بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
کنترل ولتاژ و توان خروجی یک ژنراتور سنکرون متصل به باس بی نهایت
چکیده–هدف از این مقاله کنترل واحد تولید سیسستم های قدرت می باشد، اهداف کنترلی بر روی کنترل ولتاژ و کنترل توان حقیقی می باشد.عبور توان حقیقی و توان راکتیو در یک شبکه انتقال،تقریباً از یکدیگر مستقل است و از اعمال مختلف کنترلی تأثیر می پذیرد.بنابراین در بسیاری از مسائل می توان آنها را به طور مستقل مورد مطالعه قرار داد. کنترل توان حقیقی به کنترل فرکانس وابسته است و کنترل توان راکتیو به کنترل ولتاژ. از آنجا که ثبات فرکانس و ولتاژ عوامل مهمی در تعیین کیفیت منبع توان هستند، کنترل توان حقیقی و توان راکتیو در عملکرد رضایت بخش سیستم
مقاله طراحی کنترل کننده با در نظر گرفتن اغتشاشات ورودی انجام می گیرد و از الگوریتم اجتماع ذرات PSO برای بهینه سازی ضرائب کنترل کننده استفاده میگردد.در این مقاله یک ژنراتور منفرد متصل به شین بینهایت در نظر گرفته میشود و برای کنترل ولتاژ و توان خروجی از دو کنترل کنندهی PID استفاده میشود که پارامتر های این دو کنترل کننده از طریق برنامه نویسی در محیط نرم افزار متلب با استفاده از روش بهینه سازی اجتماع ذرات بهینه سازی می شوند. طراحی کنترل کننده را مشابه یک مساله بهینه سازی فرمول بندی میکنیم و سهم شخصه Kp بهره تناسبی، Ki بهره انتگرالی وKd بهره مشتقی را برای دو کنترل کننده PIDبدست می آوریم.
واژههای کلیدی: ژنراتور سنکرون- کنترل کننده -PID الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات.
-1 مقدمه
ژنراتورهای سنکرون نقش مهمی در تأمین انرژی برای شبکههای الکتریکی بازی میکنند از آنجا که این عناصر مهم در شبکههای قدرت به طور گسترده مسئول حفظ پایداری و امنیت المانهای سیستم در شبکههای قدرت هستند کنترل مؤثر آنها اهمیت دارد. در طول چند دهه گذشته پیشرفتهای بزرگی در تکنیکهای کنترل فرآیند ایجاد شده است روشهای کنترل متعددی مثل کنترل وفقی، کنترل عصبی و کنترل فازی مورد مطالعه قرار گرفته اند[1]و [2] و .[3] در بین آنها معروفترین کنترلر تناسب-انتگرال- مشتق (PID) می باشد که به طور گسترده بدلیل ساختار ساده و کارایی مستحکم آن در بازه وسیعی از شرایط کاری در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است به عنوان مثال در یک مقالهی گرد آوری شده ایده طراحی بهینه سیستم تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک مبتنی بر کنترلر PID را با استفاده از الگوریتم رقابت استعمارگرانه توسعهیافته است.[4] طراحی کنترل کننده PIDیک روش بسیار متداول درکنترل فرآیندها یصنعتی است و بهعلت ساختار بسیار ساده و عملکرد موثر آن، در گستره وسیعی از
صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. در این فصل روشی بهینه برای تنظیم کردن کنترل کننده PID ارائه میشود در این روش از الگوریتم اجتماع ذرات برای طراحی پارامترهای یک سیستم تحریک استفاده شده و روش ارائه شده دارای مزیتهایی از قبیل پیاده سازی آسان، مشخصات همگرایی پایدار و کار آیی بالا از لحاظ محاسبات یمیباشد برای بهینه سازی از تابع هدف چند منظوره استفاده شده است.کنترل طراحی شده بر روی سیستم پیاده سازی و نتایج شبیه سازی کاراین کنترل کننده را کنترل می کند. در ادامه مقاله دربخش دوم مدل ژنراتور سنکرون بررسی می شود. الگوریتم بهینه سازی ذرات در بخش سوم توضیح داده می شود.بخش چهارم نتایج شبیه سازی کنترل برروی سیستم ر اتوضیح می دهد.و نتیجه گیری مقاله در بخش پنجم آورده شده است.
-2 مدل ژنراتور سنکرون
یک ماشین سنکرونیک سیستم الکترومکانیکی است و از دو قسمت الکتریکی و مکانیکی تشکیل شده است. بخش مکانیکی آن(دینامیک روتور)معمولاً با یک معادله دیفرانسیل درجه دو مدلسازی میشود ولی در مدلسازی بخش الکتریکی اختلاف نظر زیادی وجود دارد
-1-2 نمایش ژنراتور سنکرون در فضای حالت
یک مدل کامل برای ژنراتور سنکرون در فضای حالت به شکل زیر بدست اید :
در رابطهی بالا x بردار متغیر حالت، u بردار ورودی، A و B ماتریس های پارامترها با ابعاد مناسب و(N(x بخشهای غیر خطی معادلات هستند.
برای این که معادلات قسمت های قبل به شکل بالا درآیند، ابتدا باید متغیرهای حالت و همچنین ورودی ها به صورت زیر تعریف شوند.
ورودی ها به ترتیب گشتاور مکانیکی مفید از طرف توربین Tmو ولتاژ میان تحریک ژنراتور (vf) تعریف شده اند.
حال باید مشتق هر کدام از متغیرهای حالت برحسب ورودی ها و متغیرهای حالت نوشته شوند.فضای حالت درجه7ژنراتور سنکرون به صورت رابطه زیر است.[5]
-1-1 ولتاژهای Vqو Vdبه نحوه اتصال ژنراتور بستگی دارد که در ادامه توضیح داده میشود.
دراین مقاله ژنراتور هم بار محلی را تغذیه می کند و هم به شبکه بی نهایت متصل است که در شکل1نمایش داده می شود. بنابراین می توان ثابت کرد:
شکل :1نحوه قرار گرفتن بار، ژنراتور و بار محلی و شبکه بی نهایت
-2-2 مدل خطی ژنراتور سنکرون روابط غیر خطی را می توان حولیک نقطه کار، به شرط مشتق پذیر بودن در آن نقطه، خطی کرد. بر این اساس با رابطه ای به شکل زیر:
و فرض مشغول به کار بودن سیستم در نقطه کار معمول خودیعنی:
تعریف می شود .میتوان یک مدل کاملا خطی برای سیستم غیر خطی معرفی کرد.
معادلات حالت بدست آمده از قسمت های قبل را می توان به صورت زیر نوشت:
که درآن پارامترهای ثابت مدل به صورت زیر در نظر گرفته شده است.
-3 الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات pso
بهینهسازی شیوهای برای تعیین ویژگیها، پیکربندیها یا پارامترهای یک سیستم میباشد تا پاسخ مطلوب را ارائه نماید. همه مسائل میتوانند به طور علمی از طریق مدل کردن و بهینه-سازی استنتاج شوند.
در PSO هر کدام از اعضای یک اجتماع، یک ذره نامیده میشود. این ذرات همگی در فضای چند بعدی شناور هستند و با یکدیگر تبادل اطلاعات کرده و حرکت میکنند. در واقع ذرات در فضای جستجو جاری شده و تغییر مکان ذرات در فضای جستجو تحت تأثیر تجربه و دانش خودشان و همسایگانشان صورت میگیرد. بنابراین موقعیت دیگر ذرات اجتماع روی چگونگی جستجوی یک ذره اثر میگذارد. نتیجه مدلسازی این رفتار اجتماعی فرایند جستجویی است که ذرات به سمت نواحی موفق میل میکنند. ذرات در جمع از یکدیگر میآموزند و بر مبنای دانش بدست آمده به سمت بهترین همسایگان خود میروند. بنابراین در ابتدا باید همسایگی را در یک اجتماع تعریف کرده و همچنین نحوه ارتباط ذرات بیان شود. تا بتوان نحوه کار الگوریتم را درک کرد[6]و .[7] -1-3 الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات پیوسته
