فهرست مطالب

چکیده

فصل اول – مقدمه

۱-۱- پیشگفتار ۴

۱-۲- رئوس مطالب ۷

۱-۳- تاریخچه ۹

فصل دوم : پایداری دینامیکی سیستم های قدرت

۲-۱- پایداری دینامیکی سیستم های قدرت ۱۶

۲-۲- نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت ۱۷

۲-۳- مدلسازی سیستمهای قدرت تک ماشینه ۱۸

۲-۴- طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) 23

2-5- مدلسازی سیستم قدرت چند ماشینه ۲۷

فصل سوم: کنترل مقاوم

۳-۱-کنترل مقاوم ۳۰

۳-۲- مسئله کنترل مقاوم ۳۱

۳-۲-۱- مدل سیستم ۳۱

۳-۲-۲- عدم قطعیت در مدلسازی ۳۲

۳-۳- تاریخچه کنترل مقاوم ۳۷

۳-۳-۱- سیر پیشرفت تئوری ۳۷

۳-۳-۲- معرفی شاخه های کنترل مقاوم ۳۹

۴-۱- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت ۶۷

۴-۲- طراحی پایدار کننده های مقاوم به روش Nevanlinna – Pick 69

برای سیستم های قدرت تک ماشینه ۶۹

۴-۲-۱- مدل سیستم ۶۹

۴-۲-۲- طرح یک مثال ۷۱

۴-۲-۳ – طراحی پایدار کننده مقاوم به روش Nevanlinna – Pick 73

4-2-2- بررسی نتایج ۷۷

۴-۲-۵- نقدی بر مقاله ۷۸

۴-۳- بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم قدرت چند ماشینه ۸۳

۴-۳-۱- مدل فضای حالت سیستم های قدرت چند ماشینه ۸۳

۴-۳-۲- مشخصات یک سیستم چند ماشینه ۸۶

۴-۳-۳-طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت ۹۰

۴-۳-۴- پاسخ سیستم به ورودی پله ۹۳

۴-۴- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت چند ماشینه ۹۵

۴-۴-۱- اثر تغییر پارامترهای بر پایداری دینامیکی ۹۵

۴-۴-۲- مدلسازی تغییر پارامترها به کمک سیستم های بازه ای ۱۰۱

 ۴-۴-۳-پایدارسازی مجموعه‌ای ازتوابع انتقال به کمک تکنیک‌های‌بهینه سازی ۱۰۵

۴-۴-۴- استفاده از روش Kharitonov در پایدار سازی مقاوم ۱۰۶

۴-۴-۵- استفاده از یک شرط کافی در پایدار سازی مقاوم ۱۱۰

۴-۵- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم قدرت چندماشینه (۲) ۱۱۰

۴-۵-۱- جمع بندی مطالب ۱۱۰

۴-۵-۲-طراحی پایدار کننده های‌مقاوم بر اساس مجموعه‌ای از نقاط کار ۱۱۱

۴-۵-۳- مقایسه عملکرد PSS کلاسیک با کنترل کننده های جدید ۱۱۳

۴-۵-۴- نتیجه گیری ۱۱۵

فصل پنجم : استفاده از ورش طراحی جدید در حل چند مسئله

۵-۱- استفاده از ورش طراحی جدید در حل چند مسئله ۱۲۱

۵-۲- طراحی PSS‌های مقاوم به منظور هماهنگ سازی PSS  ها ۱۲۲

 ۵-۲-۱- تداخل PSS‌ها ۱۲۲

۵-۲-۲- بررسی مسئله تداخل PSS‌ها در یک سیستم قدرت سه ماشینه ۱۲۴

۵-۲-۳- استفاده از روش طراحی بر اساس چند نقطه کار در هماهنگ ۱۲۶

انتخاب مجموعه مدلهای طراحی ۱۲۷

۵-۲-۴-‌مقایسه‌عملکرد دو نوع پایدار کننده به کمک شبیه سازی کامپیوتری ۱۳۰

۵-۳- طراحی کنترل کننده های بهینه (  فیدبک حالت ) قابل اطمینان برای سیستم قدرت ۱۳۲

 ۵-۳-۱) طراحی کننده فیدبک حالت بهینه ۱۳۲

تنظیم کننده  های خطی ۱۳۳

 ۵-۳-۲-کاربرد کنترل بهینه در پایدار سازی سیستم های قدرت چند ماشینه ۱۳۴

۵-۳-۳-طراحی کنترل بهینه بر اساس مجموعه‌ای از مدلهای سیستم ۱۳۶

 ۵-۳-۴- پاسخ سیستم به ورودی پله ۱۴۰

فصل ششم : بیان نتایج

۶-۱- بیان نتایج ۱۴۴

۶-۲- پیشنهاد برای تحقیقات بیشتر ۱۴۷

مراجع ۱۴۸

ضمیمه الف – معادلات دینامیکی ماشین سنکرون ۱۵۴

ضمیمه ب – ضرایب K1 تا K6 156

ضمیمه پ – برنامه ریزی غیر خطی ۱۵۸

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

۱-۱- 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  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 [۵-۱]. 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.