که در مرجع [4] استفادهشده، پرداخته میشود و درنهایت در بخش آخر جمعبندی ارائه میشود.
-2 معرفی سیستم
کلیه سیستم AGC پیشنهادشده که تحقیقات بر روی آن انجامشده است سیستمی دارای سه ناحیه نابرابر که ناحیه :1 MW 2000، ناحیه MW 4000 :2، ناحیه MW 8000 :3 هستند. هرکدام از ناحیهها توسط خطوط ارتباطی با ناحیههای مجاور خود در ارتباط هستند و این موضوع باعث میشود که نحوه عملکرد هرکدام از ناحیهها بر روی دیگر ناحیهها اثرگذار باشد.
این سیستم دارای توربین دوباره گرمایی و GRC که در مقدار %3 در هر دقیقه تنظیمشده، میباشد. در سیستم تولید برق اتوماتیک GRC همیشه باید برای توربینها در نظر گرفته شود، چون تولید برق فقط در یک نرخ ماکزیمم مشخص تغییر میکند .[4] اگر این محدودیتهادر نظر گرفته نشوند، احتمالاً سیستم اختلالات لحظهای بزرگی را دنبال میکند که این موضوع منجر به فرسایش و ازهمگسیختگی کنترلکنندهها میشود. پارامترهای عددی سیستم در جدول 1 مشخصشده و همچنین بلوک دیاگرام سیستم حرارتی دارای سه ناحیه با کنترلکنندههای در نظر گرفتهشده در شکل 1 نشان دادهشده است.
شکل :1 بلوک دیاگرام سیستم حرارتی دارای سه ناحیه.
جدول :1 پارامترهای عددی سیستم حرارتی دارای سه ناحیه.
