مقاله اثر تغییر پارامتر ها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها ( و اثبات برتری آن بر روش کلاسیک )

Word 4 MB 34590 106
مشخص نشده مشخص نشده الکترونیک - برق - مخابرات
قیمت قدیم:۲۳,۶۰۰ تومان
قیمت با تخفیف: ۱۹,۸۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  • چکیده :

    توسعه شبکه های قدرت نوسانات خود به خودی با فرکانس کم را، در سیستم به همراه داشته است. بروز اغتشاش هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم می شود. در حالت عادی این نوسانات بسرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمی رود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم ممکن است این نوسانات برای مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها نیز افزایش یابد. امروزه جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم، در اغلب شبکه های قدرت پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) به کار گرفته می شود.

    این پایدار کننده ها بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایتِ سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند. بنابراین ممکن است با تغییر پارامترها و یا تغیر نقطه کار شبکه، پایداری سیستم در نقطه کار جدید تهدید شود.

     

    موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترهای بر پایداری
    سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پایدار کردن
    مجموعه ای از مدلهای سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

     

    فصل اول

     

    مقدمه

     

    1-1- پیشگفتار:

    افزایش روز افزون مصرف انرژی الکتریکی، توسعه سیستم های قدرت را بدنبال داشته است بطوریکه امروزه برخی از سیستم های قدرت در جغرافیایی به وسعت یک قاره گسترده شده اند. به موازات این توسعه که با مزایای متعددی همراه است، در شاخه دینامیک سیستم های قدرت نیز مانند سایر شاخه ها مسائل جدیدی مطرح شده است. از جمله این مسائل می توان به پدیده نوسانات با فرکانس کم، تشدید زیر سنکرون (SSR)، و سقوط ولتاژ اشاره کرد.

     

    پدیده نوسانات با فرکانس کم در این میان از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در بحث پایداری دینامیکی سیستم های قدرت مورد توجه قرار می گیرد. بروز
    اغتشاش های مختلف در شبکه، انحراف سیستم از نقطه تعادل پایدار را به دنبال دارد، در چنین وضعیتی به شرط اینکه سنکرونیزم شبکه از دست نرود، سیستم با نوسانات فرکانس کم به نقطه تعادل جدید نزدیک می شود. هنگامی که یک ژنراتور به تنهایی کار می کند، نوسانات با فرکانس کم به دلیل میرایی ذاتی به شکل نسبتاً قابل قبولی میرا می شوند. اما کاربرد برخی از المان ها مانند تحریک کننده های سریع، با اثر دینامیک قسمت های مختلف شبکه ممکن است باعث تزریق میرایی منفی به شبکه شود، به طوریکه نوسانات فرکانس کم شبکه به شکل مطلوبی میرا نشده و یا حتی از میرایی منفی برخوردار شوند. بدیهی است افزایش میرایی مودهای الکترومکانیکی سیستم در چنین وضعیتی می تواند به عنوان یک راه حل مورد استفاده قرار گیرد. بر این اساس پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایت طراحی شده و در محدوده وسیعی به کار گرفته می شوند. از دید تئوری کنترل، پایدار کننده های فوق در واقع یک کنترل کننده کلاسیک با تقدیم فاز[1] می باشد که بر اساس مدل خطی سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند.

    همراه با پیشرفت های چشمگیری در تئوری سیستم ها و کنترل، روش های جدید برای طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت ارائه شده است، که به عنوان نمونه می توان به کنترل کنده های طرح شده بر اساس تئوری های کنترل تطبیقی، کنترل مقاوم، شبکه های عصبی مصنوعی و کنترل فازی اشاره کرد [5-1]. در همه این روش ها سعی بر اینست که نقایص موجود در طراحی کلاسیک مرتفع شده به طوریکه کنترل کننده به شکل موثرتری بر پایداری سیستم و بهبود میرایی نوسانات اثر گذارد.

     

    روش های کنترل مقاوم، که در این پایان نامه مورد توجه است به شکل جدی از اوایل دهه هشتاد (1980) مطرح شد و خود به شاخه های متعددی تقسیم می شود. قبل از هر توضیحی درباره کنترل مقاوم نخست به بیان مفهوم عدم قطعیت در مدل
    می پردازیم. در کنترل کلاسیک طراحی بر اساس مدل مشخصی از سیستم صورت
    می گیرد. مدل سیستم تنها یک تقریب از دینامیک های واقعی سیستم است. حذف دینامیک های سریع به منظور ساده سازی، تغییر مقادیر پارامترهای مدل به دلایل مختلف از منابع ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم ها می باشد. بنابراین بدلیل وجود چنین عدم قطعیت هایی در مدلسازی ، اهداف مورد نظر طراح ممکن است توسط کنترل کننده های طرح شده بر اساس مدل تحقق نیابند.

    به منظور رفع این مشکل در کنترل مقاوم بر اینستکه عدم قطعیت های حائز اهمیت موجود در مدل، در طراحی کنترل کننده لحاظ شوند. معمولاً مدلسازی  عدم قطعیت در اکثر شاخه های کنترل مقاوم خانواده ای از سیستم ها را بوجود می آورد، حال کنترل کننده مقاوم بایستی چنان طرح شود که برای هر یک از اعضاء این خانواده اهداف مورد نظر در طراحی برآورده شود.

     

    طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترها بر پایداری
    سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پاردار کردن مجموعه ای از مدل های سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامتر ها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

    1-2- رئوس مطالب :

     

    بخش بعدی این فصل به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه طراحی پایدار
    کننده های مقاوم سیستم های قدرت اختصاص داده شده است.

    در فصل دوم نخست به بیان مفاهیم اساسی در پایداری دینامیکی، و تشریح پدیده نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت پرداخته می شود. مدلسازی  سیستم تک ماشینه به منظور مطالعه پدیده نوسانات با فرکانس کم، و روش طراحی PSS به کمک این مدل در قسمت های بعدی این فصل صورت می گیرد. در بخش آخر فصل نیز مدلسازی  سیستم های قدرت چند ماشینه و نکات مربوط به آن مورد بررسی قرار می گیرد.

    در فصل سوم ابتدا صورت مسئله کنترل مقاوم به طور کامل تشریح می شود. سپس به تاریخچه کنترل مقاوم و سیر پیشرفت برخی از شاخه ای آن پرداخته می شود. در پایان فصل طی دو بخش جداگانه به توضیح روش های - Pick Nevanlinna و Kharitonov که در ادامه مورد استفاده قرار می گیرند، می پردازیم.

    طراحی کنترل کننده مقاوم با استفاده از روش  - Pick Kharitonov برای سیستم قدرت تکماشینه و نقد و بررسی یک مقاله در این زمینه در ابتدای فصل چهارم (بخش (4-2)) صورت می گیرد. در بخش (4-3) پس از بدست آوردن معادلات فضای حالت برای سیستم های قدرت چند ماشینه، به بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم سه ماشینه در نقاط کار مختلف و طراحی PSS در یک نقطه کار ناپایدار می پردازیم. در بخش (4-4) اثر تغییر پارامترها بر پایداری این سیستم مطالعه شده و روش Kharitonov جهت طراحی پایدار کننده های مقاوم مورد استفاده قرار می گیرد. در بخش (4-5) به ارائه یک روش جدید که با الهام از روش Kharitonov شکل گرفته است، می پردازیم. سپس این روش به منظور طراحی یک کنترل کننده مقاوم که در محدوده وسیعی از تغییر شرایط نقطه کار پایداری سیستم را تضمین می کند، به کار گرفته می شود.

     

    در فصل پنجم ابتدا روش فوق در حل مسئله تداخل PSS ها مورد استفاده قرار
    می گیرد. سپس به طراحی کنترل کننده های فیدبک حالت بهینه بر اساس مجموعه ای از مدلهای سیستم، و پاره ای نکات در این زمینه می پردازیم.

    فصل ششم نیز به یک جمع بندی کلی از پایان نامه و بیان نتایج اختصاص داده شده است.

     

    1-3- تاریخچه

    بررسی همه کارهای انجام شده در جهت بهبود پایداری دینامیکی سیستم های قدرت حتی به صورت مختصر، به دلیل مطالعات و تحقیقات متعددی که در این زمینه صورت گرفته است، گزارش مفصلی را طلب می کند.در این زیر بخش ضمن اشاره مختصر به شاخه های مهم تحقیق، کارهای انجام شده بر اساس شاخه کنترل مقاوم را مرور خواهیم کرد.

    با بروز نا پایداری دینامیکی در سیستم های قدرت تحقیقات گسترده ای در این زمینه آغاز شد. مفاهیم اساسی پایداری دینامیکی برای ژنراتور سنکرون متصل به شین بینهایت، اولین بار توسط Demello و Concordia به شیوه ای زیبا در سال 1969 بیان شد [6]. در این مقاله با معرفی مفاهیم گشتاورهای سنکرون کننده و میرا کننده اثر پارامترهای مختلف سیستم و شرایط نقطه کار بر پایداری دینامیکی ماشین سنکرون تشریح شده، و بدنبال آن با استفاده از تئوری جبران فاز به طراحی PSS پرداخته شد. به دلیل اهمیت این مطالب در فصل دوم، به طور مفصل به بررسی پایداری دینامیکی سیستم های قدرت خواهیم پرداخت.

     

    1- Phase Lead

  • فهرست:

    چکیده

    فصل اول – مقدمه

    1-1- پیشگفتار..................................................................................................... 4

    1-2- رئوس مطالب ............................................................................................... 7

    1-3- تاریخچه ....................................................................................................... 9

    فصل دوم : پایداری دینامیکی سیستم های قدرت

    2-1- پایداری دینامیکی سیستم های قدرت.......................................................... 16

    2-2- نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت ........................................... 17

    2-3- مدلسازی سیستمهای قدرت تک ماشینه ................................................... 18

    2-4- طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) ......................................... 23

    2-5- مدلسازی سیستم قدرت چند ماشینه........................................................ 27

    فصل سوم: کنترل مقاوم

    3-1-کنترل مقاوم .................................................................................................. 30

    3-2- مسئله کنترل مقاوم.................................................................................... 31

    3-2-1- مدل سیستم............................................................................................ 31

    3-2-2- عدم قطعیت در مدلسازی......................................................................... 32

    3-3- تاریخچه کنترل مقاوم................................................................................... 37

    3-3-1- سیر پیشرفت تئوری.................................................................................. 37

    3-3-2- معرفی شاخه های کنترل مقاوم............................................................... 39

    3-4- طراحی کنترل کننده های مقاوم برای خانواده ای از توابع انتقال ............................ 45

    3-4-1- بیان مسئله............................................................................................... 45

    3-4-2- تعاریف و مقدمات...................................................................................... 46

    3-4-4-‌‌‌تبدیل مسئله پایدارپذیری مقاوم به‌یک مسئله Nevanlinna–Pick ....... 50

    3-4-5- طراحی کنترل کننده................................................................................ 53

    3-5- پایدار سازی مقاوم سیستم های بازه ای ....................................................... 55

    3-5-1- مقدمه و تعاریف لازم............................................................................................................... 55

    2-5-3- پایداری مقاوم سیستم های بازه ای........................................................... 59

    3-5-3- طراحی پایدار کننده های مقاوم مرتبه بالا................................................ 64

    فصل چهارم  : طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت

    4-1- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های 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 طراحی جدید در حل چند مسئله

    5-1- استفاده از ورش طراحی جدید در حل چند مسئله ...................................... 121

    5-2- طراحی PSS‌های مقاوم به منظور هماهنگ سازی PSS  ها ..................... 122

     5-2-1- تداخل PSS‌ها ......................................................................................... 122

    5-2-2- بررسی مسئله تداخل PSS‌ها در یک سیستم قدرت سه ماشینه ......... 124

    5-2-3- استفاده از روش طراحی بر اساس چند نقطه کار در هماهنگ ..................... 126

    انتخاب مجموعه مدلهای طراحی ........................................................................ 127

    5-2-4-‌مقایسه‌عملکرد دو نوع پایدار کننده به کمک شبیه سازی کامپیوتری.... 130

    5-3- طراحی کنترل کننده های بهینه (  فیدبک حالت ) قابل اطمینان برای سیستم قدرت             132

     5-3-1) طراحی کننده فیدبک حالت بهینه ......................................................... 132

    تنظیم کننده  های خطی .................................................................................... 133

     5-3-2-کاربرد کنترل بهینه در پایدار سازی سیستم های قدرت چند ماشینه...... 134

    5-3-3-طراحی کنترل بهینه بر اساس مجموعه‌ای از مدلهای سیستم .............. 136

     5-3-4- پاسخ سیستم به ورودی پله ................................................................... 140

    فصل ششم : بیان نتایج

    6-1- بیان نتایج ..................................................................................................... 144

    6-2- پیشنهاد برای تحقیقات بیشتر...................................................................... 147

    منبع:

    ندارد.

چکیده : توسعه شبکه های قدرت نوسانات خود به خودی با فرکانس کم را، در سیستم به همراه داشته است. بروز اغتشاش هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم می شود. در حالت عادی این نوسانات بسرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمی رود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم ممکن است این نوسانات برای مدت طولانی ادامه یافته و در ...

افزايش روز افزون مصرف انرژي الکتريکي، توسعه سيستم هاي قدرت را بدنبال داشته است بطوريکه امروزه برخي از سيستم هاي قدرت در جغرافيايي به وسعت يک قاره گسترده شده اند. به موازات اين توسعه که با مزاياي متعددي همراه است، در شاخه ديناميک سيستم هاي قدرت نيز م

فصل اول مقدمه 1-1- پیشگفتار: افزایش روز افزون مصرف انرژی الکتریکی، توسعه سیستم های قدرت را بدنبال داشته است بطوریکه امروزه برخی از سیستم های قدرت در جغرافیایی به وسعت یک قاره گسترده شده اند. به موازات این توسعه که با مزایای متعددی همراه است، در شاخه دینامیک سیستم های قدرت نیز مانند سایر شاخه ها مسائل جدیدی مطرح شده است. از جمله این مسائل می توان به پدیده نوسانات با فرکانس کم، ...

1-1 مقدمه: کنترل خودکار پيشرفت علوم مهندسي نقشي حياتي داشته است. کنترل خودکار علاوه بر نقش بسيار مهمي که در سيستم هاي فضا پيما، هدايت موشک، روبات ها و سيستم هاي مشابه داشته است. بخش مهم ناگسستني از فرآيندهاي صنعتي امروزي است. کنترل خودکار در کن

فصل اول **انواع پستهاي فشار قوي** 1- انواع پستهاي فشار قوي از نظر عملکرد پستهاي از نظر وظيفه اي که در شبکه بر عهده دارند به موارد زير تقسيم بندي مي شوند الف: پستهاي افزاينده ولتاژ اين پستها که به منظور افزايش ولتا

انواع پستهای فشار قوی : 1- انواع پستهای فشار قوی از نظر عملکرد 1-پستهای از نظر وظیفه ای که در شبکه بر عهده دارند به موارد زیر تقسیم بندی می شوند الف: پستهای افزاینده ولتاژ این پستها که به منظور افزایش ولتاژ جهت انتقال انرژی از محل تولید به مصرف بکار می روند معمولا در نزدیکی نیروگاهها ساخته می شوند. ب: پستهای کاهنده ولتاژ: این پستها معمولا در نزدیکی مراکز مصرف به منظور کاهش ولتاژ ...

ميزان‌سازي تنظيم کننده‌هاي ولتاژ ژنراتورهاي سنکرون با به کارگيري مدل ژنراتور درون خطي (on-line generator) چکيده تنظيم، رگولاتورهاي ولتاژ اتوماتيک براي کنترل ولتاژ ژنراتورهاي يک سيستم قدرت در بسياري وضعيت ها براي حالت مدار باز يک ژنراتور سنکرون

کلمات کلیدی: جبران کننده ایستای توان راکتیو، SVC ، STATCOM، اینورتر چند سطحی. چکیده هدف، طراحی و ساخت یک جبران کننده ایستای توان راکتیو از نوع منبع ولتاژی و بصورت چند سطحی بوده‌است، یک اینورتر سه سطحی از نوع اینورترهای متوالی با توان نامی +3KVAR طراحی و ساخته شده‌است، و یک روش کنترلی بر اساس کنترل اختلاف فاز با استفاده از مدولاسیون برنامه‌ریزی و بهینه شده اجرا شده‌است. مدارات ...

مقدمه سیستم‌ های لوله‌ کشی در نیروگاه‌ ها به لحاظ نقش مهمی که در انتقال سیال و انرژی و برقراری ارتباط سیستماتیک بین تجهیزات به منظور انجام مراحل مختلف عملیات در سیکل حرارتی برعهده دارند از ارکان اصلی طراحی و ساخت محسوب می‌گردند. کاربرد تکیه‌گاه‌ها و نگهدارنده‌های مناسب در سیستم لوله‌کشی یکی از مهمترین مراحل طراحی سیستم لوله‌کشی به شمار می‌آید. استانداردهای ANSI, DIN, BS در رفلیز ...

فصل اول شاخص هاي مهم در طراحي يک پست فشار قوي 1 –1 . مسائلي که در طرح يک پست فشار قوي بايد مد نظر قرار گيرند 1-1-1 . پست فشار قوي بايد طوري طرح و ساخته شود که بتوان عمليات لازم در پست را که عبارتند از مراقبت ، نظارت ، فرمان قطع

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول