بخشی از مقاله
خلاصه :
در این مقاله مسئله کنترل و پایدارسازی سیستمهای قدرت چندماشینه را مورد بررسی قرار میدهیم. روش کنترل هوشمند مبتنی بر فازی نوع 2 را معرفی کرده و معادلات ریاضی و بلوک دیاگرام مربوط به این سیستم کنترل را تشریح نمودیم. نیز سیستم کنترل پیشنهادی را بر روی یک سیستم نمونه به نام WECC پیادهسازی نموده و از طریق مطالعات مبتنی بر شبیهسازی ویژگیهای آن را مورد بررسی قرار دادیم. بدلیل استفاده از توابع فازی نوع 2 مسئله وجود عدم قطعیت در طراحی سیستم کنترل لحاظ شده و کنترلکننده ای را نتیجه میدهد که دارای پارامترهای مخصوص برخورد با مسئله وجود عدم قطعیت است و عملکرد مقاوم را ارائه میدهد.
.1 مقدمه :
از آنجا که در سالهای اخیر, سیستمهای قدرت در تمامی نقاط دنیا هم از لحاظ اندازه و هم از لحاظ میزان پیچیدگی رشد قابل ملاحظهای پیدا کردهاند. به منظور حداکثرسازی راندمان تولید و توزیع سیستم قدرت, اتصال بین سیستمهای ناحیهای برقرار شده و از حداکثر ظرفیت ژنراتورها در طول بازههای زمانی بلندمدت بهرهبرداری میشود.
بنابراین سیستمهای قدرت امروزی تبدیل به سیستمهای متصل به هم یا چندماشینه شدهاند که علاوه بر مزایای بسیار زیادی که فراهم میکنند, مشکلاتی را نیز از لحاظ نگهداری و پایدارسازی به دنبال داشتهاند. علاوه بر این, اقتصادیترین مکانها برای تاسیس نیروگاههای تولید, معمولا در نواحی دور از بارها قرار داشته و برای انتقال توان باید از خطوط انتقال بهره گرفت.
قسمت عمده اتصالات سیستمهای قدرت از طریق خطوط انتقال AC صورت گرفته و ژنراتورهای مختلف این سیستم چندماشینه به صورت سنکرون عمل میکنند. تحلیل حالتهای گذرا در چنین سیستمهایی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار بوده و عدم توجه به آن میتواند حتی منجر به فاجعههای جبرانناپذیر شود. در این مقاله هدف ارائه راهحلی جهت کاهش و کنترل نوسانات الکترومکانیکی ژنراتورها در یک سیستم قدرت چندماشینه و به تبع آن بهبود پایداری است.
بدلیل اینکه نوسانات الکترومکانیکی ناشی از ماشین های سنکرون موجود در سیستم قدرت چندماشینه میباشند, معمولا در مطالعه آنها به مدلی با جزئیات زیاد از ماشینها احتیاج بوده و از حالتهای گذرای بسیار سریع موجود در خود شبکه چشمپوشی میشود. با در نظر گرفتن شرایط ذکر شده, مجموعهای از معادلات دینامیکی غیرخطی خواهیم داشت که نحوه تبادل انرژی الکترومکانیکی ماشینها را از طریق خطوط انتقال توصیف خواهد نمود. پایداری سیستمهای قدرت معمولا به شدت اغتشاشات وارد شده بستگی دارد. معمولا معیارهای طراحی تعیین میکند که سیستم باید در برابر چه نوع اغتشاشاتی و با چه شدتی پایدار بماند.
بنابراین سیستم قدرت باید بدون وجود اغتشاش و همچنین با وجود اغتشاشاتی با حد مشخص بتواند پایداری خود را حفظ نماید. دلیل وجود چنین مشکلاتی، غیرخطی بودن سیستم قدرت چندماشینه, وجود دینامیکهای مدل نشده و همچنین سیستمهای کنترل با عملکرد نامناسب میباشد. بنابراین ارائه راه حلهای کنترلی جهت بهبود پایداری سیستمهای قدرت چندماشینه, که دارای مدل غیرغطی بوده و تحت تاثیر عدم قطعیتهای پارامتری و سیگنالی هستند, دارای اهمیت ویژهای بوده و توجه به آن میتواند عملکرد بهتر و مطمئنتری را برای اینگونه از سیستمها نتیجه دهد.
با ظهور روشهای کنترل هوشمند و نیاز کمتر آنها به مدل دقیق, محققان زمینههای مختلف برای کاربردهای متنوعی از آنها بهره گرفتهاند که عملکرد مطلوب آنها را در چنین مواقعی اثبات میکند. با توجه به این ویژگی روشهای کنترل هوشمند, قصد داریم برای بهبود پایداری سیستمهای قدرت چندماشینه از آنها بهره برده و مسئله غیرخطی بودن و وجود عدم قطعیت را مرتفع سازیم.
مطالبی که در این مقاله بیان خواهند شد به قرار زیر است:
در فصل دوم به مدلسازی سیستمهای قدرت چندماشینه خواهیم پرداخت. با توجه به اینکه سیستمهای واقعی دارای مدل غیرخطی هستند, مدل سیستم قدرت چندماشینه را نیز به صورت غیرخطی توسعه خواهیم داد. فصل سوم را به ارائه استراتژی کنترل هوشمند فازی نوع 2 جهت پایدارسازی سیستم و کاهش اثر اغتشاشات و عدم قطعیتها اختصاص خواهیم داد. در فصل چهارم یک سیستم قدرت چندماشینه نمونه را در نظر گرفته و با مطالعات مبتنی بر شبیهسازی به ارزیابی سیستم کنترل پیشنهادی خواهیم پرداخت. در فصل پنجم نیز نتیجه گیری ارئه خواهد شد.
.2 مدل سازی سیستم های قدرت چند ماشینه:
مفهوم مدلسازی همواره جزئی جداییناپذیر در درک پدیدههای فیزیکی بوده است. هر چه مدل بدست آمده از یک سیستم فیزیکی شامل جزئیات بیشتری باشد, میتوان درک عمیقتر و پیشبینیهای دقیقتری را نسبت به رفتار آن پدیده فیزیکی داشته باشیم. جایگاه مدلسازی در رشتههای مهندسی نیز از دو منظر دارای اهمیت فوقالعادهای بوده که شامل موارد تحلیل رفتار سیستمها و همچنین طراحی اجزایی جهت بهبود عملکرد آنهاست.
برای مدلسازی سیستمها دو روش عمومی وجود دارد. روش اول مبتنی بر مطالعات تجربی و جمع آوری داده از سیستم و سپس تخمین پارامترهای آن بوده که اساس کار روشهای شناسایی سیستمها میباشد. روش دوم استفاده از قوانین فیزیکی و بدست آوردن مستقیم معادلات دینامیکی سیستم می باشد.
این روش در مواردی که پدیدههای موجود در سیستم مورد نظر شناخته شده باشند, قابل استفاده خواهد بود. با توجه به اینکه یکی از روشهای طراحی سیستمهای کنترل روشهای مبتنی بر مدل هستند, در این بخش قصد داریم تا برای سیستمهای قدرت چندماشینه مدلی را بدست آوریم.
