ارائه یک استراتژی نوین کنترلی برای جبرانساز DVR جهت بهرهوری بیشتر از آن در کیفیت توان مصرف کننده

Transcript

1 ارائه یک استراتژی نوین کنترلی برای جبرانساز DVR جهت بهرهوری بیشتر از آن در کیفیت توان مصرف کننده محمدعلی شمسینژاد استادیار محمدرضا خلقانی دانشجوی کارشناسی ارشد محسن فرشاد استادیار 1- گروه مهندسی قدرت - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه بیرجند- بیرجند- ایران mshamsi@birjand.ac.ir 2- گروه مهندسی قدرت - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه بیرجند- بیرجند- ایران M.KHALGHANI@ieee.org 3- گروه مهندسی قدرت - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه بیرجند- بیرجند- ایران mfarshad@birjand.ac.ir چكیده: دسترسی به برق با کیفیت باال یكی از اهداف شبكههای الكتریكی است. هر گونه اغتشاش در سیستمهای توزیع باعث ایجاد اختالالتی در ولتاژ میشود. به منظور جبران این اختالالت بر روی مصرفکنندگان حساس از ادوات مختلفی استفاده میشود. در این تحقیق از DVR استفاده شده که توانایی مقابله در برابر اثرات تغییرات ولتاژ را برای بار حساس دارد. بدلیل داشتن رفتار دینامیكی بعضا پیچیده در شبكههای قدرت بخصوص در هنگام خطا از کنترلکننده خودتنظیم عاطفی که خود کنترلر تطبیقی قدرتمندی است استفاده شده است. جهت بهبود عملكرد این کنترلر در راستای شاخصهای کیفیت توان از قبیل فلش و THD ولتاژ بار حساس ساختار جدیدی برای این کنترلر پیشنهاد شده است تا بتوان بهرهوری بیشتری از عملكرد آن در شرایط خطا گرفت. با توجه به شبیهسازی نتایج بهتری نسبت به کنترلر PI کالسیک و همچنین کنترلر عاطفی مرسوم حاصل گردیده است. واژه های کلیدی: تاریخ ارسال مقاله : 2932/12/12 تاریخ پذیرش مقاله 2932/10/10 : نام نویسندهی مسئول : محمدعلی شمسی نژاد نشانی نویسندهی مسئول : کیفیت توان DVR بار حساس کنترلر تطبیقی کنترلر خودتنظیم عاطفی دوهدفه اتاق 150- گروه مهندسی قدرت - دانشكده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه بیرجند- بیرجند- ایران 20

2 - 1 امروزه با افزايش تعداد مصرفكنندگان حساس صنعتي و خدماتي تقاضا براي دسترسي به توان الكتريكي به صورت پايدار و با كيفيت استاندارد به طور قابل ملاحظهاي افزايش يافته است. در محيط رقابتي صنعت با توسعه بهرهگيري بنگاههاي توليدي از ادوات الكترونيك قدرت پردازندههاي كامپيوتري و بارهاي غيرخطي هرگونه وقفه و يا تغييرات خارج از دامنه استاندارد در كيفيت توان تحويلي باعث ضرر اقتصادي خواهد شد. نمود اين ضرر اقتصادي را ميتوان در قالبهايي چون: از دست رفتن فرصتهاي رقابت توليدكننده كاهش راندمان و افزايش هزينههاي توليد افت كيفيت محصول كاهش عمر تجهيزات و افزايش هزينه تعميرات وقفه در توليد و تلفات انرژي مورد بررسي قرار داد. بنابراين دسترسي به برق با كيفيت تاثير به سزايي در صرفهجويي سرمايه و مزيت اقتصادي براي يك بنگاه توليدي مي - باشد[ 1 ]. اغتشاش در سيستم توزيع انرژي الكتريكي باعث ايجاد اختلالاتي مخربي در سيستم توزيع همچون وقفه كاهش ولتاژ افزايش ولتاژ و 4 نوسان دامنه ولتاژ ميشود. از جمله مهمترين اغتشاشات مورد اشاره كاهش ولتاژ ميباشد كه در استاندارد IEEE با اين عبارات تعريف شده است: كاهش ناگهاني مقدار ولتاژ به ميزان % 10 تا % 90 در مدت زمان 0.5 سيكل تا 1 دقيقه[ 2 ] كه به علت پديدههايي طبيعي همچون خطاهاي نامتقارن در شبكه و پديدههاي الكترومغناطيسي همچون جريانهاي راهاندازي و هجومي رخ ميدهد. به منظور جبران تاثير مخرب اختلالات ذكر شده بر روي مصرف - كنندگان حساس سيستم توزيع بهرهگيري از ادوات Custom Power مورد توجه كارشناسان قرار گرفته است. از جمله اين ادوات DVR ميباشد كه توانايي مقابله در برابر اثرات كاهش ولتاژ و افزايش ولتاژ را در اختيار بهرهبردار بار حساس قرار ميدهد. ساختار اين جبرانساز در سادهترين بيان از منبع ذخيره انرژي اينورتر ولتاژ و ترانس كوپلاژ تشكيل شده است. اين ابزار پس از تشخيص كمبود ولتاژ در فيدر منتهي به بار حساس با توليد ولتاژ مناسب از طريق ترانس كوپلاژ كه يه صورت سري با مصرف كننده حساس قرار دارد ولتاژ را به شبكه تزريق كرده و از اثرگذاري پديده كاهش ولتاژ ميكاهد. به منظور دستيابي به عملكرد مناسب استراتژيهاي كنترلي مختلفي همچون كنترل پيشبين[ 3 ] كنترل مدلغزشي[ 4 ] و كنترل مقاوم[ 5 ] براي كنترل ولتاژ تزريقي مورد استفاده قرار گرفته شده است. همچنين در [6] از كنترلر H و در [7] از كنترلر مبتني بر تكرار براي گرفتن عملكرد بهتر در حالتهاي ماندگار و گذرا استفاده شده است. در [8] از كنترلكننده فازي در ساختار DVR استفاده شده است. در [9] از اينورتر چندسطحي با ساختار كنترلي بهينه و پيشبينيكننده بهره گرفته شده است. در [8-9] بهبود شاخص THD ولتاژ نيز به عنوان يك هدف و معيار كنترلي با اهميت در نظر گرفته شده است. اما در تمامي مراجع ياد شده تاكنون از الگوريتمهايي با پيچيدگيهاي بالا استفاده شده است كه ممكن است با مشكلاتي در پيادهسازي عملي روبرو شد. با وجود اينكه استراتژيهاي كنترلي بكار گرفته شده مي توانند ضربههاي ناشي از فلش ولتاژ در بار حساس را كاهش دهند اما اغلب اين روشها كاهش THD ولتاژ را در نظر نميگيرند. اين روشها به وقفههاي كوتاه ولتاژ چه حفرهها و شكافهاي تيز و چه بروز فراجهش در ابتدا و انتهاي فلش اهميتي نميدهند [9]. در بسياري از بارها از جمله بارهاي حساس حاوي تجهيزات پزشكي و سيستمهاي درايو موتور با قابليت تنظيم سرعت اين درجه از حساسيت ميتواند با بسيار با اهميت باشد. در بسياري از تحقيقات ذكر شده سعي شده تا از كنترلكنندهاي پايدار در سيستم بهره گرفته شود تا بتواند در شرايط مختلف خطا در شبكه به بهترين شكل ممكن واكنش نشان دهد. معدود تحقيقاتي است كه سعي بر بهبود شاخص حساس علاوه بر فلش ولتاژ ا ن داشته است. [10] مقاله THD جز ولتاژ بار در اين تحقيق از الگوريتمهاي جستجوي تكاملي براي بهينهسازي دو هدفه ساختار كنترلي DVR استفاده شده است. به اين روش از دو جهت ايراداتي وارد است. اول اينكه شبكههاي قدرت و جبرانسازها ماهيت كاملا غيرخطي دارند كه اين مقوله ممكن است سبب شود اين الگوريتمها كه بر اساس جستجوي تصادفي عمل ميكنند دچار ضعف در پيدا كردن پاسخ بهينه واقعي براي اين ساختار شوند و در نهايت به بهينه محلي همگرا شوند. همچنين ذكر اين نكته ضروري است در شبكههاي قدرت واقعي اين فرا يند جستجو بسيار طولاني ميشود. دوم اينكه شبكههاي قدرت بخصوص در شرايط خطا رفتارهاي ديناميكهاي متفاوتي دارند به اين دليل PID بهينه شده با الگوريتمهاي جستجوي برون-خط ممكن است نتواند عملكرد مناسبي در اين شرايط داشته باشد. در اين مقاله سعي شده روشي جهت برطرف كردن اين مشكلات مطرح شود. در نتيجه روش تطبيقي نسبتا نويني كه اصول ا ن بر پايه تصميمگيري بر اساس عواطف و احساسات است معرفي شده است. اين روش تطبيقي كه از طبيعت يادگيري مغز انسانها الهام گرفته است به عنوان كنترلكننده PI خودتنظيم استفاده شده است. براي اينكه اين كنترلكننده قادر به عملكرد مناسب در برابر فلش و THD ولتاژ بار حساس در زمان خطا باشد ساختار دو هدفهاي براي ا ن پيشنهاد شده است. براي نمايش و بررسي كارايي الگوريتم پيشنهادي عملكرد 5 - off-line 1 - Interruption 2 - Voltage Sag 3 - Voltage Swell 4 - Flicker مجله علمي و پژوهشي كيفيت و بهره وري در صنعت برق ايران - سال اول- شماره اول

3 DVR :(1) جبرانساز DVR در حضور انواع خطا در يك شبكه نمونه مورد بررسي قرار گرفته و نتايج حاصل از عملكرد كنترلر پيشنهادي با كنترلر عاطفي مرسوم و كنترلر PI كلاسيك مقايسه شده است. ساختار ادامه مقاله بدين شرح است. در بخش 2 به معرفي و توصيف عملكرد DVR پرداخته شده است. در بخش 3 ساختار كنترلكننده عاطفي مورد نظر معرفي و در بخش 4 از ا ن جهت پيشنهاد روشي جديد براي كنترل DVR استفاده شده است. در بخش 5 نتايج شبيهسازيهاي انجام گرفته ا ورده شدهاند و بالاخره مقاله با اراي ه نتيجهگيري در بخش 6 خاتمه مييابد. (4 (5 DVR - 2 DVR يكي از ادوات custom power در شبكه توزيع ميباشد كه به صورت سري با ا ن متصل ميشود. ا نها ولتاژ بار را با تزريق ولتاژهاي سه فاز خروجي در طول اختلال در سيستم قدرت و با كنترل دامنه و فاز و فركانس ولتاژ ثابت نگه ميدارند. پس اساس عملكرد DVR تزريق ولتاژ مورد نياز در مواقع بروز SAG ولتاژ براي جبران سازي ا ن ميباشد. بطور كلي عملكرد DVR مي تواند به دو حالت تقسيمبندي شود كه عبارتند از: standby mode و injection [11]. mode در حالت اول در صورت بروز يا عدم بروز اتصال كوتاه ولتاژ كوچكي جهت پوشش افت ولتاژ ناشي از تلفات راكتانس ترانسفورماتور تزريق ميشود. در حالت دوم به محض ا شكار شدن SAG ولتاژ DVR به تزريق ولتاژ به بار حساس مورد نظر مي پردازد. مدار DVR شامل 5 جز اصلي ميباشد كه در شكل (1) مشخص شده است: 1) ترانسفورماتور سري: سيم پيچ اوليه ا ن به پل اينورتر و سيم پيچ ثانويه ا ن به شبكه توزيع و بار حساس متصل شده است. 2) اينورتر منبع ولتاژ: اين پل اينورتر به اوليه ترانس تزريق متصل شده است. يك تجهيز ذخيره كننده انرژي براي پل اينورتر در نظر گرفته شده است. اين اينورترها شامل سوييچهاي IGBT خود كموتاسيون با ديودهاي موازي شده با ا نها ميباشد و از تكنيك PWM براي كنترل ا ن استفاده شده است. 3) المان ذخيره ساز انرژي: منابع ذخيره كننده انرژي از قبيل باتريها بانكهاي خازني SMES و فلايويلها كه در DVR براي فراهم كردن سطح ولتاژ لازم و توان اكتيو به منظور جبرانسازي SAG ولتاژ استفاده ميشود [12]. فيلتر پسيو: در سمت ولتاژ زياد اينورتر قرار گرفته تا هارمونيكهاي توليدي ناشي از كليدزني را حذف كند. سيستم كنترل: منطق اين سيستم كنترل بر پايه ا شكارسازي افت ولتاژ و فراهم كردن استراتژي مناسب كليدزني اينورتر ميباشد. سيستم كنترل از تبديل abc-dq براي بدست ا وردن استفاده ميكند. v d و v q در طول شرايط نرمال و متعادل اين ولتاژها برابر 1= d v و 0= q v باشند. اما در صورت بروز خطا مقدار اين ولتاژها تغيير ميكند [8] در نتيجه با مقايسه اين ولتاژ با ولتاژهاي مرجع v d و v q مذكور دادن سيگنال خطاي ا ن به كنترلر PI براي هر يك از ا نها مي- توان تغييرات ا ن را كنترل كرد. - 3 اين ساختار براي اولين بار در سال 2000 توسط دو محقق به نامهاي مورن و بالكنيوس مطرح شد. اين محققين به توسعه مدلهاي محاسباتي از عملكرد بخشهايي از مغز كه وظيفه پردازش عاطفي را برعهده دارند پرداختند. در [13] مدل محاسباتي جديدي از عملكرد بخش پردازش عاطفههاي مغز شامل واحدهاي: (amygdala) قشر اربيتوفرانتال ا ميگدالا (orbitofrontal cortex) تالاموس (thalamous) و بالاخره پوسته حسي cortex) (sensory اراي ه شده است (شكل (2)). :(2) [13] 22

4 AO OCO G G a oc SI SI (2) كه در ا ن G a و G oc اربيتوفرانتال هستند. با توجه به مدل فوق و بر طبق نظريههاي جديد سيستم ا ميگدالا- اربيتوفرانتال در دو مرحله فرا يند يادگيري را انجام ميدهد. ابتدا سيگنالهاي تحريك ورودي ارزيابي شده و در مرحله بعد از ارزيابي انجام گرفته به عنوان ضرايب تقويتكننده در پاسخ متا ثر از تحريك استفاده ميشود. ا ميگدالا به عنوان يكي از ساختارهاي اوليه مغز ميباشد كه بصورت نسبتا يكنواخت در ساختارهاي مقياس بزرگ ميان گونههاي مختلف جانداران وجود دارد. ا ميگدالا يك شبكه كوچك در قسمت بادامي شكل گيجگاهي (temporal lobe) است كه وظيفه ارزيابي عاطفي محركها را بر عهده داشته كه اين ارزيابيها در خصوص: حالات و واكنشهاي عاطفي سيگنالهاي توجه و همچنين حافظه بلند مدت مورد استفاده قرار ميگيرند. تعدادي از محركهاي ذاتي از جمله: گرسنگي درد بعضي از بوها و غيره ميتوانند ا ميگدالا را تحريك كرده و پاسخ ا ميگدالا به اين تحريكها در بخش يادگيري مورد استفاده قرار ميگيرد. تحقيقات انجام گرفته توسط دانشمندان نشان ميدهد كه حيواناتي كه از ناحيه ا ميگدالا دچار صدمه شدهاند در يادگيري مشكل دارند و اين گواه اين ادعا است كه يادگيري در بخش ا ميگدالا انجام ميپذيرد. از طرف ديگر قشر اربيتوفرانتال به عنوان اصلاحكننده پاسخها و عكسالعملهاي نامناسب ا ميگدالا ايفاي نقش ميكند. ا زمايشات متعدد انجام گرفته بر روي بيماران داراي اربيتوفرانتال صدمه ديده نشانداده است كه اين بيماران قادر به تطابق خود با شرايط جديد نيستند (بعبارت ديگر يادگيريهاي قبلي مانع از درك و متعاقبا پاسخ مناسب به شرايط جديد ميشود). :(3) [14] با صرفنظر از جزي يات طرح شماتيكي سيستم يادگيري عاطفي مغز در (3) شكل نشانداده شده است كه در ادامه جهت تشريح مدل محاسباتي پيشنهادي از سيستم يادگيري عاطفي ا ميگدالا - اربيتوفرانتال مورد استفاده قرار ميگيرد. خروجي مدل محاسباتي MO (پاسخ سيستم يادگيري عاطفي ا ميگدالا- ورودي SI و سيگنال عاطفي پاداش/ است. (1) كه در ا ن AO اربيتوفرانتال به تحريك جزاء ( EC به صورت رابطه (1) MO AO OCO و OCO به ترتيب خروجي واحدهاي ا ميگدالا و اربيتوفرانتال بوده كه در رابطههاي (2) ا مده است. به ترتيب گين معادل واحدهاي ا ميگدالا و قانون يادگيري در واحدهاي ا ميگدالا و اربيتوفرانتال به ترتيب در رابطه (3) اراي ه شده است. G a G oc k max (0, EC AO) 0 k 1 2 ( MO EC) (3) كه در ا ن k 1 و k 2 به ترتيب نرخ يادگيري در واحدهاي ا ميگدالا و اربيتوفرانتال هستند. همانطور كه از رابطه اخير مشخص است بدليل استفاده از عملگر max گين واحد ا ميگدالا محكوم به تغييرات يكنواي افزايشي است و البته اين موضوع منطبق بر واقعيت فيزيولوژي مورد اشاره در پاراگراف قبلي است كه بر طبق ا ن واحد ا ميگدالا قادر به فراموشي ا نچه قبلا ياد گرفته نيست. بعبارت ديگر شرايط مطلوب كاري (كه در مقادير بزرگ سيگنال عاطفي EC انعكاس مييابد) به تدريج منجر به افزايش گين واحد ا ميگدالا به سقف فيزيكي ا ن خواهد شد. حال چنانچه بدلايلي شرايط مطلوب فوق در ا ينده نامطلوب شوند (با مقدار كوچك سيگنال عاطفي (EC واحد ا ميگدالا قادر به تشخيص اين مسا له و اصلاح پاسخ خود نبوده و عملا مشابه شرايط مطلوب پاسخ خواهد داد. در هر حال گين واحد اربيتوفرانتال مجاز به تغييرات مثبت/ منفي بوده تا بتواند در قبال پاسخهاي نامناسب واحد ا ميگدالا اصلاح مناسب را انجام دهد. DVR -4 از تركيب روابط (1) الي (3) رابطه (4) حاصل شده است: MO ( G G ) SI G( SI, EC, ) SI a oc D w (4) بعبارت ديگر خروجي سيستم يادگيري عاطفي ا ميگدالا- اربيتوفرانتال برابر است با حاصلضرب يك گين متغير G (وابسته به عوامل متعدد از جمله: سيگنال عاطفي EC تحريك ورودي SI و غيره) در تحريك ورودي.SI با توجه به ارزش و كارايي كنترلكننده PID خود- تنظيم در حوزه كنترل عملكرد DVR سرراستترين پيشنهاد مناسب براي فرمولبندي سيگنال تحريك SI يك قالب PID گونه است [14] SI k P e w K I t ew 0 dt K e (5) كه در ا ن ew w ref w خطاي رديابي سيگنال فلش ولتاژ سيستم حلقه بسته است. بدلايل متعدد از جمله: نويز ادوات اندازه گيري و نيز ضرورت كليدزني بعضا شديد در مدار مبدل جبرانساز عامل مشتقگير عملا باعث بدتر شدن عملكرد سيستم گشته بطوريكه در بهترين حالت كنترلكننده عملا PID نوع DVR عملكردي بهتر از كنترلكننده نوع PI نخواهد داشت. سيگنال عاطفي EC نيز در حالت مجله علمي و پژوهشي كيفيت و بهره وري در صنعت برق ايران - سال اول- شماره اول

5 DVR و گوياي ميزان مطلوبيت عملكرد كنترلكننده بايستي كلي سيستم حلقه بسته باشد. كلي بايستي گوياي ميزان مطلوبيت EC نيز در حالت سيگنال عاطفي مي بسته باشد. لذا عملكرد كنترلكننده فلش ولتاژ و سيستم حلقه يك تركيب وزني از EC را برحسب دست دادن كليت توان بدون از روش اهداف اوليه/ ثانويه مطرح در حوزه كاربردي نوشت. در پيشنهادي در اين مقاله THD ولتاژ به عنوان هدف دوم بكار گرفته EC به صورت رابطه (6) حاصل مي- شده است. با اين تفاسير سيگنال شود. :(5 ) :(1) پارامترها مقادير فركانس شبكه Fn=50 (Hz) ولتاژ منبع تغذيه Vs=22500 (v) بار حساس توانهاي اكتيو و راكتيو P=2000 (w) Ql=40 (var) QC=10 (var) بار غيرحساس توانهاي اكتيو و راكتيو P=2500 (w) Ql=40 (var) توان نامي و نسبت تبديل دو ترانس Pn=3200 (w) شبكه 20000/380 شبكه امپدانسهاي دو ترانس Rl= (p.u) Xl=0.001 (p.u) Rm= =Xm=500 (p.u) توان نامي و نسبت تبديل ترانس Pn=1500 (w) تزريق 100/1000 تزريق امپدانسهاي ترانس Rl= = (p.u) Xl= (p.u) Rm= =Xm=500 (p.u) فركانس كليدزنيDVR FS=10000 (Hz) ولتاژ المان ذخيره كننده انرژي VDC=200 (v) سري و موازي امپدانس فيلتر پسيو RS=0.2 (ohm) LS=6 (mh) RP=0.2 (ohm) CP=20 (μf) :(2) فازهاي تحت مقاومت مقاومت حالات زمان خطا( s ) خطا زمين( ) خطا( ) (6) وزني هر يك از a و a ec2 و a ec3 به ترتيب ضرايب در اين رابطه ec1 سيگنالهاي خطاي فلش ولتاژ خروجي مدل محاسباتي و سيگنال بلوكي اين ساختار با سيگنالهاي ولتاژ ميباشد. نمايش خطاي THD كنترلي پيشنهادي در شكل (4) وجود دارد. PI :(4) -5 حساس شين كه يكي از ا نها بار بررسي داراي دو شبكه مورد نشان داده شده و اين شبكه ساده در شكل (5) است ميباشد. جدول (1) ا مده است. پارامترهاي ا ن در مورد نظر نزديكتر در سيستم توزيع هر چه خطا رخ داده به نقطه ا ن نقطه دارد. در نتيجه براي باشد اثر افت ولتاژ بيشتري روي خطا در شبيهسازي كه يكي از ا نها مدلسازي شرايط بحرانيتر از دو غير سري و ديگري در نزديكي بار دقيقا بعد از ترانسفورماتور تزريق حساس ميباشد استفاده شده است. اولين خطا اتصال كوتاه در فاز B A و B ميباشد كه خصوصيات خطاي اتصال كوتاه دوم در فازهاي و ا ن در جدول (2) ا مده است. 24

6 1 1) A,B 2) A,B,C [ 0/025 [0/12 0/085] 0/16] 4/6 4/6 0/1 0/1 2 1) A,C 2) B [ 0/025 [0/12 0/085] 0/16] 4/6 4/6 0/1 0/1 PI DVR :(7) PI DVR :(8) مرسوم ) كت كنترل DVR با در نظر گرفتن PID معمولي كنترلر عاطفي گرفتن سيگنال هدفه) و كنترلر عاطفي پيشنهادي (دوهدفه) با در نظر THD ولتاژ به عنوان هدف دوم خطاهاي تحت مختلف در شبكه كنترل شده است. هر دو حالت ذكر شده در جدول (2) شبيهسازي شده و نمودارهاي ولتاژ باس PCC و ولتاژ بار حساس در شبكه ولتاژ تزريقي به بار حساس توسط جبرانساز و سيگنال فلش ولتاژ به ترتيب در سيگنال فلش ولتاژ شكلهاي تمامي از تفاضل سيگنال شده ا ورده (11) تا (6) مقدار مطلوب ولتاژ بار است. ) كي پريونيت) از ولتاژ واقعي حاصل ميشود. شكلهاي (6) (7) و (8) مربوط به اولين حالت خطا در سيستم ميباشد كه به ترتيب با كنترلر PI معمولي كنترلر عاطفي مرسوم و كنترلر عاطفي پيشنهادي كنترل شده است. همچنين شكلهاي (9) (10) و (11) مربوط به دومين حالت خطا در سيستم ميباشد كه به ترتيب با كنترلر PI معمولي كنترلر عاطفي مرسوم و كنترلر عاطفي پيشنهادي كنترل شده است. PI DVR :(6) مجله علمي و پژوهشي كيفيت و بهره وري در صنعت برق ايران - سال اول- شماره اول

7 PI DVR :(9) PI DVR :(10) PI DVR :(11) به كنترلر بهبود قابل توجه عملكرد DVR با كنترلر عاطفي مرسوم نسبت PI كلاسيك در هر دو شرايط خطا محسوس است. اين بهبود را مي توان مديون قابليت بالاي پاسخ به رفتارهاي ديناميكي و همچنين داشتن سيگنال فيدبك تلاش كنترلي در كنترلر ياد شده دانست. وجود اين سيگنال كنترلي و همچنين ساختار كنترلي پوياي ا ن سبب مي شود تا حد زيادي بهبود در عملكرد جبرانساز براي بازيابي ولتاژ بار حساس حاصل شود. اين بهبود نه تنها در جبران فلش ولتاژ ديده مي شود بلكه در THD ا ن نيز كاملا جلوهگر است. پس تا حد قابل قبولي جبرانسازي ميتوان از ساختار كنترلي مرسوم كنترلر عاطفي بهره برد. اما با بكارگيري ساختار پيشنهادي براي كنترلر عاطفي ميتوان باز هم عملكرد جبرانسازي را بهبود بخشيد. در جدول (3) ميتوان از چگونگي اصلاح شاخصهاي كيفيت توان بار در هر سه روش كنترلي با جزي يات بيشتر اطلاع پيدا كرد. در اين جدول مقادير دو شاخص نام برده شده و درصد بهبود دو روش كنترلر عاطفي تك هدفه و دوهدفه نسبت به كنترلر PI كلاسيك ذكر شده است. در تحقيقات مختلف تاكنون داشتن نگاهي دوهدفه به كنترلكننده يك جبرانساز متداول نبوده و در بررسيهايي كه روي تحقيفات و مقالات مختلف صورت گرفت تنها مرجع [10] را ميتوان معرفي كرد. حال به منظور نشان دادن عملكرد مناسب روش پيشنهادي نسبت به كنترلر مطرح شده در PI (كه يك [10] مرجع كلاسيك تنظيم شده با الگوريتم كاوشگر PSO دوهدفه است) نتايج ناشي از اين تنظيم كنترلر براي شبكه مورد تست در جدول 3 مورد بررسي و با نتايج الگوريتم پيشنهادي مقايسه شده است. SAG THD :(3) (%) THD درصد مقدار ميانگين فلش ولتاژ درصد بهبود (%) مقدار حالات كنترلكنندهها PI كلاسيك PSO تكهدفه PSO دوهدفه بهبود (%) حالت حالت حالت حالت حالت حالت 2 PI عاطفي تك هدفه PI عاطفي حالت حالت حالت حالت 2 دوهدفه 26

8 همانطور كه مشخص است عملكرد كنترلر عاطفي پيشنهادي باز هم نسبت كنترلر عاطفي مرسوم بهبود يافته است. اين نكته قابل توجه است كه در كنترلر پيشنهادي هر دو شاخص فلش و THD ولتاژ نسبت به كنترلر عاطفي مرسوم كاهش يافتهاند. به عبارت ديگر با در نظر گرفتن سيگنال كنترلي THD ولتاژ به عنوان هدف دوم نه تنها اين شاخص بهبود يافته بلكه توانسته هدف اصلي اين جبرانسازي يعني فلش ولتاژ را نيز متعاقبا كاهش دهد. همچنين با مقايسه كنترلكننده عاطفي به صورت تكهدفه و دوهدفه با تنظيم ضرايب PI با الگوريتم PSO بهبوديافته به صورت تكهدفه و دوهدفه ميتوان پي به عملكرد قدرتمند كنترلر عاطفي بخصوص به صورت دوهدفه برد. همچنين بايد در نظر داشت الگوريتم PSO مطرح شده در [10] و بكار گرفته شده در اين مقاله براي يك شبكه مورد تست كوچك استفاده شده است. بديهي است با بزرگتر شدن شبكه رفتارهاي ديناميك شبكه تر شده و ممكن است PI تنظيم شده با الگوريتمهاي پيچيده - 6 شرايط. بدليل تطبيقياش شرايط ميتواند. حالتهاي نتايج نمايش ازدياد جلوگيري مختلف از نشان دادن نتايج الگوريتم PSO به صورت شكل صرفنظر شده است. همانطور كه ملاحظه ميشود در كل زمان شبيهسازي الزامات استاندارد هارمونيكي IEEE-519 رعايت شده است. اين الزامات كمتر بودن THD ولتاژ بار زير %5 است. در نتيجه ميتوان اين كنترلر را به عنوان يك كنترلر مناسب در شرايط مختلف ديناميكي خطا در شبكه همچنين به عنوان اصلاح كننده شاخصهاي كيفيت توان ياد شده معرفي كرد. -6 با توجه به نتايج ناشي از اعمال الگوريتم پيشنهادي در شبكه مورد تست ميتوان گفت اين الگوريتم روشي مناسب براي بهبود كيفيت توان براي مصرفكنندگان ميباشد. همانطور كه مشخص است به دليل رفتارهاي ديناميكي شبكه قدرت در شرايط نرمال و خطا مدل كاملا مشخصي از ا ن نميتوان در دست داشت. بدين منظور براي عملكرد دقيق و سريع جبرانسازها ميبايست از الگوريتمهاي كنترلي تطبيقي بهره جست. در اين مقاله از سه كنترلكننده PI كلاسيك كنترلر عاطفي تكهدفه و دوهدفه بهره گرفته شده است و همچنين اين كنترلرها با كنترلكننده PI كلاسيك تنظيم شده با الگوريتم PSO بهبود يافته كه در مرجع [10] مطرح شده است مقايسه شده است. در ادامه به مقايسه بيشتر بين ا نها پرداخته شده است. ايدههاي نوين مطرح شده در اين مقاله را ميتوان از سه جهت مورد بررسي قرار داد: مطرح كردن يك كنترلكننده تطبيقي (كنترلر عاطفي) براي كنترل DVR و مزاياي خاص استفاده از ا ن : همانطور كه از نتايج مشخص ميشود بهرهگيري ازكنترلكننده عاطفي به عنوان يك كنترلر تطبيقي عملكرد تا حدي بهتر نسبت به كنترلر PI تنظيم شده با الگوريتم PSO بهبود يافته و بسيار بهتر نسبت به كنترلر كلاسيك PI داشته است. دليل اين امر رفتارهاي بعضاء پيچيدهي ديناميكي سيستم قدرت بخصوص در شرايط خطا ميباشد. طراحي اين كنترلر از پيچيدگي زيادي برخوردار نيست در نتيجه پيادهسازي عملي ا ن مفيد ارزيابي ميشود. بايد توجه داشت عملكرد مناسب روش پيشنهادي بدون بكارگيري تجهيزات جانبي خاص است كه ميتواند از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه باشد. به عبارت ديگر كنترلر PI كلاسيك از لحاظ سخت افزاري با كنترلر هاي عاطفي پيشنهادي تفاوتي نداشته و با اين وجود عملكرد بسيار بهتري نسبت به اين روشهاي كلاسيك حاصل گشته است. مطرح كردن ايده كنترلر عاطفي دوهدفه: براي اولين بار در اين مقاله كنترلر عاطفي كه در زمره كنترلكنندههاي هوشمند و تطبيقي قلمداد ميشود دو هدفه گرديده است. به عبارت ديگر سيگنال THD ولتاژ بار حساس به عنوان هدف دوم جهت بهينهسازي ا ن در نظر گرفته شده است. همانطور كه از نتايج مشخص است كنترلر عاطفي دو هدفه عملكرد بسيار بهتري نسبت به كنترلر عاطفي تك هدفه (و همچنين كنترلر PI كلاسيك) داشته است. همچنين نشان داده شد PI تنظيم شده با الگوريتم PSO دوهدفه نيز عملكردي ضعيفتر نسبت به كنترلر عاطفي دوهدفه دارد. بهبود در سيگنال فلش ولتاژ با در نظر گرفتن سيگنال THD ولتاژ به عنوان هدف دوم: در صورتي كه مقايسهاي بين نتايج حاصل از كنترلكننده عاطفي تك هدفه و دو هدفه انجام گيرد ميتوان پي به اين نكته برد كه نه تنها THD ولتاژ در كنترلر دو هدفه بهبود يافته است بلكه شاهد كاهش فلش ولتاژ نيز نسبت به كنترلر تك هدفه خواهيم بود. همانطور كه از نتايج مشخص مي شود هم هارمونيك و هم فلش ولتاژ بار حساس با وجود كنترلر عاطفي دو هدفه نسبت به تك هدفه (و همچنين كنترلر PI كلاسيك) بهبود بيشتري يافته است. [1] J. V. Milanovic, and Y. Zhang, Global Minimization of Financial Losses Due to Voltage Sags With FACTS Based Devices, IEEE Transactions on POWER DELIVERY, VOL. 25, NO. 1, pp , JANUARY [2] IEEE std , IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. 6 Offline algorithm مجله علمي و پژوهشي كيفيت و بهره وري در صنعت برق ايران - سال اول- شماره اول

9 [3] H. Zhou, T. Z. Wei, Y. l. Zhao, Z. p Qi, Study on Dynamic Matrix Predictive Control of single-phase DVR, Proc. of the Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, Nanjing China, pp , April [4] G. V. Nagesh Kumar, D.Deepak Chowdary, DVR with Sliding Mode Control to alleviate Voltage Sags on a Distribution System for Three Phase Short Circuit Fault, Proc. of the the Third International Conference on Industrial and Information Systems,., Kharagpur INDIA, pp. 1-4, December [5] Y. W. Li, M. Vilathgamuwa, F. Blaabjerg, P. C. Loh, A Robust Control Scheme for Medium-Voltage-Level DVR Implementation, IEEE Transactions on INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 54, NO. 4, pp , AUGUST [6] Y. Wei Li, F Blaabjerg, D. M. Vilathgamuwa, and P. Chiang Loh, Design and Comparison of High Performance Stationary-Frame Controllers for DVR Implementation, IEEE Transactions on POWER ELECTRONICS, VOL. 22, NO. 2, pp , MARCH [7] P. Roncero-Sánche, E. Acha, J. E. Ortega-Calderon, V. Feliu, and A. García-Cerrada, A Versatile Control Scheme for a Dynamic Voltage Restorer for Power- Quality Improvement, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 24, NO. 1, JANUARY [8] M. Ashari, T. Hiyama, M. Pujiantara, H. Suryoatmojo, M. Hery Purnomo, A Novel Dynamic Voltage Restorer with Outage Handling Capability Using Fuzzy Logic Controller, [9] J. Dionísio Barros, and J. Fernando Silva, Multilevel Optimal Predictive Dynamic Voltage Restorer, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 57, NO. 8, AUGUST [10] محمدرضا خلقاني محمدعلي شمسينژاد كريم بيكي رضا شريعتي نسب "بهينهسازي چندهدفه ساختار كنترلي DVR جهت بهبود شاخصهاي كيفيت توان" بيست و ششمين كنفرانس بين المللي برق psc 2011 تهران.1390 [11] V.K. Ramachandaramurthy, A. Arulampalam, C.Fitzer, C. Zhan, M.Barnes and N. Jenkins, Supervisory control of dynamic voltage restorers IEE Proc.-Gener. Transm. Distrib. Vol. 151, No. 4, pp , July [12] H. Abdollahzadeh, M.Fotuhi Firuzabad, A.Tavighi, M. Rezakhah, Impact of Dynamic Voltage Restorer (DVR) on Reliability Improvement of Distribution System Sensitive Loads, 22nd International Power system Conference, [13] J. Moren, and Balkenius, A Computational Model of Emotional Learning in the Amygdala, from animals to animals 6: Proc. of the 6th International Conference on the Simulation of Adaptive Behavior, Cambridge, Mass., 2000 (the MIT Press). [14] محسن فرشاد كارو لوكس جواد فيض بابك نجار اعرابي "مدلسازي و كنترل هوشمند موتور سوي يچ رلوكتانس براي كاربرد ماشين لباسشويي" تز دكتراي برق دانشگاه تهران دانشكده برق و كامپيوتر