بخشی از مقاله
چکیده
ریز شبکهها در سی ستم قدرت از چندین منبع تولید پراکنده، بارهای الکتریکی محلی، سی ستم ذخیره انرژی، سی ستم ارتباطی و کنترلکننده ت شکیل شده ا ست. از مباحث مهم در ریز شبکه ها کنترل ولتاژ و فرکانس بار میبا شد. کنترل کنندههای مر سوم PID برای کنترل فرکانس در نقاط کار مختلف به اندازه کافی مقاوم نمیبا شند. در این مقاله رو شی ترکیبی برای تنظیم بهینه ضرایب کنترلر PID مرتبه ک سری بهمنظور کنترل فرکانس و کنترل توان انتقالی بین دو ریز شبکه پی شنهاد شده ا ست. این کنترلکننده پی شنهادی در حلقه کنترلی ثانویه هر یک ریز شبکهها قرار میگیرد. برای یافتن ضرایب بهینه کنترلر PID مرتبه ک سری از الگوریتم ترکیبی جدید گرگ خاک ستری-ج ستجو الگو ا ستفاده شده ا ست. در الگوریتم ترکیبی HGWO_PS، ابتدا نتایج تقریبی بهینه سازی از الگوریتم GWO به د ست آمده و خروجی این الگوریتم به عنوان نقطه شروع در الگوریتم PS استفاده میشود و نتایج نهایی به دست میآید. نتایج حاصل از روش پیشنهادی با نتایج به دست آمده از کنترلکننده PID که ضرایب آن با استفاده از جدول زیگلر-نیکولز بدست آمده و کنترل کننده PID مرتبه کسری که ضرایب آن با الگوریتم گرگ خاکستریبهینه شده، مقایسه شده که مبین عملکرد مناسب و مقاوم در برابر عدم قطعیت پارامترهای ریزشبکهها برای روش پیشنهادی است.
واژههایکلیدی:کنترلفرکانس-بار، ریزشبکه، کنترلرمرتبهکسری، الگوریتمگرگ خاکستری-جستجو الگو
-1 مقدمه
با افزایش روز افزون مصرف انرژی در جهان، سیستمهای قدرت مرسوم با مسایلی همچون نگرانیهای زیست محیطی، هزینه بالای احداث نیروگاههای جدید، محدودیتهای موجود در
احداث خطوط انتقال/توزیع و کمبود سوختهای فسیلی مواجه شدهاند. به منظور غلبه بر این م شکلات، افزایش قابلیت اطمینان در سرویسدهی به م شتریان و کا ستن تراکم و تلفات در خطوط
توزیع و انتقال، منابع تولید پراکنده و تجدیدپذیر انرژی به عنوان گزینهای جدید و مناسب در سیستمهای قدرت مدرن معرفی شدهاند.[1] با پدیدار شدن منابع تولید پراکنده، چالش نحوه
م شارکت این منابع در تنظیم متغیرهای ا سا سی شبکه همچون فرکانس و ولتاژ و نحوه مبادله توان میان شبکه سراسری و منابع تولید پراکنده ظاهر گردید.
برای حل این چالش، در سال1998 توسط موسسه - CERT - مفهوم ریزشبکهها - MG - برای اولین بار در سی ستمهای قدرت مدرن معرفی گردید. بر ا ساس این مفهوم ریزشبکهها، شبکههای قدرت کوچکی بوده که از چندین منبع تولید پراکنده ، بارهای محلی، ذخیره سازها و سیستم کنترلی ت شکیل شدهاند. ریز شبکهها در حالت عادی به شبکه سرا سری متصل بوده و در حالت اضطراری، بنا به رخداد اغتشاشهای سنگین از شبکه اصلی جدا شده و میتواند بارهای اساسی و مهم محلی را به تنهایی تغذیه کنند.[2] افزایش تعداد ریزشبکهها درسیستم قدرت سبب میشود که بر میزان پیچیدگی و غیر خطی بودن شبکه های قدرت افزوده شده ودر نتیجه کنترلکنندههای کلاسیک مثل قبل کارآیی نداشته باشند.
کنترلکنندهای تنا سبی-انتگرالی بی شترین کاربرد و قابلیت اطمینان را در سیستم قدرت برای کنترل فرکانس دارا میباشند، زیرا دارای ساختار ساده و مقرونبه صرفه ه ستند. اما م شکل این کنترلکنندهها این ا ست که ضرایب کنترلکننده بر ا ساس نقطه کار سی ستم برای شرایط کار نامی برای یکبار تنظیم می شود و اگر به دلیل وقوع اغتشاش شرایط کار سیستم عوض شود، مقادیر کنترلکنندهها دیگر مقادیر بهینه نخواهد بود و پاسخ مناسب قبل را نخواهد داشت.[3] در مرجع [4] برای کنترل فرکانس ریز شبکه از دروپ کنترلر و در مرجع [5] از کنترلکننده PID مرتبه کسری استفاده شده و از روش الگوریتم ازدحام ذرات برای کنترل فرکانس در مراجع 7]،[6 چاده میشود.
در مراجع [10-8] به منظور کنترل فرکانس ریزشبکه از کنترل ثانویه فرکانس بر روی مبدل منابع تولید پراکنده ا ستفاده شده ا ست. در مرجع [11] از کنترلکننده فازی که ضرایب آن با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات بهینه شده بهره گرفته ا ست. در مرجع [12] کنترل ثانویه فرکانس ریزشبکه ایزوله بدون ژنراتور سنکرون بر روی مبدل منابع تولید پراکنده انجام شده است. مرجع [13] از سیستمهای ذخیره انرژی که تقش مهمی در پایداری فرکانسی و تعادل میان تولید و مصرف ریزشبکهها ایفا می کنند بهره گرفته است. این سی ستمها در مواقع کاهش بار شروع به ذخیره انرژی کرده و در مواقعی که بار افزایش می یابد از انرژی ذخیره شده آنها برای تامین بار میتوان استفاده میکند.
در مرجع [14] یک روش کنترل مقاوم برای کنترل فرکانس ریزشبکه ایزوله پیشنهاد شده است.در مراجع15]و[16 جهت کنترل فرکانس از کنترل دروپ بر روی منابع تولید پراکنده موجود در ریزشبکه به کارگرفته شده است این کنترلکنندهها بر اساس مشخصه افت فرکانس-توان هر یک از منابع تولید پراکنده تنظیم شده و بر روی ادوات الکترونیک قدرت آنها اعمال شدهاند. در مرجع [17] اثر تاخیر زمانی بر روی کنترل فرکانس-بار ریزشبکه بررسی شده است. در مراجع[20- 18] از کنترلکن نده فازی به عنوان کنترل کن نده ریزشبکه بهره گرفته شده است.در پژوهشهای ذکر شده ریزشبکه ایزوله بصورت یک ناحیه مورد بررسی قرار گرفته است.
در این مقاله روشی جدید برای کنترل فرکانس و توان انتقالی در چند ریز شبکه ایزوله مت صل بهم پی شنهاد شده ا ست. تابع هدف پیشنهادی انتگرال زمانی قدر مطلق خطای فرکانس دو ناحیه و توان انت قالی می باشد . - Integral Time AbsoluteError - ITAE - ضرایب کنترل کننده های PID مرتبه کسری به گونه ای تعیین میشود که تابع هدف فوق مینیمم گردد. برای بهی نه سازی تابع هدف از الگوریتم ترکیبی جدید گرگ خاکستری-جستجو الگو - - HGWO-PS استفاده میگردد. در این الگوریتم ترکیبی، ابتدا الگوریتم GWO برای به دست اوردن نتایج تقریبی بهینه سازی به کار رفته و سپس خروجی این الگوریتم به عنوان نقطه شروع در الگوریتم PS استفاده شده و نتایج نهایی به دست میآید.
در روش پیشنهادی تنظیم ضرایب کنترل کننده ها در دو مرحله انجام میپذیرد. در مرحله اول الگوریتم GWO با سرعت همگرایی بالا و د قت کم به عنوان تنظیم کن نده تقریبی ع مل کرده و ضرای ب را به صورت غیر دقیق به دست میآورد و سپس الگوریتم PS با سرعت همگرایی کم و دقت بالا به عنوان تنظیم کننده جزئی عمل کرده و ضرایب را به صورت دقیق محاسبه میکند. روش ترکیبی نه تنها سرعت همگرایی مناسب بلکه دقت خوبی داشته و در بهینههای محلی نیز گرفتار نمیگردد. همچنین عملکرد روش پی شنهادی در مقابل اغت شا شات بار و عدم قطعیت پارامترهای ریز شبکه مطلوب است. در ادامه مقاله،ریز شبکه، ات صال بین دوریز شبکه، کنترل PID مرتبه ک سری در بخش 2 و روش پی شنهادی در بخش 3 و شبیه سازی و نتایج در بخش 4 و نتیجه گیری در بخش 5 آورده شده است.
-2 ریز شبکه
-1-2بلوک دیاگرام ریز شبکه چند ناحیه ای
ریزشبکه شامل توربین بادی، سلول خورشیدی، ژنراتور، منبعذخیره انرژی و ... میباشد. شکل - 1 - نشان دهنده اتصال چند ریزشبکه در حالت ایزوله میباشد.
-2-2اتصال بین دو ریز شبکه
برای بالا بردن قابلیت اطمینان در تامین توان، یک ریز شبکه ایزوله می تواند از طریق خط ارتباطی به ریزشبکه های دیگر متصل شود. هر ریزشبکه به عنوان یک منطقه کنترل در نظر گرفته میشود، خط ارتباطی برای تبادل توان بین مناطق مختلف ریزشبکه استفاده می شود. اگر تعادل بین تولید توان و تقاضا در هر ریزشبکه به هم بخورد انحراف فرکانس به وجود میآید.[22]در شکل 2 دو ریزشبکه از طریق خط ارتباطی به هم متصل شده اند. شکل 3 بلوک دیاگرام خطی شده ریزشبکه برای دو منطقه را نشان میدهد که هر ریزشبکه شامل توربین بادی، سلول خورشیدی، ژنراتور سنکرون، سیستم ذخیره ساز، بار و ...میباشد.تغییرات توان خط ارتباطی توسط رابطه 1 نشان داده میشود.[22]با گرفتن تبدیل لاپلاس از معادله بالا رابطه2 بدست میآید. خطای کنترل تکمیلی - - ACEریزشبکه iام به وسیله رابطه 3 نشان داده میشود.[21] Bi فاکتور بایاس ریزشبکه منطقه i وPS توان خط ارتباطی است.
-3-2 کنترلر مرتبه کسری FOPID
فرم یک کنترلر رایج ترین نوع کنترلر PID،کنترلر D PI مرتبه کسری است. معادله 4 تابع تبدیل کنترلکننده PID مرتبه کسری را نشان میدهد که شامل یک بهره تناسبی، بهره انتگرالگیر که انتگرال گیر از مرتبه ویک بهره مشتق گیر که ازمرتبه است - .[14] یک کنترل PID واضح است که با انتخاب کلاسیک خواهیم داشت. انتخاب و به ترتیب متناظر با کنترلرهای PI و PD مرسوم هستند. همهی این انواع کلاسیک از کنترلرهای PID ،موارد خاصی از کنترلر PI D - FOPID - داده شده رابطه 4 ه ستند. کنترلر FOPID تعمیمی از کنترلر IOPID کلاسیک است و آن را از فرم نقطه به فرم صفحه توسعه میدهد. شکل4 یک کنترل کنندهPID مرتبه کسری را نشان میدهد.[23]یکی از مهمترین مزایای کنترلر ، کنترل بهتر سی ستمهای دینامیکی مرتبه ک سری ا ست. مزیت دیگر آن این است که کنترلرهای D PI حساسیت کمتری به تغییر پارامترهای سیستم کنترل شده دارند که این به سبب داشتن دو درجه آزادی بیشتر برای تنظیم بهتر ویژگی های دینامیکی یک سیستم کنترل مرتبه کسر ی است23]و.[24
-3 روش پیشنهادی
در روش پیشنهادی از کنترلر PID مرتبه کسری برای کنترل فرکانس و توان انتقالی استفاده شده است. تنظیم ضرایب کنترلکننده در دو مرحله انجام میپذیرد: در مرحله اول الگوریتم GWO با سرعت همگرایی بالا و دقت کم به عنوان تنظیم کننده تقریبی عمل کرده و ضرایب را به صورت غیر دقیق به دست میآورد و سپس خروجی این الگوریتم به عنوان نقطه شروع در الگوریتم PS استفاده شده و این الگوریتم با سرعت همگرایی کم و دقت بالا به عنوان تنظیم کننده جزئی عمل کرده و ضرایب را به صورت دقیق محاسبه میکند. روش ترکیبی نه تنها سرعت همگرایی منا سب بلکه دقت خوبی دا شته و در بهینه های محلی نیز گرفتار نمیگردد. همچنین عملکرد روش پیشنهادی در مقابل اغتشاشات بار و عدم قطعیت پارامترهای ریز شبکه مطلوب است.
-1-3 الگوریتم گرگ خاکستری - - GWO
در الگوریتم گرگ خاک ستری، گرگ در صدر این دستهبندی،به عنوان رئیس گروه بعد از او گرگهای w ,در دستههای ب عدی قرار میگیر ند. هر کدام از این گرگ ها بر اساس این دستهبندی، وظایف مشخصی در گروه دارند. در این الگوریتم بهینهسازی در هر تکرار بهترین جواب به عنوان در نظر گرفته می شود و دومین و سومین از بهترین جوابها به عنوان , در
