تحقيق درباره سیستم های توان الکتریکی

الگوریتم های کنترل برای کنترل جریانهای توان حقیقی و توان واکنشی و تضعیف نوسانات توان با استفاده از upfc
بخش ۱= مقدمه:
upfcدر سالهای اخیر در زمینه انتقال توان برای افزایش جریان توان همانند یک تقویت کننده برای بهبود پایداری سیستم پیشنهاد شده است upfc به دلیل مزایای متعددی از تنظیم ولتا()تنظیم تغییر فاز جبران خطاهای امپدانس و جبران خطاهای واکنشی یکی از وسایل اطلاعاتی بسیار مهم به شمار می آید.مزیت منحصر به فردupfc توانایی کنترل مستقل جریان های توان حقیقی و توان واکنشی در سیستم انتقال می باشد.
upfcابزاریست که عملا برای دو حالت جامد مبدل منبع ولتاژ(بلوک جبران خطاهای موازی و بلوک جبران خطاهای متوالی ) که به خازن رابط جریان مستقیم عادی متصلند استفاده میشود.مبدل از طریق یک ترانسفورماتور با یک خط جریان متوالی جفت میشود.همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است.

مشخصه های حالت دایمی و عملکرد upfc بطور وسیعی در بسیاری از مقالات حقیقی در خصوص کنترلگرهای upfc بیان شده است.که معمولا طرح ها بر پایه ی کنترل pi بوده و شامل یک مدار ولتاژ داخلی و یک مدار جریان خارجی می باشد.چنین ساختار کنترل زنجیره ای بر اساس سیستم upfc با چند متغیر که در آن بر هم کنش بین متغیرهای کنترل شده شدید است موثر نمی باشد.بطور کلی روش های کنترلی بر پایه ی PI در اجرا ساده تر و از نظر عملی موثرترند.اما اجرا با کنترلگرهای پایه ای PI بطور وسیعی با رعایت قوانین نقاط کار متفاوتند.علاوه بر ان کنترل UPFC که بر پایه ی قرداد استراتژی کنترل PI می باشد.متمایل به عکس العمل دینامیک شدیدی بین جریان های توان حقیقی و توان واکنشی می باشد.

اگرچه بخش عمده کارهای تحقیقاتی در زمینه ی پیشرفت استراتژی کنترل با استفاده از شبیه ساز کامپیوتری می باشد.با وجود آن بسیاری از کنترل های پیشنهادی فاقد تحقیق ازمایشی لازم هستند،به دلیل ان که کانون این مطالعات بررسی ابزارهای کنترل به شیوه ی ازمایشی می باشد.یک سیستم توان دوگانه برای بررسی انتخاب شده است.
در این صفحات جزییات دسترسی خطی سازی معکوس در مقیاس کوچکتر ارایه شده است.علی رغم این که میزان توان سیستم ازمایشگاهی مدل کوچکتر بوده و حد مجاز محدودی دارد کنترل گر کنترل خطی سازی معکوس با همان تاخیر می تواند در یک سیستم واقعی نیز به کار گرفته شود.به دلیل انکه ابزار الگوریتم کنترل عامل اندازه گیری مناسبی برای علایم جربان و

ولتاژ و همچنین عامل اندازه گیری مناسبی برای استفاده از ولتاژهای وارونگر دارد.
روش خطی سازی معکوس بر اساس ایده ی حذف غیر خطی های سیستم و تحمیل دینامیک خطی برای کنترل سیستم میباشد. در بخش ۲ جنبه های مدل سازی مبدل متوالی و موازی و ولتاژ خازن جریان مستقیم شرح داده شده است. در بخش ۳ کنترل خطی سازی معکوس و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایش و شبیه سازی طرح کنترل پیشنهادی در بخش ۵ ارایه شده است.
بخش ۲ – مدل سازی سیستم
جریان هم ارز هر فاز سیستم توان با UPFC در تصویر ۲ نشان داده شده است.جهت

توسعه ی مدل مبدل های متوالی معادله ی ولتاژ کیرشهف برای فاز a در شاخه ی متوالی(تصویر ۲) به شکل زیر نوشته میشود.
معادله ی ۱
به طور مشابه میتوانیم معادله ی ولتاژ کیرشهف را برای فاز های bوc نیز بنویسیم. معادله ی ولتاژ کیرشهف برای سه فاز در شکل ماتریسی آن به صورت زیر است:
معادله ی ۲
در معادله ی ۲ قالب مبنا بر اساس a-b-c می باشد که برای ساده تر کردن آن همزمان قالب مبنا را از a-b-c به قالب مبنای d-q تغییر می دهیم و را به عنوان مبنا قرار می دهیم.می توانیم معادله ی دیفرانسیل مولفه های d-q در جریان شاخه ای متناوب را به شکل زیر بنویسیم:
معادله ی ۳و۴
با عمل به روش مشابه معادله ی دیفرانسیل برای جریان مبدل موازی به شرح زبر میشود:
معادله ی ۵و۶
عملکرد upfc بستگی به میزان پایداری ولتاژ خطوط جریان مستقیم بین مبدل های متوالی و موازی دارد در حالت ایده آل مبدل ها،مبدل موازی باید توانایی استعمال مقداری از توان حقیقی که بین مبدل های متناوب و خطوط،مبادله میشود داشته باشد.
بنابرادن upfc هیچ توان حقیقی را بوسیله ی خطوط انتقال مبادله نمی کند با وجود این در شرایگ انتقال توان ورودی به مبدل موازی باید با مجموع توان تزریقی اهنگ مبادله ی انرژی ذخیره شده ی لحظه ای یک خازن برابر باشد بنابراین با توازن توان معادله ی زیر بدست می آید:
معادله ی ۷
معادله ی فوق ولتاژ خازن خطوط جریان مستقیمupfc را نشان می دهد سطح ولتاژ جریان مستقیم با تنظیم جریان توان حقیقی از سیستم جریان متناوب به خظوظ جربان مستقیم از طریق کنترل می شود.با توجه به شکل ۲ خواهیم داشت:
معادله ی ۸
منبع ولتاژ سر ارسالگر ثابت فرض می شود و با تاثیر دادن عبارات فوق خواهیم داشت:ادامه ی معادله ی ۸
و با جاگذاری IdوIq خواهیم داشت:ادامه ی معادله ی ۸
با جاگذاری و و و می توانیم بنویسیم:

معادله ی ۹
معادله ی ۹ بطور کامل ولتاژ گذرگاه جریان متناوب را تشریح می کند معادله دینامیک upfc در شکل فضای حالت می تواند به شکل زیر نوشته شود:
معادله ی ۱۰
۳-توسعه ی کنترل خطب سازی معکوس
روش کنترل غیر خطی برای کنترل عملکرد upfc با استفاده از خطی سازی معکوس در این بخش ارایه شده است.ابتدا اصل معکوس پس خوردی بطور کلی توضیح داده می شود پس استفاده از اصول ۱ طرح کنترل غیرخطی برای upfc تعمیم می یابد.
در اینجا یک مرور کوتاهی از کنترل غیر خطی با استفاده از خطی سازی پس خوردی ارائه شده است بدون آسیب به اصل کلی سیستم چند ورودی و چند خروجی زیر (MIMO) مورد بررسی قرار می گیرد.
(معادله ۱۱)
که در آن x بردار حالت است a ورودی های کنترل را نشان می دهند y به جای خروجی هاست fgH میدان بردار هموار می باشند خطی سازی ورودی و خروجی سیستم MIMO فوق با مشتق گرفتن از y سیستم بدست می آید.
تا ورودی ها به طور دقیق مشخص شوند. بنابراین با مشتق گیری می توانیم بنویسیم که در آن lfH و lgH به ترتیب مشتق ضمنی hx وfx و gx را نشان می دهند.
نکته کلیدی این است که اگر Lgi Lf (ri-1) hj (x) = 0
برای تمام j ها ورودی ها در معادله فوق به نظر نمی آیند و مشتق گیری تکرار می شوند.
(معادله ۱۳ )
به همین ترتیب Lgi Lf (ri – 1) hj (x) ≠ ۰ برای حداقل یک j باشد این رویه برای هر خروجی yi تکرار می شود بنابراین برای مجموعه m معادله می نویسیم که در آن E(x) برابر است با ادامه معادله ۱۴
که E(x) ماتریس مجزا برای سیستم MIMO نامیده می شود اگر E(x) ناویژه باشد ماتریس کنترل u می تواند از معادله زیر بدست آید.
(معادله ۱۵)
که در آن [u1 … un]T مجموعه جدیدی ورودی های تعریف شده به وسیله کاربر می باشند برآیند دینامیک سیستم می تواند به شرح زیر توصیف شود.
(معادله ۱۶)
براحتی می توان دریافت که ر ابطه بین ورودی ها و خروجی ها در معادله ۱۶ مجزا و خطی است در کنترل upfc جدا از قضاوت اصلی سایر توجهات به نگهداری ولتاژ گذرگاه جریان متوالی … و ولتاژ گذرگاه جریان مستقیم می باشد برای دست یابی به چنین قضاوتی چهار متغیر یعنی جریان شاخه متناوب d جریان متناوب q ولتاژ گذرگاه جریان متوالی و ولتاژ گذرگاه جریان مستقیم انتخاب می شوند حال برای کنترل طرح مدل فضای حالت کامل که در معادله ۱۰ بیان شده بود به شکل زیر نوشته می شود ادامه معادله ۱۶ چهار متغیر انتخاب شده در این زمینه به عنوان متغیرهای

خروجی برای سیستم مورد رسیدگی قرار می گیرد ادامه معادله ۱۶ با عمل به مراحلی که در بخش ۳ ارائه شده مشتق گیری تمام متغیرهای خروجی ادامه می یابد تا ورودی کنترل آشکار شود و مرتب کردن آنها با توجه به شکل معادله ۱۴ بدست می آوریم.
(معادله ۱۷)
بررسی E(x) به صورت ناویژه قانون کنترل که از معادله ۱۵ بدست می آید.
(معادله ۱۸)
برای ردیابی id1 و id2 . vt و vdc ورودی های کنترل جدید v1,v2,v3,v4 انتخاب می شوند.
(معادله ۱۹)
که در آن yiref جریان مبنای مولفه d شاخه سری و y2ref جرین به مبنای مولفه q شاخه سری y3ref ولتاژ مبنای گذرگاه y4ref dc ولتاژ مبنای گذرگاه ac می باشند و متغیر خطا به شکل زیر تعریف می شود.
(معادله ۲۰)
از معادلات ۱۹ و ۲۰ دینامیک خطا مشخص می شود ادامه معادله ۲۰ نمودار بولوکی طرح fBLc پیشنهادی در تصویر ۳ نشان داده شده است که در آن دستگاه شامل مدل سیستم توان با UPfc می باشد برای محاسبه پارامترهای بهره K11 و K12 تمایل قطب ها برای تامین موقعیت در S1=-75 , S2=-25 مورد رسیدگی قرار می گیرد و برای موقعیت های مشابه دیگر نیز به همین طریق عمل می شود.
۴- نتایج و بحثها
سیستم دو گذرگاهی با یک UPfc آهنگ معادله ولتاژ کیرشف در مقیاس کوچک برای مطالعه از یک منظر جهت معتبر ساختن طرح کنترل پیشنهادی از طریق یک تحقیق آزمایشگاهی در آزمایشگاه مورد رسیدگی قرار می گیرد تصویر شماره ۴ یک مجموعه آزمایشی برای کوچک کردن مقیاس یک سیستم توان با استفاده از UPfc را نشان می دهد خط انتقال سه فاز در آزمایشگاه به وسیله القا گرهای هسته هوایی شبیه سازی می شود این ترتیب منجر به خط مقاومت r=10/85 اهم و القاء کنایی L=36/05 می شود نسبت x/r مقیاس بسیار کوچکی از خط انتقال واقعی است زیر

ا تمرکز اولیه این مطالعه برای تایید ابزار کنترل می باشد.
اختلاف بالا به صورت جزئی در مطالعه بررسی می شود ولتاژ سرارسال گر در مقیاس کوچک برابر است با vs=200<0 و تطابق آن ا ولتاژ سر گیرنده vr=200<-300 بررسی می شوند یک کامپیوتر شخصی سیستم کنترل پایه شامل یک کامپیوتر شخصی میزبان ا یک فرکانس ۴۰ مگاهرتز برای تکمیل بلوک های کنترل استفاده می شود.
حس گرهای LEM برای اندازه گیری جریان و ولتاژ بکار می رود تصویر شماره ۵ جزئیات فصل مشترک برد PSP با جریان توان را نشنان می دهد در حالیکه تصویر شماره ۶ الگوریتم کنترل را مشخص می کند دو وارونگر سه فاز برای مدار توان Upfc استفاده می شود. برای بررسی برهم کنش دینامیک بین جریان توان حقیقی و واکنشی یک عامل بنام برهم کنش دینامیک تعریف می شود.
(معادله ۲۱و ۲۲)
که در آن DiP بر درصد تغییر در توان حقیقی با رعایت تغییر ر مبنای توان واکنشی دلالت دارد و DiQ بر درصد تغییر توان واکنشی با رعایت تغییر در مبنای توان حقیقی دلالت می کند در اینجا دو مورد از امتحان سیستم با کنترل Pi و طرح FBLC جهت بررسی مورد رسیدگی قرار می گیرد. نتایج آزمایشی و شبیه سازی در تصاویر ۱۰-۷ نشان داده شده است تصویر ۸و۷ پاسخ را به دستورات مرحله در توانهای حقیقی و واکنشی را نشان می دهند تصویرهای ۱۱و۱۰ مسیرهای حرکت در صفحه Pr-Qr را برای اتفاقات مشابه نشان می دهند.
نقطه ۰ متناظر با نقطه کار اسمی سیستم توان بدون Upfc می باشد نقاط abc,d در محیط دایرره به ترتیب بالاترین و پایین ترین حد توان واکنشی و حقیقی را نشان می دهد. در حالت کلی هر نقطه از این دایره متناظر با آهنگ عملکرد UPfc و طرح پایه ای Pr تغییرات مرحله در توان حقیقی بررسی می شود در حالیکه توان واکنشی ثابت می باشد.
عملکرد اولیه سیستم در نقطه o بدون جبران سازی می باشد و برای ایجاد یک تغییر در نقطه کار از o به A توان ۴۴۰ وات افزایش می یابد که Pr=-690 و Qr=1060 می باشد تغییرات نقطه کار به A با بر هم کنش دینامیک صفحه و تطابق شبیه سازی و هم چنین نتایج آزمایش در تصویر ۱۰ نشان داده شده است.
با وجود ان به نظر می رسد که با کنترل گر PI سیستم پس از عبور از نقطه E در نقطه A قرار گیرد با تطبیق نقطه E بیشترین برهم کنش دینامیک ۷/۱۳ می باشد تصاویر ۷و۹ تقابل کنترل گر پایه ای PI که بطور قابل توجه ای نوسان ساز است و همچنین برهم کنش زیاد توان واکنشی را نشان می دهد وقتی که توان از ۴۴۰ وات کمتر می شود و نقطه عمل از o به B تغییر می یابد تقابل مشابه ای به وجود می آید یک همبستگی خوب بین نتایج آزمایشی و شبیه سازی که اعتبار طرح پیشنهادی را مشخص می کند و ارزیابی مقایسه ای در اینجا ارائه شده است.
لاختلاف جزئی در نتایج بین شبیه سازی و اندازه گیری می تواند به نوسانات اندک در تهیه ولتاژ و سایر خطاها در ابزار عملی نسبت داده شود علاوه بر آن میله های اتصال موجود در آزمایش می تواند به اختلاف ناچیز بین نتایج شبیه سازی و آزمایشی بیفزاید.
۲-۴ تضعیف نوسان توان بوسیله UPFC