پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی

word
81
7 MB
30890
1393
کارشناسی ارشد
قیمت: ۸,۱۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی

    پایان ‌نامه برای دوره‌ی کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (M.Sc)

    چکیده

        پایدارساز سیستم قدرت  به منظور بهبود میرایی سیسم قدرت در حین اغتشاشات فرکانس پایین به سیستم تحریک افزوده می‌شود. برای سیستم‌های قدرت با ابعاد بزرگ که شامل تعداد زیادی از ژنراتورهای متصل به هم می‌باشد، تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت، به دلیل وجود مدهای نوسانی متعدد با میرایی کم، فرایندی پیچیده و سخت خواهد بود و از آنجا که تغییرات پیوسته بار باعث تغییر در مدهای نوسانی و میزان میرایی آن‌ها می‌گردد، این امر تنظیم پارامترهای  را دشوارتر خواهد نمود. در طول چند دهه اخیر روش های متعددی شامل روش های خطی و کلاسیک و روش های غیرخطی مبتنی بر الگوریتمهای هوشمند و فراابتکاری در فرایند تنظیم پارامترهای پایدارساز بکار گرفته شده است اما تاکنون در این مطالعات از الگوریتم جستجوی هارمونی استفاده نشده است. بررسی دینامیکی سیستم تک ماشینه متصل به شین بی‌نهایت، از این جهت حائز اهمیت است که یک نمونه کوچک از رفتار کل سیستم قدرت بوده و امکان تصمیم‌گیری و ارائه الگوریتم‌های جامع را برای کل سیستم قدرت فراهم می‌آورد. در مطالعات دینامیکی سیستم تک ماشینه سعی می‌گردد تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت به ازای یک نقطه غالب در سیستم صورت پذیرفته که میرایی مدهای بحرانی به ازای آن نقطه حداکثر بوده و درصدی از خطا به ازای نقاط کار دیگر پذیرفته می‌شود. در حقیقت پایدارساز سیستم قدرت به منظور بهبود وضعیت دینامیکی و پایداری سیگنال کوچک سیستم بر روی ژنراتورها نصب می‌گردد. برای بررسی اغتشاشات فرکانس پایین در سیستم قدرت نیاز به یک مدل دقیق و جامع از سیستم وجود خواهد داشت که رفتار دینامیکی سیستم، ژنراتور و اجزاء آن را به خوبی نشان دهد. از این رو در این پایان‌نامه در ابتدا به کمک خطی‌سازی معادلات دیفرانسیلی و استفاده از بیان فضای حالت سیستم، مدل دینامیکی سیستم بدست آمده است. سپس روشی برای طراحی پایدارساز سیستم قدرت و تنظیم پارامترهای آن مبتنی بر الگوریتم جستجوی هارمونی ارائه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم جستجوی هارمونی اصلاح شده در تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت تک ماشینه، کارایی تقریباً بهتری نسبت به سایر روشهای موجود دارد.

    کلیدواژه: پایدارساز سیستم قدرت، الگوریتم جستجوی هارمونی، سیستم قدرت، پایداری سیگنال کوچک، سیستم قدرت تک ماشین، معادلات فضای حالت.

         در اواخر دهه 1950 تمامی واحدهای جدیدی که به سیستم قدرت اضافه می‌شدند، مجهز به تنظیم‌کننده اتوماتیک ولتاژ بودند. با پیشرفت روز به روز صنعت برق، زمانیکه این نیروگاه‌ها سهم بزرگی از ظرفیت تولیدی را شامل شدند، مشاهده شد که عملکرد تنظیم‌کننده ولتاژ تأثیر زیان‌آوری برای پایداری دینامیکی (پایداری سیگنال کوچک) سیستم قدرت دارد. نوسانات با دامنه کم و فرکانس پایین معمولاً برای بازه‌ی زمانی زیادی ادامه داشته و در برخی حالات می‌تواند موجب ایجاد محدودیت در ظرفیت انتقال توان در سیستم قدرت گردد. پایدارسازهای سیستم قدرت[1] به منظور کمک به میرایی این نوسانات با مدولاسیون بر روی سیستم تحریک ساخته شدند. هنر و علم تنظیم پایدارسازهای سیستم قدرت در 40 سال گذشته که اولین پایدارسازها به طور گسترده بر روی شبکه آمریکا نصب شد تا به امروز، به تدریج پیشرفت کرده است. این پیشرفت شامل استفاده از روش‌های تنظیم مختلف، سیگنال‌های ورودی متفاوت و همچنین یادگیری در مورد چگونگی رفتار و برخورد با مد پیچشی شفت توربین-ژنراتور می‌باشد [1].

       پایدارسازهای سیستم قدرت به سیستم تحریک به منظور بهبود میرایی سیستم قدرت در حین نوسانات فرکانس پایین افزوده می‌شود. روش‌های متعددی برای طراحی پایدارسازها مورد استفاده قرار گرفته است. تنظیم یک سیستم کنترل ثانویه برای تحریک به منظور پایداری مدهای نوسانی سیستم، هدف اصلی اکثر مطالعات در سال‌های اخیر بوده است. به طور کلی دو روش پایه‌ای به طور موفق برای تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت مورد استفاده قرار گرفته است، یکی روش جبران فاز و دیگری روش مکان هندسی ریشه. مرسوم‌ترین روش مورد استفاده برای  در مطالعات ساختار، شامل یک فیلتر پاکساز و یک بلوک دیاگرام پس‌فاز-پیش‌فاز می‌باشد. از جمله سیگنال‌های ورودی برای  می‌توان به ولتاژ ترمینال، سرعت روتور، توان افزایشی و توان الکتریکی اشاره کرد. همچنین ترکیب خطی این سیگنال‌ها نیز به عنوان سیگنال ورودی در مطالعات گذشته مورد استفاده قرار گرفته است. جبران فاز شامل تنظیم پایدارساز به منظور جبران پس‌فاز ایجاد شده بین ژنراتور، سیستم تحریک و سیستم قدرت می‌باشد، به طوریکه مسیر پایدارساز موجب ایجاد تغییرات در گشتاور می‌گردد که این تغییرات با تغییرات سرعت هم‌فاز می‌باشند [2] و [3].  این روش یک روش مستقیم و قابل فهم می‌باشد که به عملاً به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی چنین هایی نیازمند تنظیم چند پارامتر برای هر ژنراتور می‌باشد. این پارامترها به طور کلی شامل بهره ثابت، ثابت زمانی مدار فیلتر پاکساز، و ثابت‌های زمانی مربوط به بلوک دیاگرام پیش‌فاز پایدارساز می‌باشد. برخی از روش‌های ترتیبی یا همزمان تنظیم این پارامترها در [4] و [5] معرفی شده‌اند. همچنین روش‌های فوق در سیستم‌های عملی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج رضایت بخشی برای میرایی نوسانات مدهای محلی بدست آمده است. هر چند ممکن است، نتایج بدست آمده بهترین نتایج ممکن نباشند. بنابراین برای حصول به بهترین نتیجه ممکن، محدودیت‌ها و فرض‌هایی را در روند طراحی پایدارساز در نظر می‌گیرند تا در حد امکان بتوان به پاسخ بهینه سراسری دست یافت [6].

       ترکیب با مکان هندسی ریشه، شامل جابجایی مقادیر ویژه مرتبط با مدهای نوسانی سیستم قدرت، با تنظیم کردن قطب‌ها و صفرهای پایدارساز، بر روی صفحه موهومی خواهد بود [7]. این روش به دلیل ارتباط مستقیم با ویژگی‌های حلقه بسته سیستم در مقابل ساختار حلقه باز روش‌های جبران فاز، یک دیدگاهِ اضافه نسبت به عملکرد سیستم ارائه می‌دهد. اما اعمال این روش بسیار پیچیده خواهد بود، به خصوص اعمال این روش برای معادلات میدان دشوار می‌باشد. علاوه بر این، عملکرد این پایدارسازها با تغییر شرایط بهره‌برداری سیستم به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

       در مطالعات صورت گرفته روش‌های ارائه شده معمولاً کارآمد و مناسب برای سیستم‌های تک ماشین متصل به شین بی‌نهایت می‌باشد. همان‌طور که اشاره شد برای تنظیم پارامترهای پایدارساز متصل به یک ژنراتور متصل به شین بی‌نهایت از روش‌های متعددی استفاده شده است، که در این مطالعه از یک روش نو مبتنی بر الگوریتم فراابتکاری جستجوی هارمونی استفاده شده است.

    1-2- نوسانات فرکانس پایین و ناپایداری سیگنال کوچک

         به دلیل وقوع تجدید ساختار در صنعت برق و بازار برق رقابتی، بهره‌برداران سیستم قدرت سعی بر آن دارند که از تمامی ظرفیت‌های شبکه قدرت (نزدیک به مرزهای آن) بهره‌برداری کنند. از سوی دیگر، با توجه به اینکه سیستم قدرت یک سیستم دینامیک و پویا می‌باشد، شرایط بهره‌برداری و نقاط کار سیستم مدام در حال تغییر می‌باشد. همچنین زمانیکه یک ژنراتور به شبکه متصل می‌گردد، تأثیرات متقابل آن‌ها بر عملکرد یکدیگر می‌تواند موجب اختلال در عملکرد سیستم‌های کنترلی گردد. بنابراین، تنظیم متناسب سیستم‌های کنترلی ژنراتورها با یکدیگر، بسیار مفید خواهد بود. از سوی دیگر، تغییرات ذکر شده موجب وقوع نوسانات فرکانس پایین محلی و بین نا‌حیه‌ای می‌گردد. این نوسانات به طور مداوم در سیستم وجود دارند، اما زمانیکه میزان تغییرات بارها و تولید به نحوی باشد که موجب تغییر مکان مدهای نوسانی سیستم گشته و آن‌ها را به سمت راست محور موهومی منتقل کند، سیستم می‌تواند ناپایدار گردد. از این رو، وقوع سیستمی که بتواند میزان میرایی مدهای نوسانی را افزایش دهد، ضروری به نظر می‌رسد. بنابراین، از سیستم کنترلی به نام پایدارساز سیستم قدرت که میرایی اضافه را به سیستم تحریک اضافه می‌کند، استفاده می‌گردد. ها معمولاً بر روی تمامی ژنراتورها نصب نمی‌گردند، بلکه فقط بر روی ژنراتورهایی قرار می‌گیرد که بتوانند، بیشترین میزان میرایی را در سیستم و بر روی مدهای نوسانی ایجاد نمایند.

    1-3- بهبود پایداری سیگنال کوچک با استفاده از تجهیزات کنترلی

    همان‌گونه که اشاره شد، اصلی‌ترین سیستم کنترلی که برای بهبود پایداری سیگنال کوچک و افزایش میرایی نوسانات مدهای نوسانی مورد استفاده قرار می‌گیرد، پایدارساز سیستم قدرت می‌باشد. این تجهیز، میرایی اضافی را از طریق جبران پس‌فاز ایجاد شده بین ورودی سرعت و گشتاور خروجی، یا تغییرات سرعت به سیستم اضافه می‌کند. روش‌های متعددی برای طراحی پارامترهای پایدارسازها معرفی گشته است. در این پایان‌نامه از الگوریتم جستجوی هارمونی به منظور طراحی پایدارساز استفاده شده است. تنظیم پارامترهای  بر پایداری یا ناپایداری سیگنال کوچک سیستم تأثیر بسیار زیادی دارد، بنابراین چگونگی تنظیم آن‌ها بسیار مهم بوده و نیاز به دقت و شناخت کافی از ساختار و مدل دینامیکی سیستم خواهد داشت. بنابراین، پس از مدل‌سازی دقیق سیستم قدرت، طراحی مطلوب برای ها صورت خواهد گرفت. 

    1-4- اهداف پروژه

         مطالعات متفاوتی در زمینه طراحی پایدارساز برای سیستم قدرت صورت گرفته است. در این پایان‌نامه سعی شده است، به بحث طراحی  برای سیستم قدرت از منظری دیگر پرداخته شود. اهداف اصلی این پایان‌نامه به شرح زیر می‌باشد:

    مدل‌سازی دینامیکی و دقیق اجزاء سیستم تک ماشین متصل به شین بی‌نهایت به منظور تحلیل پایداری سیگنال کوچک.

    بررسی تنظیم پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت با روش مبتنی بر الگوریتم جستجوی هارمونی.

    بررسی تأثیر تنظیمات بدست آمده برای ها بر بهبود پایداری سیگنال کوچک.

         همان‌طور که اشاره شد هدف اصلی در اینجا تنظیم بهینه پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت برای سیستم تک ماشین متصل به شین بی‌نهایت می‌باشد. در این مطالعه سعی شده است در ابتدا یک مدل دینامیکی دقیق برای ژنراتور ارائه گردد. سپس با استفاده از روش مبتنی بر جستجوی هارمونی، پایدارساز سیستم قدرت برای سیستم به منظور بهبود میرایی مدهای نوسانی طراحی می‌گردد.

    1-5- سرفصل‌های پایان‌نامه 

         با توجه به موضوع انتخابی، این پایان‌نامه در پنج فصل ارائه شده است. در فصل دوم، مروری اجمالی بر تعاریف پایداری و پایداری سیگنال کوچک در سیستم قدرت انجام شده و به مطالعات صورت گرفته در زمینه طراحی پایدارسازهای سیستم قدت، پرداخته می‌شود. همچنین چگونگی مدل‌سازی سیستم و اجزاء آن شرح داده می‌شود. در فصل چهارم، روش پیشنهادی بر روی شبکه نمونه پیاده‌سازی شده است تا، کارآمدی روش پیشنهادی مبنی بر طراحی پایدارساز سیستم قدرت برای سیستم قدرت به منظور افزایش میرایی مدهای نوسانی، بررسی گردد.

         در نهایت، در فصل پنجم به بیان نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهاداتی برای ادامه کار پرداخته شده است

    مقدمه

        تجدید ساختار در صنعت برق و امکان دسترسی آزاد[2] و همچنین به هم پیوستن شبکه‌های قدرت، موجب گسترده‌ شدن سیستم و ایجاد تغییرات زیادی شده است. در بازار برق تجدید ساختار یافته، تولیدکنندگان برق علاقه‌مند به انتقال هر چه بیشتر برق به مصرف‌کننده‌ها از طریق خطوط انتقال می‌باشند.

         یکی از موضوعات مهم برنامه‌ریزی برای شبکه‌های برق رقابتی و تجدید ساختار یافته، حداکثرسازی قراردادهای انتقال انرژی از تولیدکنندگان به مصرف‌کنندگان، از طریق خطوط انتقال طولانی می‌باشد که این امر موجب افزایش پیچیدگی شبکه به دلیل اتصالات زیاد می‌شود. این نوع از انتقال‌ انرژی باعث تحمیل محدودیت‌های حرارتی برای تمام تجهیزات انتقال، محدودیت در سطوح ولتاژ و فرکانس، احتمال محدودیت‌های پخش بار و در نتیجه محدودیت حوزه پایداری می‌شود [8].

          امروزه، سیستم‌های قدرت تحت شرایط پرتنش مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند، که این امر به دلیل استفاده از حداکثر ظرفیت امکانات سیستم می‌باشد. افزایش رقابت، دست‌یابی آزاد به شبکه انتقال، توسعه سیستم، محدودیت‌های محیطی و ... روند بهره‌برداری از سیستم قدرت را در سال‌های اخیر تحت تأثیر قرار داده‌اند.

         حوادث گذشته نشان می‌دهد که اغلب خاموشی‌های سراسری رخ داده در سیستم‌ها به نحوی با یک مشکل پایداری در سیستم در ارتباط بوده است. در اوایل سال 1965 خاموشی شبکه شمال شرق انگلیس و کانادا، در اواخر سال 2003، خاموشی شبکه شمال آمریکا و اروپا، که موجب ضررهای بزرگ اقتصادی، تهدیدات جانی و ناراحتی‌های شدید برای مردم شد، نمونه‌های از این حوادث می‌باشند. این حوادثِ خاموشی، توجه عموم مردم و شرکت‌های رگلاتور، ارگان‌ها و به ویژه مهندسین را به مسئله پایداری و اهمیت قابلیت اطمینان سیستم قدرت جلب کرده است [9].

         به منظور طراحی صحیح و بهره‌برداری از سیستم قدرت، نیاز به درک صحیحی از مفهوم پایداری و انواع مختلف ناپایداری در سیستم وجود دارد. در این بخش، مقدمه‌ای در مورد مسئله پایداری در سیستم قدرت، مفاهیم اصلی، تعریف‌ها و طبقه‌بندی آن ارائه شده است. در ادامه نیز مدل کاربردی در مطالعات صورت گرفته در باب پایداری سیگنال کوچک، به منظور تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. و در انتها در مورد الگوریتم جستجوی هارمونی به صورت مفصل مطالبی ارائه می گردد.

    2-2- فرضیات و تعریف‌های اساسی

       "توانایی سیستم قدرت، به ازای یک شرایط اولیه داده شده، در بازگرداندن سیستم به شرایط تعادل اولیه یا یک شرایط تعادل جدید، بعد از اینکه یک اغتشاش فیزیکی به سیستم تحمیل می‌شود، به طوریکه هیچ یک از قیود سیستم نقض نگردد، پایداری نامیده می‌شود" [10]. این تعریف به طور کلی برای کل سیستم قدرت صادق است و می‌توان از آن برای مطالعه پایداری یک ژنراتور خاص یا تعداد زیادی از ژنراتورها، یا بررسی پایداری به ازای تغییرات یک بار نقطه‌ای یا بار یک ناحیه خاص استفاده کرد.

         براساس شرایط بهره‌برداری سیستم و ساختار شبکه، ناپایداری سیستم قدرت را می‌توان به طرق مختلف نشان داد. مشکل اول این است که یک سیستم می‌تواند به ازای چندین شرایط پایدار و به ازای برخی دیگر ناپایدار باشد. زمانی که پایداری یک سیستم مورد مطالعه قرار می‌گیرد، مهم‌ترین هدف، مطالعه ویژگی‌های آن در حین وقوع اغتشاش می‌باشد. سیستم قدرت یک سیستم غیرخطی است که به طور پیوسته با اغتشاشاتی مانند تغییرات در میزان بارها و تولید مواجه می‌باشد، بنابراین سیستم باید توانایی تطبیق با شرایط جدید را داشته باشد. این اغتشاشات کوچک می‌باشند، اما نمونه‌های شدید آن، مانند خطای اتصال کوتاه، می‌تواند ساختار سیستم را تغییر دهد.

         یک سیستم قدرت پایدار است اگر، بعد از وقوع یک اغتشاش در سیستم بتواند به یک نقطه کار جدید یا به نقطه کار اولیه باز گردد. هر چند می‌توان از راه‌های مختلف مانند قطع برخی از ژنراتورها یا بارها موقتاً پایداری سیستم را برقرار کرد.

    2-3- طبقه‌بندی پایداری سیستم قدرت

         براساس عوامل مختلفی مانند ساختار شبکه، نوع و شدت اغتشاش و نقطه کار، اغتشاشات مختلف در سیستم موجب انواع مختلفی از ناپایداری‌ها می‌شود. به دلیل پیچیدگی سیستم و مشکل پایداری، تحلیل برای یک مسئله مشخص و بر اساس فرضیات معلوم که نشان‌دهنده سطح دقت مورد نیاز برای سیستم و روش مطلوب می‌باشد، انجام می‌گردد [11]. شکل (2-1) تقسیم‌بندی ارائه شده توسط  برای انواع پایداری را نشان می‌دهد.

     

     

     

    شکل 2-1 تقسیم‌بندی پایداری سیستم قدرت [11]

     

    با توجه به شکل (2-1)، در این پایان‌نامه فقط به پایداری سیگنال کوچک که بخشی از پایداری زاویه روتور می‌باشد، پرداخته خواهد شد. ولی می‌توان اطلاعات جامعی در مورد انواع دیگر پایداری‌ها در [12] بدست آورد.

    2-3-1- پایداری زاویه روتور

         پایداری زاویه روتور، توانایی ماشین‌های سنکرون یک سیستم قدرت در حفظ سنکرونیزم بعد از وقوع یک اغتشاش در سیستم می‌باشد. به طور اولیه این امر وابسته به توانایی حفظ تعادل بین گشتاور مکانیکی و الکترومغناطیسی هر کدام از ماشین‌ها است. زمانی که ناپایداری در سیستم رخ می‌دهد، به شکل نوسانات در زاویه روتور و افزایش دامنه آن نمایان می‌شود، که می تواند موجب از دست دادن سنکرونیزم ژنراتور نسبت به سایر ژنراتورها می‌گردد. بنابراین، پایداری زاویه روتور، بر نوسانات الکترومکانیکی سیستم تمرکز دارد.

    تغییر در گشتاور الکترومغناطیسی یک ماشین سنکرون را می‌توان به دو جزء تقسیم کرد:

    گشتاور سنکرون‌کننده؛ این جزء هم‌فاز تغییرات زاویه روتور می‌باشد.

    گشتاور میراکننده؛ این جزء هم‌فاز با تغییرات سرعت می‌باشد.

         پایداری سیستم به تعادل هر دو جزء گشتاور در هر ماشین سنکرون وابسته می‌باشد. در حالتی که گشتاور سنکرون‌کننده نامناسب باشد، ناپایداری غیرنوسانی رخ می‌دهد. کمبود گشتاور میراکننده موجب ناپایداری نوسانی می‌شود.

    می‌توان پایداری زاویه روتور را به دو دسته تقسیم کرد:

    اغتشاش کوچک یا پایداری زاویه روتور سیگنال کوچک

    پایداری زاویه روتور اغتشاش بزرگ یا پایداری گذرا

         پایداری سیگنال کوچک: در پایداری سیگنال کوچک، هدف بررسی توانایی سیستم در حفظ سنکرونیزم تحت اغتشاشات کوچک می‌باشد. اغتشاشات کوچک، آن‌هایی هستند که به طور پیوسته در سیستم در حال به وقوع پیوستن می‌باشند. این اغتشاشات به اندازه کافی کوچک فرض می‌شوند، تا بتوان معادلات غیرخطی که سیستم را توصیف می‌کنند، به منظور تحلیل سیستم خطی کرد. این پایداری به نقطه کار اولیه سیستم وابسته است. ناپایداری زمانی رخ می‌دهد که زاویه روتور به دلیل کمبود گشتاور سنکرون‌کننده، یا به دلیل گشتاور میراکننده نامطلوب، افزایش می‌یابد. حالت اول را معمولاً با استفاده از تنظیم‌کننده ولتاژ اتوماتیک ، می‌توان حل کرد و حالت دوم را نیز می‌توان به کمک تجهیزات کنترلی مانند  برطرف کرد. بنابراین، پایداری سیگنال کوچک به کمبود میرایی نوسانات در سیستم مربوط می‌باشد. پایداری زاویه روتور اغتشاش کوچک، به طور کلی می‌تواند محلی یا سراسری باشد [13] و [14]:

    مدهای محلی؛ با نام مد نیروگاهی محلی نوسانات نیز شناخته می‌شوند. این مدها، به این دلیل محلی نامیده شده‌اند، که به نوسانات زاویه روتور یک ژنراتور نسبت به کل سیستم مرتبط می‌باشند. فرکانس این مدها معمولاً بین 1 تا 2 هرتز می‌باشد [15].

    مدهای بین‌ناحیه‌ای؛ این مدها ناشی از تعامل بین گروهی از ژنراتورها می‌باشد که می‌توانند از هم خیلی دور بوده و در حال نوسان نسبت به یکدیگر باشند. اغلب زمانی که در یک سیستم سطح بارگذاری تغییر می‌کند، پایداری این مدها تحت تأثیر قرار می‌گیرد. محدوده فرکانسی نوسانات آن‌ها بین 1/0 تا 7/0 هرتز می‌باشد[15].

    مدهای کنترلی؛ مربوط به واحدهای تولیدی و سایر کنترل‌کننده‌ها مانند مبدل‌های  یا جبرانگرهای استاتیکی می‌باشند.

    مدهای پیچشی. مربوط به تعامل بین اجزاء چرخان سیستم مکانیکی ژنراتور و المان‌های سیستم قدرت مانند کنترل تحریک‌کننده، کنترل سرعت گاورنر و کنترل‌کننده  می‌باشد.

          بازه زمانی مورد نظر در مطالعه این پایداری در حدود 10 تا 20 ثانیه پس از وقوع اغتشاش می‌باشد.

         روش‌های متعددی به منظور تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم ارائه شده است، که مرسوم‌ترین آن‌ها، روش تحلیل مدال می‌باشد. در تحلیل مدال، تمامی مقادیر ویژه سیستم مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در یک سیستم قدرت واقعی تعداد این مقادیر ویژه بسیار زیاد بوده و به طبع تحلیل آن‌ها با روش مدال، بسیار دشوار و حتی گاهی غیرممکن خواهد بود. از این رو، در برخی مطالعات از روش‌های کاهش مرتبه سیستم استفاده می‌شود. در این روش‌ها، ابتدا از ابعاد سیستم و میزان پیچیدگی‌های آن کاسته شده و سپس تحلیل مدال بر روی آن سیستم، پیاده‌سازی می‌گردد. در برخی دیگر از مطالعات، برای اجرای الگوریتم تحلیل مقادیر ویژه به طور کامل و بدون استفاده از روش‌های کاهش مرتبه سیستم، از دو گروه مختلف از روش‌ها، استفاده می‌کنند. یک گروه عبارتند از روش‌های تکرار توان [16]، توان معکوس [17] و  [18]، که بر پایه تکرار بردار تکین استوار می‌باشند. گروه دیگر، شامل روش‌های  [19] و  [20]، می‌باشند.

        هر چند استفاده از روش‌های کاهش مرتبه، سرعت تحلیل مقادیر ویژه سیستم را افزایش داده و موجب همگرایی سریع‌تر به پاسخ می‌شوند، اما به دلیل کاهش مرتبه سیستم و استفاده از برخی تقریب‌ها و ساده‌سازی‌ها در سیستم، ممکن است خطاهای در نتایج بدست آمده ایجاد گردد. از سوی دیگر، روش‌های تحلیلی، پاسخ دقیقی از مقادیر ویژه سیستم در اختیار قرار می‌دهند، اما به دلیل ابعاد بزرگ سیستم، امکان عدم همگرایی وجود خواهد داشت. مطالعات در زمینه بهبود روش‌های تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم، همچنان به طور گسترده در حال انجام می‌باشد.

    2-4- روش­های بهبود پایداری سیگنال کوچک

    2-4-1- پایدارساز سیستم قدرت[3]

          یکی از دلایل اصلی ناپایداری سیستم قدرت نوسان‌های فرکانس پایین می‌باشند. بنابراین، روش‌های مختلفی برای میرایی نوسانات فرکانس پایین ارائه شده است. یک کنترل‌کننده بسیار مؤثر که یک سیگنال ثانویه را به کنترل‌کننده تحریک اضافه می‌کند، پایدارساز سیستم قدرت  می‌باشد.

       به طور معمول سیگنال‌های سرعت، فرکانس و تغییرات توان به عنوان ورودی پایدارساز سیستم قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. ها به طور کلی می‌توانند به صورت تک باند (آنالوگ یا دیجیتال) باشند، و یا به صورت چند باند مورد استفاده قرار گیرند. ساختار کلی انواع ها و روش‌های طراحی آن‌ها در شکل (2-2) آورده شده است. در این فصل، سعی می‌شود مروری بر مطالعات گذشته در زمینه روش‌های مرسوم طراحی ها صورت گیرد. همان‌طور که در شکل (2-2) مشاهده می‌شود های معمول به دو دسته آنالوگ و دیجیتال تقسیم می‌گردند. که در این مطالعه فقط به های آنالوگ پرداخته می‌شود. از سوی دیگر، پارامترهای های آنالوگ با استفاده از دو روش خطی و غیرخطی تنظیم می‌گردند. در ادامه مروری بر روش‌های تنظیم و طراحی پارامترهای های آنالوگ خواهیم داشت.

    [1] PSS : Power System Stabilizer

    [2] Open Access

    [3] Power System Stabilizer

    Abstract

        Power System Stabilizer (PSS) is used to improve power system low frequency oscillations during the small disturbances. In the large scale power systems which involving a large number of generators, PSSs parameters tuning is very difficult because of the oscillatory modes low damping ratios. So, PSS tuning procedure is a complicated trend in order to operation condition changes in the power system. Some studies have been implemented on PSS tuning procedures, but the Harmony Search algorithm is a new approach in PSS tuning procedure. In power system dynamic studies at the first step system total statues is considered and then the existed conditions are extended to the all generators and equipment. Single machine-infinite bus dynamic studies are an important issue, because this test system is a small type of the all power system which is demonstrates the system behaviors. Generators PSS parameters tuning is usually implemented based on a dominant operation point in which the damping ratio of the oscillation modes is maximized. In fact the PSSs are installed in the system to improve the small signal stability in the system. So, a detailed model of the system and it contain are required to dynamic behaviors of the system. In this study, at the first step the differential equations of the system was linearized around the operation point and the state space model was used to dynamic studies and the dynamic model of the system was explained. Then, an approach based on the Harmony Search algorithm was proposed to tune the PSS parameters.

    Key Words- Power System Stabilizer (PSS), Harmony Search algorithm, Power system, Small signal stability, Single machine-infinite Bus, State space model. 

  • فهرست و منابع پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی

    فهرست:

    فهرست مطالب

    عنوان

    صفحه

    چکیده .....................................................................................................................

    1

    فصل اول:مقدمه .......................................................................................................

    2

       1-1- پیشگفتار .............................................................................................................

    3

       1-2- نوسانات فرکانس پایین و ناپایداری سیگنال کوچک ..........................................

    4

       1-3- بهبود پایداری سیگنال کوچک با استفاده از تجهیزات کنترلی ............................

    5

       1-4- اهداف پروژه ......................................................................................................

    5

       1-5- سرفصل‌های پایان‌نامه .........................................................................................

    6

    فصل دوم: مروری بر ادبیات گذشته و مدل سازی سیستم .........................................

    7

       2-1- مقدمه .................................................................................................................

    8

       2-2- فرضیات و تعریف‌های اساسی ...........................................................................

    9

       2-3- طبقه‌بندی پایداری سیستم قدرت .......................................................................

    9

           2-3-1- پایداری زاویه روتور ................................................................................

    10

       2-4- روش‌های بهبود پایداری سیگنال کوچک ...........................................................

    12

          2-4-1- پایدارساز سیستم قدرت ............................................................................

    12

              2-4-1-1- روش‌های خطی طراحی پایدارساز ..................................................

    13

              2-4-1-2- روش‌های غیرخطی طراحی پایدارساز.............................................

    15

       2-5- مدل سازی سیتم قدرت .....................................................................................     

    18

           2-5-1- ژنراتور سنکرون و اجزاء آن .....................................................................

    18

           2-5-2- محاسبه ضرایب مدل هفرون فیلیپس ........................................................

    23

           2-5-3- مدل فضای حالت .....................................................................................

    23

              2-5-3-1- مدل فضای حالت سیستم تک ماشین ..............................................

    23

       2-6- مدل بار ..............................................................................................................

    24

       2-7- پایدارساز سیستم قدرت  ........................................................................

    24

       2-8- الگوریتم جستجوی هارمونی ..............................................................................

    26

           2-8-1- مقدمه .......................................................................................................

    26

            2-8-2- ساختار روش حل  .................................................................................

    29

                2-8-2-1-تعیین اولیه مسئله و پارامترهای ......................................................

    29

                2-8-2-2- تعیین اولیه حافظه هارمونی ...........................................................

    31

                2-8-2-3- تولید هارمونی جدید بر اساس بداهه‌نوازی ..................................

    31

                2-8-2-4- بروز رسانی حافظه هارمونی .........................................................

    32

                2-8-2-5- بررسی ناحیه توقف ......................................................................

    32

           2-8-3- الگوریتم جستجوی هارمونی بهبود یافته  .....................................

    32

       2-9- نتیجه‌گیری ..........................................................................................................

    34

    فصل سوم: معرفی روش پیشنهادی...........................................................................

    35

       3-1- مقدمه .................................................................................................................

    36

       3-2- شماتیک کلی روش‌ پیشنهادی ............................................................................

    36

       3-3- تحلیل مدال ........................................................................................................

    38

       3-4- توابع هدف برای بهینه سازی پارامترهای پایدارساز ...........................................

    39

          3-4-1- تابع هدف پیشنهادی ..................................................................................

    42

       3-5- تعیین پارامترهای اولیه الگوریتم..........................................................................

    43

       3-6- قیود تمامی توابع هدف ......................................................................................

    43

       3-7- مفروضات مسئله ................................................................................................

    44

       3-8- معرفی سیستم مورد مطالعه ................................................................................

    44

       3-9- ابزار شبیه سازی .................................................................................................

    44

       3-10- نتیجه گیری ......................................................................................................

    45

    فصل چهارم: شبیه سازی و مطالعات عددی .............................................................

    46

       4-1- مقدمه .................................................................................................................

    47

       4-2- تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم تک ماشین بدون پایدارساز ..................

    47

       4-3- تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستم تک ماشین با حضور پایدارساز ............

    51

       4-4- تنظیم پارامترهای سیستم قدرت 4 ماشینه  .........................................................

    58

       4-5- نتیجه‌گیری ..........................................................................................................

    64

    فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها .........................................................................

    65

       5-1- نتیجه‌گیری ..........................................................................................................

    66

       5-2- پیشنهادات برای ادامه کار ...................................................................................

    66

    فهرست مراجع ................................................................................................................

    68

    چکیده به زبان انگلیسی ...........................................................................................

    71

    منبع:

    فهرست مراجع

    [1] E.V.Larsen and D.A. Swann, “Applying power system stabilizers part- I: general concepts",    IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-100, No. 6, pp. 3017-3024, June 1981.

    [2] E.V.Larsen and D.A. Swann, “Applying power system stabilizers part- II: performance objective and tuning concepts", IEEE Trans. on Power Apparatus and Sys- tems, vol. PAS-100, No. 6, pp. 3025-3033, June 1981.

    [3] P. Kundur, M. Klein, G. J. Rogers and M. S. Zywno, “Application of power system stabilizers for enhancement of overall system stability", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 4, pp. 614-626, May 1989.

    [4] F.P. DeMello, P.J. Nolan, T.F. Laskowski and J.M. Undrill, “Co-ordinated application of stabilizers in multi-machine power systems", IEEE Trans. on Power Appa-ratus and Systems, vol. PAS-99, pp. 892-901, May/June'80.

    [5] O.H.Abdalla, S.A.Hassan and N.T.Tweig, “Co-ordinated stabilization of a multimachine power system", IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol.PAS- 103, pp. 483-494, Mar.'84.

    [6] R.J. Fleming, M.A. Mohan and K. Parvatisam, “Selection of parameters of stabilizers in multimachine power systems", IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-100, pp. 2329-2333, 1981.

    [7] K. E. Bollinger, A. Laha, R. Hamilton and T. Harras, “Power system stabilizer design using root locus methods", IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-94, pp. 1484-1488, September/October 1975.

    [8] H.Liu, L.Jin, D.Le, A.A.Chowdhury, “Impact of High Penetration of Solar Photovoltaic Generation on Power System Small Signal Stability“, IEEE International Conference on Power System Technology, 2010.

    [9] S.Yuanzhang, W.Lixin, L.Guojie, L.Jin, “A Review on Analysis and Control of Small Signal         Stability of Power System with Large Scale Integration of Wind Power”, IEEE International      Conference on Power System Technology, 2010.

    [10] P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, G. Andersson, A. Bose, “Definition and classification of power system stability,” IEEE Transaction on Power Systems, vol. 19, no. 2, 2004.

    [11] P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, G. Andersson, A. Bose, “Definition and classification of power system stability,” IEEE Transaction on Power Systems, vol. 19, no. 2, 2004.

    [12] C. Taylor, Power Voltage Stability. New York: McGraw-Hill, 1994.

    [13] P. Kundur, Power System Stability and Control, The EPRI Power System Engineering Series ed. New York: McGraw- Hill, 1994. 

    [14] G. Rogers, “Demystifying power system oscillations,” IEEE Computer Applications in Power, 1996.

    [15] A number of Authors, Power System Oscillation, Kluwer Academic Publishers, 2000.

    [16] A. Doi and S. Abe, “Coordinated synthesis of power system stabilizers in multi-machine power systems,” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-103, no. 6, pp. 1473-1479, 1984.

    [17] E. Z. Zhou, O. P. Malik, and G. S. Hope, “Theory and method for selection of power system stabilizer location,” IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 6, no. 1, pp. 170-176, 1991.

    [18] J. V. Milanovic and A. C. Serrano Duque, “The use of relative gain array for optimal placement of PSSs,” in IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, 2001, pp. 992- 996, vol. 3.

    [19] D. Yang, V. Ajjarapu, “Critical eigenvalues tracing for power system analysis via continuation of invariant subspaces and projected Arnoldi method,” IEEE General Meeting, 2007.

    [20] L. Haitao, Z. Wanhua, J. Zhang, M. Xiaobo, F. Zhao, “Modal analysis of machine tools during working process by matrix perturbation method,” ISAM IEEE conf., 2011.

    [21] H. Othman, and et al., “On the design of robust power system stabilizers,” IEEE Proc of 28th conf on Dec. & control, pp. 1853-1857, December 1989

    [22] Y. Yu, and Q. Li, “Pole-placement power system stabilizers design of an unstable nine-machine system,” IEEE Trans. Pr Sys., vol. 5, no. 2, pp.353-358, May 1990.

    [23] C. Wu, and Y. Hsu, “Design of self-tuning PID PSS for multi-machine power systems,” IEEE Trans. Power Sys., vol. 3, no. 3, pp. 1059-1064, August 1988.

    [24] M. K. El-Sherbiny, and et al., “Optimal pole shifting for power system stabilization,” EPSR 66 (2003) 253-258.

    [25] M. Nambu, and Y. Ohsawa, “Development of an advanced power system stabilizer using a strict linearization approach,” IEEE Trans. Power Sys., vol. 11, no. 2, pp. 813-818, May 1996.

    [26] V. M. Paina, and et al., “Optimal output feedback control of power systems with high-speed excitation systems,” IEEE Power App. & Sys., vol. PAS-95, no. 2, pp. 677- 686, March/April 1976.

    [27] P. S. Rao, and I. Sen, “Robust tuning of power system stabilizers using QFT,” IEEE Trans.Cont. Sys. Tech., vol. 7, no. 4, pp. 478-486, July 1999.

    [28] A. K. Sedigh, & G. Alizadeh, “Design of robust PSS using quantitive feedback theory,” IEEE contl Conf., pub. no.389, pp. 416-421, March 1994.

    [29] J. M. Ramirez, & I. Castillo, “PSS & FDS simultaneous tuning,” EPSR 68 (2004) 33-40.

    [30] C. T. Tse, & et al., “Robust PSS design by probabilistic eigenvalue sensitivity analysis,” EPSR 59 (2001) 47-54.

    [31] M. Gibbard, & D. Vowles, “Design of PSSs for a multigenerator power station,”IEEE,pp.1167-1171, 2000.

    [32] W. Gu, “System damping improvement using adaptive PSS,” IEEE Proc of Canadian conf on Elec. & computer engineering, Edmonton, Canada,pp.1245-1247,May 1999.

    [33] J. Ritonja, & et al., “Design of an adaptive PSS,” IEEE, ISIE'99-Bled, Slovenia, pp. 1306-1311, 1999.

    [34] A. Eichmann, & et al., “A prototype self-tuning adaptive PSS for damping of active power swings,” IEEE, pp. 122- 126, 2000.

    [35] S. Deghdy, & et al., “Design of a PSS based on selftuning regulator,” IEEE, pp. 1046-1049, 1994.

    [36] Y. L. Abdel-Magid, & et al., “Power system output feedback stabilizer design via genetic algorithms,” IEEE conf. publication no. 446, pp. 56-62, September 1997.

    [37] M. A. Abido, & Y. L. Abdel-Magid, “Coordinated design of a PSS and an SVC-based controller to enhance power system stability,” EPSR 25 (2003) 695-704.

    [38] M. A. Abido, “Optimal design of PSSs using particle swarm optimization,” IEEE Trans. Energy Con., vol. 17, no. 3, pp. 406-413, September 2002.

    [39] W. Liu, and et al., “Adaptive neural network based PSS design,” IEEE, pp. 2970-2975, 2003.

    [40] Y. Lee, and et al., “Design of single-input fuzzy logic control PSS,” IEEE Proc of TENCON'02, pp.1901-1904, 2002.

    [41] D. M. Lam, & H. Yee, “A study of frequency responses of generator electrical torques for PSS design,” IEEE Trans. Power Sys.., vol. 13, no. 3, pp. 1136-1142, August 1998.

    [42] M. A. Johnson, & et al., “Prony analysis and power system stability some recent theoretical and applications research,” IEEE, pp. 1918-1923, 2000.

    [43] P. M. Anderson and A. A. Fouad, Power System Control and Stability. IEEE Press, Piscataway, NJ, 1994.

    [44] P. Sauer and M. Pai, Power System Dynamics and Stability. Prentice Hall, Upper Saddle River, Nj, 1998.

    [45] K.R. Padiyar, “Power System Dynamics Stability and Control", Interline publishing private Ltd., Bangalore, 1996.

    [46] G. Gurrala, I. Sen, “Power system stabilizers design for interconnected power systems,” IEEE Trans. On Power Systems, Vol. 25, No. 2, May 2010, pp. 1042-1052.

    [47] N. Mithulananthan, M. M. A. Salama, C. A. Canizaras, and J. Reeve, “Distribution system voltage regulation and var compensation for different static load models,” IJEEE, vol. 37, no. 4, October 2000, pp. 384-395.

    [48] S. K. Wang, “A Novel Objective Function and Algorithm for Optimal PSS Parameter Design in a Multi-Machine Power System,” IEEE Trans. On Power Systems, vol. 28, No. 1, Feb. 2013.

    [49] Geem, Z.W., Kim J.H. and Loganathan G.V. (2001).A new heuristic optimization algorithm: harmony search. Simulations. 76, 60–68.

    [50] Yeniay, O. (2005). A comparative study on optimization methods for the constrained nonlinear programming problems. Mathematical Problems in Engineering. 2, 165– 173.

    [51] Lee, K. S., Geem Z.W., Lee S. H., Bae K. W. (2005). The harmony search heuristic algorithm for discrete structural optimization, Eng. Optim. 37, 663–684.

    [52] Fesanghary, M., Mahdavi, M., Minary-Jolandan, M., Alizadeh,Y. (2008). Hybridizing harmony search algorithm with sequential quadratic programming for engineering optimization problems. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 197, 3080–3091.

    [53] R. Srinivasa, S. V. Narasimham, M. Ramalinga, “Optimal network reconfiguration of large scale distribution system using haramony search algorithm,” IEEE Trans. On Power System, Vol. 26, No. 3, 2011.

    [54] A. Verma, B. K. Panigrahi, P.R. Bijwe, “Harmony search for transmission network expansion planning,” Generation, Transmission, Distribution, IET, Vol. 4, No. 6, 2010.

    [55] A. Parizad, H. R. Baghaee, S. Dehghan,  “Aplication of harmony serach for transmission expansion planning considering security index and uncertainty,” Electric power and energy conference, 2009.

    [56] Mahdavi, M., Fesanghary M. and Damangir E. (2007). An improved harmony search algorithm for solving optimization problems. Appl Math Comput. 188, 1567–1579.

    [57] R. P. Schulz, “Synchronous machine modeling,” presented at the symposim Adequacy and Philosophy of Modeling: System Dynamic Performance,” San Francisco, July 1972.

    [58] S. Q. Yuan, D. Z. Fang, “Robust PSS Parameters Design Using a Trajectory Sensitivity Approach,” IEEE Trans. On Power Systems, Vol. 24, No. 2, May 2010.



تحقیق در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, مقاله در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, پروپوزال در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, تز دکترا در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, پروژه درباره پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, گزارش سمینار در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی, رساله دکترا در مورد پایان نامه یک روش بهینه‌سازی پارامترهای پایدارسازهای سیستم قدرت تک ماشینه با استفاده از الگوریتم اصلاح شده جستجوی هارمونی

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس