منبع پایان نامه درباره دینامیکی، شبکه عصبی مصنوعی، شبکه عصبی، مدل ریاضی

دانلود پایان نامه

کلی یک سیستم به دو زیر شاخه:

1. امنیت دینامیکی

2. امنیت استاتیکی

قابل تقسیم است. از توانایی سیستم قدرت براي حفظ و نگهداري خود در دورة وقوع اختلال (که خود از سـه دامنه فوق گذرا-گذرا-دینامیک تشکیل شده است) با عنوان امنیت دینامیکی تعبیر مـی گـردد. بـا توجـه بـه اهمیت بسیار زیاد امنیت سیستمهاي قدرت، فرایند ارزیابی وبهبود آن همواره مورد توجه مهندسـین طـراح و بهرهبردار بوده، به قسمی که عملیات ارزیابی و بهبود امنیت سیستم هاي قدرت یکی از وظایف بسیار مهـم و اساسی مراکز کنترل و بهره برداري شبکه هاي قدرت می باشد. شکل کلی فرایند ارزیـابی و بهبـود سیـستم هاي قدرت در شکل1-1 بیان شده است. باتوجه به اهمیت امنیت در سیستم هاي قدرت و همچنین تغییرات مستمري که در حین عملیات بهره برداري 24 ساعته در شبکه اتفاق می افتد ضرورت دارد که دائماً از طرف بهره بردار، عملیات بهره برداري به شکلهاي مختلف بر روي سیستم هاي قدرت اعمال گردد،اما با توجه بـه ویژگی بالا بودن امنیت نباید این عملیات بگونه اي باشدکه سبب بروز اغتشاش در رفتار سیستم و در نتیجـه نقض غرض گردد. از طرفی سیستم قدرت هر کشور منحصر بفرد بوده به قسمی که نمونه دومی نمی تـوان براي آن ایجاد نمود. بنابر این با توجه به ویژگی منحصر بفرد بودن سیستمهاي قدرت و ضـرورت اجتنـاب از عملیات بهره برداري بررسی نشده، براي ارزیابی اولیه از نتایج عملیات بهره برداري و یا طراحی ضرورتاً مـی باید از یک نمونه مشابه سیستم قدرت استفاده نمود تا بتوان ابتداً نتایج مانورهاي طراحی یا بهـره بـرداري را برآن آزمایش و در صورت اطمینان از بی خطر بودن، نتایج آن مانورها را بر شبکه واقعی اعمال نمود.

17

نمونه مشابه سیستم قدرت را شبیه ساز1 و عملیات آزمایشی بـرروي نمونـه مـشابه را محاسـبات و مطالعـات شبیه سازي2 گویند. فرایند شبیه سازي سیستمهاي قدرت فارغ از اینکه دیجیتال باشد یـا آنـالوگ از مراحلـی بدین ترتیب تشکیل شده است:

_1 شناسایی اجزاء سیستم قدرت

_2 ساخت و یا استخراج معادلات حاکم بر اجزاء

_3 ترکیب اجزاء و یا معادلات آنها

_4 حل معادلات با روشهاي ریاضی بوسیلهکامپیوتر

_5 استخراج نتایج که در این میان مدلسازي اجزاء سیستم قدرت که همان شناسایی و استخراج معـادلات حـاکم بـر اجـزاء آن

است یکی از قدم هاي اصلی این فرایند بشمار میرود. به بیان دیگر یک متخـصص شـبکه در روش کـاري خود اولویت بندي هایی دارد که اولین آنها رساندن انرژي الکتریکی تولیدي به مصرف کننده است، در مرحله

دوم به تامین امنیت شبکه اهتمام می ورزد. و نهایتاً تلاش خویش را در جهت بهبود هر چـه بیـشتر کیفیـت انرژي که به مصرف کننده تحویل داده می شود مصروف می دارد. اگر چه بسیاري از اقداماتی که در جهـت امنیت سیستم هاي قدرت انجام می شود کیفیت توان را نیز ارتقاء می دهد. تامین امنیت سیستم خود شـامل مراحل و اولویتهایی است که اولین گام آن را مقاوم سازي و پایدار سازي شبکه در حالت هاي گذرا می باشد

1-simulator 2-simulation

18

و دومین گام شامل پایدار سازي دینامیکی شبکه می شود. از دیدگاه فرکانسی می توان حالت هـاي گـذرا در شبکه را با نوسانات فرکانس بالا و حالت هاي دینامیکی آن را با نوسانات فرکانس پایین معرفی کرد. در اکثر شبکه هاي دنیا خاصه با پیچیده شدن شبکه ها پدیده نوسانات فرکانس پایین مشاهده شده است. ژنراتورهـا به عنوان تولید کننده نقش اصلی در ارتباط با این نوسانات دارند. اینها از نوع نوسان در پارامترها هستند و با اغتشاشات حالتهاي گذرا متفاوتند. گاه این اغتشاشات بدون رخ دادن هیچ واقعهاي در طی کار معمول شـبکه بوجود می آیند مثلاً با تغییر تپ ترانس درکم باري و مواردي از این قبیل. اگرچه در مرحله بعد از حالت هـاي گذراي شبکه (از دیدگاه زمانی) نیز چنین بحثی مطرح می شود. بایـد توجـه داشـت کـه ایـن نوسـانات را در مقایسه با فرکانس شبکه، فرکانس پایین نام نهاده اند. دامنه فرکانسی مطرح از کسر یک تا چند هرتـز اسـت که بطور معمول بازة 0.5-2.5HZ را در بر می گیرند و در موارد حدي 0.1-4HZ می باشد. این نوسانات را به انواع :

-1 محلی

-2 بین ناحیه اي تقسیم کرده اند. که نوسانات یک ماشین نسبت به شبکه بزرگ یا شین بی نهایت متّصل به آن را محلّی نـام

نهاده اند. نوسانات بین ناحیه اي نمونه هایی مانند دو ژنراتور که با خطوطی به هم متصل هستند یا مجموعه دو ناحیه با یکدیگر را در برمی گیرد. از دیدگاه فرکانسی نیز این دو نوع نوسانات دینامیکی باهم تفاوت دارند.
ثابت می شود عامل این نوسانات، مد مکانیکی توربوژنراتور است. همانگونه کـه پـیشتـر توضـیح داده شـد تامین امنیت سیستم هاي قدرت در برابر نوسانات دینامیکی مانند سایر شاخه ها نیازمند شبیه سازي شبکه از این زاویه دید میباشد. مقادیر پارامترهاي دینامیکی اجزاء در این شبیه سازي داراي نقش کلیدي هـستند. بـا توجه به نقش ژنراتور در میان اجزاء شبکه از دیدگاه نوسانات دینامیکی تعیین پارامترهـاي آن بـسیار مهـم و تعیین کننده خواهد بود. صحت و دقّت تعیین این پارامترها وابسته است به روش بکار گرفته شده براي بـراي تعیین آنها . این مطالب موجب پیدایش روشهاي گوناگون براي تعیین این پارامترها شده است. از طرف دیگـر این پارامترها براي هر ژنرا
تور مقدار ثابتی نیستند و بخـاطر عـواملی چـون پیرشـدن ژنراتـور، ایجـاد بعـضی خطاهاي داخلی و ….. تغییر می کنند. این شرایط موجـب طـرح روشـهاي بلادرنـگ1 در تعیـین پارامترهـاي دینامیکی ژنراتور سنکرون شده است. از جهت دیگر روش بکارگیري و تبعات عملی یک تکنیک شناسـایی و ملزومات آن نیز حائز اهمیت است. گروهی از این روشها اگر چه نتایج نسبتاً دقیق و قابل اعتمادي نیز فراهم می آورند لیکن به علت خطر هاي ناشـی از تـست هـاي مطـرح در آنهـا (ماننـد آزمـایش اتـصال کوتـاه2 و

باربرداري( 3 و یا ملزوماتشان چون جداسازي ژنراتور از شبکه چندان مطلـوب نیـستند. بعـضی از اجـزاء ایـن گروه روشها به مرور مطرود شده اند. مقالات جدید ارائه شده در سایر اجزاء این گروه با هـدف بهبـود آنهـا و حذف مشکلات مذکور شکل گرفتهاند. دسته دیگر این روشها نمونههـایی هـستند کـه بـا چنـین مـشکلاتی

3-On-Line 4-Short Circuit 5-Load Rejection

19

مواجه نیستند(مانند استفاده از تخمینگر شبکه عصبی مصنوعی.(1 کارهاي انجام شده دربارة ایـن روشـها در راستاي بهبود هرچه بیشتر آنها و یا اطمینان از نتایج حاصله توسط آنها شکل گرفته اند. با توجه بـه مقدمـه ذکر شده ابتداً لازم است کلیات روشهاي مدل سازي ژنراتور سنکرون مورد بررسی قرارگیـرد تـا درگـام بعـد نسبت به بررسی روشهاي شناسایی پارامترهاي آن اقدام شود.

6- Artificial-Neural Network

20

فصل دوم:

مدل سازي ماشین سنکرون

21

-1-2 پیشگفتار:

شبیه سازي رفتار ژنراتورهاي سنکرون براي انجام مطالعات گوناگون دینامیکی در سیستمهاي قدرت، مستلزم انتخاب یک مدل مناسب جهت مدلسازي ماشین میباشد. مدل ارائه شده براي هر سیستم شامل یک ساختار و تعدادي پارامتر میباشد که جهت پیشگویی رفتار آن سیستم در حالتهاي مورد نظر بکار گرفته میشود. مدل مورد استفاده براي یک سیستم باید به سادگی قابل فهم بوده، بکارگیري آن سهل باشد و در عین حال بتواند رفتار سیستم را با دقت و صحت قابل قبولی براي یک محدوده مشخص پیشگویی نماید.
بعبارت بهتر رفتار پیشبینی شده سیستم بواسطه شبیهسازي براساس مدل ارائه شده تا حد قابل قبولی به رفتار واقعی سیستم نزدیک باشد. هر چند این دو خاصیت از مدل یعنی سادگی و واقعی بودن همواره در تضاد با یکدیگر هستند، (یعنی مدلهاي واقعی به ندرت ساده هستند و مدلهاي ساده به ندرت میتوانند واقعی باشند)، اما میتوان جهت رسیدن به پاسخ دلخواه مصالحهاي منطقی مابین این دو خاصیت برقرار کرد. مدل دو محوري پارك از معمولترین و پذیرفتهترین مدلهاي ماشین سنکرون میباشد. در این فصل ابتدا اصول مدلسازي ماشین سنکرون براساس تئوري دو محوري پارك به اختصار بررسی میشود، سپس پارامترهاي ماشین سنکرون معرفی شده و نحوه محاسبه پارامترها براساس مدل دو محوري پارك و همچنین نحوه مدلسازي ماشین با داشتن پارامترهاي آن بررسی میگردد. همچنین در این فصل ارتباط میان مرتبههاي مختلف مدل پارك با نوع ژنراتور و نوع مطالعه مورد نظر تشریح میشود.

-2-2 ساختار فیزیکی ماشین سنکرون:

-1-2-2 ساختار روتور و استاتور:

بزرگترین و شاید متداولترین ماشین هاي الکتریکی که با سرعت سنکرون می چرخند، ماشین هاي سنکرون سه فاز میباشند. اگرچه ساخت ماشین هاي سنکرون سه فاز پر هزینه میباشد، اما بازده بالاي این ماشینها در قدرتهاي بالا بزرگترین مزیت آنها میباشد.

استاتور ماشینهاي سنکرون معمولاً متشکل از یک هسته مورق فرومغناطیس با شیارهایی جهت قرار گیري سیم پیچیهاي سه فاز گسترده میباشد. روتور ماشین نیز میتواند بصورت قطب برجسته یا قطب صاف ساخته شود. ماشینهاي قطب برجسته اغلب به عنوان ژنراتورهاي آبی جهت تطبیق سرعت پائین توربین-

هاي آبی با سرعت سنکرون استفاده میشوند. قطبهاي روتور این نوع ماشین به صورت جداگانه ساخته شده و سپس بر روي یک استوانه سوار میشوند. ساختار روتور گرد یا قطب صاف نیز براي کاربردهاي سرعت بالا مناسب است. ماشینهاي سنکرون با روتور گرد با دو یا چهار قطب به عنوان ژنراتورهاي واحدهاي بخاري جهت تطابق با سرعت بالاي توربین به کار میروند. همچنین در این ماشینها میتوان نسبت قطر به طول روتور را به منظور محدود کردن تنش هاي مکانیکی ناشی از نیروهاي گریز از مرکز کوچک گرفت.

22

-2-2-2 سیمبنديهاي ماشین

ماشین سنکرون سه فاز معمولاً متشکل از یک سیم پیچی سه فاز به عنوان آرمیچر و یک سیم پیچی تحریک میباشد که بنام سیم پیچی میدان نیز نامیده میشود. سیمپیچی آرمیچر معمولاً در ولتاژي بسیار بالاتر از ولتاژ تحریک کار میکند و از این رو نیازمند فضایی بیشتر براي عایقبندي مناسب میباشد.

همچنین با توجه به اینکه جریانهاي گذراي شدیدي از این سیمپیچیها عبور می کند، باید قدرت مکانیکی کافی داشته باشند. از این رو معمول است که سیمپیچی آرمیچر را بر روي استاتور ماشین قرار دهند. از نظر فضایی سیمپیچیهاي سه فاز آرمیچر، 120º با یکدیگر اختلاف مکان دارند و این موضوع سبب میشود که با چرخش یکنواخت
روتور و به تبع آن چرخش یکنواخت میدان تحریک، در این سیمپیچیها ولتاژهایی القا شود که از نظر زمانی 120º با یکدیگر اختلاف فاز دارند. سیم پیچی تحریک یا میدان معمولاً بر روي روتور قرار داده میشود. در ماشینهاي قطب برجسته معمولاً میله هاي مسی یا برنجی در سطح قطب جاي می-

گیرند که عموماً این میلهها در دوانتها به وسیله حلقههایی به یکدیگر متصل میشوند تا یک قفس سنجابی شبیه آنچه در یک موتور القایی وجود دارد، ساخته شود. مجموعه این میلهها و حلقهها به عنوان سیم پیچی میراکننده میباشند.

روتور ژنراتورهاي قطب صاف بصورت استوانهاي است که از فولاد یکپارچه ساخته میشود. سیم پیچیهاي میدان در این گونه روتورها بصورت یکنواخت در شکافهاي بدنه روتور توزیع شدهاند که معمولاً به کمک گوههایی در جاي خود محکم میشوند. اغلب در چنین ماشینهایی سیم پیچی میراکننده وجود ندارد، زیرا که روتور یکپارچه فلزي اجازه عبور جریانهاي گردابی را فراهم می آورد که تاثیري مشابه جریانهاي سیمپیچی-
هاي میراکننده دارد. برخی از سازندگان تاثیر میرایی بیشتر و قابلیت عبور جریان مولفه منفی را با استفاده از گوههاي فلزي مستقر در شکافهاي سیمپیچی تحریک (که در انتها به یکدیگر متصل شدهاند) یا با استفاده از میلههاي مسی مستقل زیر گوههاي نگه دارنده، فراهم میآورند.
-3-2 توصیف ریاضی ماشین سنکرون

-1-3-2 معادلات ریاضی حاکم بر ماشین سنکرون

در این قسمت مدل ریاضی ماشین سنکرون بر اساس تئوري دو محوري بصورت خلاصه پارك تشریح می-

شود. شکل (1-2) مدارهاي در نظر گرفته شده براي استاتور و روتور ماشین را نشان میدهد. مدار استاتور شامل یک سیم پیچی سه فاز است و روتور نیز یک سیم پیچی تحریک و یک سیمپیچی میراکننده بر روي محور d و دو سیم پیچی میراکننده بر روي محور q دارد. تعداد سیم پیچیهاي میراکننده در نظرگرفته شده به عوامل متعددي از جمله نوع ژنراتور بستگی دارد که در قسمتهاي بعدي به آن اشاره خواهد شد. مدل نشان داده شده در شکل (1-2) مدل 2-2 براساس استاندارد IEEE Std 1110 میباشد.

23

i fd d
ωr

a

e fd
q

ib

i1d

ikq

Ψb

Ψa
θ

eb
i1q

b

a

ia
ea

ec

c

Ψc

ic

شکل :(1-2) مدارهاي استاتور و روتور ماشین سنکرون

:c , b, a سیم پیچی هاي سه فاز استاتور : fd سیم پیچی تحریک

: 1d سیم پیچی میرا کننده محور d

1q و : 2q سیم پیچی هاي میراکننده محور q : ωr سرعت زاویه اي روتور برحسب رادیان بر ثانیه

: θ زاویه مابین محور مغناطیسی روتور و محور مرجع (محور مغناطیسی فاز (a

در بدست آوردن معادلات ماشین سنکرون براي ساده سازي فرضیات زیر درنظر گرفته میشود:

الف ) شکافهاي موجود بر روي سطح داخلی استاتور تاثیر قابل توجهی بر اندوکتانسهاي روتور درحال حرکت ندارند.
ب ) پسماند مغناطیسی آهن استاتور و روتور قابل صرف نظر کردن است.

ج ) از نظر تاثیر متقابل استاتور و روتور، سیم پیچیهاي استاتور بصورت سینوسی در امتداد فاصله هوایی

توزیع شدهاند.

هر چند در مدل ارائه شده اثر اشباع مستقیماً منظور نشدهاست، اما با تصحیح راکتانسهاي دو محور با استفاده از ضرایب اشباع و یا با داخل کردن مولفههاي جبرانکننده درتحریک میدان اصلی، پدیده اشباع نیز لحاظ میشود.

با فرض حالت ژنراتوري معادلات ولتاژ مربوط به سیم بندي هاي استاتور و روتور را میتوان به شکل روابط

(1-2) و (2-2) نوشت.
Ψs
d
vs −is Rs

dt

(1-2)

d
vr −ir Rr

Ψr

dt

که در آن :

24

vs v a
vb
vc t

vr v f

v1d
v1q
v2q t

is i a
ib
ic

دیدگاهتان را بنویسید