بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله لزوم ایجاد هماهنگی بین ترانسفورمرهاي مجهز به تپ-چنجر - ULTC - و جبرانگر استاتیکی توان راکتیو - SVC - در جهت تنظیم ولتاژ تشریح میگردد. بدنبال آن با در نظر گرفتن تغییرات لازم در سیستم کنترلی مرسوم هرکدام از آنها، کنترل کنندهاي جهت هماهنگ ساختن عملکرد این دو المان در تنظیم ولتاژ طراحی میگردد. با توجه به اینکه رفتار کلی فرآیند مورد نظر را میتوان بصورت یک سیستم گسسته پیشامد مدل نمود، لذا بهترین و سادهترین گزینه ممکن براي طراحی کنترلر هماهنگ کننده استفاده از نظریه کنترل نظارتی سیستمهاي گسسته پیشامد خواهد بود. چرا که در این روش نیازي به در نظر گرفتن مسائلی از قبیل وجود تأخیر زمانی، و یا وجود نواحی مرده در مشخصه ULTC، و یا غیر خطی بودن فرآیند نخواهد بود. می توان اثبات نمود که سیستم کنترل نظارتی طراحی شده بهینه خواهد بود، به این مفهوم که براي برآورده ساختن مشخصههاي کنترلی مورد نظر، کمترین محددیت ممکن را در رفتار فرآیند ایجاد میکند.
-1 مقدمه
کنترل ولتاژ در یک شبکه قدرت همواره یکی از مهمترین چالشهاي صنعت برق بوده است. ترانسفورماتورهاي مجهزبه تپ-چنجر بصورت گستردهاي جهت تنظیم ولتاژ در شبکههاي قدرت بکار گرفته میشوند. در بسیاري از مواقع به خصوص در سیستمهاي توزیع، براي آنکه درجه آسیبپذیري بارهاي حساس به تغییرات ولتاژ کاهش یابد،لازم است که تغیرات ولتاژ بسرعت جبران شوند و به همین منظور از ادوات جبرانگر استاتیکی توان راکتیو نظیر SVC نیز در جهت کنترل ولتاژ بهره گرفته میشود .[1] چنانچه این دوالمان بصورت همزمان براي تنظیم ولتاژ نقطهاي از یک شبکه قدرت مورد استفاده قرار گیرند، در پاسخ به تغییرات احتمالی ولتاژ، وظیفه جبران کاهش یا افزایش ولتاژ به دلیل عملکرد سریعتر SVC، بر عهده آن قرار داده میشود و عملاً ULTCکاري انجام نمیدهد.
بنابراین احتمال آنکه رفته رفته SVC به اشباع برود، بسیار بالا خواهد رفت و در نتیجه پس از مدت زمانی، دیگر قادر نخواهد بود به تغییرات ولتاژ پاسخ دهد ودر واقع نقش یک خازن ثابت را ایفا خواهد نمود2]و.[3 باتوجه به اینکه استفاده از SVC به عنوان یک کنترل کننده اضطراري براي اعمال پاسخ سریع به تغییرات ناگهانی ولتاژ اجتناب ناپذیر است، باید به طریقی ظرفیت آن براي پاسخ به تغییرات احتمالی ولتاژ در لحظات آینده، حفظ شود. بنابراین بکارگیري یک استراتژي کنترلی جهت هماهنگ نمودن عملکرد SVC و ULTC ضرورت مییابد. قبل از طراحی کنترلر هماهنگ کننده، لازم است در سیستمهاي کنترلی مرسومی که قبلاً براي کنترل دینامیک هر کدام از این المانهابکار گرفته میشد، تغییراتی اعمال شود.
در همین راستامشخصه V-I جدیدي براي جبرانگر استاتیکی توان راکتیوبکار گرفته میشود که در آن عمل سوئیچنگ نیز مشاهدهمیشود.[2] همچنین با توجه به اینکه ULTC نیز بکلی داراي رفتار سوئیچینگ میباشد، بنابراین میتوان کل فرآیند را درقالب یک سیستم گسسته پیشامد مدلسازي نمود و براي طراحی کنترلر هماهنگ کننده، از نظریه کنترل نظارتی بهرهگرفته شود.[4] مزیت استفاده از این نظریه جهت طراحی کنترل کننده به این مسئله بر میگردد که در این روش باتوجه به اینکه فرآیند ماهیتاً داراي رفتار گسسته-پیشامداست، نیازي به در نظر گرفتن مسائلی از قبیل وجود تأخیرزمانی، و یا وجود نواحی مرده در مشخصه ULTC، و یا غیر خطی بودن فرآیند نخواهد بود.
همچنین از طرف دیگر، بااستفاده از تئوري کنترل نظارتی، بهینه بودن کنترلر هماهنگ کننده طراحی شده نیز تضمین میشود. به عبارت دیگرمیتوان اثبات نمود که کنترل کننده طراحی شده براي برآورده ساختن مشخصههاي کنترلی مورد نظر کمترین محدودیت ممکن را بر رفتار فرآیند تحمیل میکند. درمقالاتی نظیر [4-9] در ارتباط با طراحی سیستم کنترل نظارتی، مدلسازي، تجزیه و تحلیل و مانیتورینگ و عیب یابی و پیادهسازي کنترل کننده ناظر براي سیستمهاي قدرت الکتریکی، مطالبی ارائه شده است.
در این مقاله با در نظر گرفتن جدیدترین مشخصههاي ارائه شده براي SVC و ULTC، با استفاده از نظریه کنترل نظارتی سیستمهاي گسستهپیشامد، کنترل کنندهاي طراحی شود که علاوه بر آنکه کنترل کامل رفتار ULTC را بر عهده خواهد داشت در مواقع لازم، قادر خواهد بود هماهنگی لازم بین SVC و ULTC را ایجاد نماید.در بخش 2 اصول عملکرد ULTC و SVC تشریح خواهدشد. در بخش 3 هماهنگی بین این دو المان بصورت کامل مورد بحث قرار می گیرد. نحوه طراحی کنترل کننده نظارتی هماهنگ کننده دو المان مذکور نیز در بخش 4 ارائه شده است. در بخش 5 نیز نتاج بدست آمده ارائه میگردد.
-2 مؤلفههاي کنترل ولتاژ
در این مقاله فرض میشود که براي کنترل ولتاژ در یک شبکهقدرت همزمان از ULTC و جبرانگر استاتیکی توان راکتیو - SVC - استفاده میشود. در بخش زیر اساس عملکرد هرکدام ار این المانها به اختصار بیان شده است.
-1-2 ترانسفورماتور مجهز به تپ-چنجر
ترانسفورمرهاي مجهز به تپ-چنجر امروزه نقش بسیارمهمی را در کنترل ولتاژ شبکههاي انتقال الکتریکی ایفامیکنند که کاربرد گسترده آنها در بخشهاي مختلفشبکههاي انتقال، و شبکههاي توزیع انرژي الکتریکی مؤیداین مطلب میباشد. این ترانسفورمرها براي کنترل لحظه به لحظه تغییرات ولتاژ شبکه بکار گرفته میشوند .[1] در مقالهحاضر، ULTC با مد کاري Auto/manual در نظر گرفته میشود. به این مفهوم که اپراتور میتواند در هر زمانی که بخواهد وضعیت کاري ULTC را از حالت Auto به حالت کنترل دستی Manual تغییر دهد. همچنین در مواقعی که در حالت اتوماتیک، عمل افزایش یا کاهش تپ ترانس موفقیت آمیز نباشد، به طور خودکار مد کاري ULTC به مد Manualمنتقل خواهد شد.
منطق کنترلی ترانسفرمرهاي مجهز به تپ-چنجر نوع ULTC
در مقالاتی نظیر 1]و [10 ارائه شده است. هنگامی که اندازه ولتاژ "نرمال" نباشد، یعنی خارج از محدوده مجاز باشد،کنترل کننده تپ چنجر پس از گذشت مدت زمان مشخص Tdelay ، با تغییر دادن تپ ترانسفورماتور در جهت باز گرداندن مقدار ولتاژ به اندازه نرمال عمل مینماید. لحاظ نمودن تأخیر در عملکرد کنترل کننده براي جلوگیري از تغییر دادن غیر ضروري تپ ترانسفورماتور میباشد، چرا که گاهیاوقات افزایش یا کاهش ولتاژ بصورت لحظهاي میباشد، که در این مواقع نیازي به تغییر تپ نمیباشد. در نمونههاي عملی ULTC، پس از آنکه یکبار تپ ترانسفورماتور کاهش/افزایش داده شد، و هنوز مقدار ولتاژ در محدوده مجاز قرارنگرفته باشد، زمان تایمر ULTC برابر مقدار از پیش تعیین شده Tswitching قرار داده میشود. Tswitching که مشخصکننده حداقل زمان تأخیر عملکردي ULTC بین دوسوئیچینگ متوالی است، داراي مقداري کوچکتر از میباشد.
-2-2 جبرانگر استاتیکی توان راکتیو - - SVC
همانطوري که شکل 1 نیز مشخص شده است، بطور کلیSVC متشکل از یک راکتور کنترل شده تریستوري - TCR - وچند خازن مجهز به کلید تریستوري - TSC - و یا یک خازنثابت - FC - میباشد .[11] با هماهنگ نمودن کلیدزنی خازن و کنترل پیوسته زاویه آتش تریستور راکتور، میتوان توان راکتیو خروجی را بطور پیوسته بین مقادیر نامی خازنی وسلفی این جبرانگر تغییر داد.هدف از بکار گیري SVC در یک شبکه قدرت الکتریکی را میتوان مواردي نظیر افزایش ضریب توان، افزایش ظرفیتانتقال و یا کنترل ولتاژ در نظر گرفت. در مقاله حاضر SVCدر جهت کنترل ولتاژ بکار گرفته میشود.
جبرانگر میتواند ولتاژ نقطه مورد نظر شبکه قدرت، را در مقدار مشخص شدهاي تثبیت نماید. مشخصه ولتاژ-جریان جبرانگرSVC در شکل 2 نشان داده شده است. این شکل بیانگر آن
است که تنظیم ولتاژ با شیب معلومی حول ولتاژ نامی درمحدوده عملکرد SVC که توسط حداکثر جریانهاي سلفی و خازنی تعیین میشود قابل انجام است .[12]شیب مشخصه V-I جبرانگر به مقدار گین فیدبک کنترل کننده آن بستگی دارد. در شکل 3 بلوك دیاگرام کلی سیستم مرسوم کنترلی SVC ارائه شده است. شیب X SL مشخص کننده این است که در پاسخ به یک مقدار خطاي خاص در
