طراحی پایدارساز سیستم قدرت PSS برای ماشین سنکرون متصل به شبکه قدرت

در بررسی دینامیک سیستم های قدرت ، پایداری شبکه قدرت متصل به ماشین سنکرون به عنوان مولد توان شبکه اهمیت بسزایی دارد . این مسئله به هنگام بروز خطا خود را آشکار می سازد ، آنچه که مسلم است در طول خط انتقال شبکه به باس تولید انواع سناریوهایی که منجر به خطا می شوند امکان وقوع دارند و هر کدام به لحاظ دینامیکی باعث ناپایداری ولتاژ و توان شبکه شده و در یک نگاه دقیق تر زاویه توان را افزایش می دهد ، زاویه توان یک متغیر اساسی در تولید ولتاژ و توان خروجی شبکه می باشد و ناپایداری آن به صورت مستقیم بر روی خروجی شبکه اثرگذار است .

انواع روش ها به منظور پایدارسازی این مسئله پس از قطع شبکه با استفاده از بریکرهای امنیتی در مقالات معرفی شده است . در سیستم هایی که مدل شبکه و ماشین به صورت خطی معرفی می شود AVR یا تنظیم کننده ولتاژ اتوماتیک یا اتوبوستر به عنوان اصلی ترین ادوات به منظور پایدارسازی شبکه معرفی می شود که برای مدل آن از چندین حالت معرفی شده در مقالات می توان استفاده کرد .

  

شماتیک یک AVR بکار رفته به منظور تولید فیدبک برای مدل شبکه

در شکل بالا یک مدل AVR نشان داده شده است که در آن سیگنال خطای ولتاژ در AVR مجهز به سیستم تحریک تبدیل به نیروی کنترلی برای سیستم ماشین خطی شده می شود تا سیگنال خطای ولتاژ را به صفر رسانده و شبکه را پایدار نماید .

اما در یک مدلسازی دقیق تر مجموعه ماشین سنکرون ، ترانسفورماتور و سیگنال کنترل پایدارساز به صورت غیرخطی و دقیق براساس مدل SMIB مدل سازی می شود . در این حالت نیاز به طراحی از طریق روش های غیرخطی برای شبکه مورد نظر می باشد تا بتواند پایداری را برای آن داشته باشد . در واقع مسئله پایداری در این حالت نمی تواند توسط AVR برطرف شود .

در طراحی پایدارساز به شیوه غیرخطی انواع روش های طراحی از قبیل خطی سازی فیدبک ، خطی سازی ورودی خروجی ، روش مد لغزشی و همچنین روش های بهینه سازی در جایابی بهینه پایدارساز در شبکه های چندماشینه و چند باسه معرفی می شود .

در انجام پایان نامه ها و پروژه های مرتبط با پایدارساز سیستم قدرت بایستی ابتدا اساس مدلسازی دینامیکی شبکه را مشخص کنید و با بهره گیری از سناریوی مورد نظر (مقاوم سازی ، تطبیقی نمودن ، بهینه سازی و ...) نسبت به انتخاب روش مورد نظر اقدام کنید .

در شبیه سازی روش مورد نظر و در ساختار غیرخطی بهترین انتخاب نرم افزار متلب می باشد چرا که به سادگی می توان معادلات غیرخطی را در آن وارد نمود ، اما در کارکرد خطی نرم افزار Pscad نیز می تواند مفید باشد .

پایداری سیستم های قدرت و ریزشبکه ها :

پایداری سیستم­های قدرت مانند گذشته همچنان به عنوان موضوع اصلی در بهره ­برداری از سیستم­های قدرت مطرح است. زیرا موضوع پایداری، مولفه مهمی برای مدیریت انرژی و برنامه ­ریزی در هر سیستم قدرت می­باشد.

از طرف دیگر، تنوع منابع انرژی تجدیدپذیر و استفاده بهینه ­تر از منابع انرژی اصلی (با عمل تولید در نزدیک بار) منجر به افزایش واحدهای تولید پراکنده (DG) در شبکه توزیع فشار ضعیف و متوسط گشته است. کاربرد واحدهای DG در سیستم­های توزیع، نوع جدیدی از سیستم­های قدرت بنام میکروگرید را معرفی می­نماید. چنین سیستم­هایی می­توانند به شبکه قدرت اصلی متصل شده و یا بطور مستقل یعنی بصورت جزیره­ای مورد بهره ­برداری قرار بگیرند که در هر دو مد بهره ­برداری بایستی یک تغذیه پیوسته­ ای را برای مراکز بار یا مصرف­ کنندگان فراهم آورند. لذا این مفهوم منجر به تعریف جدیدی از بهره ­برداری واحدهای DG گشته که نیازمند طرح­های حفاظتی و کنترلی پیچیده­ ای در سیستم خواهد بود.

مساله پایداری سیستم­های میکروگرید تقریباً از سال 2006 میلادی (یعنی همان سال­های آغازین ظهور این مفهوم) بعنوان یکی از موضوعات چالش ­برانگیز بطور جدی مورد مطالعه قرار گرفته است. تکنیک­ها و استراتژی­های مختلفی توسط محققان و دانشمندان متعددی از سراسر جهان در منابع گوناگون می­توان یافت که به تعریف، طبقه ­بندی و بهبود پایداری در سیستم­های میکروگرید پرداخته ­اند. برخی از آن­ها تنها به بررسی یک یا تعداد اندکی از واحدهای DG خاص (بویژه مزرعه بادی، پیل سوختی و سیستم فتوولتاییک) پرداخته و برخی دیگر بصورت کلی و بدون محدودیت در نوع منابع DG، موضوع را بررسی نموده­اند. از میان مسایل پایداری، کنترل فرکانس و ولتاژ سیستم­های میکروگرید توجه و اهمیت بسیاری را از جانب محققان بخود جلب نموده­ اند. از اینرو طرح­های کنترلی مختلفی را برای پایداری ولتاژ و بخصوص پایداری فرکانس در منابع گوناگون می­توان یافت. این طرح­ها (که اغلب تنها از اطلاعات محلی سیستم استفاده می­نمایند) جهت بهبود عملکرد واحدهای DG بدون نقض قیود شبکه معرفی گردیده و شرایط مناسبی را جهت مشارکت موثر در سیستم قدرت و بازار برای آن­ها فراهم می ­آورند.

شرحی بر خدمات در زمینه مهندسی برق قدرت :::

پروژه ها و پایان نامه های مهندسی برق قدرت عمدتا در بندهای زیر خلاصه می گردند :

 

1-  مبحث ادوات FACTS : تعریف و عملکرد هر یک از ادوات FACTS سری و موازی ، جایابی بهینه و براساس توابع هزینه چندهدفه در سیستم های توزیع و انتقال ، طراحی کنترلر های ترکیبی و هوشمند برای کلیدزنی ادوات FACTS ، بررسی پایداری در حضور این ادوات ، تجزیه مدال و مدلسازی فضای حالت برای ادوات FACTS ، امکان ایجاد هماهنگی و کاربرد آنها در حضور سیستم هایی همچون پایدارسازها

2-  بازار برق : مسائل بهره برداری از شبکه های قدرت ، قیمت گذاری و برنامه ریزی نیروگاه ها ، تخصیص واحد و ایجاد سیکل های ترکیبی تولید توان ، مباحثی همچون خازن گذاری و جایابی AVR و ... در شبکه های توان در مقابل کاهش هزینه ها و حصول پایداری شبکه

3-  ریزشبکه ها : پایداری ولتاژ – فرکانس در ریزشبکه ها ، جزیره سازی تعمدی ، بررسی خطا در ریزشبکه ها ، شناسایی مسائلی همچون حذف بار و وقوع خطا در ریزشبکه ها ، ترکیب منابع تولید در ریزشبکه ها ، کنترل مقاوم ریزشبکه ها ، ایجاد شبکه های توان هیبریدی در ریزشبکه ها ، مدلسازی ریزشبکه ها

4-  منابع تولید پراکنده : تعریف منابع تولید پراکنده ، جایابی بهینه منابع تولید پراکنده با کاریرد الگوریتم های هوشمند ، ایجاد هماهنگی بین شبکه و تولید پراکنده

5-  پایداری سیستم های قدرت : طراحی پایدارساز PSS از روش های خطی و غیرخطی ، ترکیب پایدارساز با DVR و AVR در شبکه های قدرت ، بررسی روش های تطبیقی و رویت گرها در پایدارساز ها

6-  ماشین و درایو : کنترل ماشین های القائی و ... ، تنظیم و بهبود رفتار سیستم درایو ماشین ها ، کنترل برداری ، تخمین پارامترهای سیستم درایو ماشین های سنکرون ، عیب یابی در ماشین ها با روش های برداری و هوشمند (عصبی - فازی) ، کنترل DTC با روش های مبتنی بر فازی

7-  طراحی انواع فیلترهای اکتیو و پسیو در سیستم های قدرت ، کاربرد منابع تولید تجدیدپذیر در طراحی فیلتر ، بررسی روش های مختلف کلیدزنی در سیستم های تجدیدپذیر به منظور اخذ توان

8-  انرژی های نو : سلول های خورشیدی ، روش های MPPT در مبدل سلول های خورشیدی (روش های تطبیقی ، P&O) ، بررسی مبدل های باک و بوست ، مدلسازی آشوبناک مبدل ها ، بررسی مدل غیرخطی مبدل ها ، توربین های بادی ، انواع توربین های بادی با استفاده از DFIG یا ژنراتور های دوگانه ، کنترل زاویه در توربین ، MPPT در توربین ، بررسی پایداری توربین در شبکه ، بررسی و طراحی مبدل های DC به DC ، DC به AC ، طراحی سیستم های هیبریدی تولید توان شامل سلول خورشیدی ، باتری ، پیل سوختی ، توربین بادی و الکترولایزر ، کنترل پیل سوختی ، انواع پیل سوختی های SOFC و PMFC ، مدلسازی پیل سوختی ، بهینه سازی پیل سوختی با انواع روش ها ، کنترل فازی شبکه های هیبریدی ، مدلسازی عددی شبکه های هیبریدی

9-  خودرو هیبریدی : بررسی منابع مختلف مورد استفاده در خودروهای هیبریدی ، طریقه ترکیب شبکه های هیبریدی در تغذیه خودرو ، طریقه کنترل باتری در خودرو ، پایداری خودروی هیبریدی ، مدلسازی تابع تبدیلی برای خودروی هیبریدی

10-  قابلیت اطمینان : بررسی قابلیت اطمینان در شبکه های توان با روش های گراف بندی ، با روش کات ست بندی ، تحلیل قابلیت اطمینان در شبکه های گسترده ، مدلسازی قابلیت اطمینان شبکه های قدرت ، بدست آوردن شاخص های قابلیت اطمینان در شبکه های قدرت ، قابلیت اطمینان در ریزشبکه ها ، بدست آوردن مدل قابلیت اطمینان ریزشبکه ها ، بررسی قابلیت اطمینان در شبکه های هیبریدی تولید توان ، بررسی قابلیت اطمینان در حضور منابع ذخیره ساز انرژی (باتری ها)

پروژه ها و پایان نامه های انجام گرفته در زمینه برق قدرت :

گروه برق قدرت در طی 2 سال اخیر پروژه ها و پایان نامه های با عناوین زیر را در دانشگاه های مختلف به انجام رسانده اند که مختصری از مهمترین آنها را در ادامه خواهیم دید :

1-  در زمینه دینامیک ::: طراحی سیستم کنترل تطبیقی – فازی با استفاده از روش گام به عقب و توابع پیچشی برای سیستم پایدارساز قدرت – دانشگاه آزاد ارومیه

2-  در زمینه فیلتر ::: طراحی فیلتر اکتیو برای شبکه توان با بار غیرخطی در حضور توربین بادی به عنوان منبع تغذیه جریان مستقیم فیلتر – دانشگاه اردبیل

3-  در زمینه ماشین ::: طراحی فیلتر کالمن گسترده غیرخطی برای تخمین پارامترهای ماشین PMSM در حضور اغتشاشات ماشین و درایو – دانشگاه فردوسی

4-  در زمینه انرژی های نو ::: طراحی یک کنترلر بر مبنای داده های عددی برای سیستم تولید توان هیبریدی شامل سلول خورشیدی ، پیل سوختی و باتری ، کنترل از طریق مجموعه باتری – پیل سوختی – دانشگاه آزاد تهران

5-  در زمینه دینامیک و درایو ::: طراحی سیستم کنترل مقاوم تطبیقی برای مبدل بوست متصل به شبکه هیبریدی شامل توربین بادی و پیل سوختی ، دانشگاه نجف آباد

6-  در زمینه سیستم ::: بررسی قابلیت اطمینان یک ریزشبکه و حفظ مولفه های پایداری فرکانس و ولتاژ با استفاده از مبدل های دوسویه – دانشگاه آزاد مشهد

7-  در زمینه سیستم ، بازار برق ::: جایابی بهینه منابع تولید پراکنده با در نظر گرفتن محدودیت های شبکه با استفاده از الگوریتم PSO و تابع هزینه چندهدفه – دانشگاه نجف آباد

8-  در زمینه انرژی های نو ::: طراحی و بهینه سازی عملکرد یک شبکه هیبریدی توان با استفاده از منطق فازی – دانشگاه تبریز

9-  در زمینه انرژی های نو ::: طراحی سیستم تطبیقی برای بخش MPPT مبدل بوست در سلول خورشیدی – دانشگاه شیراز

10- در زمینه سیستم ::: بررسی تاثیر محدودکننده های جریان خطا در شبکه های توزیع در زمان خطا و جایابی بهینه آنها در شبکه توان – آزاد بابلسر

11- در زمینه سیستم ، بازار برق ::: کنترل توان راکتیو در شبکه قدرت با در نظر گرفتن محدودیت مارکتینگ (Marketing) و امنیت شبکه – آزاد خوراسگان

12- در زمینه سیستم ::: مدلسازی و شبیه سازی نیروگاه بادی DFIG و بهبود عملکرد آن با استفاده از SVC – آزاد ایلام

13-  در زمینه سیستم ، بازار برق ::: کاهش تلفات در سیستم قدرت با استفاده از کوپل سیستم های تولید توان پراکنده از نوع سلول خورشیدی در شبکه – آزاد سیرجان

14- در زمینه ماشین و درایو ::: طراحی و شبیه سازی کنترل دور موتورهای القائی با درایو شش فاز صنعتی –آزاد ابرکوه

15- در زمینه سیستم ::: تشخیص سناریوهای مختلف از جمله جزیره ای شدن و کاهش بار در ریزشبکه متصل به شبکه – آزاد نجف آباد

16- در زمینه سیستم ::: کنترل هماهنگ توان راکتیو در سیستم های قدرت با استفاده از ترکیب ژنراتور القائی دو سو تغذیه (DFIG) و جبران ساز توان راکتیو (STATCOM) – آموزش عالی پیام گلپایگان

17- در زمینه ماشین ، درایو ::: مدلسازی و شبیه سازی سیستم ژنراتور پدالی DC مغناطیس دائم – آزاد تبریز

18- در زمینه سیستم ، منابع تولید پراکنده ::: بهبود پروفیل ولتاژ با استفاده از جایابی منابع تولید پراکنده توسط ترکیب روش های فازی و الگوریتم اجتماع پرندگان – دانشگاه آزاد کرمان

19- در زمینه سیستم ، بازار برق ::: بازیابی شبکه توان برق پس از خاموشی سراسری با الویت بندی بار – آزاد شبستر

20-  در زمینه سیستم ، ادوات FACTS ::: بررسی عملکرد ادوات FACTS سری و موازی برای بهبود پایداری گذرا با استفاده از روش آنالیز حساسیت مسیر (TSA) – دانشگاه آزاد تبریز

21-  در زمینه ماشین درایو ، خودروی هیبریدی ::: مدلسازی از منابع انرزی و مدیریت آنها با استفاده از الگوریتم فازی برای درایو خودروی هیبریدی کنترل شده به روش DTC – محقق اردبیلی

22- در زمینه سیستم و درایو ::: اخذ حداکثر توان از ژنراتور بادی DFIG متصل به شبکه با استفاده از رویت گر تطبیقی سرعت – آزاد تبریز

23- در زمینه سیستم ::: تمایز بین اتصال کوتاه خارجی و خطای سیم پیچی داخلی در ترانس قدرت با استفاده از المان های گذرا – امیرکبیر

24- در زمینه دینامیک ::: بهبود پایداری دینامیکی سیستم قدرت با استفاده از هماهنگی PSS و UPFC در شبکه قدرت – صنعتی اصفهان

25- در زمینه مبدل DC  به DC ::: طراحی نوسان ساز در سیستم مبدل بوست با استفاده از آشوب – یزد

26-  در زمینه سیستم ::: جبرانسازی فلش ولتاژ به طور همزمان با جبران سازی توان راکتیو در سیستم انتقال با استفاده از کنترل UPFC مبتنی بر روش فازی – آزاد ایلام

27- در زمینه سیستم ::: حذف بار ترکیبی تطبیقی با استفاده از اندازه گیری های سنکرون برای بدست آوردن پایداری فرکانس – ولتاژ – دانشگاه کردستان