بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، ضمن معرفی روش کنترل پسگام تطبیقی، از الگوریتم بهینهسازی ژنتیک با مرتبسازی نامغلوب برای بهینهسازی پارامترهای کنترل کننده استفاده شده است. مزیت عمده این روش کنترلی این است که ضمن کارایی در هر دو نوع ریزشبکه AC و DC دو قطبی و عدم نیاز به تکنیک تشخیص جزیره در هنگام انتقال مد از حالت متصل به شبکه به حالت جزیرهای، بیشترین بهرهگیری را از کنترل کننده به همراه دارد زیرا پارامترهای کنترل کننده در آن به صورت بهینه تعیین میشوند. روش کنترلی پیشنهادی روی یک ریزشبکه نمونه پیاده-سازی شده که نتایج بیانگر کارایی و سودمندی آن در کنترل و بهبود پایداری ریزشبکه میباشد.
-1 مقدمه
از اواخر دهه 80 تا کنون بیشترین مطالعات انجام شده بر روی سیستمهای DC مربوط به خطوط انتقال فشار قوی DC بوده است اما شبکههای توزیع در برخی از کاربردهای خاص نظیر سیستمهای مخابراتی، کشتی و ناوها، هواپیماها و سایر سیستمهای حمل و نقل ماشینی مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. مفهوم و ساختار ریز شبکه DC در کاربردهای متفاوت، همچون هواپیما و شبکههای صنعتی، دارای چارچوبی کم و بیش یکسان است. اساساً شبکههای توزیع DC در وسایل نقلیه حساسی همچون هواپیما و کشتی میتوانند به عنوان یک ریزشبکه DCدر حالت جزیرهای لحاظ شوند
ریزشبکه به مجموعهای از بارها، منابع تولید و ذخیره انرژی گفته میشود که به صورت یک بار قابل کنترل یا ژنراتور عمل کرده و میتوانند توان و حرارت را برای یک ناحیه محلی فراهم نمایند. این مفهوم الگوی جدیدی را برای بهرهبرداری تولید پراکنده در سطح شبکه توزیع ارائه نموده و امکان کنترل محلی و سازماندهی خودکار بهرهبرداری تولیدپراکنده را فراهم مینماید
به منظور کنترل ریزشبکهها در شرایط مختلف، کنترلهای موجود به دو دسته کلی کنترل کوتاه مدت تعادل توان و مدیریت طولانی مدت انرژی تقسیم میشوند. کنترل کنندههای کوتاه مدت متعادل کننده توان عموماً به هنگام گذر بین دو مد عملیاتی، فرکانس و ولتاژ ریزشبکه را تنظیم میکنند. این کار شامل عملکردهای استراتژی تعقیب و تسهیم لحظهای بار - سطح اولیه کنترل در کنترل سلسله مراتبی - ، بازیابی فرکانس و ولتاژ بعد از حالت-های گذرا - سطح ثانویه - و سنکرون کردن دوباره ریزشبکه با شبکه اصلی - سطح ثالثیه - میباشد.
وظایف بخش مدیریت طولانی مدت انرژی - سطح چهارم - شامل توزیع توان خروجی واحدهای DER، کنترل تغییرات توان میان ریزشبکه و شبکه اصلی است. برای اجرای این وظایف کنترلی یک کنترل سلسله مراتبی با چهار سطح کنترلی به ترتیب از کنترل کوتاه مدت تا مدیریت طولانی مدت مورد استفاده قرار میگیرد
نگهداری فرکانس و ولتاژ در سطوح استاندارد و مجاز که وظیفه سطح اول کنترل سلسله مراتبی است، یک شرط مهم در روشهای اجرای طراحی ریزشبکه است. استراتژیهای متنوع کنترل ریزشبکه جهت حفظ و نگهداری ولتاژ و فرکانس درون سطوح مجاز، پیوسته در حال توسعه است . مثالهایی از این استراتژیهای کنترلی عبارتند از: - 1 کنترل فرمانده- فرمانبر - 2 [5] کنترل مبتنی بر دروپ [6] و [7] و - 3 کنترل تغییر یافته دروپ توان اکتیو
دو استراتژی اول برای کنترل ریزشبکه که بیشتر رایج هستند با عنوان کنترل مرکزی و کنترل غیر متمرکز نیز شناخته میشوند. در کنترل مرکزی یک کنترل مرکزی ریزشبکه وجود دارد که در پست MV/LV - پست اتصال ریزشبکه به شبکه اصلی - نصب شده است. برای راهاندازی MGCC نیاز به زیرساختهای مخابراتی است که به دلیل کوچک بودن فضای اشغال شده توسط ریزشبکه میتواند هزینه کمی داشته باشد
MGCC، شامل توابع کلیدی مختلفی است - مانند توابع مدیریت اقتصادی و توابع کنترلی - و رهبری سیستم کنترل سلسله مراتبی را به دست دارد. از طرفی استفاده از این زیرساخت مخابراتی باعث کاهش قابلیت اعتماد ریزشبکه به نسبت استراتژی مبنی بر دروپ - کنترل غیر متمرکز - شده است .[11] در این مقاله، ضمن معرفی روش کنترل پسگام تطبیقی از الگوریتم بهینهسازی ژنتیک با مرتبسازی نامغلوب برای بهینهسازی پارامترهای کنترل کننده استفاده شده است.
-2 ساختار کنترل کننده غیرخطی
شکل - 1 - توپولوژی کنترلکننده غیرخطی را نشان میدهد. این کنترلکننده از زاویه توان، فرکانس و توان در ریزشبکههای AC و از ولتاژ و جریان در ریزشبکههای DC استفاده میکند. همانطور که مشاهده میشود کنترل-کننده سه حلقه کنترل کننده دارد: حلقه زاویه، حلقه فرکانس و حلقه گشتاور مجازی که با عنوان پایدارساز ریزشبکه شناخته میشود.
کنترلکننده غیرخطی در راستای میراسازی نوسانات زاویه توان، فرکانس و گشتاور مجازی عمل میکند و مرجع مشخصی برای زاویه توان وجود ندارد. در واقع در شکل - 1 - ، اختلالات سیگنالها به وسیله یک فیلتر washout - یک نوع فیلتر بالا گذر - و بدون اطلاع از مقادیر مرجع آنها به دست آمده است. کنترلکننده زاویه، انحراف از فرکانس مرجع ref - - را تولید کرده و حلقه فرکانس مسئول تعیین گشتاور مورد نیاز Te_ref - - به عنوان یک تابع از خطای زاویه و خطای فرکانس است. پایدارساز غیرخطی ریزشبکه که میتواند به عنوان یک کنترلکننده گشتاور در نظر گرفته شود سعی میکند خطای گشتاور را با استفاده از کنترل ولتاژ کمکی به صفر برساند.
به عبارت دیگر، بر عکس کنترل ولتاژ - جریان سنتی، توان به صورت مستقیم و با تغییر اندازه ولتاژ کنترل خواهد شد. به این معنی که اندازه جریان با تنظیم زاویه توان - - و فرکانس - v - از طریق یک استراتژی کنترل مستقیم توان قابل کنترل است. بکارگیری این نوع روش کنترل در ریزشبکه چندین برتری نسبت به طرحهای کنترل سنتی دارد.
- این نوع کنترلکننده برای همه مدهای کاری، فراگیر و انعطافپذیر است زیرا نیازی به تغییر ساختار کنترل-کننده حین انتقال مد ندارد. این بدین معنی است که نیازی به تغییر استراتژی کنترل حین انتقال مد نیست، بنابراین مسائل پایداری مربوط به تأخیر زمانی ناشی از تشخیص جزیره شدن اساساً کاهش مییابد. در نتیجه این کنترلکننده انتقال یکپارچه به مد جزیره شده را فراهم خواهد کرد.
شکل : - 1 - ساختار کنترل کننده غیرخطی
- عملکرد پایدار و نرم ریزشبکه حین حالات گذرای شدید مثل جزیرهسازی، بازیابی ریزشبکه و تغییرات ناگهانی توان
- بار به وسیله پایدارساز غیرخطی مورد نظر قابل حصول است.
با نوشتن معادلات فضای حالت، در نهایت معادلات زیر حاصل میشود.
d پارامتر نشان دهنده در نظر گرفتن عدم قطعیتها میباشد که با در نظر گرفتن آن، سیستم در مقابل خطاهای اندازهگیری، خطاهای مدلسازی و اختلالات سیستم بیش از پیش مقاوم میگردد.
به منظور بهره گیری حداکثر از مزایای آن، در ادمه روش کنترل پسگام تطبیقی به منظور ارتقای عملکرد مدل کنترل کننده غیرخطی معرفی میشود. همچنین، به منظور بهینهسازی پارامترهای کنترل کننده از الگوریتم اجتماع ذرات استفاده خواهد شد که این الگوریتم نیز در بخشهای بعدی تشریح میگردد.
-3 روش پسگام تطبیقی
در این بخش بر پایه روش پس گام تطبیقی، روند طراحی کنترلکننده برای سیستم - 1 - تا - 3 - ارائه میشود. هدف طراحی، کمینه کردن اختلاف سیگنال مرجع مطلوب Xiref و مقدار واقعی Xi است به نحوی که متغیرهای حالت مقادیر مطلوب خود را دنبال کنند. خطای سیگنال مرجع Xiref و مقدار واقعی آن Xi به شکل زیر قابل تعریف است.
