مقاله مطالعه پایدارساز سیستم قدرت منطق فازی

مطالعه­ ی پایدارساز سیستم قدرت منطق فازی

چکیده

در این مقاله به بررسی تاثیر پایدارساز سیستم قدرت منطق فازی (PSS) در بهبود پایداری سیستم قدرت تک ماشینه می­پردازیم. به منظور بهبود پایداری، انحراف سرعت (Dw) و شتاب (Dv) روتورِ ژنراتور سنکرون به عنوان ورودی کنترلر منطق فازی در نظر گرفته شدند. این متغیرها اثرات قابل ملاحظه­ای بر میرائی نوسانات مکانیکی شفت ژنراتور دارند. سیگنال­های پایدارساز با استفاده از تابع عضویت فازی که به این متغیرها وابسته هستند بررسی شدند. Simulink Block Design و Matlab 5.3در پیاده­سازی سیستم بکار بردهشدند. عملکرد پایدارساز سیستم قدرت منطق فازی با پایدارساز سیستم قدرت متعارف و بدون پایدارساز سیستم قدرت مقایسه شد. شبیه­سازی­ها تحت شرایط مختلف یعنی عملیات در حالت ماندگار، خطای سه فاز به زمین، تغییرات توان مکانیکی ورودی، بارگیری ژنراتور و تغییرات پله­ای ولتاژ مرجع (Vref) مورد آزمایش قرار گرفت.

در ده­های قبل از پایدارسازهای سیستم قدرت برای تامین عملکرد مطلوب سیستم تحت شرایطی که نیاز به پایدارسازی وجود دارد استفاد شده است. پایداری ژنراتور سنکرون به چند عامل از جمله تنظیمات رگولاتور ولتاژ (AVR) اتوماتیک بستگی دارد. بسیاری از ژنراتورها با AVR بهره­ بالا و سریع برای تقویت پایداری در مقیاس بزرگ طراحی شده­اند تا ژنراتور را در سنکرونیزم بالا در حین شرایط خطا حفظ کنند. کنترلرهای تحریک مکمل (اضافی) که به آن­ها پایدارسازهای سیستم قدرت (PSS) می­گویند بر روی ژنراتورهای سنکرون افزوده شده­اند تا با AVR بهره­ بالا و دیگر منابع میرا کننده­ی منفی دارای عملکرد مشترک باشند.

برای تامین میرائی، پایدارساز بایستی یم مولفه­ی گشتاور الکتریکی بر روی روتور ایجاد کند که با تغییرات سرعت هم­فاز است [1].

استفاده از پایدارساز سیستم قدرت (PSS) به منظور تولید یک سیگنال پایدارساز مکمل است که برای تحریک سیستم یا حلقه­ی کنترلیِ واحد تولیدی در ایجاد میرائی مثبت استفاده می­شود.پرکاربردترین پایدارساز سیستم قدرت متعارف PSS پیش­فاز-پس­فاز است [1، 2] که تنظیمات بهره در مقدار مشخصی ثابت نگهداشته می­شود که تحت شرایط عملیاتی خاصی تعیین می­شوند تا منجر به عملکرد بهینه در آن شرایط خاص شود. با این­حال، تحت شرایط مختلف بارگیری ژنراتور سنکرون دارای عملکرد ضعیفی هستند.

محدودیت­های پارامتر ثابت PSSمتعارف منجر به طرح­های کنترلی پیشرفته همچون کنترل خود تنظیمی [2]، PSSمبتنی بر قانون [3]، و کنترل منطق فازی [4] شده است. در طراحی کنترلرهای منطق فازی، بر خلاف روش­های قدیمی، از یک مدل ریاضی که مستلزم توصیف سیستم مورد مطالعه است استفاده نمی­شود. 

هدف این مقاله مطالعه­ و طراحی پایدارساز سیستم قدرتی است که در تحلیل پایداری بکار می­رود. این طراحی بر مبنای پیاده­سازی تکنیک منطق فازی بر روی پایدارساز سیستم قدرت در جهت بهبود میرائی سیستم است. کارایی PSS مبتنی بر منطق فازی در یک باس بی­نهایت تک ماشینه در برنامه­ی سیمولینک (بسته­ی نرم­افزاری Matlab 5.3) نشان داده شده است. عملکرد PSS مبتنی بر منطق فازی با PSSمتعارف و بدون PSS مقایسه شده است. شبیه­سازی­های انجام شده در حوزه­ی زمان برای مطالعه­ی سیستم تست برای مطالعه­ی پاسخ غیر خطی بکار برده خواهد شد که عملیات حالت ماندگار و اختلالات بزرگ همانند خطای سه فاز  را دنبال می­کند.

شکل 1 یک سیستم تک ماشینه را نشان می­دهد که به یک شبکه­ی بی­نهایت از طریق خط انتقال کوتاه با امپدانس 0.568+j0.2469متصل شده است. با توجه به بلوک دیاگرام، سیگنال پایدارساز در سیستم تحریک وارد می­شود. ماشین سنکرون دارا محرک نوع DC1AIEEE است [5].

شکل 2 بلوک دیاگرام کنترلر منطق فازی را نشان می­دهد. این شکل بطور کلی از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است: رابط فازی­سازی، پایگاه دانش، منطق تصمیم­گیری، و رابط غیرفازی­سازی. اگر خروجی دیفازور عمل کنترلی برای یک پروسه نباشد، نتیجتا سیستم یک سیستم تصمیم منطق فازی خواهد بود.