فیلترهای اکتیو هیبریدی با کنترل ولتاژ DC-Link تطبیقی ​​برای جبران توان راکتیو

Adaptive DC-Link Voltage-Controlled Hybrid Active Power Filters for Reactive Power Compensation

چکیده
1. مقدمه
2. CCQC چهارسیمی سه فازی دو سطحی بدون ترانسفرمر
3. کمینه ولتاژ لینک DC مورد نیاز برای LC-HAPF با توجه به بارگذاری قدرت راکتیو
4.کنترلکننده ولتاژ لینک DC انطباقی پیشنهادی برای یک LC-HAPF چهار سیمی سه فازی
5. شبیهسازی و اعتبارسنجی آزمایشی از کنترلکننده ولتاژ لینک DC انطباقی پیشنهادی برای LC-HAPF چهارسیمی سه فازی
6. نتیجهگیری
منابع

چکیده
در این مقاله یک فیلتر قدرت اکتیو ترکیبی تزویجی LC با ولتاژ کنترل‌شده لینک dc (LC-HAPF) انطباقی جدید برای کاهش تلفات سوئیچینگ یا راه‌گزینی و نویز راه‌گزینی تحت جبران قدرت راکتیو ارائه شده است. در ابتدا رابطه ریاضی بین ولتاژ لینک dc LCHAPF و محدوده جبران‌سازی قدرت راکتیو نتیجه‌گیری و ارائه می‌شود. بر اساس تحلیل دامنه جبران‌سازی، حداقل ولتاژ مورد نیاز لینک DC با توجه به بارگذاری‌های متفاوت قدرت راکتیو بدست می‌آید. سپس یک کنترل‌کننده ولتاژ لینک DC برای سه فاز چهار سیم LC-HAPF ارائه شده است که در آن ولتاژ لینک dc و همچنین محدوده جبران‌سازی قدرت راکتیو با توجه به شرایط بارگیری القایی متفاوت قابل تغییر هستند. بنابراین، محدوده جبران، تلفات راه‌گزینی و نویز راه‌گزینی LC-HAPF را می‌توان به طور مناسبی تعیین کرد و کاهش داد. در این مقاله، به منظور کاهش مشکل نوسان ولتاژ DC ناشی از تغییرات مکرر مرجع آن، ولتاژ dc مرجع به سطح مشخصی برای انتخاب طبقه‌بندی می‌شود و از این رو اثر نوسانات را در عملکرد جبرانی کاهش می‌دهد. سرانجام‌، شبیه‌سازی این کار و نتایج آزمایش یک LC-HAPF مرکزی سه فازی چهار سیم برای تأیید اعتبار و اثربخشی طرح LC-HAPF با ولتاژ کنترل شده لینک DC در جبران‌سازی قدرت راکتیو پویا ارائه شده است.

2. CCQC چهارسیمی سه فازی دو سطحی بدون ترانسفرمر
یک CCQC چهارسیمی سه فازی دو سطحی بدون ترانسفرمر در شکل 1 نشان داده شده است. در این شکل x نشان‌دهنده فاز a,b,c و n است. vsxولتاژ سیستمی است و vx ولتاژ بار است و Ls القای سیستمی است که معمولا به دلیل ناچیز بودن از آن چشمپوشی می‌شود بنابراین Vsc≈Vx.isx,iLX است وicx به ترتیب سیستم، بار و جریان اینورتر برای هر فاز است. PPF تزویج بخش فیلتر قدرت فعال است که می‌تواند از یک مقاومت، خازن یا هر ترکیبی از آنها تشکیل شود. Cdc و Vdcv و Vdcl ولتاژ DC ، خازن DC ، ولتاژ بالا و پایین خازن DC با Vdcv=Vdcl=0.5Vdc است. حد وسط dc- لینک به عنوان مرجع فرض شده است و با g نمایش داده می‌شود. از شکل 1 می‌توان متوجه شد که ولتاژ خط اتصال به زمین اینورتر vinvx-g برابر با ولتاژ خط اتصال به زمین اینورتر vinvx-n است چرا که نقطه خنثی n به نقطه میانی لینک dc با نام g متصل شده است. بر اساس تکنیک مدولاسیون پهنای‌پالس (PWM)، با vinvx − n می‌توان به عنوان منبع ولتاژ کنترل شده رفتار کرد. از پیکربندی مدار CCQC، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، معادل مدار معادل اساسی تک فازی است که در شکل 2 نمایش داده شده است که در آن f نشان‌دهنده مولفه فرکانس اساسی است. در تجزیه و تحلیل زیر تمامی پارامترها دارای مقادیر جذر متوسط مربعات (rms) است.

3. کمینه ولتاژ لینک DC مورد نیاز برای LC-HAPF با توجه به بارگذاری قدرت راکتیو
بر اساس پیش فرض قبلی مبنی براینکه جریان اصلی فعال IcxfP بسیار ناچیز و در حد صفر در حالت پایدار است، اینورتر جریان اساسی راکتیو خالصی را تزریق می‌کند که به شکل I ⃗_cxf=jI_cxfq است. بنابراین،(v_invxf ) ⃗ در 2 شامل بخش فعال خالصی به شکل Vinvxfp=Vx – Icxfp(XCclf-XLclf) است. آنگاه، نمودار فازور اصلی LC-HAPF تک فازی تحت بارگذاری القایی را می‌توان همانند شکل 4 نشان داد. محور y به عنوان قدرت فعال LC-HAPF (p/w) در هنگام قرارگیری Vx درون قدرت راکتیو افقی LC-HAPF در محور (Q/VAR)x در نظر گرفته می‌‌شود. دایره و شعاع نشان‌دهنده محدوده جبران اساسی LC-HAPF و حداکثر حد جبران تحت ولتاژ ثابت لینک DC است. VPFX فازور ولتاژ اساسی قسمت غیرفعال است. (I_LXF ) ⃗ فازور جریان بار اصلی است و در آن ILXFp بار اصلی فعال است. در شکل 4، منطقه نیمه دایره سفید نشان دهنده منطقه جذب انرژی فعال LC-HAPF است در حالی که منطقه نیم دایره سایه‌دار منطقه تزریق انرژی فعال LC-HAPF را نشان می‌دهد. هنگامی که (v_invxf ) ⃗ درون نیم دایره سفید قرار دارد، LC -HAPF قدرت فعال را جذب می‌کند. (v_invxf ) ⃗درون محور x Q/VAR قرار دارد، LC –HAPF قدرت فعال را جذب نمی‌کند. شکل 4، محدوده جبران توان راکتیو LC-HAPF با توجه به ولتاژ مختلف لینکdc قابل استنباط است.

تاثیر سیستم های فتوولتاییک مرتبط با شبکه بر پایداری ولتاژ شبکه های توزیع تونسی با استفاده از کنترل توان راکتیو دینامیک

Impact of grid-tied photovoltaic systems on voltage stability of tunisian distribution networks using dynamic reactive power control

چکیده

1. مقدمه

2. سیستم فتوولتاییک متصل به شبکه

3. آنالیز عددی

3.1. توصیف سیستم

3.2 آنالیز ولتاژ حالت پایا

3.3 نتایج شبیه سازی برای کیفیت توان

1. گذر از خطا

2. اتصال-کوتاه شبکه بدون نیروگاه برق فتوولتاییک (PVPP)

3. اتصال-کوتاه شبکه با PVPP

4. شبیه سازی STATCOM با شبکه انتقال در مدت اتصال-کوتاه

4.بحث

5. نتیجه گیری

منابع

چکیده

آنالیز پایداری ولتاژ شبکه انتقال با درجه بالای یکپارچه سازی فتوولتاییک (PV) به دلیل تولیدهای تصادفی سیستم خورشیدی، یک مشکل چالش برانگیز است. پایدارسازی توان خروجی یک معیار مهم برای تعیین درجه نفوذ فتولتاییک در شبکه های توزیع فعال، با درنظر داشتن قابلیت بارگیری، است. این مقاله استراتژی تنظیم ولتاژ موثر برای سیستم انتقال را با استفاده از ماژول STATCOM به منظور برطرف کردن افت و جنبه های تاثیر بر پایداری ولتاژ در شبکه انتقال، توصیف می کند. این مقاله همچنین تاثیر سیستم کنترل STATCOM بر جلوگیری کردن ترکیب ولتاژ تزریق STATCOM و هارمونیک ها از دستیابی به جبران ولتاژ خالص، مورد تحلیل قرار می دهد. سیستم آزمایش تحت آنالیز پیشنهادی، شبکه قدرت توزیع تونسی با 53-شین (باس) که با نیروگاه فتوولتاییک خورشیدی 12 مگاواتی ادغام می شود، می باشد. نتایج شبیه سازی اضافه شدند تا بازدهی روش کنترل پیشنهادی را برای ارتقای کیفیت سیستم برق بر مبنای کد شبکه تونسی نشان دهد. بررسی پایداری ولتاژ نشان می دهد که رفتار دینامیکی ولتاژ به شدت به ظرفیت مدار کوتاه شبکه قدرت در نقطه ادغام فتوولتاییک بستگی دارد. 

1. مقدمه 

در حال حاضر، شبکه های توزیع تنها برای سرویس شعاعی طراحی می شوند، با ایستگاه های قدرت متمرکز که برق را برای تحویل شبکه ها در فاصله های زیاد فراهم می کنند. با این وجود، بدلیل اینکه مولدهای پراکنده و غیرمتمرکز تدریجا به سیستم های توزیع برق اضافه می شوند، شبکه های توزیع دچار تغییرات چشمگیری می شود. منابع تجدیدپذیر انرژی سهم بزرگی را در سبک پراکنده تولید، که اخیرا به شدت رو به افزایش بوده، در طول چند سال گذشته و خصوصا قرن 21 به خود اختصاص داده اند. مقدار قابل توجهی از این سبک پراکنده تولید، با کمک منابع انرژی تجدیدپذیر تامین می گردد. در این سیستم های تولید،  منابع تجدیدپذیر مانند زیست توده، پیل های سوختی، برق آبی، خورشیدی و بادی، پتانسیل و قابلیت امیدوار کننده ای را نشان داده اند [2].

5. نتیجه گیری

این مقاله تاثیر ادغام و یکپارچه سازی فتوولتاییک بر پایداری ولتاژ شبکه توزیع با 53 شین را بررسی نمود. بازدهی و کیفیت ولتاژ در سیستم فتوولتاییک به دلیل ناپایداری ولتاژ در سیستم متصل به شبکه، افت پیدا می کند. برای غلبه بر این مشکل، STATCOM برای بهبود بخشیدن به کیفیت توان و پایداری ولتاژ سیستم قدرت تحت سناریوهای مختلف بر اساس کد شبکه تونسی پیاده‌سازی شده است. STATCOM جایگزین های بهتری بمنظور افزایش حاشیه پایداری ولتاژ استاتیک و قابلیت انتقال توان می دهد. STATCOM همچنین اجرا شد تا توان PQ تزریق شده به شبکه انتقال قدرت را تنظیم نماید. در این مقاله، ما همچنین بعضی مدل‌های مناسب برای STATCOM در آنالیز حالت پایا را همراه با بحثی دقیق و موشکافانه ارایه کردیم. بنابراین، ما یک روش برای شناسایی مکان بهینه افزاره های FACTS بدست آورده ایم. معادلات مربوطه نیز مشتق شده اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که بهبود معناداری در این پارامترها و پایداری حالت پایای سیستم با گنجاندن STATCOM بوجود می آید.

Abstract

Analysis of voltage stability of transmission network with high photovoltaic (PV) integration is a challenging problem because of the stochastic generation of a solar system. Stabilization of the output power is an important criterion for determining the degree of penetration of PV in active distribution networks, considering loading capability. This article describes the effective voltage regulation strategy for the transmission system using the STATCOM module to resolve the drop and the effect aspects on the voltage stability in the transmission network. This paper analyzes also the influence of the STATCOM control system on preventing the combination of injection voltage STATCOM with harmonics from achieving pure voltage compensation. The proposed test system under analysis is the 53-Bus Tunisian distribution power network integrating 12 MW solar PV plant. Simulation results are added to demonstrate the efficiency of the proposed control technique for enhancing the power system quality based on the Tunisian grid code. Investigation of voltage stability shows that the dynamic behavior of the voltage depends strongly on the short circuit capacity of the power network at the point of PVs integration.

1. Introduction

Currently, Distribution grids are solely designed for radial service, with large centralized power stations providing power to the delivery of networks over long distances. However, as decentralized and distributed generators with smaller capacities are added gradually to the electricity distribution system, it undergoes dramatic changes. Renewable sources of energy have appropriated a large share in the recently proliferating distributed mode of generation during the past few years, and especially in the 2000 s. A major chunk of this recent distributed mode of generation are contributed by renewable sources of energy. In such generation systems, renewable sources like biomass, fuel cells, hydroelectric, solar and wind have demonstrated promising potential and viability [2].

5. Conclusion

This paper investigated the influence of photovoltaic integration on the voltage stability of the 53-Bus distribution grid. Efficiency and quality of voltage in PV system degrades due to instability in voltage in Grid connected system. To overcome this problem, the STATCOM is implemented for improving the power quality and the power system voltage stability under various scenarios based on the Tunisian grid code. STATCOM contributes better alternatives to increases static voltage stability margin and power transfer capability. STATCOM is also implemented to regulate the injected P-Q power to the power transmission network. In this paper, we also presented some appropriate models for the STATCOM in the steady-state analysis and with a rigorous discussion. Thus, we have derived a technique for identifying optimal placement of FACTS devices. The related equations are also derived. Simulation results show that there is a significant improvement of these parameters and steady-state stability of the system with insertion of STATCOM.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تاثیر سیستم های فتوولتاییک مرتبط با شبکه بر پایداری ولتاژ شبکه های توزیع تونسی با استفاده از کنترل توان راکتیو دینامیک

Impact of grid-tied photovoltaic systems on voltage stability of tunisian distribution networks using dynamic reactive power control

کنترل کننده ولتاژ راکتیو خود تنظیم شونده برای ژنراتورهای سنکرون همزمان

Self-adaptable reactive power-voltage controller for virtual synchronous generators

چکیده

1. مقدمه

2. اصول کنترل VSG

3. کنترل کننده های Q-U به صورت خود تنظیم شونده

4. نتایج و تجزیه و تحلیل

4.1 آنالیز سیگنال کوچک

4.2 نتایجات آزمایش

5. نتیجه گیری

چکیده

با نفوذ هر چه بیشتر انرژی تجدید پذیر در شبکه، اصول ژنراتورهمزمان مجازی (VSG) به عنوان یک راه حل جالب برای کنترل اینورترهای متصل به شبکه پیشنهاد شده است. در حالت عادی، توان- فرکانس اکتیو و کنترل کننده توان- ولتاژ راکتیو پذیر نقش عمده ای در سیستم کنترل VSG دارند. با این حال، امپدانس خط و بارهای محلی موارد مهم موثر بر نتیجه کنترل دو کنترل کننده هستند. در مقایسه با کنترل کننده  توان- ولتاژ راکتیو، کنترل کننده توان-فرکانس اکتیو تولید سهم بار را در بین VSG ها با دقت بیشتری انجام می دهد. در این مقاله یک کنترل کننده  توان – ولتاژراکتیو خود تنظیم شونده برای مقابله با مشکل تقسیم توان راکتیو در سیستم موازی VSGs ، با استفاده از اختلاف توان راکتیو برای تنظیم ضریب کنترل ولتاژ توان راکتیو، ارائه شده است. سپس، یک مدل سیگنال کوچک خطی برای تجزیه و تحلیل پایداری ضریب کنترل توان- ولتاژ راکتیو با سیستم موازی VSGs ایجاد شده است. سرانجام، آزمایش دو سیستم VSG موازی مبتنی بر کنترل کننده های توان ولتاژ راکتیو خود تنظیم شونده با با امپدانس خط متفاوت ایجاد شده است. نتایج به دست آمده از آزمایش ، اثربخشی کنترل کننده های توان-ولتاژ راکتیو خود تنظیم شونده پیشنهادی را در سیستم های موازی VSGs را تأیید می کند.

1 مقدمه

در سال های اخیر، تولید توزیع شده (DG) به عنوان یک راه حل امیدوارکننده تقاضای بیشتر برق و آب در نظر گرفته شده است که این راه حل تاثیرات کمتری بر محیط زیست و زیر ساخت های توزیع دارد. با نفوذ هر چه بیشتر منابع تجدید پذیر، مشکل عملکرد پایدار شبکه در حال افزایش است. به دلیل خود اینرسی پشتیبانی و شرکت در کنترل فرکانس و ولتاژ یک سیستم AC، معکوس کننده های منبع انرژی تجدید پذیر قادر نیستند که در بهبودی سیستم بهبود ایجاد کنند[1] . این موضوع را می توان از طریق کاربرد مفهوم ژنراتور هم زمان مجازی (VSG)، مرتفع کرد که در این مفهوم VSC و ویژگی های مولد هم زمان (SG) با یکدیگر ترکیب می شوند. الگوریتم کنترلی VSG یک معکوس کننده الکترونیک قدرت، یک ویژگی کنترلی است که می تواند به یک کنترل مبدل اضافع شود تا بتواند آن را قادر کند که به عنوان یک SG رفتار کند [2]. 

5 نتیجه گیری

کنترل کننده های ولتاژ-توان  راکتیو  فرکانس -توان راکتیو نقش مهمی را در سیستم های کنترلی  VSG ایفا میکنند. اما امپدانس خط و بارهای محلی، عواملی هستند که بر روی عملکرد کنترلی دو کنترل کننده اثر میگذارد. در اینجا یک کنترل کننده ولتاژ -توان  راکتیو خود تنظیم شونده با مسائل توان راکتیو در سیستم های  VSG موازی، پیشنهاد شده است که از اختلاف توان راکتیو برای تنظیم ضریب کنترل ولتاز- توان راکتیو استفاده میکند. برای آنالیز پایداری سیستم های  VSG موازی با کنترل کننده ی ولتاز- توان راکتیو، یک مدل سیگنال کوچک خطی شده  به کار رفته است و نتایج جاروب پارامتری امپدانس خط  آنالیز شده است. در نهایت نتایج آزمایش های آزمایشگاهی ، قبل از تصمیم گیری  نهایی، به تصویر کشیده شده است. 

Abstract

With a higher and higher penetration of renewable energy in the grid, the principle of the virtual synchronous generator (VSG) is proposed as an attractive solution to controlling the grid-connected inverters. In common, active power-frequency and reactive power-voltage controllers play major roles in VSG control system. However, the line impedance and local loads are the critical case effecting on the control result of the two controllers. Compared with reactive power-voltage controller, active power-frequency controller is more easier to product the load sharing among the VSGs accurately. This paper presents a self-adaptable reactive power-voltage controller to deal with the sharing problem of reactive power in the parallel VSGs system, using the reactive power difference to adjust reactive power-voltage control coefficient. Then, a linearised small-signal model is established for stability analysis of the reactive power-voltage control coefficient to the parallel VSGs system. Finally, an experiment of two parallel VSGs system based on the self-adaptable reactive power-voltage controllers is performed, with different line impedance. Results obtained from the experiment verify the effectiveness of the proposed self-adaptable reactive power-voltage controllers in the parallel VSGs system.

1 Introduction

In the recent years, distributed generation (DG) has recently been considered as a promising solution to meet the increased demand for utility with smaller effects on the environment and distribution infrastructures. With the higher and higher penetration of renewable energy sources, the problem of grid steady operation is increasingly severe. With lacking inertia needed to support and participating in the frequency and voltage control of an AC system, the renewable energy sources (RESs) inverters are hence unable to contribute to the improvement of system stability [1]. This issue can be addressed through the application of the concept of virtual synchronous generator (VSG), which combine VSC and synchronous generator (SG) characteristics. The VSG control algorithm of a power electronics inverter is a control feature that can be added to a converter controller to enable it to behave as an SG [2].

5 Conclusion

Active power-frequency and reactive power-voltage controllers play a major role in VSG control system. However, the line impedance and local loads are the critical case impacting on the control performance of the two controllers. Here, a self-adaptable reactive power-voltage controller is proposed to deal with the sharing problem of reactive power in the parallel VSGs system, which uses the reactive power difference to adjust reactive powervoltage control coefficient. For the stability analysis of the parallel VSGs system with the proposed self-adaptable reactive powervoltage controller, a linearised small-signal model is established, and the parametric sweep results of line impedance are analysed. Finally, the experimental results obtained in the laboratory are presented before drawing the final conclusions.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل کننده ولتاژ راکتیو خود تنظیم شونده برای ژنراتورهای سنکرون همزمان

Self-adaptable reactive power-voltage controller for virtual synchronous generators

مدیریت توان راکتیو در رابط انتقال و توزیع با پشتیبانی از مولدهای توزیع شده – رویکرد برنامه ریزی شبکه

Reactive power management at the transmission–distribution interface with the support of distributed generators – a grid planning approach

چکیده
1 مقدمه
2 مدل شبیه سازی و فرضیات آن
2.1 ناحیه مورد مطالعه
2.2 مدل شبکه
2.3 الزامات در سطح T-D
2.4 مدل ژنراتور ها
2.5 اعتبار سنجی مدل شبیه سازی
2.6 نرمال سازی نتایج
3 ارزیابی های دسترسی به مقررات توان راکتیو توسط DG ها
3.1 روش شناسی
3.2 نتایج
4 ارزیابی نیاز جبران سازی توان راکتیو اضافی
4.1 اصول برنامه ریزی
4.2 نتایج
5 مباحث در رابطه با نتایج
6 جمع بندی و دیدگاه کلی
7 منابع

چکیده

این مطالعه، یک رویکرد برنامه ریزی شبکه را برای مدیریت توان راکتیو در سطح مشترک بین انتقال- توزیع با پشتیبانی از ژنراتور های توزیع شده (DG ها) ارائه می کند. سوال اصلی تحقیقاتی در این مقاله این  است: آیا مدیریت توان راکتیو با DG ها میتواند توان راکتیو قابل کنترل را با دسترسی بسیار بالا ایجاد کند و آیا این کار میتواند باعث کاهش و یا اجتناب از نیاز برای جبران ساز های اضافی توان راکتیو در بخش شبکه توزیع شود( مثلا جبران ساز های سوییچ مکانیکی)؟ ازین رو، ما در این مطالعه یک تحلیل دسترسی پذیری پشتیبانی توان راکتیو را برای انواع مختلف از تولید دز سطح توزیع انجام می دهیم مانند توزیع برق آبی، گرمایی، بادی و نیروگاه های فوتو ولتائیک. برای مورد پژوهی های انجام شده بر روی شبکه توزیع واقعی در آلمان، مدیریت توان راکتیو با پشتیبانی از DG ها می تواند به صورت محسوس باعث کاهش نیاز برای  دستگاه های جبران ساز توان راکتیو شود. اما، کارایی DG ها برای پشتیبانی از توان راکتیو تا حد زیادی مبتنی بر قوانین برنامه ریزی شبکه و الزامات مرتبط با سطح مشترک بین انتقال- توزیع می باشد.

1 مقدمه

افزایش فاصله انتقال و توسعه ظرفیت های انتقال باعث شده که نیاز توان راکتیو (Q) در سیستم انتقال آلمان به صورت محسوس تا سال 2030 افزایش پیدا کند [1]. علاوه بر این، تعداد نیروگاه های بزرگ متداول که این روز ها مهم ترین منابع توان راکتیو هستند، در چند سال آتی در سیستم انتقال آلمان کاهش پیدا می کنند و منابع راکتیو جدید مورد نیاز  خواهد بود. در مرجع [1و2]، به این نکته اشاره شده است که بازه توان راکتیو کلی در سیستم انتقال افزایش پیدا می کند و ازین رو ما نیازمند تجهیزات جبران سازی کم تحریک و بیش تحریک ( دراین مقاله ،عبارت کم تحریک نشان دهنده ورودی/ جبران سازی توان راکتیو در بخش شبکه یا ژنراتور های توزیع شده (DG) مشابه با یک القا گر موازی می باشد. عبارت بیش تحریک نیز نشاندهنده خروجی/ تولید راکتیو در یک شبکه یا DG مشابه با خازن موازی می باشد). که این نیاز مبتنی بر تولید خاص و رفتار نیاز و مکان یک شبکه می باشد. منابع راکتیو متفاوت دیگر در مرجع شماره [1] بررسی شده است مانند نصب کردن جبران ساز های اضافی Q ( مثلا جبران ساز های Var ایستا)، استفاده از ولتاژ های بالا برنامه ریزی شده (HV).

Abstract

This study introduces a grid planning approach for reactive power management at the transmission–distribution interface with the support of distributed generators (DGs). The main research question is: can reactive power management with DGs provide controllable reactive power with a very high availability and can this reduce or avoid the demand for additional reactive power compensators in a distribution grid section (e.g. mechanically switched compensators)? Therefore, an availability analysis of reactive power support is performed for different generation types at the distribution level, like hydro, thermal, wind and photovoltaic power plants. For the investigated case study of a real German distribution grid, reactive power management with the support of DGs could relevantly reduce the demand for additional reactive power compensation devices. However, the effectivity of DGs for reactive power support strongly depends on the applied grid planning rules and requirements at the transmission–distribution interface.

1 Introduction

Increased transport distances and the expansion of transmission capacities will increase the reactive power (Q) demand in the German transmission system significantly until the year 2030 [1]. Furthermore, the number of large conventional power plants, which are nowadays still a major reactive resource, will decrease within the next years in the German transmission system and new reactive resources will be required. In [1, 2] it is noted, that the overall reactive range in the transmission system will increase, and hence underexcited and overexcited [In this paper, the term underexcited operation describes a reactive import/consumption of a grid section or a distributed generator (DG), similar to a shunt inductor. The term overexcited operation describes a reactive export/generation of a grid section or a DG, similar to a shunt capacitor.] compensation equipment might be required, depending on the particular generation and demand behaviour and the respective grid locations. Different additional reactive resources are discussed in [1], such as the installation of additional Q compensators (e.g. static Var compensators), the use of planned high-voltage (HV) direct current converter stations or the utilisation of DGs connected to the distribution level.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدیریت توان راکتیو در رابط انتقال و توزیع با پشتیبانی از مولدهای توزیع شده – رویکرد برنامه ریزی شبکه

Reactive power management at the transmission–distribution interface with the support of distributed generators – a grid planning approach

ویژگی های توان راکتیو بهینه شده برای منابع تولید توزیع شده در شبکه ولتاژ پایین

Optimized Reactive Power Characteristics for Distributed Generation Sources in the Low Voltage Network

چکیده

1- مقدمه

2- مشخصه های توان واکنشی بهینه سازی شده برای DG ها در شبکه های کم ولتاژ

3- شبیه سازی مدل شبکه

4- موارد شبیه سازی

5- نتایج

6- جمع بندی

چکیده

تنظیم های توان واکنشی در منابع تولید توزیع شده در شبکه های کم ولتاژ، توسط بسیاری از افراد حرفه ای در این زمینه به عنوان موضوعی غیر ضروری در نظر گرفته میشود، به خصوص در شبکه های نوع کابلی. در این مقاله ما نشان میدهیم که این موضوع درست نیست. ما مشخصه های تنظیم توان واکنشی بهینه سازی شده ی منابع توزیع شده را برای شبکه های کم ولتاژ نشان خواهیم داد. مشخصه به صورت توان فعال در کنار وابستگی به ولتاژ میباشد و هدف این تنظیم ها، حفظ کردن ولتاژ در شبکه های کم ولتاژ در ثابت ترین حد ممکن و در عین حال، حداقل کردن افت شبکه میباشد. گستره های ولتاژ، تنظیم توان واکنشی، محدودیت های تولید توزیع شده و مشخصه های توان واکنشی، در این مطالعه تحلیل و مقایسه شده است. نتایج به صورت واضح شان میدهد که مشخصه های توان واکنشی بهینه سازی شده که در این مطالعه ارائه شده است، برای منابع تولیدی توزیع شده در شبکه های کم ولتاژ موجب میشود که محدودیت های توان فعال تولید توزیع شده حداقل شود، و در بیشتر موارد افت های شبکه نیز کاهش پیدا کرده و در اکثریت موارد، تغییرات ولتاژ در این شبکه ها پایین تر میباشد.

 جمع بندی
تنظیم توان واکنشی پیشنهاد شده بر روی DG از فلسفه ی فراهم کردن توان واکنشی در راستای توان فعال با ضریب توان PF = 0.95 حول ولتاژ نمای شبکه، استفاده میکند. با استفاده از این روش، بار ها در شبکه ی LV با توان فعال همراه با توان واکنشی از DG های نزدیک، تامین میشوند. در صورتی که ولتاژ به حد پایینی افت پیدا کند، توان تزریق شده ی واکنشی تا مقدار PF = 0.90 افزایش پیدا میکند. در صورتی که ولتاژ شبکه بالا برود، DG شروع به استفاده از توان واکنشی با ضریب توان PF = 0.95 در حد بالای ولتاژ ، میکند.
زمانی که تنظیم توان واکنشی پیشنهادی مورد استفاده قرار میگیرد، ولتاژ در شبکه نسبت به تنظیم QGEN = 0، به ولتاژ مطلوب نزدیک تر میباشد. بیشترین فاصله در موارد ما 2.0 % UN در شبکه های LV با خطوط هوایی میباشد. تفاوت ها در خط های هوایی نسبت به شبکه ی کابلی بیشتر میباشد. در هر صورت، در شبکه ی کابلی بیشترین تفاوت به صورت 1.2 % UN میباشد.

Abstract

Reactive power regulation of distributed generation sources in the low voltage network is by many professionals still considered as unnecessary, especially in the cable type networks. In this paper we show, that this is not true. We present optimized reactive power regulation characteristics of the distributed sources for the low voltage network. Characteristic is active power as well as voltage dependent with the aim of maintaining voltage in the low voltage network as constant as possible and at the same time minimizing network losses. Voltage ranges, reactive power regulation, distributed generation curtailments and reactive power characteristics comparison are analyzed and compared. Results clearly show that with proposed optimized reactive power characteristics of distributed generation sources in the low voltage network distributed generation active power curtailments are minimized, in majority of cases network losses are lowered and in the vast majority of cases voltage variations are smaller.

CONCLUSIONS

Proposed reactive power regulation of DGs uses the philosophy of providing reactive power along with the active power at PF = 0.95 when around nominal voltage of the network. Using this philosophy loads in the LV network are supplied with the active as well as reactive power from the nearby DGs. If voltage drops to its lower limit, injected reactive power is increased up to PF = 0.90. In case of high network voltage, DG starts consuming reactive power to the limit of PF = 0.95 at the upper voltage limit. When proposed reactive power regulation is used, voltage in the network is closer to the desired voltage level than when using QGEN = 0 regulation. Maximal difference is in our case 2.0 % UN in the LV network with the overhead lines. The difference is higher in the overhead lines network than in the cable type network. Nevertheless, in the cable network maximal difference is 1.2 % UN.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ویژگی های توان راکتیو بهینه شده برای منابع تولید توزیع شده در شبکه ولتاژ پایین

Optimized Reactive Power Characteristics for Distributed Generation Sources in the Low Voltage Network

استراتژی کنترل توان واکنشی مبتنی بر DFIG در مزارع بادی به منظور کاهش نوسانات زیر سنکرون

Reactive power control strategy of DFIG-based wind farm to mitigate SSO

چکیده

1. مقدمه

2. سیستم مورد‌بررسی

3. تاثیر پارامترهای تطبیق‌پذیر DEIG روی SSO

3.1 پارامترهای تطبیق‌پذیر DFIG

3.2 تاثیر توان فعال تولیدی توسط DFIG روی نوسانات SSO

3.3 تاثیر ولتاژ باس DC روی نوسانات SSO

3.4 تاثیر توان راکتیو تولدی توسط DFIG روی SSO

4 استراتژی کنترل توان راکتیو DFIG به منظور کاهش نوسانات SSO

4.1 مزایا و مضرات استراتژی کنترل توان راکتیو DFIG به منظور کاهش نوسانات SSO

4.2 استرلتژی کنترل توان راکتیو

4.3 بررسی موردی

5. نتیجه‌گیری

چکیده

مزارع بادی که در ارتباط با شبکه انتقال جبران‌ساز سری‌ها هستند، در معرض خطر نوسانات زیر سنکرون (SSO) قرار دارند. علاوه‌بر‌این، قابلیت بالای کنترل توان راکتیو و اکتیو ژنراتور القایی تغذیه مضاعف (DFIG)، دارای تاثیرات غیر‌قابل چشم‌پوشی روی SSO است. در این پژوهش، تاثیرات پارامترهای قابل‌تنظیم روی SSO، بر مبنای تجزیه و تحلیل مقدار ویژه (یا مقدار مشخصه) مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش توان القایی راکتیو که توسط DFIG ایجاد می‌گردد، منجر به تعدیل مثبت سیستم می‌شود؛ علاوه بر این، کلیت این قاعده در تمام مناطق عملیاتی DFIG اثبات شده است. بر طبق این قاعده، استراتژی کنترل توان راکتیو DFIG، برای حذف نوسانات SSO مطرح می‌گردد. توان راکتیو، پس از آشکار‌شدن SSO به تدریج افزایش می‌یابد، و پس از حذف نوسانات SSO یا رسیدن به محدودیت SSO، متوقف می‌گردد. روش کنترل پیشنهادی ما، به عنوان یک روش کم‌هزینه است که تنها برای تطبیق مقدار مرجع توان راکتیو DFIG به منظور کاهش نوسانات SSO، مورد نیاز است. در پایان، نتایج شبیه‌سازی حوزه زمانی، به تشریح اعتبار و تطبیق‌پذیری استراتژی کنترل توان راکتیو SSO پیشنهادی می‌پردازد.

1. مقدمه

به دنبال افزایش ساخت نیروگاه‌های بادی بزرگ در کشور چین، ظرفیت استقرار توان بادی گسترش بافته است. جبران سری‌های خازنی خطوط انتقال طولانی، به عنوان روش موثری برای افزایش ظرفیت انتقال سیستم توان بادی است. به هر حال، یکی از عوامل مختل‌کننده در مورد جبران‌ساز خازن سری ها، خطرات بلقوه مرتبط با نوسانات زیر سنکرون (SSO) است. [1، 2]. در سال‌های اخیر، پدیده SSO در بسیاری از کشورها به وقوع پیوسته می‌پیوندد، زمانی که نیروی باد از ژنراتور القایی تغذیه مضاعف (DFIG) واقع در مزارع بادی، از طریق خطوط جبران‌ساز سری‌ها انتقال می‌یابد. این رویدادها باعث قطع ارتباط توربین‌های بادی از شبکه برق در مقیاس گسترده، و آسیب به مدارهای منبع تغذیه می‌گردد [3- 5]. این رویدادها، توجه تعداد زیادی از محققان را به سمت خود جلب می‌کند.

5. نتیجه‌گیری

در این مقاله، تاثیر پارامترهای تطبیق‌پذیر روی نوسانات SSO بر مبنای تحلیل مقدار ویژه، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش توان راکتیو القایی که توسط DFIG تولید می‌شود، می‌تواند منجر به دامپینگ مثبت برای سیستم گردد، که برای حذف SSO مهم است. علاوه بر این، کلیت این قاعده در کل منطقه عملیاتی DFIG، اثبات شده است. براساس این قاعده، استراتژی کنترل توان راکتیو مبتنی بر DFIG در مزارع بادی به منظور کاهش نوسانات SSO، در این مقاله مطرح شده است. شبیه‌سازی حوزه‌ای نشان می‌دهد که استراتژی کنترل میتواند بطور اثربخشی باعث حذف نوسانات SSO گردد. این فرایند، به عنوان یک استراتژی کم‌هزینه است که روش جدیدی را برای کاهش نوسانات SSO در عملیات واقعی سیستم توان باد، مطرح می‌کند. 

Abstract

Wind farms connected with series compensated transmission network suffer from the risk of sub-synchronous oscillation (SSO). Moreover, the strong active and reactive power control ability of doubly fed induction generator (DFIG) exerts non-negligible influence on SSO. In this study, the impacts of adjustable parameters on SSO are studied based on eigenvalue analysis. The results indicate that increasing inductive reactive power produced by DFIG can provide positive damping to the system; furthermore, the universality of this rule is verified in the whole operating region of DFIG. According to the rule, a reactive power control strategy of DFIG is proposed for SSO suppression. The reactive power is suggested to increase gradually once the SSO is detected and stop until SSO is suppressed or the reactive power limit is reached. The proposed control method is a low-cost method, which only need to adjust the reactive power reference value of DFIG to damp SSO. Finally, the time-domain simulation results illustrate the validity and adaptability of the proposed SSO reactive power control strategy.

1 Introduction

With the increase of construction of large wind power plant in China, the wind power installed capacity keeps growing. The capacitive series compensation of long transmission lines is an effective method to increase the transmission capacity of wind power system. However, one of the hindering factors for the extensive use of series capacitive compensation is the potential risk of subsynchronous oscillation (SSO) [1, 2]. In recent years, SSO occurred in many countries when wind power is transmitted from doubly fed induction generator (DFIG) based wind farm through series compensated lines. These accidents led to large-scale disconnection of wind turbines from power grid and the damage of crowbar circuit [3–5]. These accidents have attracted the attentions of a large number of scholars.

5 Conclusion

In this paper, the influence of adjustable parameters on SSO is analysed based on eigenvalue analysis. The results show that increasing inductive reactive power produced by DFIG can provide positive damping for the system, which is very helpful for SSO suppression. Furthermore, the universality of this rule is verified in the whole operation region of DFIG. Based on the rule, a reactive power control strategy of DFIG-based wind farm for SSO mitigation is proposed in this paper. Time domain simulation indicates that the control strategy could effectively suppress SSO. It is a low-cost control strategy, which provides a new way to mitigate SSO in actual operation of wind power system.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استراتژی کنترل توان واکنشی مبتنی بر DFIG در مزارع بادی به منظور کاهش نوسانات زیر سنکرون

Reactive power control strategy of DFIG-based wind farm to mitigate SSO

کنترل توان راکتیو غیرمتمرکز واحدهای توزیع شده تولید توان بادی و فتوولتائیک با استفاده از یک روش مبتنی بر بهینه سازی شده فازی

Decentralized reactive power control of distributed PV and wind power generation units using an optimized fuzzy-based method

چکیده

1- مقدمه

2- ظرفیت توان رأکتیو DG ها و مدل‌سازی پخش توان

2-3 مقادیر طراحی و منحنی‌های ظرفیت توان رأکتیو

2-4 مدل‌سازی پخش توان DG ها

3- کنترل توان رأکتیو

3-1 سیستم کنترل فازی

3-2 بهینه‌سازی انبوه ذرات

4- شبیه‌سازی‌ها و نتایج

5- نتیجه‌گیری‌ها

چکیده

وجود توربین‌های بادی مبتنی بر ادوات الکترونیک قدرت و سیستم‌های فتوولتائیک در شبکه‌های توزیع، فرصت مناسبی را برای پیاده‌سازی روش‌های کنترل ولتاژ با استفاده از توان رأکتیو در این سیستم‌ها، در اختیار شرکت‌های توزیع قرار داده است. در این مقاله، یک روش غیرمتمرکز بر اساس منطق فازی به منظور کنترل توان رأکتیو واحدهای تولید پراکنده (DG ها) با در نظر گرفتن قیدهای تکنیکی، پیشنهاد شده است. سیستم فازی با الگوریتم گرادیان نزولی (GDA) بهینه‌سازی شده و سپس روی فناوری‌های DG ی مختلف شامل سیستم فتوولتائیک (PV)، توربین بادی مبتنی بر ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSG)، و همچنین یک توربین بادی مبتنی بر ژنراتور القایی تغذیه دوبل (DFIG) پیاده‌سازی شده است. سیستم مورد مطالعه به یک شبکه توزیع واقعی متصل شده است. با داشتن سیستم شبیه‌سازی شده، این مقاله نشان می‌دهد که سیستم فازی می‌تواند با دقت بالایی توان رأکتیو مورد نظری را که می‌بایست توسط هر واحد DG تولید گردد بر اساس تغییرات ولتاژ باس متصل به DG، تعیین کند. علاوه بر این، یک روش کنترل متمرکز ولتاژ نیز روی همین شبکه اعمال شده است تا عملکرد روش پیشنهادی را تأیید نماید. بررسی‌ها نشان می‌دهد که این روش قادر است پاسخی نزدیک به پاسخ بهینه را بیاید. سناریویی که در آن، عوامل ناخواسته در عملکرد DG ها ظاهر می‌شود به صورت دقیق تعریف شده و سپس یک استراتژی جدید به منظور حل این شرایط، ارائه می‌گردد. علاوه بر این، هماهنگی بین استاتور توربین بادی و مبدل سمت شبکه (GSC) مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی توانایی روش پیشنهادی در شبکه‌های توزیع مختلف، نتایج شبیه‌سازی برای سیستم تست 33 باس IEEE نیز ارائه شده است. نتایج عددی نشان می‌دهد که سیستم فازی قادر است ولتاژ باس متصل به DG را به صورت مؤثری کنترل نماید.

1- مقدمه

بیشتر واحدهای تولید پراکنده (DGها) از اینورتر برای اتصال شبکه برق استفاده می‌کنند، مانند سیستم‌های فتوولتائیک (PV)، توربین‌های بادی با مبدل‌های پرتوان و توربین‌های بادی ساخته شده با ژنراتورهای القایی تغذیه دوبل (DFIG). این فناوری‌های DG به خاطر مزایای متعددی که دارند متداول‌تر شده و امروزه بخشی از سیستم‌های توزیع هستند. DG ها می‌توانند توان اکتیو و ر رأکتیو بار را به صورت محلی تأمین کنند که در نتیجه این ویژگی، تلفات خط کاهش می‌یابد. همچنین، ولتاژ و پایداری سیستم قدرت را می‌توان با یکپارچه‌سازی DG با شبکه قدرت، بهبود بخشید. یک ویژگی جالب‌توجه دیگر از DG های مبتنی بر اینورتر قابلیت آن‌ها در کنترل توان رأکتیو است و برخی از شبکه‌های امروزی به مشارکت سیستم‌های PV و توربین‌های بادی در کنترل توان رأکتیو در سیستم قدرت نیاز دارند. به منظور برآورده سازی این نیاز شبکه، سازنده‌های اینورتر های خورشیدی اینورتر های خورشیدی خود را با قابلیت کنترل توان رأکتیو ارائه می‌کنند. 

5- نتیجه‌گیری‌ها

در این مقاله، یک روش غیرمتمرکز برای کنترل توان رأکتیو سیستم‌های PV و توربین‌های بادی با هدف تنظیم ولتاژ باس DG به کار رفته است. روش پیشنهادی بر اساس یک سیستم فازی است که توابع عضویت با کمک الگوریتم گرادیان نزولی بهینه‌سازی می‌شوند. ظرفیت توان رأکتیو سیستم‌های PV، توربین‌های بادی PMSG و توربین‌های بادی DFIG در کنترل ولتاژ در نظر گرفته شده است. شبیه‌سازی‌ها روی یک سیستم توزیع واقعی 54 باس در یک روز تابستانی و یک روز زمستانی صورت گرفته است. به منظور ارزیابی عملکرد سیستم کنترل فازی، یک روش متمرکز مبتنی بر PSO اعمال شده است تا خروجی توان رأکتیو بهینه DG ها محاسبه کند. سیستم کنترل فازی در ادامه روی شبکه توزیع 33 باس IEEE نیز اعمال شده است تا توانایی روش پیشنهادی را نشان دهد.

Abstract

The presence of power electronic-based wind turbines and photovoltaic systems in distribution networks has provided distribution companies an opportunity to implement voltage control through using the reactive power of these systems. In this paper, a decentralized method based on fuzzy logic is proposed to control the reactive power of distributed generations (DGs) regarding the technical constraints. The fuzzy system is optimized by gradient descent algorithm (GDA) and then implemented on various DG technologies including a photovoltaic (PV) system, permanent magnet synchronous generator (PMSG) wind turbine and also a doubly fed induction generator (DFIG) wind turbine. The system under study is tied to a real distribution network. Having simulated the system, the paper shows that the fuzzy system can appropriately determine the desired reactive power that should be produced by each DG based on the voltage variation of the bus at which the DG is connected. Furthermore, a centralized voltage control is also applied to the same network to verify the performance of the method proposed. The verification indicates that the method is capable of finding the near-optimal solution. A scenario in which an unwanted conflict appears in the DGs’ function is defined in detail and then a strategy is presented to resolve the situation. In addition to this, the coordination between the stator of the wind turbines and grid side converter (GSC) is examined. To investigate the robustness of the proposed method in different distribution networks, simulation results are also presented for IEEE 33-bus distribution test system. The numerical results show that the fuzzy system can effectively control the voltage of the DG connection bus.

1. Introduction

Most of the distributed generations (DGs) use inverters to connect to the power grid such as photovoltaic (PV) systems, wind turbines with full-power converters and wind turbines made up with doubly fed induction generators (DFIG). These DG technologies have become very popular for their benefits and now they are a part of the distribution systems [1]. DGs can supply the load active and reactive power locally, which results in a reduction in line losses [2]. Also, voltage and stability of the power system can be improved by integrating DG into the power grid [3]. An interesting feature of inverter-based DGs is their capability of reactive power control and some grid codes now require that PV systems and wind turbines participate in reactive power control of the power system [4]. To comply with new grid codes, solar inverter manufacturers are presenting their photovoltaic inverters with reactive power control capability.

5. Conclusions

In this paper, a decentralized method is used for reactive power control of PV systems and wind turbines with the aim to regulate DG bus voltage. The proposed method is based on a fuzzy system that its membership functions are optimized by the gradient descent algorithm. The reactive power capability of PV systems, PMSG wind turbines, and DFIG wind turbines are considered in the voltage control. The simulations are conducted in a real 54 bus distribution system during a typical day, a summer day and a winter day. To evaluate the performance of the fuzzy control system, a centralized method based on the PSO is also performed to obtain the optimal reactive power output of the DGs. The fuzzy control system is also applied to the IEEE 33 bus distribution network to show the robustness of the proposed method.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل توان راکتیو غیرمتمرکز واحدهای توزیع شده تولید توان بادی و فتوولتائیک با استفاده از یک روش مبتنی بر بهینه سازی شده فازی

Decentralized reactive power control of distributed PV and wind power generation units using an optimized fuzzy-based method

الگوریتم های ردیابی جریان توان هرز و توزیع تلفات برای شبکه های قدرت با استفاده از محاسبات ماتریس

New reactive power flow tracing and loss allocation algorithms for power grids using matrix calculation

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

الگوریتم های ردیابی جریان توان هرز و توزیع تلفات برای شبکه های قدرت با استفاده از محاسبات ماتریس

New reactive power flow tracing and loss allocation algorithms for power grids using matrix calculation

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

الگوریتم کنترل توزیع شده برای کنترل بهینه توان راکتیو در شبکه های قدرت

Distributed control algorithm for optimal reactive power control in power grids

چکیده

مقدمه

فرمول‌سازی مسئله

طراحی الگوریتم معرفی شده

کنترل غیرخطی توزیع شده برپایه الگوریتم

اجرای الگوریتم پیشنهاد شده

مطالعات شبیه‌سازی

مورد مطالعه 1: سیستم 9 باس

آنالیز تاثیر سطح تولید/مصرف بالا و ضرایب وزنی مختلف

مورد مطالعاتی 2: سیستم 39 باس

مورد مطالعاتی 3: سیستم 162 باس

نتیجه‌گیری

چکیده

تولید توان راکتیو همواره برای حداقل کردن تلفات توان و بهبود پروفایل ولتاژ در سیستم‌های قدرت استفاده شده است. به هرحال، به دلیل اینکه تولید توان راکتیو تا حدی بر قابلیت کنترل فرکانس ژنراتور تاثیر می‌گذارد، هزینه‌های مربوط به آن باید درنظر گرفته شود. این مقاله یک روش کنترل غیرخطی مبتنی بر الگوریتم را پیشنهاد می‌دهد، تا به تولید توان راکتیو بهینه برای چندین ژنراتور در شبکه قدرت دست پیدا کند. هر ژنراتور برای به روز رسانی تنظیمات کنترل توان راکتیو خود تنها به اندازه‌گیره‌های محلی و تبادل اطلاعات با باس‌های مجاور خود نیاز دارد. در این مقاله نشان داده شده است که الگوریتم ارائه شده می‌تواند بطور یکنواخت از حالت غیرمحدب بودن تابع هدف بکاهد تا همگرا شود و با سرعت همگرایی بیشتر به جواب‌های قابل قبول در مقایسه با تکنیک‌ متمرکز PSO (بهینه‌سازی ازدحام ذرات) دست یابد. الگوریتم ارائه شده روی شبکه 9 باس، 39 باس و 162 باس IEEE پیاده‌سازی شده است تا کارایی و مقیاس‌پذیری آن بررسی شود.

مقدمه

تولید توان راکتیو به طور گسترده بمنظور بهبود ولتاژ باس‌ها، همچنین حداقل نمودن تلفات توان در سیستم‌های قدرت سنتی استفاده شده است. تکنیک‌های بهینه‌سازی و کنترل بسیاری برای کنترل بهینه توان راکتیو مانند، برنامه‌ریزی خطی، روش گرادیان، روش جستجوی نقطه میانی و الگوریتم برنامه ریزی مجذوری متوالی معرفی شده‌اند. از نقطه ضعف این راه‌حل‌ها می‌توان حساسیت به شرایط اولیه و محدودیت‌های ریاضی بر تابع هدف‌ها مانند محدب بودن آن‌ها را نام برد. اخیرا، ایده‌های محاسباتی زیادی بصورت یک روش ارائه شده‌اند تا بر عیب‌های الگوریتم‌های سنتی مانند، الگوریتم جستجوی گرانشی، الگوریتم تکاملی تفاضلی، الگوریتم ژنتیک پیشرفته، کلونی زنبور عسل مصنوعی، و بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) غلبه کنند. به هرحال، همه این الگوریتم‌ها به یک شبکه ارتباطی پیشرفته برای جمع‌آوری اطلاعات سراسری نیاز دارند و همواره بصورت آفلاین در یک روش متمرکز می‌باشند.

نتیجه‌ گیری

این مقاله یک الگوریتم کنترل غیر خطی توزیع شده برای کنترل بهینه توان راکتیو چندین ژنراتور در یک شبکه قدرت پیشنهاد کرد. تلفات توان اکتیو، انحراف ولتاژ و هزینه تولید توان راکتیو در تابع هدف منظور شدند و کنترل بهینه تولید توان راکتیو چندین ژنراتور بصورت یک مسئله غیر-محدب فرمول‌سازی شد. تنها از اطلاعات مبادله شده بین باس‌های مجاور استفاده می‌شود تا جواب بهینه بدست آید، بنابراین در مقایسه با الگوریتم‌های متمرکز بار محاسباتی و ارتباطی این الگوریتم کمتر خواهد بود. همچنین این موضوع اثبات شد که با در نظر گرفتن تقریب cos(δji) = 1 در حالت سطح بار/تولید معمولی، در مقایسه با حالتی که از این تقریب استفاده نشود، می‌توان به نتایج قابل قبولی دست یافت و الگوریتم را برای کاربردهای آنلاین ساده نمود. کارایی الگوریتم کنترل غیرخطی توزیع شده معرفی شده در شبکه‌های 9، 39 و 162 باس IEEE مورد بررسی قرار گرفت و نتایج شبیه‌سازی با استفاده از این الگوریتم و با استفاده الگوریتم متمرکز PSO مورد مقایسه قرار گرفتند.

Abstract

Reactive power generation has been commonly used for power loss minimization and voltage profile improvement in power systems. However, the opportunity cost of reactive power generation should be considered since it affects the frequency control capability of the generator to some degree. This paper proposed a distributed nonlinear control based algorithm to achieve the optimal reactive power generation for multiple generators in a power grid. The reactive power control setting update for each generator only requires local measurement and information exchange with its neighboring buses. It is demonstrated that the proposed algorithm can reduce the non-convex objective function monotonically till convergence and achieve comparable solutions to the centralized technique: particle swarm optimization with faster convergence speed. The proposed algorithm has been tested on the IEEE 9-bus, 39-bus and 162-bus systems to validate its effectiveness and scalability.

Introduction

Reactive power generation has been widely used to improve the voltage of the buses as well as minimize the power loss in the conventional power systems. Abundant control and optimization techniques have been developed for the optimal reactive power control such as linear programming [1], gradient method [2], interior point method [3,4], and sequential quadratic programming algorithm [5]. Shortcomings of these solutions include sensitivity to initial conditions and mathematical restriction on objective functions, such as convexity. Recently, numerous computational intelligent based methods have been proposed to overcome the shortcomings of the traditional algorithms such as, Gravitational Search Algorithm [6], Differential Evolution Algorithm [7], Enhanced Genetic Algorithm [8], Artificial Bee Colony [9], and Particle Swarm Optimization (PSO) [10]. However, all these algorithms require sophisticated communication network for global information collection and are usually implemented offline in a centralized way.

Conclusions

This paper proposed a distributed nonlinear control based algorithm for optimal reactive power control of multiple generators in a power grid. Active power loss, voltage deviation and reactive power generation cost are taken into consideration, and the optimal reactive power control of multiple generators is formulized as a non-convex problem. Only information exchange among neighboring buses is used to achieve the optimal solution, thus, the computational and communication burden are reduced compared to centralized algorithms. It has been demonstrated that by approximating cos(dji) = 1, the calculation for online application is simplified and can still provide comparable results to that of the one without approximation at normal level of generation/load condition. The effectiveness of the proposed distributed nonlinear control based algorithm is validated by comparing to the centralized algorithm: PSO, for IEEE 9-bus, 39-bus and 162-bus systems.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

الگوریتم کنترل توزیع شده برای کنترل بهینه توان راکتیو در شبکه های قدرت

Distributed control algorithm for optimal reactive power control in power grids

کنترل توان راکتیو در شبکه های هوشمند با سیستم های چندعامل

Multi-agent systems for reactive power control in smart grids

چکیده

مقدمه

انگیزه

بررسی اجمالی مقالات دیگر و سهم آن ها در این پژوهش

سازماندهی مقاله

سیستم های چندعاملی (MASs) در شبکه های هوشمند

مفهوم MAS

سازمان MAS

مفهوم هولون

سازمان هولونیک

تعاملات وابسته به هدف

دینامیک های هولون

مذاکرات هولونیک

فرمول بندی مسأله ی DORPC

DORPC مبتنی بر ساختار هولونیک

فرمول بندی DGها و PEVها

بررسی عددی

بار ارتباطات و محاسبات

نتیجه گیری

چکیده

نظارت بر سیستم های قدرت، اساسی ترین پیش فرض برای تصمیم گیری معقولانه در یک مرکز کنترلی محسوب می گردد. در سال های اخیر، با ظهور شبکه های هوشمند، نظارت و کنترل توان راکتیو در سیستم های قدرت، وارد عصر جدیدی شده است. این موضوع، نیاز به روش های مؤثر کنترل توان راکتیو بهینه ی غیرمتمرکز (DORPC)، مخصوصاً مبتنی بر چارچوب های موجود جدید که همراه با شبکه های هوشمند پدید آمده اند را برجسته کرده است. این مقاله، رویکردی جدید برای مسأله ی DORPC مبتنی بر معماری هولونیک را ارائه کرده است. معماری هولونیک دارای یک سری ویژگی های منحصر به فرد است که توسط آن، هدف مسأله ی DORPC می تواند از طریق یک استراتژی زمانی، بهینه گردد. به منظور نشان دادن ویژگی های رویکرد پیشنهادی، با دو روش دیگر و با در نظر گرفتن مجموعه ای از شاخص ها، مقایسه شده است. بر این اساس، رویکرد پیشنهادی دارای پتانسیل های زیادی در راستای کاهش تلفات توان اکتیو و بهره برداری کامل از منابع توان راکتیو موجود است. آن نیازمند مجموعه ی محدودی از داده ها بوده و تلورانس خطای شبکه را بهبود می بخشد.

نتیجه گیری

جهت کاهش مسائل مرتبط با رویکردهای کنترل متمرکز، یک چارچوب غیرمتمرکز جدید برای کنترل توان راکتیو بهینه در این مقاله پیشنهاد شده است.این چارچوب بر اساس هولون هایی است که ساختارهایی منتشرشونده، خود سازمان یافته و در حال تحول دارند. یک هولون به هولون های دیگر متصل می گردد و به موازات آن، با دیگر هولون ها ارتباط برقرار کرده و بخشی از سیستمی خیلی بزرگ تر از خود می گردد. با توجه به منطق پشت این چارچوب پیشنهادی، منابع توان راکتیو موجود به طور کامل مورد بهره برداری قرار می-گیرند تا محدودیت های امنیتی شبکه حفظ گردد. روش جدید روی مطالعه ی موردی جامعی مورد تست قرار گرفته است (شامل چهار سیستم توزیعی ناشی از یک شبکه ی انتقال)، این درحالی است که عدم قطعیت های غالب نیز در این بررسی در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان می دهند که استراتژی DORPC پیشنهادی با فعالیت های هوشمند سازگارتر از روش های قبلی ناشی از اقدامات کنترلی کمتر است. یکی دیگر از نتایج مفید این ساختار، بهره وری بیش تر در محاسبات بهبود یافته ی آن می باشد. این موضوع منجر به کاهش زمان فرآیند تصمیم گیری و در نتیجه افزایش پایداری شبکه می گردد. نتایج شبیه سازی ما نشان می دهند که، نه تنها ساختار پیشنهادی دارای پتانسیل های زیادی برای صرفه جویی قابل توجه در پهنای باند ارتباطی است، بلکه تلورانس خطای ساختار به دلیل ویژگی دینامیکی هولون ها افزایش یافته است.

Abstract

Power system monitoring is the most fundamental prerequisite for making reasonable decisions in a control center. In recent years, with the advent of smart grids, monitoring and control of reactive power in power systems has entered a new era. This issue have highlighted the need for effective methods of decentralized optimal reactive power control (DORPC), especially based on the new available frameworks which have emerged along with the smart grids. This paper presents a novel approach to the DORPC problem based on a Holonic architecture. The Holonic architecture has some unique features by which the objective of the DORPC problem could be optimized through a timely proposed strategy. In order to demonstrate the features of the proposed approach, it is compared with two other methods considering a set of indices. Accordingly, the proposed approach has great potential to reduce the active power losses and to fully exploit the available reactive power resources. It requires a limited set of data while improves the fault tolerance of the network.

Conclusion

To alleviate the problems associated with the centralized control approaches, a novel decentralized framework for optimal reactive power control has been proposed in this paper. The framework is based on the Holons, which are evolving, self-organizing, and dissipative structures. A Holon is connected to other Holons, and at the same time, is nested within another Holon and so is a part of something much larger than itself. According to the rationale behind the proposed framework, it would fully exploit the available reactive power resources so as to keep the network security constraints. The novel method is tested on a comprehensive case study (including four distribution systems emanating from a transmission network), while the prevailing uncertainties are assiduously taken into account. The results indicate that the proposed DORPC strategy is more compatible with smart activities than the previous methods because of few control actions. Another beneficial result of this structure is its more improved computational efficiency. This issue leads to a decrease in the time of decision making process, and consequently, an increase in the stability of the network. Our simulation results have demonstrated that not only does the proposed structure have great potential to considerably save the communication bandwidth, but also the fault tolerance of the structure is increased due to the dynamic feature of Holons.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل توان راکتیو در شبکه های هوشمند با سیستم های چندعامل

Multi-agent systems for reactive power control in smart grids