بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، به بررسی یک سیستم کنترل بر پایه برنامهنویسی دینامیکی تطبیقی - GrHDP - برای ژنراتور القایی دوسو تغذیه مزرعه بادی به منظور بهبود پایداری گذرای سیستم تحت شرایط خطا پرداخته شده است. کنترلر پیشنهادی برای این پژوهش بر اساس تکنیکهای تطبیقی برنامهنویسی دینامیکی - ADP - و بر پایه تقریب حالت کنترلی بهینه با توجه به تعامل بین کنترل کننده و نیروگاه به کار گرفته شده است. برنامهنویسی و شبیهسازی در نرم افزار MATLAB انجام گرفته است.
اثربخشی روش پیشنهادی از طریق دو مورد تأیید شده است. اعتبار سنجی این پژوهش از طریق دو روش پیشنهادی بررسی گردیده است، مورد اول به بررسی یک سیستم چهار دستگاه در دو منطقه با نفوذ باد بالا و جبران همزمان استاتیک بوده و مورد دوم یک سیستم قدرت در اندازه عملی با مزرعه بادی از دادههای واقعی بوده است. همچنین برای نشان دادن عملکرد برتر روش ارائه شده آنالیز شبیهسازی و مطالعات تطبیقی با روش ADP سنتی ارائه شده است.
مقدمه
از پایان سال 1997 تا انتهای سال 2002 - حدود 5 سال - ظرفیت نصب شده برای استفاده از انرژی باد در جهان از 7600 مگاوات به 31 هزار مگاوات یعنی حدود 4 برابر افزایش یافته است.[1] در کشورهایی نظیر آلمان، دانمارک، آمریکا، اسپانیا، انگلستان و بسیاری ازکشورهای دیگر، توربین های بادی بزرگ و کوچک جهت تولید برق در واحدهایی با توان چند مگاواتی ساخته شده است
در ایران نیز با توجه به وجود مناطق بادخیز طراحی و ساخت آسیابهای بادی از 2 هزارسال پیش از میلاد مسیح رایج بوده است. [6] مطالعات و محاسبات انجام شده در زمینه تخمین پتانسیل انرژی باد در ایران نشان داده اند که تنها در 26 منطقه از کشور - شامل بیش از 45سایت مناسب - میزان ظرفیت اسمی سایت ها، با درنظر گرفتن یک راندمان کلی 33 درصد، درحدود 6500 مگاوات است. این مقدار حدود یک ششم کل ظرفیت اسمی نیروگاههای برق کشور است.
کنترل ولتاژ در سیستمهای قدرت همواره یکی از مهمترین پارامترهای کیفیت برق بوده است. در این میان نیروگاههای بادی بدلیل استفاده از ژنراتورهای القایی و حساسیتهای این نیروگاهها، شاهدکاهش پروفیل ولتاژ قابل توجهی در اکثر اوقات شبانه روز می باشند.[8] روش های بسیاری برای طراحی و کنترل پایدار در سیستم های غیر خطی وجود دارد. با این حال اطمینان از بهینگی و ثبات در سیستم غیر خطی به طور همزمان تنها در چند روش مورد ارزیابی قرار گرفته است
در علوم رایانه و ریاضیات، برنامهریزی پویا یا داینامیک روشی کارآمد برای حل مسائل جستجو و بهینهسازی با استفاده از دو خصیصه زیرمسئلههای همپوشان و زیرساختهای بهینه است.[11] تکنیک کنترل افتراقی توان اکتیو و راکتیو ژنراتور القایی دو سو تغذیه در مرجع [15] برای کنترل توربین های بادی - WT - با DFIG مورد ارزیابی قرار گرفته است. تکنیک های کنترل دیگری همچون کنترل انتگرالی تناسبی - PI - نیازمند به یک مزرعه بادی و سیستم قدرت با مدلسازی دقیق است .
بنابراین، این روش نیاز به تعداد زیادی از پارامترهای بهینه شده دارد. بسیاری از پژوهش های انجام شده پارامترهای کنترل کننده PI ها با خطی سازی تقریبی و یا با استفاده از روش های بهینه سازی های مختلف تنظیم شده اند. در این میان استراتژی کنترل هوشمند، مانند منطق فازی با موفقیت در کنترل DFIG در برنامه های مختلف اعمال شده است.
در [16]، کنترل برداری فازی-عصبی در یک آزمایشگاه بر روی DFIG اجرا شده است. در [17]، کنترل منطق فازی برای فرکانس اولیه و کنترل توان اکتیو مزارع بادی مورد ارزیابی قرار گرفته است. در [18]، یک روش برای طراحی رهگیری نقطه حداکثر توان تطابقی سیستم توسط ردیابی فازی برای ژنراتورهای بادی سرعت متغیر پیشنهاد شده است و مورد ارزیابی قرار گرفته است. پس از بیش از بیست سال از مطالعات انجام شده در کنترل هوشمند در سیستم های قدرت می گذرد روش های کنترل پیشرفته، از جمله برنامه نویسی روش دینامیکی تطبیقی - ADP - نشان داده که برای مشکلات کنترل سیستم قدرت دارای مزایای فراوانی می باشد
هدف اساسی ما در این پژوهش برنامه نویسی دینامیکی تطبیقی برای کنترل پایداری سیستم های قدرت وتثبیت ولتاژ در یک مزرعه بادی میباشد.
-1 پیکربندی سیستم و مدل سازی
در میان بسیاری از فن آوری های موجود، آخرین نتایج تحقیقات هر دو مجموعه قدرت و انرژی و مجموعه هوش محاسباتی - CI - نشان داده اند که تحقیقات CI می تواند نوآوری های فنی کلیدی را برای حل این مشکل چالش برانگیز فراهم کند. در نتیجه در این جا، نمایندگی هدف برنامه نویسی اکتشافی پویا - GrHDP - با رویکرد هدفی است که جهت بهبود پایداری گذرا سیستم های قدرت با نفوذ باد تحت شرایط خطا اعمال شود. از ژنراتور القایی دوسو تغذیه DFIG - ها - و ژنراتور الکتریکی بادی به طور گسترده در سیستم های تولید برق بادی استفاده میشود
با استفاده از نتایج منابع [19] و [20]، در این جا، کنترل پایداری سیستم قدرت بر اساس GrHDP را برای یک مزرعه بادی ارائه شده است. در این راستا با معرفی یک شبکه جدید مرجع به ارائه یک سیگنال هدف داخلی به شبکه بحرانی می پردازیم، طراحی ما از GrHDP نشان دهنده هدف است که می تواند هدف کنترل در مقایسه با طراحی سنتی را فراهم کند. در این جا، هدف بررسی کنترل توان راکتیو یک مزرعه بادی به منظور بهبود دینامیک سیستم در هنگام و بعد از خطای شبکه، یعنی، در کاهش حد خروج نوسان و افزایش میرایی سیستم می باشد.
-2 مدل های محرک
سیستم توالی درایو شامل یک توربین، شفت با سرعت کم و بالا، و یک گیربکس است. این سیستم می تواند توسط یک مدل دو جرم به صورت زیر درآید :
t : سرعت زاویه WT؛
r : سرعت زاویه روتور ژنراتور
W : زاویه چرخش و شفت
: Ksh ضریب انعطاف پذیری شفت :Dsh ضریب میرایی
Tsh :گشتاور شفت :Tm گشتاور باد،
:Tem گشتاور الکترومغناطیسی می باشد
-3 طراحی کنترل مبتنی بر GRHDP
معماری GrHDP شامل سه بخش است: شبکه عمل، شبکه بحرانی، و شبکه مرجع [19]، .[20] شبکه عملیاتی سیگنال کنترل u - t - با توجه به سیاستهای یادگیری ارائه شده توسط تقریب شبکه ایجاد میشود
