طراحی هماهنگ پایدار کننده های سیستم قدرت و TCSC با استفاده از الگوریتم بهبود یافته ی جستجوی هارمونی

چکیده 

کلمات کلیدی

1. مقدمه

2. بیان مسئله 

2.1. مدل سیستم قدرت 

2.2. ساختار PSS

شکل 3. تغییر Rpa و bi با افزایش در تعداد تکرار

2.3. ساختار TCSC

2.4. تابع هدف

3. الگوریتم بهبود یافته ی جستجوی هارمونی 

4. نتایج شبیه سازی 

4.1. تجزیه و تحلیل اندازه ی ویژه 

4.2. شبیه سازی های دامنه ی زمانی غیرخطی 

5. نتیجه گیری ها 

ضمیمه 

پایدارکننده های سیستم قدرت (PSS) معمولا برای کاهش نوسانات الکترومکانیکی بوسیله ی ارائه ی سیگنال های کمکی پایدارکننده برای سیستم تهییج ژنراتورها به کار گرفته می شوند. اما معلوم شده است که این PSS سنتی (CPSS) برای نوسانات میان ناحیه ای در سیستم های قدرت چند ماشینی، میرایی کافی ارائه نمی دهند. خازن سری کنترل شده با تیریستور (TCSC) پتانسیل بالایی در کاهش نوسانات میان ناحیه ای توان و کاهش رزونانس زیر همگام دارد. در این مقاله، الگوریتم جستجوی هارمونی بهبود یافته (IHSA) برای طرح هماهنگ چند PSS و TCSC به منظور کاهش موثر نوسانات مطرح شده است. معلوم شده است که نتایج بدست آمده با استفاده از IHSA روی سیستم 3-ماشین 9-باس، در مقایسه با نتایج بدست آمده با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام باکتری (BSO)، عملکرد بهتری دارد. عملکرد میرایی کنترل کننده های PSS سنتی و TCSC نیز با طرح هماهنگ TCSC و PSS مبتنی بر IHSA روی سیستم 10-ماشین 39-باس New England در دامنه ی وسیع شرایط و پیشامدهای عملیاتی مقایسه شده است. برای نشان دادن کارایی تکنیک پیشنهادی، نتایج بدست آمده در این سیستم با نتایج بدست آمده الگوریتم ژنتیک (GA)، بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO)، الگوریتم جستجوی هارمونیک (HSA) و بهینه سازی ازدحام باکتری (BSO) مقایسه شده اند.

سیستم های قدرت سیستم های غیر خطی پیچیده ای بوده و اغلب به خاطر میرایی ناکافی، نوسانات توان فرکانسی پایینی نشان می دهند. این نوسانات ممکن است ثبات یافته و افزایش یابند، و در نتیجه درصورت در دسترس نبودن میرایی کافی، باعث جدا شدگی سیستم شوند. پایدارسازهای سیستم قدرت سنتی (CPSS) بطور گسترده ای جهت سرکوب نوسانات الکترومکانیکی ژنراتور و بهسازی پایداری کلی سیستم های قدرت مورد استفاده قرار می گیرند. CPSS براساس نظریه ی کنترل خطی می تواند به خوبی به شرایط عملیاتی تنظیم شده و میرایی بسیار خوبی طی یک دامنه ی مشخص اطراف نقطه ی طراحی ارائه خواهد داد. با این حال، پارامترهای CPSS ممکن است برای کل مجموعه ی پارامترهای سیستم، آرایش ها و شرایط عملیاتی بهینه نباشند. تجزیه و تحلیل کامل اثرات پارامترهای مختلف CPSS بر روی عملکرد کلی دینامیک سیستم قدرت در [2] ارائه شده است. نشان داده شده است که انتخاب مناسب پارامترهای CPSS منجربه عملکرد رضایت بخش طی افت های سیستم می شود. طراحی مقاوم CPSS در سیستم های قدرت چند-ماشینی با استفاده از تکنیک بهینه سازی کلی مانند GA، و تکنیک های نوآورانه ی دیگر مانند جستجوی ممنوعه (TS)، تابکاری شبیه سازی شده (SA)، PSO، باکتری خواری (BF)، و جستجوی هماهنگی (HS) توجه زمینه ی بهینه سازی پارامتر PSS را جذب کرده اند. با این حال، این تکنیک ها ممکن است با گیر افتادن در یکی از بهینگی های محلی با شکست مواجه شوند. اگرچه PSS سیگنال های پایدارساز بازخورد مکمل ارائه می دهد، اما این کنترل کننده ها ممکن است میرایی کافی طی برخی شرایط عملیاتی تولید نکنند، و نیاز به کنترل کننده های موثر دیگری که بتوانند هماهنگ با PSS کار کنند، وجود دارد. پیشرفت های انجام پذیرفته در تکنولوژی های الکترونیک قدرت باعث شده اند کاربرد دستگاه های سیستم های انتقال AC انعطاف پذیر (FACTS) از چنین شرایطی را بوسیله ی کنترل شار توان در طول خطوط انتقال بکاهند که این کار باعث بهبود میرایی نوسانات می شود. میان این دستگاه های FACTS، TCSC یک کنترل کننده ی چندمنظوره ی FACTS می باشد که اجازه ی تغییرات سریع و پیوسته ی امپدانس خط انتقال را می دهد. TCSC دارای پتانسیل و کاربرد وسیعی در تنظیم دقیق شار توان روی یک خط انتقال، کاهش رزونانس زیرهمگام، بهبود پایداری گذرا و میرایی نوسانات درون ناحیه ای توان می باشد. شکل 1. ساختار PSS. کاربردهای TCSC برای افت نوسان توان و افزایش پایداری را می توان در [14-16] یافت. با این حال، این مقالات محدود به یک ماشین متصل به سیستم باس نامحدود (SMIB) محدود می باشند. در [17] یک کنترل کننده ی کاهشی PI فازی خود تنظیم مبتنی بر قاعده (STFPIC) برای TCSC پیشنهاد شده است. یک طرح تکمیلی سیستم کنترل میرایی برای TCSC براساس الگوریتم زنبورهای مجازی (VBA) الهام گرفته از طبیعت در [18] ارائه شده است. یک تلاش برای سرکوب نوسانات در یک سیستم قدرت چند ماشین با استفاده از TCSC مبتنی بر الگوریتم باکتری خواری در [19] ارائه شده است. در سال های اخیر، مقالات کمی در رابطه با بررسی مسئله ی هماهنگ سازی کنترل کننده های چندگانه ی میرایی برای سیستم های قدرت چند ماشینی گزارش شده است. با این حال، کنترل محلی هماهنگ نشده ی کنترل کننده ی TCSC و PSS ممکن است باعث تعاملات ناخواسته ای شود که ممکن است منجربه ناپایدارشدگی سیستم شوند. برای بهبو عملکرد کلی سیستم، مطالعات بسیاری بر روی هماهنگی میان کنترل کننده های PSS و FACTS انجام پذیرفت. متأسفانه مسئله ی طراحی ناهماهنگ کنترل کننده های میرایی نوسان توان سنتی یک مسئله ی بهینه سازی چند حالتی بوده و روش های سنتی تنظیم ممکن است میرایی کافی برای پایدارسازی نوسانات میان ناحیه ای ارائه ندهند. در نتیجه روش های فراابتکاری، که بطور گسترده ای برای مسائل بهینه سازی کلی مورد استفاده قرار گرفته اند، برای حل این مسئله ی طراحی هماهنگ مورد استفاده قرار گرفته اند. آبیدو و همکارانش [26] طراحی هماهنگ PSS و یک کنترل کننده ی مبتنی بر SVC با استفاده از الگوریتم ژنتیک (GA) کدبندی شده ارائه داده اند. بهینه سازی ازدحام ذره (PSO) برای طراحی هماهنگ همزمان PSS و کنترل کننده ی میرایی TCSC در یک سیستم قدرت چند ماشین در [27] توسعه داده شده است. اما زمانی که سیستم دارای تابع هدف متناقض و تعدادی پارامتر جهت بهینه سازی می باشد، بازده GA کاهش می یابد. PSO از بهینه سای جزئی رنج می برد، که باعث می شود تنظیم سرعت و جهت آن ها دقت کمتری داشته باشد. بعلاوه، الگوریتم PSO نمی تواند مسائل بهینه سازی سیستم غیر هماهنگ و پراکنده را حل کند. چندین تکنیک بهینه سازی با استفاده از اصل ازدحام برای حل انواع مختلف مسائل مهندسی در گذشته ی نه چندان دور به کار گرفته شده اند. یک الگوریتم بهینه سازی شده ی PSO برای بهبود پایداری سیستم و برای مسئله ی اقتصادی توزیع بار در [30،31] به کار رفته است. علی و همکارانش [32] یک الگوریتم بهینه سازی ازدحام باکتری جدید برای طراحی همزمان PSS و TCSC پیشنهاد داده اند. یک روش جدید برای تعیین راه حل بهینه ی مسئله ی توزیع اقتصادی (ED) با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب (FA) و ترکیب الگوریتم های ساده شده ی بهینه سازی ازدحام و باکتری خواری در [33،34] ارائه شده است. قسمتی و همکارانش الگوریتم اصلاح شده ی یادگیری آموزش، الگوریتم تکامل دیفرانسیلی دوتایی، و الگوریتم ترکیبی رقابت سلطه جویانه-بهینه سازی علف هرز مهاجم (IWO) را برای مسئله ی توزیع توان راکتیو انتخاب کرده اند. در [37،38] الگوریتم اصلاح شده ی رقابت سلطه جویانه و الگوریتم یادگیری آموزش برای مسئله ی شار بهینه ی توان به کار رفته اند. در این مقاله، الگوریتم بهبود یافته ی جستجوی هارمونی (IHSA) برای طراحی همزمان پارامترهای کنترل کننده های PSS و TCSC به کار گرفته شده است. با کاهش تابع هدفی که در آن اثرات کنترل کننده های PSS و TCSC بصورت همزمان در نظر گرفته می شوند، تعاملات میان این کنترل کننده ها بهبود می یابد. این کنترل کننده ها روی سیستم 10 ماشین 39 باس New England تحت دامنه ی وسیع شرایط باردهی و اختلالات شدید تست شده اند. تجزیه و تحلیل عدد ویژه و نتایج شبیه سازی غیر خطی ارائه شده اند تا کارایی و مقاوم بودن کنترل کننده های پیشنهادی در کاهش نوسانات میان ناحیه ای فرکانس پایین را شرح دهند.