بخشی از مقاله
خلاصه
ریزشبکه بخشی از سیستم قدرت شامل منابع تولید پراکنده است که بهعنوان بار یا منبع توان عمل میکند و پس از جدا شدن از شبکهی اصلی باید قابل بهره برداری باشد. در حالت جدا از شبکه، تغییر توان بار میتواند به نوسان ولتاژ و فرکانس و ناپایداری سیستم بیانجامد. کنترلگر PI برای کنترل فرکانس و پایدارسازی سیستم استفاده میشود.
در این مقاله، برای تعیین پارامترهای کنترلگر PI، سیستم فازی برای مقابله با شرایط پیچیده و نامطمین، فازی نوع2 بهدلیل مقاوم بودن در برابر عدمقطعیتهای قوانین فازی یا پارامترهای سیستم و فازی نوع2 بازهیی بهسبب کاهش محاسبات، پیشنهاد میگردد. کنترلگر PI فازی نوع2 بازهیی برای ورودیهای خارجی متفاوت و بهازای دو تابع هدف مختلف به سیستم آزمون اعمال گردیده و الگوریتم بهینهیابی وال پارامترهای کنترلگر را تعیین میکند. شاخصهای کمی بهبود عملکرد طرح کنترلی پیشنهادی را در مقایسه با کنترلگرهای مشابه تایید میکند.
.1 مقدمه
منابع تولید پراکنده مانند توربین بادی، پانل خورشیدی، ژنراتور با تحریک دیزلی و پیل سوختی ریزشبکه را تشکیل میدهند که بخشی از یک سیستم قدرت است. ریزشبکه به عنوان بار یا منبع توان قابل کنترل برای تأمین توان الکتریکی و گرمایی استفاده میشود. ریزشبکه از شبکهی اصلی توان دریافت یا به آن تزریق میکند. در صورت جدا شدن از شبکه اصلی ریزشبکه باید قابل بهره برداری باشد.
برای حفظ پایداری و عملکرد سیستم شاخصهای اصلی سیستم باید کنترل شوند .[1] در سالهای اخیر، تحقیقات گستردهیی در زمینه کنترل فرکانس و ولتاژ ریزشبکهها صورت گرفته است. در [2]، فرکانس ریزشبکهها، به روش زمانبندی ضرایب افتی تنظیم شده است. در 3] و [4 پایداری فرکانسی در سیستمهای قدرت به صورت حفظ فرکانس با وجود اغتشاشات سنگین با حداقل تلفات در واحدهای تولید و بار تعریف گردیده است.
در [5]، از تکنیک سنتز µ و + برای کنترل فرکانس ریزشبکه در حالت جدا از شبکه استفاده شده است و مقاوم بودن کنترلگر طراحی شده در حضور انواع اغتشاشها و عدم قطعیتهای پارامتری بررسی شده است. در [6]، ریزشبکه، کنترلگر تناسبی- انتگرالی - PI - ، برای کنترل فرکانس به کار رفته است و پارامترهای آن به صورت آنلاین، با استفاده از سیستم فازی تعیین گردیده است.
از آنجا که عملکرد این کنترلگر تحت تاثیر توابع عضویت سیستم فازی است، همزمان با تغییرات به وجود آمده در توان بار، الگوریتم بهینه یابی ازدحام ذرات پارامترهای طرح کنترل پیشنهادی را به صورت آنلاین بهروز میکند. تغییرات فرکانس و اغتشاش بار به عنوان ورودیها و پارامترهای کنترل کننده به عنوان خروجیهای سیستم فازی انتخاب گردیده است.
در [7]، پارامترهای کنترلگر PI در حلقه ثانویه کنترل فرکانس یک ریزشبکه در حالت جدا از شبکه توسط شبکه عصبی مصنوعی تنظیم میگردد. در [8]، ، برای کنترل فرکانس ریزشبکهی غیرخطی و دارای عدم قطعیت در حالت جدا از شبکه پارامترهای کنترلگر PID به صورت آنلاین با استفاده از سیستم فازی و الگوریتم بهبود یافته تکاملی بهینه شده است.
تحقیقات نشان میدهد به دلیل آنکه درجه عضویت در توابع عضویت سیستم فازی متداول - نوع - 1 مقداری مطلق است، سیستم فازی نوع1 در مدلسازی و کمینه کردن عدم قطعیتها محدودیت دارد .[9] در سالهای اخیر سیستم فازی با توابع عضویتی که خود فازی هستند و اصطلاحا فازی نوع 2 نامیده میشود، بسیار مورد توجه قرار گرفته است .[10] سیستم فازی نوع-2 بازهای - IT2FS - حالت خاصی از فازی نوع 2 است که به سبب هزینه محاسباتی کاهش یافتهاش به طور گستردهای استفاده میشود .[13-11]
در سالهای اخیر استفاده از الگوریتمهای بهینهیابی فرا ابتکاری به دلیل مفاهیم ساده و سهولت پیادهسازی، عدم نیاز به مشتق تابع، گیر نیفتادن در بهینه محلی و قابلیت اعمال به مسائل مختلف، در حل مسائل مهندسی بسیار محبوبیت یافتهاند. الگوریتم بهینه یابی وال - WOA - الگوریتمی فراابتکاری الهام گرفته از مکانیزم شکار وال کوهاندار میباشد که در سال 2016 ارائه گردیده است. این الگوریتم در محاسبهی جواب بهینهی مسائل مختلف بسیار کارآمد است .[17]
در مقاله حاضر کنترلگرهای PI، PI فازی نوع 1 و PI فازی نوع 2 بازهیی برای کنترل فرکانس ریزشبکه در حالت جدا از شبکه استفاده میشود و پارامترهای آنها با در نظر گرفتن ورودیهای خارجی متفاوت و بهازای دو تابع هدف مختلف، با استفاده از WOA تعیین میگردد. نتایج با سه شاخص کمی ریشه متوسط مربعات تغییرات فرکانس، بیشینهی تغییرات فرکانس و انتگرال حاصلضرب زمان و تغییرات فرکانس مقایسه میگردد.
در ادامه در بخش 2، توصیف و مدلسازی ریزشبکه معرفی میشود. سیستم فازی نوع دو بازهیی در بخش 3 و الگوریتم بهینه یابی وال در بخش 4 بیان میگردد. در بخش 5، طراحی کنترل کننده توصیف میشود. در بخش 6، نتایج شبیه سازیها در سناریوی مختلف ارائه میگردد. در بخش 7 شاخصهای مقایسه کمی عملکرد کنترلگرها معرفی میشوند. در بخش 8، نتایج بررسی میگردد.
.2 ریزشبکه آزمون مورد بررسی
کنترل کننده مرکزی ریزشبکه همزمان به پردازش اطلاعات دریافتی از ریزشبکه و شبکهی سراسری میپردازد و بر اساس آن برای حالتهای کاری مختلف ریزشبکه و ریزمنابع تصمیم میگیرد. عناصر الکترونیک قدرت، منابع مورد استفاده در ریزشبکهها را به باس اصلی متصل میکنند. برای اعمال روشهای کنترلی به کنترلگرهای ریزمنابع در محل هر یک از آنها و بارهای الکتریکی، کنترلگر بار لازم است .[15]
نوسانات توان منابع تولید پراکنده و اینرسی پایین ریزشبکه باعث میشود کوچکترین اغتشاشی پارامترهای اساسی ریزشبکه را تغییر داده و حتی آن را ناپایدار سازد. برای حل این معضل، حضور منابع ذخیره کنندهی انرژی ضروری است. در شرایط عادی، ریزشبکهها به شبکهی سراسری متصل است. به هر کدام از این منابع یک کلید وصل شده تا چنانچه اغتشاشی در سیستم رخ داد، کلید قدرت موجود در نقطهی اتصال شبکه سراسری و ریزشبکه عمل کرده و ریزشبکه از شبکه جدا شده و توان بارهای محلی را تامین میکند. جدا شدن ریزشبکه از شبکهی سراسری به صورت پایدار و به نحوی که منابع تولید پراکنده توانایی کنترل فرکانس و ولتاژ سیستم را داشته باشند، یکی از مسائل مهم در کنترل منابع ریزشبکه در حالت جدا از شبکه است .[8]
.3 سیستم فازی نوع دو بازهیی
در سالهای اخیر به سبب محدودیت سیستم فازی نوع 1 در مدلسازی و کمینه کردن عدم قطعیتها، فازی نوع 2 با توابع عضویتی که خود فازی هستند، مورد توجه قرار گرفته است. IT2FS حالت خاصی از فازی نوع 2 است که به سبب کاهش هزینه محاسباتی به طور گستردهای استفاده میشود. بر خلاف سیستم فازی نوع 1، که برای هر متغیر درجه عضویتش یک عدد است، درجه عضویت فازی نوع 2 یک بازه میباشد که از بالا و پایین به دو سیستم فازی نوع 1 محدود میشود. تابع عضویت بالایی - UMF - و تابع عضویت پایینی - LMF - و فضای میان این دو ردپای عدم قطعیت - FOU - خوانده میشود.
IT2FS به طور خاص زمانی که تعیین دقیق تابع عضویت دشوار باشد یا موقع مدلسازی نظرات دور از هم افراد مختلف مفید است. توابع عضویت را با استفاده از الگوریتمهای بهینهیابی میتوان یافت. شماتیک دیاگرام IT2FS در شکل 2 آمده است که مشابه سیستم فازی نوع 1 است با این تفاوت که حداقل یکی از سیستمهای فازی در مجموعه قوانین IT2FS است.
