طرح هماهنگ کنترلر TCSC و PSS با به کارگیری تکنیک بهینه سازی ازدحام ذرات Coordinated Design of TCSC Controller and PSS Employing Particle Swarm Optimization Technique
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- چاپ و سال / کشور: 2007
توضیحات
رشته های مرتبط: مهندسی برق، مهندسی الکترونیک، مکاترونیک، مهندسی کنترل و سیستم های قدرت
- این مقاله کاربرد تکنیک بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) برای طرح هماهنگ پایدارساز سیستم قدرت (PSS) و یک کنترلر مبتنی بر جبرانساز سری کنترل‌شده با تریستور (TCSC) را معرفی می‌کند تا پایداری سیستم افزایش یابد. مساله طراحی PSS و TCSC به صورت یک مساله بهینه‌سازی حوزه زمان فرمولبندی می‌شود. برای جستجوی پارامترهای بهینه کنترلر، از الگوریتم PSO استفاده می‌شود. با کمینه کردن تابع هدف حوزه زمان، که در آن انحراف سرعت نوسانی روتور ژنراتور هم دخالت دارد، عملکرد پایداری سیستم بهبود می‌یابد. برای مقایسه توانمندی PSS و کنترلر TCSC، این‌ها ابتدا به صورت مستقل و سپس در یک حالت هماهنگ و برای کاربردهای منفرد و هماهنگ طراحی می‌شوند. کنترلرهای ارائه‌شده بر روی یک سیستم قدرت با اتصال ضعیف تست می‌شوند. تحلیل مقدارویژه و نتایج شبیه‌سازی غیرخطی ارائه می‌شوند تا کارائی روش طرح هماهنگ نسبت به طرح منفرد نشان داده شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که کنترلرهای ارائه شده در میراکردن نوسانات فرکانس پائین ناشی از اغتشاشات کوچک مثل تغییر در توان مکانیکی ورودی و تنظیمات ولتاژ مرجع، موثر هستند. عبارات کلیدی- بهینه‌سازی ازدحام ذرات، مدل فیلیپس- هفرون، پایداری سیستم قدرت، PSS، TCSC. ۱٫ مقدمه نوسانات فرکانس پایین وقتی رخ می‌دهند که سیستم‌های قدرت بزرگ به خطوط ارتباطی با اتصال ضعیف پیوند خورده باشند. این نوسانات ممکن است ادامه یافته و رشد کنند و در نهایت چنانچه میرایی کافی موجود نباشد، منجر به جدائی سیستم شوند [۱]. پایدارسازهای سیستم قدرت (PSS) اکنون به صورت روتین در صنعت به کار می‌روند تا نوسانات را میرا کنند. با این حال، تحت برخی شرایط عملکردی، این تجهیز ممکن است میرایی کافی را ایجاد نکند و لذا علاوه بر PSS از گزینه‌های موثر دیگری استفاده می‌شود. پیشرفت‌های اخیر در زمینه الکترونیک قدرت موجب استفاده از کنترلرهای سیستم انتقال انعطاف‌پذیر ac (FACTS) در سیستم‌های قدرت می‌شود. این کنترلرها قادر به کنترل بسیار سریع شرایط شبکه هستند و این ویژگی ادوات FACTS می‌تواند در راستای بهبود پایداری سیستم قدرت مورد استفاده قرار گیرد [۲]. جبرانسازی سری کنترل‌شده با تریستور (TCSC) یکی از عناصر مهم خانواده FACTS است که به وفور در خطوط انتقال بلند در سیستم‌های قدرت نوین مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد و می‌تواند نقش‌های مختلفی در زمینه عملکرد و کنترل سیستم‌های قدرت ایفا کند، مثلا در پخش بار برنامه‌ریزی‌شده؛ کاهش اجزاء نامتقارن؛ کاهش تلفات کل؛ پشتیبانی از ولتاژ؛ محدودسازی جریان‌های اتصال کوتاه؛ تخفیف رزونانس زیرسنکرون (SSR)؛ میراکردن نوسانات سیستم؛ و بهبود پایداری گذرا [۳]- [۶]. موضوع تنظیم پارامتر کنترلر FACTS در حضور PSS یک موضوع پیچیده است چون کنترل ناهماهنگ محلی کنترلر FACTS و PSS ممکن است موجب برهم‌کنش‌های غیرپایدارکننده شود. برای بهبود عملکرد کلی سیستم، PSS ها و کنترلرهای FACTS میراکننده نوسانات توان (POD) باید در یک حالت هماهنگ کار کنند [۷]- [۸]. ساختار کنترلر پسفاز- پیشفاز مرسوم توسط بهره‌برداران سیستم قدرت ترجیح داده می‌شود چون تنظیم آنلاین آن ساده بوده و نیز با اعمال برخی تکنیک‌های تطبیقی و یا ساختار متغیر می‌تواند باعث تضمین پایداری شود. به طور سنتی، برای مطالعات پایداری سیگنال کوچک یک سیستم قدرت، مدل غیرخطی فیلیپس- هفرون برای سال‌ها مورد استفاده قرار گرفته است، که نتایج قابل اعتمادی هم در بر داشته است. با این که یک مدل غیرخطی است، اما برای مطالعه نوسانات فرکانس پایین و پایداری سیستم‌های قدرت کاملا دقیق و صحیح است. همچنین این مدل به طور موفقیت‌آمیزی برای طراحی و تنظیم PSS های کلاسیک به کار رفته است [۹]. مساله تنظیم پارامتر کنترلر FACTS یک موضوع پیچیده است. تکنیک‌های مرسوم مختلفی در نوشتجات در رابطه با مسائل طراحی پایدارکننده‌های مرسوم سیستم قدرت ارائه شده است، مثل: تخصیص مقدار ویژه، برنامه‌نویسی ریاضی، رویه گرادیان برای بهینه‌سازی و نیز نظریه کنترل مدرن. متاسفانه، این تکنیک‌های مرسوم زمان‌بر هستند چون از حالت تکرار استفاده کرده و نیازمند بار محاسباتی سنگینی هستن و نیز همگرایی کندی دارند. علاوه بر این، فرایند جستجو در آنها مستعد این است که در کمینه‌های محلی باقی مانده و پاسخ بدست آمده ممکن است پاسخ بهینه نباشد [۱۰].
- این مقاله کاربرد تکنیک بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) برای طرح هماهنگ پایدارساز سیستم قدرت (PSS) و یک کنترلر مبتنی بر جبرانساز سری کنترل‌شده با تریستور (TCSC) را معرفی می‌کند تا پایداری سیستم افزایش یابد. مساله طراحی PSS و TCSC به صورت یک مساله بهینه‌سازی حوزه زمان فرمولبندی می‌شود. برای جستجوی پارامترهای بهینه کنترلر، از الگوریتم PSO استفاده می‌شود. با کمینه کردن تابع هدف حوزه زمان، که در آن انحراف سرعت نوسانی روتور ژنراتور هم دخالت دارد، عملکرد پایداری سیستم بهبود می‌یابد. برای مقایسه توانمندی PSS و کنترلر TCSC، این‌ها ابتدا به صورت مستقل و سپس در یک حالت هماهنگ و برای کاربردهای منفرد و هماهنگ طراحی می‌شوند. کنترلرهای ارائه‌شده بر روی یک سیستم قدرت با اتصال ضعیف تست می‌شوند. تحلیل مقدارویژه و نتایج شبیه‌سازی غیرخطی ارائه می‌شوند تا کارائی روش طرح هماهنگ نسبت به طرح منفرد نشان داده شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که کنترلرهای ارائه شده در میراکردن نوسانات فرکانس پائین ناشی از اغتشاشات کوچک مثل تغییر در توان مکانیکی ورودی و تنظیمات ولتاژ مرجع، موثر هستند. عبارات کلیدی- بهینه‌سازی ازدحام ذرات، مدل فیلیپس- هفرون، پایداری سیستم قدرت، PSS، TCSC. ۱٫ مقدمه نوسانات فرکانس پایین وقتی رخ می‌دهند که سیستم‌های قدرت بزرگ به خطوط ارتباطی با اتصال ضعیف پیوند خورده باشند. این نوسانات ممکن است ادامه یافته و رشد کنند و در نهایت چنانچه میرایی کافی موجود نباشد، منجر به جدائی سیستم شوند [۱]. پایدارسازهای سیستم قدرت (PSS) اکنون به صورت روتین در صنعت به کار می‌روند تا نوسانات را میرا کنند. با این حال، تحت برخی شرایط عملکردی، این تجهیز ممکن است میرایی کافی را ایجاد نکند و لذا علاوه بر PSS از گزینه‌های موثر دیگری استفاده می‌شود. پیشرفت‌های اخیر در زمینه الکترونیک قدرت موجب استفاده از کنترلرهای سیستم انتقال انعطاف‌پذیر ac (FACTS) در سیستم‌های قدرت می‌شود. این کنترلرها قادر به کنترل بسیار سریع شرایط شبکه هستند و این ویژگی ادوات FACTS می‌تواند در راستای بهبود پایداری سیستم قدرت مورد استفاده قرار گیرد [۲]. جبرانسازی سری کنترل‌شده با تریستور (TCSC) یکی از عناصر مهم خانواده FACTS است که به وفور در خطوط انتقال بلند در سیستم‌های قدرت نوین مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد و می‌تواند نقش‌های مختلفی در زمینه عملکرد و کنترل سیستم‌های قدرت ایفا کند، مثلا در پخش بار برنامه‌ریزی‌شده؛ کاهش اجزاء نامتقارن؛ کاهش تلفات کل؛ پشتیبانی از ولتاژ؛ محدودسازی جریان‌های اتصال کوتاه؛ تخفیف رزونانس زیرسنکرون (SSR)؛ میراکردن نوسانات سیستم؛ و بهبود پایداری گذرا [۳]- [۶]. موضوع تنظیم پارامتر کنترلر FACTS در حضور PSS یک موضوع پیچیده است چون کنترل ناهماهنگ محلی کنترلر FACTS و PSS ممکن است موجب برهم‌کنش‌های غیرپایدارکننده شود. برای بهبود عملکرد کلی سیستم، PSS ها و کنترلرهای FACTS میراکننده نوسانات توان (POD) باید در یک حالت هماهنگ کار کنند [۷]- [۸]. ساختار کنترلر پسفاز- پیشفاز مرسوم توسط بهره‌برداران سیستم قدرت ترجیح داده می‌شود چون تنظیم آنلاین آن ساده بوده و نیز با اعمال برخی تکنیک‌های تطبیقی و یا ساختار متغیر می‌تواند باعث تضمین پایداری شود. به طور سنتی، برای مطالعات پایداری سیگنال کوچک یک سیستم قدرت، مدل غیرخطی فیلیپس- هفرون برای سال‌ها مورد استفاده قرار گرفته است، که نتایج قابل اعتمادی هم در بر داشته است. با این که یک مدل غیرخطی است، اما برای مطالعه نوسانات فرکانس پایین و پایداری سیستم‌های قدرت کاملا دقیق و صحیح است. همچنین این مدل به طور موفقیت‌آمیزی برای طراحی و تنظیم PSS های کلاسیک به کار رفته است [۹]. مساله تنظیم پارامتر کنترلر FACTS یک موضوع پیچیده است. تکنیک‌های مرسوم مختلفی در نوشتجات در رابطه با مسائل طراحی پایدارکننده‌های مرسوم سیستم قدرت ارائه شده است، مثل: تخصیص مقدار ویژه، برنامه‌نویسی ریاضی، رویه گرادیان برای بهینه‌سازی و نیز نظریه کنترل مدرن. متاسفانه، این تکنیک‌های مرسوم زمان‌بر هستند چون از حالت تکرار استفاده کرده و نیازمند بار محاسباتی سنگینی هستن و نیز همگرایی کندی دارند. علاوه بر این، فرایند جستجو در آنها مستعد این است که در کمینه‌های محلی باقی مانده و پاسخ بدست آمده ممکن است پاسخ بهینه نباشد [۱۰].
Description
This paper investigates the application of Particle Swarm Optimization (PSO) technique for coordinated design of a Power System Stabilizer (PSS) and a Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC)-based controller to enhance the power system stability. The design problem of PSS and TCSC-based controllers is formulated as a time domain based optimization problem. PSO algorithm is employed to search for optimal controller parameters. By minimizing the time-domain based objective function, in which the deviation in the oscillatory rotor speed of the generator is involved; stability performance of the system is improved. To compare the capability of PSS and TCSC-based controller, both are designed independently first and then in a coordinated manner for individual and coordinated application. The proposed controllers are tested on a weakly connected power system. The eigenvalue analysis and nonlinear simulation results are presented to show the effectiveness of the coordinated design approach over individual design. The simulation results show that the proposed controllers are effective in damping low frequency oscillations resulting from various small disturbances like change in mechanical power input and reference voltage setting.
