ترجمه فارسی عنوان مقاله

کنترل (نظارت) بسامد بار قدرتمند مبتنی بر LMI برای سیستم های توان (برق) زمان تاخیر از طریق تخمین حاشیه تاخیر

عنوان انگلیسی

LMI based robust load frequency control for time delayed power system via delay margin estimation

کد مقاله	سال انتشار	تعداد صفحات مقاله انگلیسی
145558	2018	13 صفحه PDF

منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Volume 100, September 2018, Pages 91-103

فهرست مطالب ترجمه فارسی

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

۲. طرح LFC برای TDPS چندین ناحیه ای (حوزه ای)

شکل ۱. دیاگرام کنترل یک حوزه در TDPS چندین ناحیه ای

۳. LFC قدرتمند با DME

۳.۱ الگوریتم DME

۳.۲ LFC قدرتمند مبتنی بر LMI

۴. موارد مطالعاتی

شکل ۲. الگوریتمی برای یافتن بهینه yopt و ماتریس کسب کنترلر متناظر که سیستم را پایدار و قدرتمند می سازد.

شکل ۳. ساختار سیستم های توان (برق) سه ناحیه از درون متصل شده

جدول ۱. حاشیه های تاخیر تخمین زده شده با تنظیمات پارامتر کنترلر PI مختلف (DME دو ناحیه ای)

جدول ۲. حاشیه های تاخیر تخمین زده شده با تنظیمات پارامتر کنترلر PI مختلف (DME سه ناحیه ای)

جدول ۳. حاشیه های تاخیر تخمین زده شده با تنظیمات پارامتر کنترلر PI مختلف (EMSA)

جدول ۴. حاشیه های تاخیر تخمین زده شده با تنظیمات پارامتر کنترلر PI مختلف (DDC-LFC) ، و U=0

جدول ۵. مقادیر انتخاب شده KP و Kl و حاشیه تاخیر آنها

شکل ۴. بازخورد زمانی طرح LFC سه ناحیه ای با تاخیرات زمانی مختلف :‌ (A) انحرافات بسامدی سه ناحیه ای (B) خطاهای کنترلی ناحیه

شکل ۵. بازخورد زمانی طرح LFC سه ناحیه ای با تاخیرات زمانی مختلف (300 ثانیه) :‌ (A) انحرافات بسامدی سه ناحیه ای (B) خطاهای کنترلی ناحیه

۴.۱ DME و تجزیه و تحلیل پایداری (ثبات) سیستم

شکل ۸. بازخورد زمانی طرح LFC سه ناحیه با تاخیرات زمانی مختلف (Kp=0.4 ، و Kl=0.2) مورد (A) انحرافات بسامدی سه ناحیه ، (B) خطاهای کنترل ناحیه

شکل ۹. بازخورد زمانی طرح LFC سه ناحیه ای با ترکیب نمودن اختلالات پارامتری (A) انحرافات بسامدی سه ناحیه (B) خطاهای کنترل ناحیه

۴.۲ ارزیابی DME با ترکیب GRC و GDB

شکل ۱۰. رابطه مابین دستیابی به کنترلر PI و RPI سه ناحیه ای

جدول ۶. موارد دربرگرفته شده در مطالعه قیاسی

۴.۳ آزمایش عملکرد قدرتمند با اختلالات پارامتری

شکل ۱۱. بازخورد زمانی طرح LFC سه ناحیه ای با طرح های کنترلی مختلف (A) انحرافات بسامد سه ناحیه (B) خطاهای کنترل ناحیه

شکل ۱۲. سیستم توان (برق) سه حوزه ای با RES ها

۴.۴ آزمایش عملکرد قدرتمند مقایسه ای (قیاسی)

۴.۵ آزمایش عملکردی قدرتمند با ترکیب نمودن میکرو شبکه

شکل ۱۳. بازخورد زمانی طرح LFC سه ناحیه ای با ترکیب RES مورد (A) انحرافات بسامد سه ناحیه (B) خطاهای کنترلی ناحیه

۵. جمع بندی

ترجمه چکیده

بکارگیری کانال های ارتباطاتی نتیجه اجتناب ناپذیری بروی ظهور تاخیرات زمانی در طرح های کنترل بسامد بار (LFC) دارد. وجود چنین تاخیرات زمانی نشان دهنده تهدیدات بالقوه بر ثبات (پایداری) سیستم های توان (انرژی) است. این مقاله در تلاش برای مطالعه سیستم توان تاخیر زمانی سه - ناحیه ای بوده و طرح LFC قدرتمند مبتنی بر نابرابری ماتریس خطی (LMI) با تخمین حاشیه تاخیر را مطرح می نماید. متعاقبا شکل تحلیلی حاشیه تخمین فراهم شده است. پیرو این مقوله ، رویه طراحی کنترلر قدرتمند مبتنی بر LMI بر اساس تخمین حاشیه تاخیر مطرح شده ، که در آن شاخص عملکردی قدرتمند (RPI) معرفی گشته شده است. کنترلر قدرتمند در نهایت با حاشیه تاخیر تخمین زده شده و تکنیک جستجوی باینری که در تلاش برای یافتن کمینه مقدار RPI بدست آمده است. شبیه سازی ها برای ارزیابی عملکرد طرح مطروحه انجام شده است: کارامدی فرآیند DME تحت شرایط سیستم توان ایده آل تایید اعتبار شده است; دومین شبیه سازی تاثیرات بروی GRC و GDB را بمنظور انجام اعتبارسنجی متعاقب درستی DMC ترکیب می نماید; اختلال (انحراف) پارامتر در شبیه سازی بعدی در نظر گرفته شده است; مطالعه مقایسه ای که به قیاس رویکرد مطروحه با سه روش دیگر موجود می پردازد ، در چهارمین آزمایش شبیه سازی انجام شده است; در نهایت ، تاثیر شبکه میکرو (مقیاس کوچک) با واحدهای تولید انرژی خورشیدی و بادی سازگار بوده که برای آزمایش عملکرد روش نوظهور (کنونی) ترکیب شده اند. نتایج شبیه سازی نشان دهنده این است که رویه خمین حاشیه تاخیر کارامد بوده و طرح کنترلی مطروحه قدرتمند است و عملکرد برتری نسبت به طرح های کنترل قدرتمند مبتنی بر LMI مرسوم دارد.

ترجمه مقدمه

کنترل بسامد بار (LFC) بصورت گسترده ای در شبکه های توان (انرژی) ، بمنظور حفظ بسامد سیستم و تبادل توان مابین حوزه ها (نواحی) توان چندگانه در درون طیف مجاز در نزدیکی مقادیر برنامه ریزی شده ، بکار گرفته شده اند. طرح های LFC مختلف در چهل سال گذشته مطرح شده که شامل رویکرد LFC مبتنی بر اشتقاق-انتگرال-متناسب (PID) ، طرح های LFC قدرتمند مبتنی بر منطق فازی ، تکنیک LFC اقتباسی در بازار انرژی ، چارچوب های LFC خودکار مبتنی بر شبکه عصبی ، و همچنین رویکرد نابرابری ماتریس خطی می باشند. ممکن است که یکی از چالش های اصلی و عمده برای طرح های LFC که ثبات و پایداری سیستم را به خطر می اندازد ، وجود تاخیرات ارتباطاتی بدلیل بکارگیری کانال های ارتباطی مابین مرکز کنترل و ایستگاه پایانه (بنام واحدهای پایانه از راه دور (RTU)) است. تاخیرات زمانی کوچک در کانال های ارتباطی عموما ، بدلیل آنکه تاثیرات آنها بروی ثبات و پایداری سیستم محدود شده ، نادیده گرفته شده اند. هرچند ، ظهور شبکه های اختصاصی تر ، بکارگیری کابل های فیبر نوری ، پروتوکل های انتقال ، حامل های خط توان (برق) و همچنین واحدهای اندازه گیری فازور (Phasor) وجود تاخیرات زمانی بزرگ در سیستم توان (برق) را ممکن می سازد. ادبیات (مراجع) مختلفی مسائل و مشکلات تاخیرات ارتباطاتی بزرگ در طیف 0.5-15 ثانیه - که ممکن است موجب تبعات عمده و اساسی بروی ثبات و پایداری سیستم شود - را گزارش نموده اند. از این رو ، تخمین بیشینه زمان تاخیر با اینکه ثبات سیستم توان (برق) حفظ نخواهد شد (مانند حاشیه تاخیر) از اهمیت حیاتی برخوردار است. دو گونه روش تخمین حاشیه تاخیر (DME) در طرح LFC بکار گرفته شده ، که روش مستقیم دامنه - بسامد (FDDM) و روش غیر مستقیم دامنه - زمان (TDIM) می باشند. FDDM حاشیه تاخیر را بوسیله محاسبه (رایانش) ریشه نمادین خالص حیاتی (بحرانی) برابر (معادله) خصیصه سیستم تخمین می زند ، و مثال های FDDM ردیابی مقدارهای معین حیاتی (بحرانی) (CET) ، اعمال ریشه های خصیصه خوشه (CCRT) ، روش Schure-Cohn (اختصارا SCM) ، و روش زیر موقعیت Rekesius (اختصارا RSM) می باشند. این روش ها قادر به فراهم نمودن نتایج تحلیلی حاشیه تاخیر سیستم با مقادیر تعیین شده هستند. در میان آنها ، روش CET دارای قابلیت ردیابی مقادیر معین سیستم ، در زمانی که آنها تاخیرات زمانی ثابت چندگانه هستند ، می باشد. روش CCRT نه تنها ارایه کننده عبارت صریح ناحیه ثبات از لحاظ پارامترهای سیستمی بوده ، بلکه همچنین اعلام کننده (مشخص کننده) تعداد ریشه های خصیصه ای بوده که ثابت نیستند; SCM ارایه شده در (۱۸) برای محاسبه حاشیه اخیر کنترل تولید خودکار (AGC) پیاده سازی شده ، و RSM در (۱۹) با مسئله حاشیه تاخیر سیستم توان (برق) ناحیه واحد سر و کار دارد. در حالیکه تنها نقص FDDM این بوده که تنها قادر به سر و کار داشتن (مواجه) با تاخیرات زمانی ثابت است. TDIM مبتنی بر نظریه ثبات (پایداری) Lyapunov و نابرابری ماتریس خطی (LMI) است. جدا از طرح های FDDM ، مورد TDIM برای مواجه (سر و کار داشتن) با مسئله DME سیستم با هر دو تاخیرات متغیر و ثابت زمانی ، مناسب و قابل کاربرد است. الگوریتم بهینه سازی کاوش (تغذیه) باکتری در (۲۹ ، ۳۰) مطرح شده ، الگوریتم جستجوی Cukoo در (۳۱) ایجاد شده و الگوریتم BAT در (۳۲) بمنظور مواجه با سیستم های توان (برق) از درون متصل غیر خطی بوجود آمده است. هرچند ، رویکردهای TDIM از لحاظ ریاضی همانند رویکردهای FDDM صریح نبوده و در فراهم نمودن عبارت تحلیلی حاشیه تاخیر سیستم های توان (برق) زمان تاخیری ناموفق است. اگرچه این طرح های DME فوق الذکر اکثرا در چندین سال گذشته مطرح شده اند ، آنها عموما (معمولا) در تلاش برای اجرای سیستم های LMI با تاخیر زمانی عادی بوده و به ندرت در طرح LFC سیستم های توان (برق) ناحیه چندگانه زمان تاخیری اعمال شده اند. رویکرد DME مبتنی بر FDDM برای انجام تجزیه و تحلیل پایداری تحریک ژنراتور با تاخیرا زمانی ثابت مطرح شده ، و حاشیه تاخیر سیستم توان تک حوزه ای با تاخیرات ارتباطاتی ثابت با الگوریتم مشابه محاسبه شده بوده است. پایداری (ثبات) سیستم توان تاخیر یافته زمانی دو حوزه ای با FDDM مبتنی بر پژوهش مقالات (۱۷ تا ۱۹) تجزیه و تحلیل شده بوده و طرح LCF متناظر مبتنی بر تجزیه و تحلیل را مطرح نموده است. این مقاله در تلاش برای مطرح نمودن طرح LFC قدرتمندی برای سیستم توان (برق) چندین حوزه ای تاخیر یافته مبتنی بر نظریه های LMI از طریق DME می باشد. FDDM بکارگرفته شده و DME مطرح شده در (۱۷) در سیستم توان سه حوزه ای با تاخیر زمانی یکپارچه شده اعمال شده است. از این رو ، معرفی رویه DME می تواند بصورت زیادی موجب تقویت عملکرد طرح LFC در قیاس با رویکردهای گزارش شده در دیگر مراجع شود. در عین حال ، از جاییکه اکثریت رویکردهای DME و طرح های LFC مبتنی بر یک یا دو سیستم توان (برق) دو حوزه ای است ، اعمال رویکرد DME در سیستم های توان سه حوزه ای از اهمیت بحرانی (حیاتی) برخوردار می باشد. علاوه بر این ، سیستم توان (برق) سه ناحیه ای بصورت بهتری منعکس کننده موقعیت عملی سیستم توان چند حوزه ای با تاخیرات ارتباطاتی است. رویه بازگشتی دو بار برای حذف عبارات غیر جبری معادله (برابری) خصیصه بکار گرفته شده و فرمول تحلیلی برای توصیف حاشیه تاخیر سیستم بدست آمده است. علاوه بر این ، اختلال خارجی در مدل سازی سیستم در نظر گرفته شده و شاخص عملکرد قدرتمند (RPI) برای تعریف تاثیر اختلال خارجی بروی خروجی سیستم معرفی شده است. با حاشیه تاخیر محاسبه شده در گذشته ، شاخص ثبات و پیاداری مبتنی بر LMI برای TDPS برای تضمین پایداری سیستم با تاخیر زمانی کوچک تر از حاشیه تاخیر معرفی شده است. پس از آن ، تکنیک جستجوی باینری (BST) بکار گرفته شده برای یافتن بهینه مقدار RPI و کنترلر بسامد بار قدرتمند مطرح شده است. مشارکت های اصلی این مقاله بصورت ذیل می باشند: این مقاله طرح LFC قدرتمند نوظهوری را با ترکیب نمودن رویه DME مطرح می نماید ، که بصورت عمده ای موجب ارتقای عملکردهای رویکردهای LFC موجود که در مراجع گزارش شده ، می شود. تاثیرات GRC و GDB در طرح LFC مبتنی بر LMI در نظر گرفته شده ، که صرفا در ادبیات موجود (مرجع کنونی) به آن اشاره شده است. اختلالات پارامتری برای آزمایش قدرتمندی در نظر گرفته شده اند; تاثیر واحدهای تولید توان توزیع یافته نیز همچنین برای شبیه سازی کامل عملیات عملی سیستم توان چندین ناحیه ای در نظر گرفته شده اند. بخش های باقی مانده این مقاله بصورت ذیل سازماندهی خواهند شد. در بخش ۲ ، مدل طرح LFC چندین حوزه ای معرفی خواهد شد. در بخش ۳ ، طرح LFC قدرتمند با طرح DME مطرح خواهند گشت و الگوریتمی برای یافتن RPI بهینه نیز بدست خواهد آمد. در بخش ۴ ، شبیه سازی های TDPS سه حوزه ای شامل ۵ مورد مطالعاتی انجام خواهد شد. در بخش ۵ ، جمع بندی برای خلاصه سازی این مقاله بدست خواهد آمد.

دانلود رایگان 2 صفحه اول مقاله لاتین (PDF)

پیش نمایش مقاله

چکیده انگلیسی

The employment of communication channels inevitably result in the advent of time delays in load frequency control (LFC) schemes. The existence of such time delays exerts potential threats on the stability of power systems. This paper aims to study a three-area time delayed power system and propose a linear matrix inequality (LMI) based robust LFC scheme with delay margin estimation. Analytic form of the delay margin is subsequently provided. Following that, LMI based robust controller design procedure is proposed based on delay margin estimation, wherein the robust performance index (RPI) is introduced. The robust controller gains are ultimately obtained with the estimated delay margin and a binary search technique which aims to find the minimum value of RPI. Simulations are conducted to evaluate performance of the proposed scheme: the effectiveness of the DME process is verified under an ideal power system condition; a second simulation incorporating the effects on GRC and GDB is conducted to further validate the rightness of DMC; parameter perturbations are considered in the next simulation; a comparative study which compares the proposed approach with other three existing methods is initialized in the fourth simulation test; at last, the impact of a micro grid comprises wind and solar energy generation units is incorporated to test the performance of the novel method. The simulation results indicate that the delay margin estimation procedure is effective and the proposed control scheme is robust and has superior performance over conventional LMI based robust control schemes.