کنترل اصلاح‌شدۀ تلفیقی تحریک برای بهبود پایداری گذرا و تنظیم ولتاژ سیستم‌های قدرت

چکیده

مقدمه

طراحی کنترل‌کنندۀ بهبودیافتۀ تلفیقی تحریک

مدل سیستم قدرت چند ماشینه

طراحی کنترل‌کنندۀ تلفیقی مرسوم تحریک (CSEC)

تنظیم پارامتر کنترل‌کنندۀ تلفیقی تحریک

شکل 1. سیستم تک ماشین شینه بی‌نهایت. 

شکل 2. دیاگرام بلوکی AVR (رگولاتور خودکار ولتاژ) بعلاوۀ PSS (پایدارساز سیستم قدرت). 

جدول 1 : پارامترهای AVR با PSS.

شکل 3. پاسخ‌های بدست آمده برای خطای اتصال کوتاه سه فاز. (الف) پاسخ زاویۀ روتور. (ب) پاسخ سرعت زاویه‌ای روتور. (ج) پاسخ ولتاژ پایانه. (د) دینامیک پارامتر k₂ مربوط به ISEC. 

شکل 4. پاسخ به تغییر گام 10-% مرجع ولتاژ. (الف) پاسخ زاویۀ روتور. (ب) پاسخ ولتاژ پایانه. 

مطالعات موردی

مورد 1: سیستم قدرت تک ماشین شینه‌ بی‌نهایت

شکل 6. پاسخ متیغر ماکرو به یک تغییر پله در مرجع ولتاژ. 

شکل 7. مسیر حرکت فاز سیستم. 

شکل 5. پاسخ‌های بدست آمده به تغییر پلۀ10-% در توان مکانیکی. (الف) پاسخ زاویۀ روتور. (ب) پاسخ توان الکتریکی. 

مورد 2: سیستم قدرت چهار ماشین دو ناحیه‌ای

شکل 8. سیستم قدرت چهار ماشین دو ناحیه‌ای. 

شکل 9. پاسخ‌های بدست آمده برای یک تغییر پلۀ مرجع ولتاژ. (الف) زاویۀ نسبی روتور δ₁₃ . (ب) سرعت نسبی روتور ω₁₄. (ج) پاسخ ولتاژ پایانۀ G1. (د) دینامیک پارامتر k₂ ISEC. 

شکل 10. پاسخ‌های بدست آمده برای یک خطای اتصال کوتاه سه فاز (الف) زاویۀ نسبی روتور δ₁₄ . (ب) سرعت نسبی روتور ω₂₃. (ج) پاسخ ولتاژ پایانۀ G2. (د) دینامیک پارامتر k₂ ISEC. 

نتیجه‌گیری‌

این مقاله ارائه دهندۀ کنترل‌کننده‌های بهبودیافتۀ تلفیقی تحریک (ISEC) غیرمتمرکز برای ژنراتورهای سنکرون جهت افزایش پایداری گذرا و کسب عملکرد رضایت‌بخش تنظیم ولتاژ سیستم‌های قدرت است. هر ژنراتور به عنوان یک زیرسیستم در نظر گرفته می‌شود که برای آن یک ISEC طراحی می‌شود. بر اساس اهداف کنترلی، یک منیفولد که ترکیب خطی از انحراف ولتاژ پایانۀ ژنراتور، سرعت روتور و توان اکتیو است برای طراحی ISEC انتخاب می‌شود. در مقایسه با کنترلر مرسوم تلفیقی تحریک (CSEC)، یک طرح انطباق پارامتر به منظور بروزرسانی برخط پارامتر کنترلر ارائه می‌شود تا پایداری گذرا و عملکرد تنظیم ولتاژ تحت شرایط مختلف کاری به طور همزمان ارتقاء یابند. مطالعات موردی به ترتیب بر روی یک سیستم قدرت تک ماشین شینه بی‌نهایت و یک سیستم چهار ماشین دو ناحیه‌ای صورت می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که ISEC قادر است در مقایسه با پایدارساز مرسوم سیستم قدرت و نیز CSEC که از طرح انطباق پارامتر بی‌بهره است میرایی و عملکرد تنظیم ولتاژ بهتری را فراهم کند

پایداری سیستم قدرت یک مسالۀ بحرانی است که باید حل و فصل شود تا تامین قابل اطمینان و ایمن برق تضمین شود [1]. کنترل تحریک ژنراتورهای سنکرون به عنوان یک شیوۀ اقتصادی و موثر جهت ارتقاء پایداری سیستم قدرت، کارهای تحقیقاتی متعددی را به خود معطوف کرده است [2-5]. به طور متداول، پایدارسازهای سیستم قدرت (PSSها) یا کنترل‌کننده‌های بهینۀ خطی تحریک به منظور بهبود پایداری گذرا و غلبه بر نوسانات فرکانس پایین سیستم‌های قدرت به کار گرفته می‌شوند [2، 3]. با این حال، این کنترل‌کننده‌ها قادر نیستند همواره متضمن یک عملکرد رضایت‌بخش در گسترۀ وسیعی از شرایط عملکردی باشند، به دلیل اینکه آن‌ها اصولاً بر اساس یک مدل خطی‌شدۀ بدست آمده از یک شرایط کاری خاص طراحی می‌شوند. به همین دلیل فوق‌الذکر، تکنیک‌های مختلف کنترل پیشرفته برای طراحی کنترل‌کننده‌های تحریک ارائه شده است، مثل کنترل خطی‌سازی فیدبک [4-7]ّّ کنترل منطق فازی [8]، کنترل تطبیقی [9، 10]، کنترل پیش‌بینی‌کنندۀ غیرخطی [11]، کنترل مود لغزشی [12]، و کنترل مقاوم [13]. بیشتر آن‌ها از تکنیک فیدبک حالت استفاده کرده و معمولاً پایداری گذرا را در نظر گرفته و از تنظیم ولتاژ صرفنظر می‌کنند [4، 5]. این منجر به انحراف ولتاژ پایانۀ ژنراتور از مقدار زمانبندی شدۀ آن پس از یک خطای دائم و یا تغییر توپولوژی شبکه خواهد شد. از آنجا که پایداری سیستم قدرت و تنظیم ولتاژ دو موضوع اصلی تلقی می‌شوند بنابراین باید در مرحلۀ طراحی کنترل‌کننده‌های تحریک طراحی شوند [6]. برای حل این مساله، یک کنترل‌کنندۀ تحریک با ساختار متغیر غیرخطی در [14] ارائه شده و یک مرجع جدید زاویۀ بار از طریق عبارت دینامیکی بدست آمده از یک رگولاتور ولتاژ PI در [15] محاسبه شد تا پروفیل ولتاژ حفظ شو. با این حال، برآورده کردن پایداری مجانبی جهانی زاویۀ روتور و در عین حال دستیابی به پروفیل رضایت‌بخش ولتاژ به دلیل غیرخطی بودن بسیار یاد و پیچیدگی سیستم‌های قدرت معمولاً دشوار است.