بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله از الگوریتم بهینهسازی گرگ خاکستری برای کنترل فرکانس یک سیستم سه ناحیهای دارای شش واحد استفاده شده است. نتایج حاصل از بهینهسازی GWO با نتایج الگوریتمهای ISA، GSA و PSO مقایسه شده است که الگوریتم مذبور با کنترلکننده PIDF نسبت به سایر الگوریتم ها زمان نشست و نیز نسبت میرایی کمتری را دارد. همین رویه برای کنترلکننده PI نیز تکرار شده است که مجددا الگوریتم موردنظر نتایج بهتری را ارائه کرده است.
همچنین آنالیز حساسیت با تغییرات پارامترهای سیستم و تغییر شرایط بار مورد بهرهبرداری نسبت به حالت نامی انجام شده است. در سیستم سه ناحیهای، هر ناحیه شامل دو واحد به ترتیب حرارتی-گازی، حرارتی-آبی و حرارتی-هستهای است و محدودیتهای فیزیکی نظیر توربین، بازگرمکن، قید نرخ تولید و باند مرده گاورنر غیرخطی نیز لحاظ شده است. برای تحلیل دقیقتر، سه ناحیه به صورت نامساوی و با ضریب کنترلی متفاوت در نظر گرفته شده است.
.1 مقدمه
هدف اصلی سیستم قدرت، حفظ تغذیه دائمی توان با کیفیتی قابلقبول به تمامی مصرفکنندگان در سیستم است. هنگامیکه تعادلی بین تولید توان و تقاضای توان وجود دارد، سیستم در حالت تعادل است. دو روش کنترلی به منظور دستیابی به تعادل وجود دارد، تعادل توان راکتیو - پروفیل ولتاژ قابلقبول - و تعادل توان اکتیو - مقدار فرکانس قابلقبول - . اولی تنظیمکننده خودکار ولتاژ و دومی کنترل خودکار فرکانس بار نامیده میشود. برای سیستمهای قدرت چند ناحیهای که شامل ناحیه کنترلی بههمپیوسته است، LFC نقش مهمی در نگهداری فرکانس سیستم و خطوط توان ناحیه بههمپیوسته، نزدیک به مقادیر نامی ایفا میکند.
توان مکانیکی ورودی به ژنراتور مورد استفاده قرار میگیرد تا سیستم را به دلیل تأثیر تقاضای توان الکتریکی خروجی کنترل کند و معاوضه توان را بین محدوده برنامهریزیشده حفظ کند. LFC، فرکانس سیستم و شار خطوط را تنظیم میکند، تغییر خالص در تولید موردنیاز را طبق تغییر در تقاضا و تغییر در نقطه تنظیم ژنراتورها در داخل ناحیه محاسبه میکند تا این که متوسط زمان خطای ناحیه کنترلی را در مقدار پایینی نگه دارد.
ACEعموماً بهعنوان خروجی کنترلی LFC در نظر گرفته میشود. هنگامیکه ACE توسط LFC در مقدار صفر تنظیم شد، خطای توان خطوط و فرکانس صفر خواهد شد
در یک شبکه بههمپیوسته بزرگ، تمامی واحدها با یک فرکانس مشابه کار میکنند زیرا بهصورت سنکرون به یکدیگر متصل شدهاند. هرگونه انحراف کوچکی در بار در نواحی مختلف سبب تغییر در فرکانس و توان عبوری از ناحیه میشود . در این مواقع کنترلکنندههای بهره ثابت بر مبنای تئوری کنترل کلاسیک برای کنترل انحرافات بار مورد استفاده قرار میگیرد. این رویکردها زمانی که سیکل روزانه بهشدت تغییر میکند مؤثر نیست. ازاینرو کنترلکنندههای با ساختار متغیر و رویکردهای کنترل تطبیقی بسیاری برای کنترل خودکار پیشنهاد شده است.
برای شرح این رویکردهای کنترلی، مدل کاملی که کیفیت متغیرها را دنبال کند و محدودیتهای سیستم را برآورده سازد، موردنیاز است. در سیستمهای قدرت چند ناحیهای اگر در هر یک از نواحی انحراف رخ دهد، فرکانس مربوط به این ناحیه سرعاًی تغییر میکند و سپس تأثیرات اختلال از طریق خطوط ارتباطی گسترده میشود و به دنبال آن فرکانس در سایر نواحی هم تغییر میکند. بعد از یک نوسان بار به منظور حفظ فرکانس در محدوده از پیش تعیین شده، باید یک سیستم کنترلی برای تنظیم دریچه شیر ورودی به توربین دو واحد طراحی شود. این کنترلکنندهها باید فرکانس سیستم را هرچه سریعتر اصلاح کنند.
کنترل انتگرالی بهعنوان کنترل ثانویه - کمکی - افزوده میشود. متأسفانه این نوع کنترلکنندهها کند میباشند و مدتزمان زیادی برای بازیابی از حالت اختلال بار موردنیاز است. کنترل PID ابزاری استاندارد در کاربردهای اتوماسیون صنعتی است زیرا دارای اجزای ساده و قابلیت اطمینان کافی و درک راحتی است.[2] در یک کنترلکننده PID، حالت مشتقی، پایداری سیستم را بهبود میبخشد و سرعت پاسخ کنترلکننده را افزایش میدهد اما منجر به ورودیهای کنترلی با اندازه غیرمنطقی به سیستم میشود.
همچنین هر نویزی در سیگنال ورودی کنترلی منجر به سیگنال ورودی سیستم بزرگتری میشود که اغلب منجر به پیچیدگی در برنامههای کاربردی میشود. راهحل کاربردی برای چنین مسائلی، قرار دادن فیلتری روی بخش مشتقگیر و تنظیم قطب آن است بهگونهای که برخورد به دلیل نویز، زمانی که نویز فرکانس بالا را کاهش میدهد، رخ ندهد.[1] به همین دلیل، در این گزارش تلاشی برای طراحی بهینه GWO بر اساس کنترلکنندههای PI/PIDF برای LFC در سیستم قدرت بههمپیوسته چند ناحیهای صورت گرفته است. هدف کار این گزارش عبارت است از :
✓ مطالعه اثر تابع هدف عملکرد سیستم
✓ تنظیم پارامترهای کنترلی
✓ نشان دادن فواید روش GWO پیشنهادی نسبت به سایر روشها مانند GSA، ISA و PSO برای مسئله مشابه
✓ نشان دان فواید استفاده از ساختار کنترلی اصلاحی و تابع هدف به منظور افزایش بیشتر عملکرد سیستم قدرت
✓ مطالعه اثر قیود فیزیکی مانند تأخیر زمانی، قیود نامی تولید و غیرخطی بودن محدوده مرده گاورنر روی عملکرد سیستم و طراحی کنترلکنندهها برای این شرایط.
2. مواد و روش ها
-1-2 مدلسازی سیستم قدرت برای مطالعات LFC
کنترل بار فرکانس تنها در طی تغییرات عادی بار که کوچک و کند هستند امکان کنترل را فراهم میکند. بنابراین معادلات غیرخطی که رفتار دینامیکی سیستم را توصیف میکنند، میتواند اطراف نقطه بهرهبرداری در طی این تغییرات کوچک خطی شود و یک مدل اضافی خطی میتواند برای تحلیلها مورداستفاده قرار گیرد که تحلیلها را سادهتر کند. مدل خطی LFC برای سیستم قدرت بههمپیوسته در این بخش ارائه شده است.
هر ناحیه از سیستم قدرت شامل سیستم کنترل سرعت، محرک سوپاپ هیدرولیکی - گاورنر - ، توربین، ژنراتور و بار است همانطور که در شکل - 2 - نشان داده شده است. به منظور سادهسازی تحلیل دامنه فرکانسی، تابع تبدیل برای مدلسازی هر جزء ناحیه استفاده شده است
