سایت در حال بارگذاری است ...

پایان نامه استفاده از پايدار كننده هاي سيستم قدرت (PSS) جهت بهبود ميرايي نوسانات با فركانس كم سيستم، مهندسی برق

عنوان پروژه: پایان نامه استفاده از پايدار كننده هاي سيستم قدرت (PSS) جهت بهبود ميرايي نوسانات با فركانس كم سيستم، مهندسی برق

رشته: مهندسی برق،پروژه تحقيقاتي دوره كارشناسي

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات: 152

فهرست مطالب
عنوان صفحه
چكيده
فصل اول – مقدمه
1-1- پيشگفتار 4
1-2- رئوس مطالب 7
1-3- تاريخچه 9
فصل دوم : پايداري ديناميكي سيستم هاي قدرت
2-1- پايداري ديناميكي سيستم هاي قدرت 16
2-2- نوسانات با فركانس كم در سيستم هاي قدرت 17
2-3- مدلسازي سيستمهاي قدرت تك ماشينه 18
2-4- طراحي پايدار كننده هاي سيستم قدرت (PSS) 23
2-5- مدلسازي سيستم قدرت چند ماشينه 27
فصل سوم: كنترل مقاوم
3-1-كنترل مقاوم 30
3-2- مسئله كنترل مقاوم 31
3-2-1- مدل سيستم 31
3-2-2- عدم قطعيت در مدلسازي 32
3-3- تاريخچه كنترل مقاوم 37
3-3-1- سير پيشرفت تئوري 37
3-3-2- معرفي شاخه هاي كنترل مقاوم 39
3-4- طراحي كنترل كننده هاي مقاوم براي خانواده اي از توابع انتقال 45
3-4-1- بيان مسئله 45
3-4-2- تعاريف و مقدمات 46
3-4-4-‌‌‌تبديل مسئله پايدارپذيري مقاوم به‌يك مسئله Nevanlinna–Pick 50
3-4-5- طراحي كنترل كننده 53
3-5- پايدار سازي مقاوم سيستم هاي بازه اي 55
3-5-1- مقدمه و تعاريف لازم 55
2-5-3- پايداري مقاوم سيستم هاي بازه اي 59
3-5-3- طراحي پايدار كننده هاي مقاوم مرتبه بالا 64
فصل چهارم : طراحي پايدار كننده هاي مقاوم براي سيستم هاي قدرت
4-1- طراحي پايدار كننده هاي مقاوم براي سيستم هاي قدرت 67
4-2- طراحی پایدار کننده های مقاوم به روش Nevanlinna – Pick 69
برای سیستم های قدرت تک ماشینه 69
4-2-1- مدل سیستم 69
4-2-2- طرح یک مثال 71
4-2-3 – طراحی پایدار کننده مقاوم به روش Nevanlinna – Pick 73
4-2-2- بررسی نتایج 77
4-2-5- نقدی بر مقاله 78
4-3- بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم قدرت چند ماشینه 83
4-3-1- مدل فضای حالت سیستم های قدرت چند ماشینه 83
4-3-2- مشخصات یک سیستم چند ماشینه 86
4-3-3-طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت 90
4-3-4- پاسخ سیستم به ورودی پله 93
4-4- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت چند ماشینه 95
4-4-1- اثر تغییر پارامترهای بر پایداری دینامیکی 95
4-4-2- مدلسازی تغییر پارامترها به کمک سیستم های بازه ای 101
4-4-3-پایدارسازی مجموعه‌ای ازتوابع انتقال به کمک تکنیک‌های‌بهینه سازی 105
4-4-4- استفاده از روش Kharitonov در پایدار سازی مقاوم 106
4-4-5- استفاده از یک شرط کافی در پایدار سازی مقاوم 110
4-5- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم قدرت چندماشینه (2) 110
4-5-1- جمع بندی مطالب 110
4-5-2-طراحی پایدار کننده های‌مقاوم بر اساس مجموعه‌ای از نقاط کار 111
4-5-3- مقایسه عملکرد PSS کلاسیک با کنترل کننده های جدید 113
4-5-4- نتیجه گیری 115
فصل پنجم : استفاده از ورش طراحي جديد در حل چند مسئله
5-1- استفاده از ورش طراحي جديد در حل چند مسئله 121
5-2- طراحي PSS‌هاي مقاوم به منظور هماهنگ سازي PSS ها 122
5-2-1- تداخل PSS‌ها 122
5-2-2- بررسي مسئله تداخل PSS‌ها در يك سيستم قدرت سه ماشينه 124
5-2-3- استفاده از روش طراحي بر اساس چند نقطه كار در هماهنگ 126
انتخاب مجموعه مدلهاي طراحي 127
5-2-4-‌مقايسه‌عملكرد دو نوع پايدار كننده به كمك شبيه سازي كامپيوتري 130
5-3- طراحي كنترل كننده هاي بهينه ( فيدبك حالت ) قابل اطمينان براي سيستم قدرت 132
5-3-1) طراحي كننده فيدبك حالت بهينه 132
تنظيم كننده هاي خطي 133
5-3-2-كاربرد كنترل بهينه در پايدار سازي سيستم هاي قدرت چند ماشينه 134
5-3-3-طراحي كنترل بهينه بر اساس مجموعه‌اي از مدلهاي سيستم 136
5-3-4- پاسخ سيستم به ورودي پله 140
فصل ششم : بيان نتايج
6-1- بيان نتايج 144
6-2- پيشنهاد براي تحقيقات بيشتر 147
مراجع 148
ضميمه الف – معادلات ديناميكي ماشين سنكرون 154
ضميمه ب – ضرايب K1 تا K6 156
ضميمه پ – برنامه ريزي غير خطي 158

چكيده :
توسعه شبكه هاي قدرت نوسانات خود به خودي با فركانس كم را، در سيستم به همراه داشته است. بروز اغتشاش هايي نسبتاً كوچك و ناگهاني در شبكه باعث بوجود آمدن چنين نوساناتي در سيستم مي شود. در حالت عادي اين نوسانات بسرعت ميرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معيني فراتر نمي رود. اما بسته به شرايط نقطه كار و مقادير پارامترهاي سيستم ممكن است اين نوسانات براي مدت طولاني ادامه يافته و در بدترين حالت دامنه آنها نيز افزايش يابد. امروزه جهت بهبود ميرايي نوسانات با فركانس كم سيستم، در اغلب شبكه هاي قدرت پايدار كننده هاي سيستم قدرت (PSS) به كار گرفته مي شود.
اين پايدار كننده ها بر اساس مدل تك ماشين – شين بينهايتِ سيستم در يك نقطه كار مشخص طراحي مي شوند. بنابراين ممكن است با تغيير پارامترها و يا تغير نقطه كار شبكه، پايداري سيستم در نقطه كار جديد تهديد شود.
موضوع اين پايان نامه طراحي پايدار كننده هاي مقاوم براي سيستم هاي قدرت است، به قسمي كه پايداري سيستم در محدوده وسيعي از تغيير پارامترها و تغيير شرايط نقطه كار تضمين شود. در اين راستا ابتدا به مطالعه اثر تغيير پارامترهاي بر پايداري
سيستم هاي قدرت تك ماشينه و چند ماشينه پرداخته مي شود. سپس دو روش طراحي كنترل كننده هاي مقاوم تشريح شده، و در مسئله مورد مطالعه به كار گرفته مي شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسي اين روش ها، يك روش جديد براي طراحي PSS ارائه مي شود. در اين روش مسئله طراحي پايدار كننده مقاوم به مسئله پايدار كردن
مجموعه اي از مدلهاي سيستم در نقاط كار مختلف تبديل مي شود. اين مسئله نيز به يك مسئله استاندارد بهينه سازي تبديل شده و با استفاده از روش هاي برنامه ريزي غير خطي حل مي گردد. سرانجام كارايي روش فوق در طراحي پايدار كننده هاي مقاوم براي يك سيستم قدرت چند ماشينه در دو مسئله مختلف (اثر تغيير پارامترها بر پايداري ديناميكي و تداخل PSS ها) تحقيق شده و برتري آن بر روش كلاسيك به اثبات مي رسد.

 پيشگفتار:
افزايش روز افزون مصرف انرژي الكتريكي، توسعه سيستم هاي قدرت را بدنبال داشته است بطوريكه امروزه برخي از سيستم هاي قدرت در جغرافيايي به وسعت يك قاره گسترده شده اند. به موازات اين توسعه كه با مزاياي متعددي همراه است، در شاخه ديناميك سيستم هاي قدرت نيز مانند ساير شاخه ها مسائل جديدي مطرح شده است. از جمله اين مسائل مي توان به پديده نوسانات با فركانس كم، تشديد زير سنكرون (SSR)، و سقوط ولتاژ اشاره كرد.
پديده نوسانات با فركانس كم در اين ميان از اهميت ويژه اي برخوردار است و در بحث پايداري ديناميكي سيستم هاي قدرت مورد توجه قرار مي گيرد. بروز
اغتشاش هاي مختلف در شبكه، انحراف سيستم از نقطه تعادل پايدار را به دنبال دارد، در چنين وضعيتي به شرط اينكه سنكرونيزم شبكه از دست نرود، سيستم با نوسانات فركانس كم به نقطه تعادل جديد نزديك مي شود. هنگامي كه يك ژنراتور به تنهايي كار مي كند، نوسانات با فركانس كم به دليل ميرايي ذاتي به شكل نسبتاً قابل قبولي ميرا مي شوند. اما كاربرد برخي از المان ها مانند تحريك كننده هاي سريع، با اثر ديناميك قسمت هاي مختلف شبكه ممكن است باعث تزريق ميرايي منفي به شبكه شود، به طوريكه نوسانات فركانس كم شبكه به شكل مطلوبي ميرا نشده و يا حتي از ميرايي منفي برخوردار شوند. بديهي است افزايش ميرايي مودهاي الكترومكانيكي سيستم در چنين وضعيتي مي تواند به عنوان يك راه حل مورد استفاده قرار گيرد. بر اين اساس پايدار كننده هاي سيستم قدرت (PSS) بر اساس مدل تك ماشين – شين بينهايت طراحي شده و در محدوده وسيعي به كار گرفته مي شوند. از ديد تئوري كنترل، پايدار كننده هاي فوق در واقع يك كنترل كننده كلاسيك با تقديم فاز مي باشد كه بر اساس مدل خطي سيستم در يك نقطه كار مشخص طراحي مي شوند.
همراه با پيشرفت هاي چشمگيري در تئوري سيستم ها و كنترل، روش هاي جديد براي طراحي پايدار كننده هاي سيستم قدرت ارائه شده است، كه به عنوان نمونه مي توان به كنترل كنده هاي طرح شده بر اساس تئوري هاي كنترل تطبيقي، كنترل مقاوم، شبكه هاي عصبي مصنوعي و كنترل فازي اشاره كرد [5-1]. در همه اين روش ها سعي بر اينست كه نقايص موجود در طراحي كلاسيك مرتفع شده به طوريكه كنترل كننده به شكل موثرتري بر پايداري سيستم و بهبود ميرايي نوسانات اثر گذارد.

1-2- رئوس مطالب :
بخش بعدي اين فصل به بررسي تحقيقات انجام شده در زمينه طراحي پايدار
كننده هاي مقاوم سيستم هاي قدرت اختصاص داده شده است.
در فصل دوم نخست به بيان مفاهيم اساسي در پايداري ديناميكي، و تشريح پديده نوسانات با فركانس كم در سيستم هاي قدرت پرداخته مي شود. مدلسازي سيستم تك ماشينه به منظور مطالعه پديده نوسانات با فركانس كم، و روش طراحي PSS به كمك اين مدل در قسمت هاي بعدي اين فصل صورت مي گيرد. در بخش آخر فصل نيز مدلسازي سيستم هاي قدرت چند ماشينه و نكات مربوط به آن مورد بررسي قرار مي گيرد.
در فصل سوم ابتدا صورت مسئله كنترل مقاوم به طور كامل تشريح مي شود. سپس به تاريخچه كنترل مقاوم و سير پيشرفت برخي از شاخه اي آن پرداخته مي شود. در پايان فصل طي دو بخش جداگانه به توضيح روش هاي – Pick Nevanlinna و Kharitonov كه در ادامه مورد استفاده قرار مي گيرند، مي پردازيم.
طراحي كنترل كننده مقاوم با استفاده از روش – Pick Kharitonov براي سيستم قدرت تكماشينه و نقد و بررسي يك مقاله در اين زمينه در ابتداي فصل چهارم (بخش (4-2)) صورت مي گيرد. در بخش (4-3) پس از بدست آوردن معادلات فضاي حالت براي سيستم هاي قدرت چند ماشينه، به بررسي پايداري ديناميكي يك سيستم سه ماشينه در نقاط كار مختلف و طراحي PSS در يك نقطه كار ناپايدار مي پردازيم. در بخش (4-4) اثر تغيير پارامترها بر پايداري اين سيستم مطالعه شده و روش Kharitonov جهت طراحي پايدار كننده هاي مقاوم مورد استفاده قرار مي گيرد. در بخش (4-5) به ارائه يك روش جديد كه با الهام از روش Kharitonov شكل گرفته است، مي پردازيم. سپس اين روش به منظور طراحي يك كنترل كننده مقاوم كه در محدوده وسيعي از تغيير شرايط نقطه كار پايداري سيستم را تضمين مي كند، به كار گرفته مي شود.
در فصل پنجم ابتدا روش فوق در حل مسئله تداخل PSS ها مورد استفاده قرار
مي گيرد. سپس به طراحي كنترل كننده هاي فيدبك حالت بهينه بر اساس مجموعه اي از مدلهاي سيستم، و پاره اي نكات در اين زمينه مي پردازيم.
فصل ششم نيز به يك جمع بندي كلي از پايان نامه و بيان نتايج اختصاص داده شده است.

– بيان نتايج :
نتايج حاصل‌از مطالعات انجام گرفته در اين پايان نامه را مي‌توان به شرح زير بيان كرد.
1- ناتواني روش Nevalinna – Pick در طراحي پايدار كننده هاي مقاوم براي سيستم‌هاي قدرت تك ماشينه تحقيق شد . بعبارت ديگر استفاده از اين روش به منظور طراحي پايدار كننده هاي مقاوم در برابر تغيير پارامترهاي و شرايط نقطه كار مناسب نمي‌باشد .مطالعات انجام شده در اين پايان نامه نشان داد كه حتي در صورت برقراري شرايط لازم براي وجود كنترل كننده هاي مقاوم ، اين كنترل كننده ها از عملكرد ضعيفي در پايدار سازي سيستم برخوردارند .
2- پايدراي ديناميكي سيستم هاي قدرت چند ماشينه مورد مطالعه قرار گرفت . در اين مطالعه براي يك سيستم قدرت سه ماشينه ، پايدار كننده هاي كلاسيك (‌PSS) بر اساس مدل تك ماشين – شين بي نهايت در يك نقطه كار مشخص طراحي شده ، و سپس كارايي اين كنترل كننده ها در پايدار سازي و بهبود پايداري سيستم در نقطه كار فوق به كمك شبيه سازي كامپيوتري تاييد شد .
3- اثر تغيير پارامترها بر پايداري ديناميكي سيستم هاي قدرت چند ماشينه مورد بررسي قرار گرفت و نشان داده شد كه حتي در حضور PSS هاي كلاسيك ممكن است پايداري سيستم تهديد شود . بنابراين طراحي پايدار كننده هاي مقاوم در چنين مواردي الزامي است .
4- عدم كارايي روش Kharitonov در طراحي پايدار كننده هاي مقاوم ، به دليل محافظه كاري آن در مدلسازي عدم قطعيت هاي ناشي از تغيير پارامترها ، تحقيق شد .
5- يك روش جديد جهت طراحي PSS (‌با الهام از روش Kharitonov) ارائه شد در اين روش كه پايدار كننده بر اساس مجموعه‌اي از مدلهاي سيستم در نقاط كار مختلف طراحي مي شود ، مسئله طراحي پايدار كننده مقاوم به يك مسئله همزمان پايدار كردن مجموعه‌آي از توابع انتقال تبديل مي شود . سپس مسئله اخير در قالب يك مسئله استاندارد بهينه سازي ، با استفاده از روش هاي برنامه ريزي غير خطي حل مي شود .
6-عملكرد كنترل كننده هاي طراحي شده به كمك روش جديد ، با پايدار كننده هاي كلاسيك ( PSS) در يك سيستم قدرت سه ماشينه مورد مقايسه قرار گرفت و برتري كنترل كننده هاي طراحي شده براساس مجموعه اي از نقاط كار به كمك شبيه سازي كامپيوتري به اثبات رسيد . مهمترين مزيت اين كنترل كننده ها بهبود پايداري سيستم در محدوده وسيعي از تغيير پارامترها مي باشد .
7- با انتخاب مناسب مجموعه مدلهاي طراحي ، نشان داده شد كه روش طراحي جديد مي تواند به منظور هماهنگ سازي PSS‌ها به كار گرفته شود . در اين راستا ابتدا مشكل تداخل PSS‌ها در يك سيستم چند ماشينه مورد تحليل قرار گرفت . سپس نحوه كاربرد روش جديد به منظور رفع اين مشكل تشريح شد .
بنابراين بطور خلاصه مي توان روش طراحي بر اساس مجموعه‌اي از مدل هاي سيستم را به عنوان يك روش تعميم يافته طراحي PSS‌تلقي كرد . در اين روش طراح مي تواند با گنجاندن مدل هاي مختلف سيستم در مجموعه مدلهاي طراحي به اهدافي مانند: استحكام پايداري در برابر تغيير پارامترها و هماهنگي پايدار كننده ها دست يابد.
بعبارت ديگر روش طراحي فوق از انعطاف پذيري بالايي برخوردار است ، بطوريكه طراح با تغيير تابع هدف مي تواند محدوديت هاي بيشتري را روي پارامترهاي كنترل كننده به منظور دستيابي به بهترين جواب در نظر بگيرد .
از ديگر مزاياي PSS‌هاي جديد مي توان به موارد زير اشاره كرد:
الف ) PSS‌هاي جديد داراي ساختاري مشابه با PSS‌هاي كلاسيك مي باشند .
ب ) در طراحي PSS هاي جديد ديناميك ساير ماشين هاي سيستم نيز در نظر گرفه مي شود .
همچنين جهت كاهش زمان طراحي مي توان از پارامترهاي PSS كلاسيك به عنوان يك نقطه شروع براي برنامه بهينه سازي استفاده كرد .
8- روش طراحي كنترل فيدبك حالت بهينه براي سيستم هاي قدرت چند ماشينه توضيح داده شد. سپس ضمن تحقيق اين مطلب كه با قطع يكي از سيگنالهاي كنترل ورودي به ماشينهاي سنكرون ممكن است پايداري سيستم تهديد شود، روش طراحي براساس مجموعه‌اي از مدلهاي سيستم جهت رفع اين مشكل به كار گرفته شد.

مطلب مفیدی برای شما بود ؟ پس به اشتراک بگذارید برای دوستانتان
درباره این مطلب نظر دهید !

محصولات مرتبط ...

محصولات زیرا حتما ببینید ...