نوع فایل: word
قابل ویرایش 140 صفحه
چکیده:
در چند سال اخیر تقاضا برای مصرف انرژی الکتریکی روز به روز در حال بیشتر شدن می باشد، برای پاسخ به این افزایش تقاضا ، با توجه به محدودیت های اقتصادی و مسائل دیگر که مانعی برای توسععه شبکه هیا قدرت می باشد، بحث استفاده بهینه از خطوط موجود مطرح شده است . انتقال توان در خطوط طولانی به دلیل مسایل پایداری سیستم محدودمی شود درحالی که ظرفیت حرارتی خط اجازه عبور توان های بیشتری را می دهند.از خازن سری برای کاهش راکتانس سری بین بار ونقطه تغذیه استفاده می شود که این امر باعث افزایش ماکزیمم توان عبوری از خط و همچنین باعث بهبود پایداری گذرا و ماندگار می شود و در نتیجه برا گذاری اقتصادی تر شده وافت ولتاژ شین های بار حداقل می گردد . مطالعات نشان می هد قرار دادن خازن سری در خطوط انتقال حد پایداری گذاری خط انتقال بلند را تا بیش از دو برابر افزایش می دهد .
یکی از معایب خازن گذاری سری در سیستم های قدرت ایجاد مدار رزونانسی با راکتانس سلفی خط انتقال است که در اثر بوجود آمدن اختلال ممکن است در فرکانس کمتر از فرکانس سنکرون نوسان نماید . این پدیده نوسانات زیر سنکرون نامیده می شود . اگر اختلا فرکانس سنکرون و فرکانس رزونانس الکتریکی نزدیک فرکانس یکی از مدهای پیچشی توربین ـ ژنراتور باشد باعث آسیب دیدن شفت ژنراتور می گردد تا جایی که حتی شکستگی شفت ژنراتور می شود .
در این پایان نامه برای کنترل این نوسانات استفاده از UPFC پیشنهاد شده است . UPFC یکی از ادوات FACTS پیشرفته است که قادر به کنترل مستقل توان های اکتیو و راکتیو می باشد و دارای قابلیت های فراوانی هست ولی بدون کنترل کننده اضافی قادر به میرا کردن این نوسانات نیست، لذا برای میرا کردن این نوسانات، کنترل کننده ای کمکی فازی به این سیستم اضافه شده است .
شبیسه سازی انجام شده توانایی این وسیله برای میرا کردن نوسانات زیر سنکرون را بخوبی نشان می دهد . همچنین مقایسه ای بین عملکرد کنترل کننده ی کمکی فازی با کنترل کننده کمکی سنتی PI انجام شده که عملکرد قوی کنترل کننده فازی را بوضوح نشان می دهد .
کلمات کلیدی : UPFC ، کنترل کننده کمکی فازی ، کنترل کننده کمکی PI ، نوسانات زیر سنکرون.
مقدمه:
با اینکه امروزه مصرف انرژی الکتریکی رو به افزایش می باشد، ولی سرمایه گذاریهای زیر بنایی در قسمت انتقال برق کاهش یافته و خطوط جدید اندکی در حال اضافه شدن به این مجموعه می باشند . این مسئله باعث افزایش هزینه برق و تأخیر درانتقال شده است . ناتوانی در کنترل پخش توان باعث کاهش سود دهی سرمایه و همچنین جلوگیری از رشد بازار برق خواهد شد . لذا باید راهکارهایی جهت رفع این مشکل ارائه شودتا باعث افزایش سود دهی سرمایه و همچنین انتقال اقتصادی الکتریسیته بشود .
یکی از راه حلها احداث خطوط انتقال جدید می باشد ولی ساختن این خطوط به دلیل داشتن سطح مقطع بیشتر و تکنولوژی جدیدتر، هزینه بالایی بین نیم تا دو میلیون دلار برای هر مایل به همراه دارد و از طرفی طراحی و ساخت آنها چندین سال زمان نیاز دارد . [1].
راه حل دیگر نصب خطوط جدید بطور موازی با خطوط قدیمی بوده که خود دارای معایبی از قبیل هزینه های بالا، زمان ساخت و بهره برداری طولانی حت یتا سه سال ، محدودیتهای زیست محیطی و .... می باشد. فلذا می بایستی برای انتقال توان از سیستم های موجود حداکثر اسفاده را نمود .استفاده از خازن سری در خط انتقال و به عبارتی جبران سازی سری خط به عنوان یک راهکار بسیار مناسب در افزایش ماکزیمم توان قابل انتقال ونیز پایداری سیستم شناخته شده است [2]. در عین حال یکی از بدترین اثرات جبران سری خط ، افزایش احتمال وقوع نوسانات زیر سنکرون (SSR) در سیستم قدرت می باشد که ممکن است منجر به از کار افتادگی شفت ژنراتور و ناپایداری سیستم قدرت گدد . [3 و4].
روش های مختلفی برای مقابله با نوسانات ایجاد شده در سیستم که باعث به وجود آمدن بحران پایداری در سیستم می گردد مورد تحقیق وبررسی قرار گرفته است که از آن جمله می توان به سیستم تنظیم سرعت، روش های کلید زنی خازن ها ف سیستم های تحریک و ... اشاره کرد . [5]. هر یک از موارد ذکر شده دارای مشکلات خاص خود می باشند و با اینکه هم اکنون نیز مورداستفاده قرار می گیرند اما گاها نیاز است که در کنار این تدابیر ، از تجهیزات جدیدتر وسریع تر جهت بهبود نوسانات زیر سنکرون استفاده شود . در سال های اخیر با پیشرفت علم الکترونیک قدرت، تجیزات بسیار پر سرعتی به سیستم قدرت معرفی شده اند و مورداستفاده قرار می گیرند . ادوات FACTS به عنوان یکی از این تجهیزات می تواند نقش عمده ای در بهبود نوسانات زیر سنکرون سیستم های قدرت داشته باشد . این ادوات به صورتغیر مستقیم بر روی خطوط انتقال عمل می کنند و نیازهای اولیه حفظ پایداری یعنی تسریع میرایی مدهای الکترومکانیکی را فراهم می کنند . این ادوات با توجه به این که می توانند بسیاری از مشکلات موجود در سیستم های قدرت را حل کنند . به یکی از ادوات پر کاربرد در سیستم های قدرت تبدیل شده اند . تا کنون روش های مختلفی برای کنترل ادوات FACTS در سیستم قدرت مورد بررسی قرار گرفته اند که در حالت کلی به دو دسته روش هاط خطی و روش های غیر خطی تقسیم می شوند .
روش های خطی بهدلیل سادگی بسیارمورد استفاده قرار می گیرند اما به دلیل اجبار در مدل سازی خطی ادوات و سیستم، نمی توانند عملکرد دقیقی را داشته باشند . امروزه با پیشرفت علم رایانه و معرفی روش های سریع محاسباتی تقریبا نیازی استفاده از روش های خطی دیده نمی شود و روش های غیر خطی جایگزین این روش ها شده اند . در دسته بندی دیگر می توان این روش ها را به روش های کنترل قدیمی ، روش های کنترل جدید، روش های هوش مصنوعی و روش های مرکب هوش مصنوعی تقسیم بندی کرد . همان طور که اشاره شد طراحی کنترل کننده ها بر اساس روش های قدیمی (که معمولا از نوع خطی هستند) ، در یک نقطه کار مشخص از سیستم صورت می پذیرد . برای مثال ، کنترل کننده های PID یا جبران کننده های Lead-Lag و ... می توانند نوسانات سیستم را بهبود ببخشند، اما عملکرد آنها با تغییر پیوسته بار و عملکرد غیر خطی سیستم و تغییر نقطه کار سیستم کاهش می یابد . محدودیت های موجود در روش های قدیمی راه برای تحقیق و بررسی در زمینه کنترل کننده های مدرن باز کرد . کنترل خطی بهینه به عنوان یکی از این روش های مدرن، همان محدودیت های کنترل کننده های قدیمی را دارا می باشد . طوری که در نقطه کار مشخصی از سیستم طراحی می گردد و در آن نقطه عملکرد مناسبی دارد ولی در صورت تغییر نقطه کار عملکرد آن کاهش می یابد . کنترل کننده سازش پذیر که نمونه ای دیگر از این کنترل کننده های جدید می باشد، به منظور کنترل حالت های غیر قابل پیشی بینی در سیستم می تواند انتخاب مناسبی باشد . کنترل کننده سازش پذیر و خود تنظیم می تواند طی یک سری محاسبات پیچیده پارامترهای خود را با توجه به شرایط کنونی سیستم تنظیم نماید ، لذا می توان برای نقاط کار وسیعی از سیستم مورد استفاده قرار بگیرد با توجه به مزایای ذکر شده برای کنترل کننده های جددی ، در کنار آن ها می توان معایبی را نیز برای این کنترل کننده ها ذکر نمود که باعث می شود استفاده از این کنترل ها در مقایسه با کنترل کننده های جدیدتر کاهش یابد . روش هایی که در کنترل کننده های جدید مورد استفاده قرار می گیرند ، دارای محاسبات پیچیده ریاضی هستند، لازمه که در طراحی و بهره برداری این کنترل کننده ها از رایانه های قدرتمند و سریعی استفاده نماییم لذا هزینه صرف شده در جهت بهره برداری از این کنترل کننده ها افزایش می یابد . در سال های اخیر روش های کنترلی هوش مصنوعی جایگزین کنترل کننده های قدیمی و جدید شده اند .
منطق فازی به عنوان یکی از کنترل کننده ای هوش مصنوعی به سرعت تبدیل به یکی از مهمترین و پرکاربردترین روش های کنترلی در سیستم های قدرت شده است [6و7]. دلی رشد سیستم های منطق فازی بر این واقعیت استوار است که در این سیستم ها روش های کنترلی غیر خطی که برای کنترل فرایند خاصی مورد استفاده قرار می گیرند به طور ذاتی از تجارب ذهنی متخصصان و مهندسان نشئت می گیرند که در حالت کلی به این اطلاعات استنباط آگاهی گفته می شود . این رویکرد باعث شده است که کنترل کننده فازی تبدیل به کنترل کننده ای کارا ، سازش پذیر ، قابل اطمینان و مقاوم گردد . بیشترین زمینه کاری در تحقیقات سیستم های فازی در زمینه قدرت مربوط به بخش بهبود و ارزیابی پایداری می شود.
علاوه بر انتخاب روش کنترلی ، انتخاب نوع ادوات FACTS نیز می تواند در بهبود عملکرد سیستم موثر باشد [7]. دسته ای ادوات FACTS سری که به صورت سری روی خطوط نصب می گردند، ولتاژی سری به خطوط تزریق می کنند و بدین طریق راکتانس خطوط را تغییر می دهند و یا اختلاف فازی را بین ولتاژ دو انتهای خط ایجاد می کنند و درنتیجه می توانند توان اکتیو و راکتیو عبوری را تغییر بدهند . از ادوات FACTS پرکاربرد در سیستم های قدرت که بیشتر به افزایش پایداری مورد استفاده قرار می گیرند می توان به UPFC, TCPST, TCSC اشاره کرد [8و9].
TCSC ساختار ساده ای داشته و می تواند با تغییر امپدانس خط انتقال توان حقیقی عبوری از خط تنظیم می کند .
TCPST نیز به صورت سری بر روی خط نصب می شود و با تزریق ولتاژ ، توان راکتیو عبوری از خط را تنظیم می کند . برخلاف TCSC و TCPST ، UPFC دارای عملکرد چند گانه می باشد بدین صورت که عملکرد اولیه آن همانند دیگر ادوات FACTS سری ، کنترل توان اکتیو خط می باشد و به عنوان عملکرد دوم می تواند توان راکتیو عبوری از خط انتقال و ولتاژ شین متصل به آن را نیز تنظیم نماید .
با توجه به مقدمه ذکر شده و بیان نقاظ ضعف و قدرت انواع روش های مورد استفاده و همچنین مزیت مهم UPFC در مقابل ادوات دیگر FACTS ، که همانا قابلیت کنترل چندگانه آن می باشد [1]، در این پایان نامه از کنترل کننده فازی جهت کنترل UPFC نصب شده در سیستم مورد استفاده قرار خواهد گرفت .
در ادامه و در فصل مروری بر مقدمات وکارهای انجام شده ، مروری بر انواع نوسانات ممکن در سیستم خواهیم داشت و چند مدل مختلف UPFC معرفی وبهترین مدل انتخاب می شود .
فهرست مطالب:
فصل 1: مقدمه
فصل 2: انواع پایداری و نوسانات در سیستم های قدرت
2-1- انواع پایداری
2-1-1-مقدمه ای بر مساله پایداری سیستم های قدرت
2-1-2-مفاهیم اولیه و تعاریف
2-1-3-پایداری زاویه ای روتور
2-1-3-1-مشخصه های ماشین های سنکرون
2-1-3-2-رابطه توان – زاویه
2-1-5-پایداری ولتاژ و فروپاشی ولتاژ
2-1-5-1- پایداری اغتشاش بزرگ ولتاژ
2-1-5-2- پایداری اغتشاش کوچک ولتاژ
2-1-6-پایداری میان مدت و بلند مدت
2-1-7-طبقه بندی پایداری
2-2-نوسانات با فرکانس پایین (LFO)
2-3-نوسانات زیر سنکرون(SSR)
2-3-1-مشخصه های پیچشی توربین-ژنراتور
2-3-1-1-مدل سیستم محور
2-3-1-2-معادلات سیستم محور
2-3-2-تشدید زیر سنکرون
2-3-2-1-خود تحریکی ناشی از اثر ژنراتور القایی
2-3-2-2-نوسانات پیچشی(Ti)
2-3-2-3-SSR ناشی از شرایط گذرا
2-3-3- کلید زنی حالت ماندگار
2-3-4-کلید زنی پی در پی شبکه
2-3-5-روش های مقابله باSSR و میراسازی نوسانات
2-3-5-1-ملاحظات مربوط به برنامه ریزی سیستم قدرت
2-3-5-2-فیلترینگ
2-3-5-3-میراسازی
فصل 3: بررسی عملکرد و کاربرد ادوات FACTS
3-1-مقدمه
3-2-تاثیر ادوات FACTS بر پارامترهای انتقال
3-3-بررسی TCSC
3-4-بررسی STATCOM
3-5-بررسی UPFC
3-5-1-پخش توان در خطوط انتقال
3-5-2-قابلیت کنترل سنتی UPFC
3-5-3-مد کنترل پخش بار اتوماتیک
3-5-4-مقایسه UPFC با جبران کننده های سری و تنظیم کننده های زاویه فاز
فصل 4: منطق فازی و انواع کنترل کننده ها
4-1-مقدمه
4-2-منطق فازی چیست؟
4-3-چرا از منطق فازی استفاده می کنیم؟
4-4-چه موقع نباید از منطق فازی استفاده کنیم؟
4-5-تصویر کلی از منطق فازی
4-5-1-اصول بنیادی منطق فازی
4-5-2-مجموعه های فازی
4-6-توابع عضویت
4-6-1-توابع عضویت در جعبه ابزار منطق فازی
4-6-2-خلاصه ای از توابع عضویت
4-7-عملگرهای منطقی
4-8-قوانین اگر-آنگاه
4-9-سیستم استنتاج فازی
4-9-1-استنتاج فازی نوع sugeno
4-9-1-1-فواید روش sugeno
4-9-1-2-فواید روش mamdani
4-10- ANFIS و واسط گرافیکی ویرایشگرANFIS
4-10-1-مدل سازی آموزش و استنتاج با استفاده از ANFIS
4-10-2-ANFIS چیست؟
4-10-2-1-ساختار fis و تعدیل پارامترها
4-11-آشنایی با اصالت فرزندی:داده های خود را بشناسید
4-12-اعتبار یابی سیستم به روش امتحان کردن و بررسی مجموعه های داده
4-13-محدودیت های ANFIS
4-14-انواع کنترل کننده های مورد استفاده
4-14-1-روش های کنترل قدیمی
4-14-1-روش های کنترل جدید
4-14-3-روش های هوش مصنوعی
4-14-4-روش های مرکب هوش مصنوعی
4-14-5-کنترل کننده های فازی
4-14-5-1-قوانین فازی:
4-14-5-2-موتور استنباطی 94
4-14-5-3-رابط فازی سازی
4-14-5-4-رابط فازی زدایی
4-14-6-کنترل کننده فازی خود تنظیم
فصل 5: مدل سازی اجزا سیستم و طراحی کنترل کننده ها
5-1-مقدمه
5-2- مدل Second Benchmark
5-3-مدل UPFC برای پخش بار
5-4-مدل دینامیکی UPFC
5-5-طراحی کنترل کننده ها
5-5-1-کنترل پایه
5-5-1-1-طرح کنترلی سری
5-5-1-2-طرح کنترلی موازی
5-5-2-طراحی کنترل کننده میراساز
5-5-2-1- کنترل کننده فازی FLC
5-5-2-1-1- مرحله 1 : تعیین توابع عضویت
5-5-2-1-2- مرحله 2 : تعیین قوانین فازی
5-5-2-2- کنترل کننده فازی خود تنظیم
5-6-اعمال کنترل کننده ها به UPFC
فصل 6: نتایج و تفسیر آن ها
6-1- مقدمه
6-2-1- حالت اول:
6-2-2-حالت دوم:
6-2-3-حالت سوم:
6-2-4-حالت چهارم:
فصل 7: نتیجه گیری و پیشنهادات
7-1- نتیجه گیری
7-2- پیشنهادات
مراجع
فهرست اشکال:
شکل 2-1:مشخصه توان یک سیستم دو ماشینه
شکل 2-2:ناپایداری در غیاب و با وجود تنطیم کننده های خودکارولتاژ
شکل2-3:پاسخ زاویه روتور به یک اغتشاش گذرا
شکل2-4:طبقه بندی پایداری سیستم قدرت
شکل2-5:چهار ماشینه کندور
شکل2-6: چهار ماشینه کندور با وجود اتصال کوتاه
شکل2-8:ساختار یک مدل نوعی فشرده توربین-ژنراتور
شکل2-9:سیستم های انتقال جبران شده با خازن سری
شکل 2-10:مدار معادل ؤنراتور القایی متصل به شبکه از طریق خط جبران شده سری
شکل3-1:تاثیر ادوات FACTS مختلف بر پارامترهای موثر در انتقال توان
شکل3-2:ساختار کلی TCSC
شکل3-3:ساختار بلوکی به همراه کنترل کننده TCSC
شکل3-4:مدل تزریقی TCSC
شکل3-5:دیاگرام تک خطی STATCOM
شکل3-6:کارکردهای اصلی کنترل داخلی مبدل
شکل3-7:کنترل مستقیم ولتاژ خروجی با تغییر نقطه میانی(سطح صفر)فواصل در یک کانورتور دو سطحه
شکل3-8: کنترل مستقیم ولتاژ خروجی با تغییر نقطه میانی(سطح صفر)فواصل در یک کانورتور سه سطحه
شکل3-9:طرح اولیه کنترل برای مولد توان راکتیو نوع کانورتر منبع ولتاژی،برای کنترل خروجی راکتیو با ولتاژ
خازن dc
شکل3-10:طرح اولیه کنترل برای مولد توان راکتیو نوع کانورتر منبع ولتاژی،برای کنترل خروجی راکتیو با ولتاژ
داخلی(مقدار و زاویه)در یک ولتاژ ثابت خازن dc
شکل3-11:مدل فرکانسی پایه برایUPFC
شکل3-12:خط انتقال
شکل3-13:فازور دیاگرام
شکل3-14:در خط انتقال با UPFC
شکل3-15:رابطهQ-P دریک سیستم دوباس ساده برای 90و60و30و0= ∂
شکل3-16:جبران کننده خازنی سری قابل کنترل در خط انتقال
شکل3-17:خط انتقال کنترل شده با تنظیم کننده زاویه فاز
شکل3-18:منحنی P-Q خط انتقال کنترل شده با جبران کننده های سری وUPFC 90و60و30و0= ∂
شکل3-19: منحنی P-Q خط انتقال کنترل شده با PAR وUPFC 90و60و30و0= ∂
شکل4-1:دقت و معنا در دنیای واقعی
شکل4-2:عضویت چند مقداری برای روزهای آخر هفته
شکل4-3:عضویت دو مقداری برای روزهای آخر هفته
شکل4-4: عضویت چند مقداری برای روزهای آخر هفته
شکل4-5: عضویت دو مقداری برای روزهای آخر هفته
شکل4-6:یک نمودار که به ملایمت تغییر می کند
شکل4-7:تابع عضویت
شکل4-8: تابع عضویت گوسی
شکل4-9: تابع عضویت حلقوی
شکل4-10:دیگر تابع های عضویت
شکل4-12:منطق دو دویی
شکل4-13: منطق دو دویی
شکل4-14:جدول صدق
شکل4-17:قوانین اگر-آنگاه
شکل4-19:قانون sugeno
شکل4-20:ساختار کلی اکثر کنترل کننده های فازی
شکل4-22:مدل کنترل کننده فازی انتگرالی
شکل5-1:SBM مجهزشده به UPFC
شکل5-2:نمایش الکتریکی شبکه برای سیستم-1
شکل5-3:توربین-ژنراتور سیستم-1
شکل5-4:شبکه قدرت شامل UPFC(الف)شماتیک (ب) مدل پخش بار
شکل5-5:دیاگرام فیزور
شکل5-6:طرح کنترل کننده سری
شکل5-7:طرح کنترل کننده موازی
شکل5-8:کنترل کننده ها در UPFC
شکل5-9:ساختار کنترل کننده PI
شکل5-10:ساختار کنترل کننده فازی
شکل5-11:ساختار کنترل کننده فازیPI (FPIC)
شکل5-12:توابع عضویت ورودی ها و خروجی ها
شکل5-13:قوانین سه بعدی فازی
شکل5-14: ساختار کنترل کننده فازی خود تنظیم PI (STFPIC)
شکل5-15:توابع عضویت تعریف شده برای ورودی ها کنترل کننده تنظیم کننده
شکل5-16: توابع عضویت تعریف شده برای خروجی کنترل کننده تنظیم کننده
شکل5-17:صفحه فازی قوانین کنترل کننده تنظیم کننده
شکل5-18:کنترل کننده های میراساز کمکی SSR
شکل6-1: (الف):زاویه توان(rad)
ارائه روشی جدید جهت میراسازی نوسانات FLO با استفاده از UPFC و کنترل کننده فازی. doc
ایران خودرو
