دانلود رایگان ترجمه مقاله طراحی هماهنگ شده كنترل كننده های STATCOM و PSS برای میرایی سيستم قدرت – CiteSeerX 2005

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده
هدف اصلی این مقاله بررسی بهبود میرائی نوسانات سیستم قدرت از طریق طراحی کنترلرهای پایدار سیستم قدرت (PSS) و جبرانساز STATIC (STATCOM) است. مساله طراحی کنترلرهای PSS و STATCOM به صورت یک مساله بهینه‌سازی فرمولبندی می‌شوند. برای یک مدل توسعه‌یافته خطی‌شده از یک سیستم قدرت مجهز به PSS و پایدارساز مبتنی بر STATCOM، از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) برای جستجوی پارامترهای بهینه کنترلرها استفاده می‌شود. علاوه بر این، مقاله حاضر یک روش مبتنی بر تجزیه مقادیر تکین (SVD) را برای ارزیابی و سنجش قابلیت کنترل‌پذیری مودهای الکترومکانیکی با میرائی ضعیف ورودهای‌ مختلف کنترلرها را مطرح می‌کند. کنترلرهای ارائه شده در یک سیستم قدرت تک ماشین باس‌ بی‌نهایت که STATCOM بر روی آن نصب شده است ارزیابی می‌شوند. شبیه‌سازی غیرخطی حوزه زمان و نتایج تحلیل مقدارویژه نشان دهنده کارائی طرح هماهنگ در میراکردن نوسانات سیستم قدرت هستند.
مقدمه
میراکردن نوسانات سیستم قدرت یکی از مسائل مهم در عملکردهای سیستم قدرت از سال‌های خیلی دور بوده است [2-1]. امروزه، پایدارساز معمولی سیستم قدرت (CPSS) به طور گسترده در بهره‌برداری سیستم‌های قدرت کاربرد دارد.
به طور کلی مهم است بدانیم که پارامترهای ماشین از طریق بارگذاری تغییر می‌کنند و رفتار ماشین را در شرایط عملکرد مختلف کاملا متفاوت جلوه می‌دهند. لذا، PSS ها باید تا حدودی باعث مقاومت در برابر تغییرات پارامترهای سیستم، شرایط بارگذاری و پیکربندی‌ها شوند.
تکنیک‌های بهینه‌سازی H∞ [3] به مساله طراحی مقاوم PSS اعمال می‌شوند. با این حال، مرتبه پایدارساز مبتنی بر H∞ به بزرگی مرتبه پلنت (نیروگاه) است. همین موضوع باعث پیچیدگی ساختار چنین پایدارسازهایی شده و کاربرد آنها را کاهش می‌دهد.
تحلیل جامع اثرات پارامترهای مختلف CPSS روی عملکرد دینامیکی سیستم قدرت در [4] ارائه شد. نشان داده شده است که CPSS باعث میرائی رضایت‌بخشی در یک محدوده وسیع از شرایط بارگذاری سیستم می‌شود [5].
با اینکه PSSها سیگنال‌های فیدبک تکمیلی را فراهم می‌کنند، اما دارای این عیب هستند که منجر به تغییرات بزرگ در پروفیل ولتاژ می‌شوند.
پیشرفت‌های اخیر در الکترونیک قدرت منجر به توسعه سیستم‌های انتقال جریان متناوب انعطاف‌پذیر (FACTS) شده است. بهره‌برداران به دلیل افزایش الزامات سیستم قدرت، در حال شروع به نصب ادوات FACTS در شبکه‌های انتقال خود هستند. به خوبی مشخص شده است که ادوات FACTS، علاوه بر عملکرد اولیه و اصلی خود، دارای توانمندی افزایش میرائی سیستم نیز هستند [6].
جبرانساز استاتیک (STATCOM) از ادوات FACTS نسل دوم با اتصال موازی است که مبتنی است بر یک مبدل منبع ولتاژ (VSC) مجهز به GTOها. STATCOM با تامین توان راکتیو موردنیاز حتی در ولتاژ باس‌های پایین باعث حفظ ولتاژ شده و میرائی نوسانی توان را بهبود می‌دهند. STATCOM نسبت به جبرانساز استاتیک Var (SVC) دارای مزایای زیادی است.
برای بررسی اثرات پایدارساز مبتنی بر STATCOM بر روی پایداری سیستم قدرت توجه گسترده‌ای شده است [7-11]. مطالعه ارزیابی STATCOM و SVC روی افزایش پایداری در [7] معرفی شده است. تایید شده است که پایدارساز مبتنی بر STATCOM دارای عملکرد بهتری نسبت به پایدارساز مبتنی بر SVC در میراکردن نوسانات توان و بازیابی سریع ولتاژ است. مدل STATCOM در مدل فیلیپس- هفرون مشارکت داشته و برهمکنش کنترلرهای رگولاتورهای ولتاژ AC/DC آن مطالعه شده است [8]. روش‌های متنوععی بر اساس نظریه کنترل مدرن روی طرح کنترلرهای مبتنی بر STATCOM اعمال شده است، مثل کنترلر با ساختار متغیر [9]، کنترلر مقاوم با استفاده از تکنیک H∞، و تکنیک شکل‌دهنده حلقه [10]. بهبود میرائی نوسانات سیستم قدرت به کمک STATCOM در [11] مطالعه شده است؛ با این حال روش طرح مقاومن کنترلر و هماهنگی با PSS در فرایند طراحی مدنظر قرار نگرفته است.
در این مقاله، ارزیابی جامع اثرات طرح مقاوم کنترلر کنترلرهای تحریک و مبتنی بر STATCOM در دو حالت انجام گرفته است؛ اعمال به صورت مستقل و نیز از طریق کاربرد هماهنگ. مساله طراحی به یک مساله بهینه‌سازی تبدیل می‌شود که در آن از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) برای جستجوی تنظیمات بهینه پارامترهای پایدارسازها استفاده می‌شود. برای شناسائی کارائی هر ورودی کنترلر، یک سنجش قابلیت کنترل‌پذیری مبتنی بر تجزیه مقادیر تکین (SVD) به کار می‌رود. برای تکمیل بحث، نتایج تحلیل مقدارویژه و شبیه‌سازی غیرخطی به کار گرفته شدند تا کارائی و استحکام پایدارسازهای ارائه شده برای افزایش پایداری سیستم نشان داده شود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

The main objective of this paper is to investigate the enhancement of damping the power system oscillation via coordinated design of the Power System Stabilizer (PSS) and STATic COMpensator (STATCOM) controllers. The design problem of PSS and STATCOM controllers are formulated as an optimization problem. Using the developed linearized model of a power system equipped with STATCOM-based stabilizer & PSS, the particle swarm optimization (PSO) algorithm is employed to search for optimal controllers parameters. In addition, the paper presents a singular value decomposition (SVD) based approach to asses and measures the controllability of the poorly damped electromechanical modes by different controllers’ inputs. The proposed controllers are evaluated on a single machine infinite bus power system with STATCOM installed. The nonlinear time domain simulation and eigenvalue analysis results show the effectiveness of the coordinated design in damping the power system oscillation.

1. INTRODUCTION

Damping of a power system oscillation is one of the main concerns in the power system operation since many years [1-2]. Nowadays, the conventional power system stabilizer (CPSS) is widely used by power utilities. Generally, it is important to recognize that machine parameters change with loading making the machine behavior quite different at different operating conditions. Hence, PSSs should provide some degree of robustness to the variations in system parameters, loading conditions, and configurations. H∞ optimization techniques [3] have been applied to robust PSS design problem. However, the order of the H∞ based stabilizer is as high as that of the plant. This gives rise to complex structure of such stabilizers as reduces their applicability. A comprehensive analysis of the effects of the different CPSS parameters on the dynamic performance of the power system was presented in [4]. It is shown that the CPSS provide satisfactory damping over a wide range of system loading conditions [5]. Although PSSs provide supplementary feedback stabilizing signals, they suffer a drawback of being liable to cause great variations in the voltage profile. The recent advances in power electronics have led to the development of the flexible alternating current transmission systems (FACTS). Utilities are beginning to install FACTS devices in their transmission networks due to the increase in the power system requirements. It is well recognized that FACTS devices, in addition to their primary function, have the capability of enhancing the system damping [6]. STATic COMpensator (STATCOM) is a second generation’s shunt connected FACTS devices based on a voltage source converter (VSC) using GTOs. STATCOM maintains the bus voltage by supplying the required reactive power even at low bus voltages and improves the power swing damping. STATCOM has several advantages over the conventional Static Var Compensation (SVC). An extensive attention has been directed for investigating the effect of STATCOM-based stabilizer on power system stability [7-11]. Assessment study of STATCOM & SVC on stability enhancement has been introduced in [7]. It was verified that STATCOM-based stabilizer has a better performance compared to that of SVC-based stabilizer in damping power oscillations and fast voltage recovery. STATCOM model has been incorporated in to the Phillips-Heffron model and its AC/DC voltage regulators controllers’ interaction has been studied [8]. Several approaches based on modern control theory have been applied to STATCOM-based controllers design such as variable structure controller [9], robust controller using H∞ technique, and loopshaping technique [10]. Damping improvement of power system oscillation using STATCOM has been studied in [11]; however the robust controller design approach and coordination with PSS were not taken in to consideration in the design process. In this paper, a comprehensive assessment of the effects of robust controller design of the Excitation and STATCOM-based controllers when they applied independently and also through coordinated application has been carried out. The design problem is transformed into an optimization problem where the particle swarm optimization (PSO) algorithm is employed to search for the optimal settings of stabilizers’ parameters. A controllability measure based on singular value decomposition (SVD) is used to identify the effectiveness of each controller input. For completeness, the eigenvalue analysis and nonlinear simulation results are carried out to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed stabilizers to enhance system stability.