پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 43 |
| تعداد شماره‌ها | 1,713 |
| تعداد مقالات | 14,042 |
| تعداد مشاهده مقاله | 33,965,729 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 13,601,119 |
کنترل کننده پیشفاز-پسفاز بهینه برای تولید پراکنده در شرایط جزیرهای بوسیله الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| هوش محاسباتی در مهندسی برق | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| مقاله 2، دوره 5، شماره 2، تیر 1393، صفحه 17-28 اصل مقاله (1.11 M) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی فارسی | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نویسندگان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| عادل اکبری مجد* 1؛ بهروز صبحانی2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1استادیار- گروه مهندسی برق - دانشگاه محقق اردبیلی - اردبیل- ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2دانشجوی دکتری- گروه مهندسی برق - دانشگاه محقق اردبیلی - اردبیل- ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| چکیده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| توان اکتیو و راکتیو تولیدات پراکنده معمولا در شرایط متصل به شبکه توسط استراتژی جریان dq کنترل میشود. اما پس از جزیره ای شدن استراتژی کنترل جریان dq نمی تواند وظیف کنترل را به درستی انجام دهد؛ در نتیجه این کنترل کننده غیر فعال شده و یک کنترل کننده پیشفاز-پسفاز تنظیم شده بوسیله الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده برای تولید پراکنده در حالت جزیرهای پیشنهاد میگردد. معیار مجموع حاصلضرب زمان در سیگنال خطا به عنوان تابع هدف الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده فلزات برای بهینه پارامترهای کنترل کننده بکارگرفته میشود تا پاسخ سریع و مقاوم برای سیستم به دست آید. کنترل کننده پیشنهادی حاشیه های پایداری مقاوم سیستم را بهبود می دهد و نتایج شبیه سازی به ازای شرایط مختلف بار و ورودی، قوام و سرعت بیشتر کنترل کننده پیشنهادی در مقایسه با یک کنترل کننده مشابه قبلی را تایید می کند. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| کلیدواژه‌ها | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| تولیدات پراکنده؛ رشرایط جزیره ای؛ کنترل پیش قاز پسفاز؛ عملکرد مقاوم؛ الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| اصل مقاله | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1- مقدمه[1]منابع تولید انرژی پراکنده شامل تکنولوژیهای متفاوتی مانند فتوولتائیک، پیل سوختی، میکروتوربین، توربین بادی کوچک و ... است. عملکرد هماهنگ و کنترل منابع انرژی پراکنده همراه با بار قابل کنترل و یک منبع ذخیره کننده انرژی مانند باتری و یا خازن ساختار کلی یک ریزشبکه را تشکیل میدهد[1]. اکثر این منابع تولید پراکنده توسط مبدل الکترونیک قدرت به شبکه متصل میگردند [2]. ریزشبکه ها باید قادر باشند که هم به صورت متصل به شبکه و هم به صورت مجزا از شبکه (جزیرهای) کار کنند[3]. تجربهها و استانداردهای موجود اجازه عملکرد جزیرهای تولیدات پراکنده را نمیدهد و اصلیترین دلیل آن به خطر افتادن جان تکنسینها بر اثر برقدار باقی ماندن قسمت جزیرهای است، اما مقرراتی وجود دارد که اجازه عملکرد جزیرهای را به یک تولید پراکنده )[1](DG و بار مختص آن (در صورتی که جزیره شامل بخشی از شبکه سراسری نباشد) میدهد و در این زمینه DG مانند یک UPS برای بار عمل میکند[4]. چالش اصلی عملکرد یک DG با بار محلی در حالت متصل به شبکه و جدا از شبکه این است که این DG باید به یک VSC[2] با تجهیزات کنترلی تجهیز شود که شرایط زیر را برآورده سازد:
در حالت متصل به شبکه از استراتژی کنترل ابتدایی جریانی برای VSC استفاده میگردد. در این حالت ولتاژ و فرکانس توسط شبکه به شین نقطه اتصال مشترک دیکته میشود و در این شرایط VSC توان اکتیو و راکتیو را بر اساس مؤلفه جریانی dq تغییر میدهد [5]. افزودن یک استراتژی کنترل جریان dq برای واحدهای متعدد DG در حالت جریرهای ریزشبکه، مبتنی بر نمودارهای افت توان راکتیو/ولتاژ و توان اکتیو/فرکانس، روشی است که کارهای قبلی بیشتر بر روی آن پایهگذاری شده است. کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو برای کمینه کردن حالت گذرا و نگهداری پایداری زاویه ولتاژ و کیفیت ولتاژ چیزی است که در مرجع [6] به آن اشاره شده است. مدل دینامیکی سیگنال کوچک و حالت گذرای ریزشبکه شامل تولیدات پراکنده با واسطه الکترونیکی در مرجع [7] و [8] بحث شده است. در [9] یک روش کنترل کاهشی بر پایه تولید توان راکتیو از روی توالی منفی جریان و توالی مثبت ولتاژ خط پیشنهاد شده است. این روش کنترل Q-_G نامیده میشود که میتواند با روش Q_V و P_f نیز استفاده گردد، اما در این روشها دینامیک بار به طور مستقیم در داخل مسیر کنترل کننده وارد نمیگردد. بنابراین، این روش برای تغییرات سریع و یا زیاد بار، پاسخ دینامیکی ضعیفی خواهد داشت و یا حتی ممکن است به ناپایداری ولتاژ و یا فرکانس بینجامد. در مرجع [5]، یک ساختار کنترل بر پایه روش کنترلی کلاسیک برای بهبود رفتار دینامیکی سیستم بیان شده است که این ساختار در ادامه مقاله تشریح خواهد شد. با توجه به اینکه ریزشبکه های شامل تولیدات پراکنده دارای رفتار غیرخطی هستند و دینامیک آنها همواره در حال تغییر است، به نظر میرسد برای ایجاد رفتار مناسب در برابر آثار غیرخطی سیستم و تغییرات آن در اطراف نقطه کار، انتخاب و طراحی یک کنترل کننده که باعث به وجود آمدن رفتار مقاوم سیستم شود، مفید خواهد بود. برای رسیدن به چنین کنترل کنندهای از ساختار کنترلی پیش فاز- پس فاز استفاده خواهیم کرد که پارامترهای آن با استفاده از الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده فلزات ([3]SA) و با توجه به معیار مجموع حاصلضرب زمان در سیگنال خطا (ITAE[4]) تنظیم می شوند. در این مقاله، طراحی کنترل کننده به صورت یک مساله بهینهسازی فرمول بندی شده و سپس حل میگردد. برای این کنترل کننده در حوزه زمان یک تابع هدف مبتنی بر ITAE تعریف شده و از طریق الگوریتم باز پخت شبیه سازی شده (SA) این تابع هدف بهینه میگردد. کنترل کننده به دست آمده برای سیستم بیان شده در مرجع [5] پیاده شده و نتایج به دست آمده از این روش با روش همان مقاله مقایسه میگردد و برتری کنترل کننده پیشنهادی به کنترل کننده بیان شده در مرجع [5] نمایش داده میگردد.
2- سیستم مورد مطالعهسیستم مورد مطالعه در این مقاله همان سیستم مورد استفاده در مرجع [5] است که دیاگرام تک خطی آن در شکل (1) نمایش داده شده است. در این شکل DG به صورت یک منبع DC و یک VSC نشان داده شده است که توسط یک فیلتر پایینگذر و یک ترانسفورماتور افزاینده به شبکه سراسری و بار محلی متصل شده است. کل امپدانس مربوط به فیلتر پایینگذر و ترانسفورماتور با Rt و Lt نمایش داده شده است. پارامترهای این سیستم در جدول (1) بیان شده اند.
شکل (1): سیستم مورد مطالعه شامل: تولید پراکنده، شبکه سراسری، بار محلی
این سیستم باید بتواند در حالت متصل به شبکه و حالت قطع از شبکه کار کند. در حالتی که سیستم به شبکه اتصال یافته است، VSC میانی به عنوان یک منبع جریان کنترل شده با ولتاژ عمل میکند. هنگامی که کلید CB نشان داده شده در شکل(1) باز میشود، یک حالت جزیره به وجود میآید که واحد DG بار محلی را تغذیه میکند. در لحظه باز شدن کلید؛ بسته به این که مقدار بار چقدر باشد ولتاژ و فرکانس شبکه میتواند افزایش یا کاهش یابد و رو به سمت ناپایداری برود. تنها در صورت بار نامی ولتاژ و فرکانس شبکه تغییر نخواهد کرد که آن هم در صورت تغییر بار ممکن است بازهم به سوی ناپایداری برود. برای توضیح بیشتر موضوع تابع انتقال خطی شده سیستم در اطراف نقطه کار نامی را که در مرجع [5] به دست آمده است، در نظر میگیریم:
قطب های این سیستم در نقاط 2.33±377.54j- و 107.97±149.98j- قرار دارند. یک جفت از قطب‌ها دارای مقدار حقیقی 2.33- و نزدیک محور موهومی قرار دارند. در نتیجه، با کوچکترین عدم قطعیت یا تغییر در مشخصات، سیستم ممکن است به سمت ناپایداری برود. پس در لحظه جزیرهای باید حالت جزیرهای تشخیص داده شود و کنترل کننده پیشنهادی وارد عمل شده، ولتاژ و فرکانس را برگرداند. استراتژی کنترل کننده پیشنهادی در بخش بعدی بیان می شود. بـرای تشخیـص لـحظه جزیـره ای شـدن هم روش‌های متعددی در مراجع بیان شده است. روش های تزریق جریان [10] ، استفاده از رله های هوشمند [11] و استفاده از روش های مبتنی بر پردازش سیگنال مانند بازشناخت الگو [12] از جمله این روش ها هستند. نحوه تشخیص لحظه جزیرهای شدن جزو اهداف این مقاله نیست و با فرض اینکه این رویداد توسط یکی از روش های موجود تشخیص داده شده است، تمرکز مطالب مقاله بر روی طراحی کنترل کننده برای سیستم خواهد بود. جدول (1): مقادیر پارامترهای مربوط به تولید پراکنده- بار محلی و شبکه
3- طراحی کنترل کننده3-1- الگوریتم بازپخت شبیه سازی شدهدر این مقـاله الگوریتم SA (کـه اولیـن بـار توسـط S. Kirkpartick و Cerny در [9][13] و [14] ارایه شد) برای طراحی یک کنترل کننده پیشفاز- پسفاز به منظور کنترل اینورتر تولید پراکنده که یک بار محلی را تغذیه میکند پیشنهاد میگردد. این الگوریتم برای کارهای مختلفی از جمله پردازش سیگنال و تصویر [15]، مدارهای مجتمع [16] [17] ، تخمین پارامتر [18] و سیستم های حمل و نقل [19] استفاده شده است. الگوریتم SA یک ابزار کارا برای حل مسائل بهینهسازی است [20]. هدف اصلی در این بخش استفاده از روش الگوریتم SA برای رسیدن به یک کنترل کننده مناسب و بهینه به منظور کنترل تولید پراکنده برای حالتهای مختلف بار است. عملکرد این الگوریتم بهینهسازی نیز همانند الگوریتم‌های دیگر براساس روش جستجو در ناحیه مورد نظر است. در ابتدا چندین شرایط اولیه برای شروع الگوریتم در نظر گرفته میشود [21]. در این الگوریتم، تصمیمگیری بر اساس انرژی ذرات است. هنگامی یک حرکت در این روش قابل قبول است که ذره از حالت x0 با انرژی E0 به حالت x با انرژی بالاتر E رفته باشد. اگر نقطه فعلی بهتر از حالت قبل باشد، نقطه فعلی همواره پذیرفته میشود، اما اگر نقطه فعلی بدتر از نقطه قبل باشد، نقطه فعلی با احتمال زیر پذیرفته میگردد:
که در آن kB ضریب بولتزمن و T دما است. احتمال قبول کردن نقطه بد، زمانی بالا میرود که انرژی در حالت فعلی پایینتر از حالت قبل بوده، دما نیز زیاد باشد. در T=0 هرگز شرایط بد پذیرفته نمی شود. در طول این پروسه ، مقدار دما از مقدار اولیه T0 تا دمای صفر بر طبق یک قانون سرد کردن کاهش مییابد که این به معنای یک الگوریتم جستجوست. این الگوریتم به دلیل آنکه یک الگوریتم بسیار قوی است، میتواند در یافتن نقطه بهینه بهتر از بقیه الگوریتمها باشد. تابع کاهش دما میتواند متفاوت باشد؛ برای مثال یکی از قوانین سرد کنندگی در این الگوریتم به صورت زیر تعریف میگردد:
که در آن i تعداد تکرار است.
3-2- طراحی کنترل کننده پیش فاز- پس فازبا وجود توسعه خیلی زیاد سیستمهای کنترل و نیز کاربردی شدن انـواع کنترل کننده هـا، در سیستمهای قـدرت شکل (2): بلوک دیاگرام کنترل کننده پیشنهادی به منظور کنترل تولید پراکنده در شرایط جزیرهای هنوز کنترلکنندههای پیشفاز- پسفاز کنترلکنندههای مطلوب به شمار میآیند؛ زیرا اجرای این کنترل کنندهها بسیار راحت است و نیز در نقاط وسیعی از حوزه عملکرد سیستم، باعث ایجاد رفتار مقاوم می شود [23] [22]. از طرف دیگر، این کنترل کنندهها به راحتی در سیستمهای آنالوگ و دیجیتال قابل پیادهسازی هستند. در این مطالعه، کنترل کننده پیشفاز- پسفاز برای کنترل یک DG که توسط اینورتر به شبکه متصل شده است، در شرایط جزیرهای پیشنهاد میگردد. نمای کلی این کنترل کننده در شکل (2) آمده است. در این استراتژی ابتدا ولتاژ بار اندازهگیری و به حوزه dq0 برده میشود. PLL سه فاز برای به دست آوردن مرجع زاویه در تبدیل abc/dq استفاده می شود. زاویه بار در این مطالعه به عنوان ولتاژ مرجع به حساب میآید پس مؤلفه q به مقدار 0 تنظیم میگردد و مؤلفه d باید به مقدار اوج آن برسد. در نتیجه باید مطابق شکل (2) با یک مقدار مرجع vd,ref مقایسه گردد. سیگنال خطای به دست آمده وارد کنترل کننده شده و خروجی کنترل کننده vtd به همراه سیگنال vtq وارد تولید کننده سیگنال گیت برای VSC میگردد. در این مقاله تابع تبدیل کنترل کننده در شکل (2) به صورت زیر تعریف میگردد:
این کنترل کننده جبرانگر دینامیکی است که شامل دو بلوک کنترل کننده پیشفاز- پسفاز به همراه یک بهره است. پارامترهای قابل تنظیم در آن شامل ضریب K و ضرایب
شکل (3):شرایط بد بار در شرایط جزیرهای
زمانی T1-T4 است. باید توجه کرد که خطای حالت ماندگار سیستم و نیز شرایط گذرای سیستم به تعیین پارامترهای کنترل کننده وابسته است. برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده پیشنهادی به مقادیر بهینه آنها در شرایط جزیرهای و در بدترین شرایط ممکن بار، الگوریتم SA پیشنهاد میگردد. شرایط وخیم بار در اینجا به صورت شکل (3) در نظر گرفته شده است که در این شرایط شبکه مقدار 1.43MW (0.572 p.u) توان اکتیو از DG و 710kvar (0.284 p.u) از بار دریافت میکند. حال باید مسأله به صورت یک مسأله بهینهسازی نوشته و حل شود. انتخاب یک تابع هدف مهمترین بخش این مسأله بهینهسازی را تشکیل میدهد؛ چرا که انتخاب توابع هدف مختلف ممکن است مراحل الگوریتم SA و رفتار آن را کاملا تغییر دهد. در مسأله بهینهسازی مورد نظر در اینجا ما از مجموع حاصلضرب زمان در سیگنال خطا (ITAE) استفاده میکنیم.
که در آن tf انتهای بازه زمانی است که تابع هدف در آن بازه محاسبه میگردد. تابع هدف ITAE در مقالات متعدد برای رسیدن به یک رفتار مقاوم به کار گرفته شده است (برای مثال، نک. مراجع [26] و [24]). هر مسأله بهینهسازی تحت یک تعدادی از قیود بهینهسازی میگردد که در این مسأله قیود به صورت زیر بیان میگردد:
که در آن K در بازه [0.01 100] و هر یک از زمان‌ها در بازه [0.01 1] است. این محدوده های زمانی طوری انتخاب شدهاند که ثابت زمانی کنترل کننده با ثابت زمانی سیستم قابل مقایسه باشد. محدود کردن بهره K هم به این علت است که از ناپایداری سیستم در بهرههای بالا اجتناب شود. با استفاده از الگوریتم SA مسأله بهینهسازی حل شده و پارامترهای کنترل کننده به صورت زیر به دست میآید.
K=40.5695;T1=0.0127; T2=0.0100; T3=0.0153;T4=.4959 در این مسأله بهینهسازی تعداد ذرات، بُعد ذرات و تعداد تکرار بترتیب 40، 5، 80 انتخاب گردیده است.
3-3- تحلیل پایداری مقاومدر این بخش با استفاده از معیارهای حاشیه فاز و حاشیه بهره پایداری مقاوم سیستم با کنترل کننده پیشنهادی را با کنترل کننده مرجع 5 مقایسه خواهیم کرد. ساختار کنترلی مقاله مرجع [5] مشابه ساختار شکل (2) است که در آن تابع G(s) (به جای کنترل کننده پیش فاز- پس فاز پیشنهاد شده در این مقاله) به صورت زیر انتخاب شده است:
مقادیر حاشیه فاز و حاشیه بهره و فرکانس گذر بهره برای سیستم (1) با کنترل کننده های (3) و (7) در جدول (2) نشان داده شده است. با مقایسه این مقادیر مشخص میشود که کنترل کننده پیشنهادی حاشیههای پایداری مقاوم سیستم را تا حد زیادی بهبود بخشیده است. در نتیجه، انتظار میرود که رفتار سیستم با کنترل کننده (3) پیشنهاد شده در این مقاله
جدول 2- پارمترهای پایداری مقاوم با کنترل کننده پیشنهادی و کنترل کننده مرجع [5]
رفتار مقاومتری باشد. از طـرفی، با بیش از چهار برابر شدن فرکـانس گذر بهره انتظار پاسخ سریعتری برای سیستم با کنترل کننده پیشنهادی داریم. نتایج شبیه سازی بخش بعد این مطالب را تایید خواهد کرد.
4- نتایج شبیهسازیدر این بخش، نتایج شبیهسازی در پنج وضعیت مختلف انجام میگیرد و نتایج خروجی سیستم با کنترل کننده پیشنهادی با نتایج به دست آمده با کنترل کننده مرجع [5] نیز مقایسه میگردد.
4-1- شرایط بار نامیدر این آزمایش مقادیر مقاومت و سلف و خازن (بار) به مقادیر نامی آنها که در جدول (1) آمده، تنظیم شده است. در ابتدا سیستم در حالت اتصال به شبکه کار میکند و در ثانیـه t=1s کلیـد CB عـمل کـرده، بـاز میگـردد و سیستم از شبکه سراسری جدا شده و شرایط جزیرهای اتفاق میافتد. در ثانیه t=1.06s شرایط جـزیرهای تشـخیص داده میشود. کنترل کننده جریانی اولیه از مدار خارج میگردد و کنترل کننده پیشنهادی وارد عمل میگردد. شکل (4) نشان دهنده شکل موجهای ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده پیشنهادی است. کاملا واضح است که در حالت بار نامی شکل موجهای ولتاژ و جریان تقریبا هیچ حالت گذرایی نخواهند داشت. در این حالت از شبکه، این دو کنترل کننده (پیشنهادی و مرجع [5]) تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند.
شکل (4): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده پیشنهادی در بار نامی a)ولتاژ فازی بار b) جریان بار
شکل (5): دیاگرام تک خطی بار محلی در شرایط بار غیر نامی
4-2- بار غیر نامیدر این آزمایش بار محلی مقادیر غیر نامی دارد در حالت اتصال به شبکه، شبکه توان اکتیو 910kW(0.5 p.u.) را از تولید پراکنده جذب میکند و نیز توان راکتیو 400 kVAR (0.16 p.u) را از بار میکشد. پارامترهای تکفاز بار در این حالت در شکل (5) نشان داده شده است. (کلید Sa باز است) شرایط جزیرهای در ثانیه 1.2 اتفاق میافتد و پس از مدت زمان 0.008 ثانیه، در ثانیه 1.208 این شرایط تشخیص داده میشود و کنترلکننده پیشنهادی وارد میشود و کنترلکننده موجود در حالت اتصال به شبکه از مدار خارج میگردد. نتایج این حالت با کنترل کننده مرجع [5] در شکل (6) و با استفاده از کنترل کننده پیشنهادی در شکل (7) آمده است. در شکل(6) واضح است که پس از جزیرهای شدن، ولتاژ بار به شدت )تا حدود (1.4 p.u افزایش پیدا میکند و پس از آن کنترل کننده مربوط به مرجع [5] وارد عمل شده، ولتاژ را برمیگرداند. ولتاژ به صورت کامل پس از چهار سیکـل به مقـدار نـامـی خود (1 p.u) بـرگشته است.
شکل (6): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده مرجع [5] در بار غیر نامی a) ولتاژ فازی بار b) جریان بار
شکل (7): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده پیشنهادی در بار غیر نامی a) ولتاژ فازی بار b) جریان بار
با دقت به شکل (7) واضح است که عملکرد کنترل کننده پیشنهادی در این مقاله مطلوبتر است. ولتاژ در این حالت تا حدود 1.15 p.u افزایش پیدا کرده و پس از دو سیکل برگشته است و مقدار آن در 1 p.u تثبیت شده است. این شکل موجها قوام عملکرد و کارایی کنترل کننده پیشنهادی را در مقابل کنترل کننده مرجع [5] نشان میدهد. 4-3- تغییرات بار در حالت جزیرهایدر این آزمایش سیستم در ابتدا در حالت جزیره کار میکند و یک دفعه در ثانیه t=1.5s ، مقداری بار به شبکه اضافه میگردد. مشخصات این بار در شکل(5) آمده است. تا ثانیه t=1.5s کلید Sa باز است و کلید یکدفعه بسته میشود. شکل(8) پاسخ کنترل کننده مرجع [5] به این تغییرات بار است. با توجه به شکل مشخص است که این سیستم پاسخ گذرای زیادی دارد و تقریبا پس از پنج سیکل به حالت ماندگار رسیده و به این تغییرات بار پاسخ داده است.
شکل (8): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده مرجع [5] در تغییرات بار a)ولتاژ فازی بار b) جریان بار
شکل (9): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده پیشنهادی در تغییرات بار a)ولتاژ فازی بار b) جریان بار
اما شکل (9) مربوط به کنترل کننده پیشنهادی در این مقاله است که زمان پاسخ گذرا به کمتر از یک سیکل کاهش یافته است. مشخص است که این پاسخ نسبت به پاسخ مربوط در شکل (8) بسیار بهتر است و پس از تغییر بار، ولتاژ تغییر اندکی داشته است که سریعا به حالت ماندگار رسیده است. مقایسه در این حالت از شبکه نیز عملکرد بهتر کنترل کننده پیشنهادی در این مقاله را نشان میدهد.
4-4- ردیابی ولتاژدر این سناریو پاسخ سیستم در برابر تغییرات سیگنال مرجع بررسی می شود. فرض کنید که سیستم در شرایط جزیرهای قرار دارد و تحت شرایط بار نامی (جدول 1) کار میکند. در زمانt=1.5s سیگنال مرجع ولتـاژ به صورت پله ای از 1.0 p.u به 0.85 p.u کاهش می یابد. شکل های (10) و (11) پاسخ سیستم به این تغییر را به ترتیب با کنترل کننده مرجع [5] و کنترل کننده پیشفاز- پسفاز پیشنهادی نشان میدهند.
شکل (10): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده مرجع [5] بازای تغییرات سیگنال مرجع ولتاژ a) ولتاژ فازی بار b) جریان بار شکل (11): ولتاژ و جریان فاز a با کنترل کننده پیشنهادی بازای تغییرات سیگنال مرجع ولتاژ a) ولتاژ فازی بار b) جریان بار در اینجا هم مشخص است که پاسخ سیستم با کنترل کننده پیشنهادی از نظر شکل و زمان پاسخ گذرا بهتر است.
4-5- بار نامتعادلدر این بخش از مطالعات، پاسخ سیستم به بار نامتعادل بررسی می شود. در ابتدا سیستم در حالت جزیرهای و با مقادیر بار بیان شده در جدول (1) کار میکند. در زمان 1.5s باری نامتعادل مطابق شکل(12) با بسته شدن کلیدهای Sa، Sb و Sc وارد شبکه میگردد. پاسخ دینامیکی به این بار در شکل های (13) و شکل (14) نشان داده شده است. شکل(13) پاسخ دینامیکی سیستم با کنترل کننده مرجع [5] را نشان میدهد که شکل (13-a) مربوط به ولتاژ خروجی فازهای a ،b و c و شکل (13-b) مربوط به جریانهای خروجی فازهای a ، b و c است. در شکل(14)
شکل (12): بار سه فاز در شرایط نامتعادل
شکل (13): ولتاژ و جریان سه فاز در شرایط نامتعادلی بار با کنترل کننده [5] a)ولتاژ فاز بار b) جریان بار
شکل (14): ولتاژ و جریان سه فاز در شرایط نامتعادلی بار با کنترل کننده پیشنهادی a)ولتاژ فاز بار b) جریان بار
نیز پاسخ دینامیکی سیستم با کنترل کننده پیشنهادی آمده است که در اینجا نیز شکل (14-a) نشان دهنده ولتاژ خروجی سه فاز و شکل (14-b) نشان دهنده جریانهای خروجی سه فاز است. در اینجا نیز با مقایسه این شکل موجها مشاهده میگردد که بازهم خروجی به ازای کنترل کننده پیشنهادی بهتر از پاسخ کنترل کننده مرجع [5] است. در شکل (13) زمان گذرا بیشتر از سه سیکل طول کشیده است، در حالی که این زمان در شکل (14) کمتر از دو سیکل است؛ در عین حال که افت ولتاژ در حالت گذرای شکل (13) بیشتر از شکل (14) است.
5- نتیجه گیریکنترل کنندههای جریانی dq قادر به کنترل DG در حالت جزیرهای نیستند. در نتیجه، لازم است در حالت جزیرهای کنترل کننده دیگری سیستم تولید پراکنده را کنترل کند. این کنترل کننده باید رفتار مقاوم از خود بروز دهد؛ به گونهای که در برابر تغییرات پارامترها و نایقینی ها، سیستم حلقه بسته از رفتار مناسب خود انحراف زیادی نداشته باشد. لذا در این مقاله یک کنترل کننده جدید پیشنهاد شد که به دو قرینه دارای رفتاری مقاوم است: 1- استفاده از ساختار پیشفاز- پسفاز که یک ساختار کنترلی کلاسیک مقاوم است. 2- استفاده از معیار ITAE به عنوان تابع هدف شناخته شده برای ایجاد رفتار مقاوم برای تنظیم ضرایب کنترل کننده. ضرایب کنترل کننده پیشنهادی به وسیله الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده فلزات (SA) به صورت بهینه تنظیم شدند. در حل این مسأله، ابتدا مسأله به یک مسأله بهینهسازی که تابع هدف آن در حوزه زمان و به صورت معیار ITAE تعریف گردید، نوشته شد و سپس مسأله با استفاده از الگوریتم SA حل گردید. کنترل کننده پیشنهادی توانست حاشیه های پایداری مقاوم سیستم را تا حد زیادی ارتقا دهد. همچنین، کنترل کننده پیشنهادی حالت گذرای ولتاژ و جریان را در شرایط جزیرهای بهبود بخشید و در مقابل تغییرات مختلف در نقطه کار، شرایط بار و مقدار ورودی رفتار مناسبی از خود بروز داد. این ادعا با شبیهسازی سیستم در حوزه زمان و در نرم افزار PSCAD/EMTDC با انجام آزمایش های مختلف تایید گردید. \
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| مراجع | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
[1] Jiayi H, Chuanwen J, Rong X, “A Review on Distributed Energy Resources and MicroGrid”. Renewable and Sustainable Energy Reviews; Vol 12, No 9, pp 2472–2483, 2008 [2] Nikkhajoei H., Iravani R., “Steady-State Model and Power Flow Analysis of Electronically-Coupled Distributed Resource Units”. IEEE Trans. Power Del; Vol. 22 No 1, pp. 721-728, 2007 [3] Sao C.K., Lehn P.W., “Control and Power Management of Converter Fed Microgrids”, IEEE Trans. Power Systems, Vol 23, No 3, pp. 1088-1098, 2008 [4] Chen C. L., Wang. Y., Lai, J. S., Lee Y. S. “Design of Parallel Inverters for Smooth Mode Transfer Microgrid Applications”, IEEE Trans. Power Electron, Vol. 25, No 1, pp 6-15, 2010 [5] Karimi H., Nikkhajoei H,, Iravani R., “Control of an Electronically-Coupled Distributed Resource Unit Subsequent to an Islanding Event”, IEEE Trans. Power Del; Vol. 23, No. 1, pp. 493-501, 2008. [6] Katiraei F., Iravani M. R., Lehn P.W. ,” Micro-Grid Autonomous Operation During and Subsequent to Islanding Process”. IEEE Trans. Power Del; Vol 20 No 1, pp. 248-257., 2005 [7] Katiraei F., Iravani M. R.. “Power Management Strategies for a Microgrid with Multiple Distributed Generation Units”. IEEE Trans. Power Systems; Vol. 21 No 4, pp. 1821-1831, 2006 [8] Katiraei F., Iravani M. R. and Lehn P.W., “Small-signal Dynamic Model of a Micro-grid Including Conventional and Electronically Interfaced Distributed Resources”,. IET Gener. Transm. Distrib; Vol. 1, No 3, pp. 369–378, 2007 [9] Cheng P. T., Chen C. A., Lee T. L. and Kuo S.Y., “A Cooperative Imbalance Compensation Method for Distributed-Generation Interface Converters”, IEEE Trans. Ind. Appl; Vol 45, No 2, pp. 805-815, 2009 [10] Karimi H., Yazdani A. and Iravani R., “Negative-sequence Current Injection for Fast Islanding Detection of a Distributed Resource Unit”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 23, No. 1, pp. 1698–1705, 2008 [11] Heidari Orejloo M., Seifossadat G., Gharibreza E., "Design and Simulation of Intelligent based Relay for Power Islanding Detection", Computational Intelligence in Electrical Engineering, Vol. 2, No 3, pp. 67-78 2011 [12] Lidula A., N. W., and Rajapakse, A. D., ”Pattern-recognition Approach for Detecting Power Islands using Transient Signals” Parts, I & II, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 27, No 3, 2012 [13] Kirkpatrick S., Gelatt C. D., Vecchi, M. P., "Optimization by Simulated Annealing", Science, Vol 220, No 4598, pp. 621-630. 1983 [14] Cerny V., “Thermodynamical Approach to the Traveling Salesman Problem: An Efficient Approach”, Journal of Optimization Theory and Applications, Vol. 45, No. 1, pp 41-51, 1985 [15] Carnevali P., Coletti L., Patarnello S., “Image Processing by Simulated Annealing”, IBM Journal of Research and Development, Vol. 29, No 6, pp. 569-579, 1985 [16] Darema F., Kirkpatrick S., Norton V. A., “Parallel Algorithms for Chip Placement by Simulated Annealing”, IBM Journal of Research and Development, Vol. 31, No 3, pp. 391 – 402, 1987 [17] Chandy J. A, Banerjee P., “Parallel Simulated Annealing Strategies for VLSI Cell Placement”, In Proc. 9th Int. Conf. on VLSI Design, Bangalore – India, 1996 [18] Gonzalez O. R., Küper C., Jung K., Naval Jr P. C. and Mendoza E., “Parameter Estimation using Simulated Annealing for S-system Models of Biochemical Networks”, Bioinformatics, Vol. 23, No 4, pp. 480-486, 2007 [19] Dowsland K. A., Soubeiga E. and Burke E., “A Simulated Annealing Based Hyperheuristic for Determining Shipper Sizes for Storage and Transportation”, European Journal of Operational Research Vol. 179, No 3, pp 759-774, 2007 [20] Fleischer M., “Simulated Annealing: Past, Present, and Future", Proc. of the 1995 Winter Simulation Conference, Department of Engineering Management, Old Dominion University, Norfolk, VA, 1995 [21] Goffe W. L., Ferrier G. D., Rogers J., “Global Optimization of Statistical Functions with Simulated Annealing”, Journal of Econometrics Vol. 60, No 1, pp. 65-99, 1994 [22] Shayeghi H., Shayanfar H. A., Safari A., Aghmasheh R., “A robust PSSs Design using PSO in a Multi-machine Environment” Energy Conversion and Management Vol. 51, No 4 pp. 696–702, 2010 [23] Shahriari Kahkeshi M., Bijami E., Sheikholeslam F., Zekri M., Maghfoori Farsangi M., "Power System Stabilizer Design for Damping Power System Low Frequency Oscillations based on Fuzzy Wavelet Neural Network", Computational Intelligence in Electrical Engineering, Vol. 1, Number 1, pp. 1-22, 2011 [24] Huang Y., Yu Y. F. and Sun L., “ITAE Controller Design and Simulation for Electric Load Simulator Based on Genetic Algorithm”. Journal of Astronautics, Vol. 5, 2008 [25] Zhang J., Wang X. and Guo F., “Radial Suspension Control of Magnetic Bearing Switched Reluctance Motor Based on the ITAE Optimization”. In 15th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), pp. 1-6, 2012 Taher S. A., Nosratabadi S. M., Shibani M. R., " Optimal Load Frequency Control Method Using Artificial Bee Colony Algorithm in Deregulated Power Systems Including SMES", Computational Intelligence in Electrical Engineering,Vol. 1, | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 2,035 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 613 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||