تعیین ضریب PSS به کمک شبکه عصبی و ارائه راهکاری موثر جهت کاهش نوسانات توان موجود در خط رابط مابین شبکه خراسان و سراسری کشور

 

1مصطفی عیدیانی، 2 محمد انصاری

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بجنورد، گروه برق، بجنورد، ایران، Eidiani@yahoo.com

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد بجنورد، گروه برق، بجنورد، ایران، Mohammad.Ansari1381@yahoo.com

                                                           

چکیده

     نوسانات متعدد ایجاد شده بر روی توان مبادلاتی خط انتقال 400 کیلوولت علی آباد-اسفراین (خط رابط دو شبکه سراسری و خراسان) در سال‌های 79، 83 و 85 ما را بر آن داشت تا پیرامون این موضوع و علل به وجود آمدن آن تحقیق به عمل آوریم که در نهایت منجر به ارائه این مقاله گردیده است.

     بر اساس این موضوع که هر عامل نوسانی در دو شبکه سراسری و خراسان ممکن است تقویت و به نحوی عامل ایجاد نوسانات توان در خط مورد بحث گردد، بحث را با عامل مهم موجود، یعنی تغییر بار دنبال نمودیم و در این راستا دو حالت استقرار کنترل کننده توان بر نیروگاه‌ها را مورد مطالعه قرار دادیم. یک‌بار برای هر نیروگاه موجود در شبکه خراسان یک کنترل کننده توان و بار دیگر برای هر پنج نیروگاه یک کنترل کننده، البته با تعیین مقدار بهره به کمک شبکه عصبی صورت دادیم و به کمک نرم افزار MATLAB هر دو حالت را طی شبیه سازی صورت پذیرفته مورد مطالعه قرار دادیم.

     بررسی انجام شده نشان می‌دهد که PSS های موجود در حالت اول بر ضد هم عمل کرده و منجر به نوسانی شدن توان در شبکه و در نتیجه کاهش حد پایداری شبکه خراسان در انتقال توان می‌شود.

واژه‌های کلیدی: طراحی PSS، نوسان توان، مطالعه دینامیکی شبکه‌ی خراسان، PSS Coordination.

 

1-     مقدمه

     مطالعات چند دهه اخیر پیرامون نوسانات توان نشان بر اهمیت این موضوع و قدمت 90 ساله آن در مبحث انتقال توان می‌باشد [1]. از طرف دیگر، سالیان مدیدی است که شبکه خراسان به شبکه سراسری برق ایران توسط خط 400 کیلوولت علی آباد-اسفراین متصل و تقریباً از همان زمان نیز بحث نوسانات توان بر این خط مطرح شده است. در این راستا محققان بسیاری کار و پیرامون این نوسانات ایده دادند اما با این حال با گذشت تقریباً 13 سال از بهره برداری این خط هنوز ماهیت نوسانات آن برای برخی از کارشناسان نامعلوم است.

     البته تحقیقات متخصصین در این عرصه به جهت میراسازی توان نوسانی در شبکه‌های مختلف بسیار متنوع و همچنین در اغلب حالات کارگشا بوده است. روش‌هایی چون حذف نوسانات زیر نکردن به کمک روش IMDU[1]، و نیز روش‌های موجود در مبدل‌های تریستوری و همچنین اصلاح الگوریتم‌های کنترلی جهت میرا سازی نوسانات، نمونه -ای از جدیدترین فعالیت‌ها در این زمینه هستند [3]، [5]، [4] و [2].

     اهم انگیزه‌ای که برای از بین بردن نوسانات در یک سیستم قدرت وجود دارد را می‌توان به کاهش استهلاک ادوات و تجهیزات موجود در سیستم قدرت، افزایش عمر تجهیزات در مراکز مصرف، ارائه توانی با کیفیت بالا و همچنین افزایش قابلیت اطمینان شبکه نام برد. مباحث ارائه شده پیرامون نوسانات توان و پایداری زاویه رو تور را در دو بستر مورد مطالعه قرار می‌دهند. نخستین نحوه تحلیل را می‌توان پایداری سیگنال کوچک نام برد که در این مقاله قصد داریم پیرامون آن بحث و بررسی صورت دهیم. دومین نگرش در ازای تغییرات بزرگ توان می‌باشد که با روش‌های موجود در دینامیک غیر خطی پیرامون آن بحث و مسائل موجود در آن را حل می‌نمایند. توجه به این نکته مهم است که در پایداری توان مورد بحث، حالت نوسانی ایجاد شده بر روی رو تور را حالت ناپایدار تعریف کرده‌ایم و همواره علاقه‌مندیم کنترل کننده یا کنترل کننده‌هایی در شبکه‌ی قدرت قرار دهیم تا باعث کاهش و به حداقل رساندن این نوسانات زاویه توان در ماشین گردند. علت مخرب بودن نوسانات زاویه‌ی رو تور (یا نوسانات روتور) به بلندی و استرس‌های مکانیکی موجود روی محور آن مربوط می‌گردد. تجهیزات سنگین موجود بر محور یک واحد بخار، دو یا سه توربین (فشار قوی (HP)، فشار متوسط (IP)، فشار ضعیف ((LP)، اکسایتر و ژنراتور را می‌توان نام برد. هنگام ایجاد یک تنش مکانیکی بر روی روتور در ابتدا و انتهای روتور گشتاور عکسی ظاهر می‌گردد که بسته به شبکه متصل شده بر آن ممکن است این نوسان تقویت و یا میرا گردد. در شرایط بد ممکن است این نوسانات تقویت و در نهایت به حدی برسد که اجازه ادامه‌ی کار را از ماشین بگیرد. در چنین شرایطی مدار کنترلی مربوطه باعث تریپ واحد می‌گردد. البته در موارد نادری نیز ممکن است سیستم کنترلی مربوطه به دلیل نقص یا فرسوده بودن اجزا نتواند این نوسانات را حس کند، که در چنین حالتی دامنه نوسانات به قدری عظیم می‌گردد که باعث انهدام محور ماشین [2] و تمام واحد تولیدکننده توان می‌گردد.

     به طور کل کنترل کننده‌هایی (PSS[2] هایی) که تضمین پایداری در سیستم قدرت را بعهده دارند بر دو حلقه AVR و ALFC نصب می‌گردند. در این مقاله نحوه کاهش نوسانات را به کمک کنترل کننده -ای که در مسیر حلقه‌ی ALFC قرار می‌دهیم مورد بحث و ادعای خود را با کمک شبیه سازی‌های صورت پذیرفته به وسیله نرم افزار MATLAB اثبات می‌کنیم. عملکرد و راهکار موجود در این مقاله می‌تواند برای شبکه‌ی پنج نیروگاهی خراسان، ملاک عملکردی در جهت کاهش و یا حذف نوسانات معضل ساز این شبکه قرار گیرد.

     در این مقاله طی دو بخش پیش روی دو حالت کنترلی موجود را مورد مطالعه قرار می‌دهیم. در بخش-2 برای هر پنج نیروگاه موجود حلقه کنترل مجزایی برای حفظ فرکانس و نیز ارجاع آن به فرکانس نامی مستقر می‌سازیم و نتیجه اعمال بار را ارزیابی می‌کنیم. در بخش بعدی (بخش-3) حالت پیشنهادی خود را ارائه می‌دهیم و در نهایت نشان می‌دهیم، چگونه با استقرار یک کنترل کننده برای هر پنج نیروگاه نوسانات توان به شدت کاهش میابد.


[1] Induction Machine Damping Unit