استراتژی کنترل تطبیقی برای کاربردهای جبرانساز استاتیک توزیع در سیستم برقی کشتی الکتریکی
چکیده:
جبرانساز استاتیک توزیع ( DSTATCOM ) یک دستگاه جبران کننده شنت است که به طور کلی برای حل مشکلات کیفیت توان در سیستم های توزیعاستفاده می شود. در یک کشتی تمام برقی، مشکلات مربوط به کیفیت توان به علت تقاضای بالای انرژی توسطبارها، مانند بارهای ضربه ای، بوجود می آیند . این مقاله کاربرد یک DSTATCOM برای بهبود کیفیت توان درسیستم قدرت یک کشتیدر حین و بعد از اعمال بارهای ضربه ای را نشان می دهد.استراتژی کنترل DSTATCOM نقش مهمی را در حفظولتاژ در نقطه کوپلینگ مشترک بازی می کند. در این مقاله یک استراتژیکنترل تطبیقیDSTATCOM جدید بر اساس سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) معرفی شده است. پارامترهای بهینه کنترل کنندهدر ابتدا با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات به دست آمدهاند. ایننوعیمصونیت ذاتی نسبت به اغتشاشات معمول سیستم فراهم می کند. برای اغتشاشات ناشناخته و تصادفی سیستم، پارامترهای کنترل به صورت آنلاین تغییر می کنند ،بنابراین ایمنی تطبیقی به سیستم کنترل فراهم می شود . عملکرد DSTATCOM و استراتژی کنترل تطبیقی مبتنی بر AISدر ابتدا در پلت فرم شبیه سازی MATLAB مورد مطالعه قرار گرفت . و این از طریق پیاده سازی سیستم قدرت کشتی بر روی شبیه ساز دیجیتال در زمان واقعی و الگوریتم کنترلی بر یک پردازشگر سیگنال دیجیتالی تایید شد.
فهرست واژه- کنترل تطبیقی، ایمنی تطبیقی، سیستم ایمنی مصنوعی (AIS)، پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP)، جبرانساز استاتیک توزیع (DSTATCOM)، سیستم برق قدرت کشتی، مصونیت ذاتی ، شبیه ساز دیجیتال زمان واقعی (RTDS).
مقدمه:
سیستم قدرت یک کشتی تمام برقی یک شبکه بهم پیوسته دارد، بطوری که بار نیروی محرکه، بارهای توزیع، سنسور و دیگر بارهای اضطراری و بارهای ضربهای ( سلاحهای ریلی، پرتابکنندههای هواپیما و غیره ) همه قسمتهایی از یک شبکه هستند. در بین بارها، بارهای ضربهای بیشترین اثر را بر روی کیفیت توان سیستم توزیع کشتی می گذارند زیرا آنها مقدار زیادی از انرژی را در یک دوره زمانی کوتاه نیاز دارند [۱] ، [۲].در شرایط بحرانی و جنگ برای کاهش اثرات بارهای ضربهای بر روی ولتاژ باس و بهبود طول عمر کشتی ، یک جبران ساز استاتیک توزیع ( DSTATCOM ) میتواند استفاده شود و آن را در مقدار قابل قبول نگه دارد. DSTATCOM یک اینورتر منبع ولتاژ ( VSI ) مبتنی بر ابزارهای شنت است[۳]، که معمولا در سیستمهای توزیع برای بهبود کیفیت توان استفاده میشود. اصلیترین مزیتDSTATCOMاین است که جریان تزریق شده به باسبار توزیع میتواند بوسیله ادوات الکترونیک قدرت تنظیم شود. DSTATCOMکاربردهای متنوعی دارد. برای مثال، میتواند برای خنثی کردن اثرات کمبود ضریب قدرت بار، برای جلوگیری کردن از اثرات مضرهای هارمونیکی در جریان بار، برای تنظیم ولتاژ باسبار توزیع در مقابل فرورفتگی و اضافه ولتاژ و غیره ، برای جبران توان راکتیو مورد نیاز بار و غیره به کار رود] ۴[. در این مقاله کاربرد DSTATCOM برای تنظیم ولتاژ در نقطه کوپلینگ مشترک ( PCC ) ارائه شده است.
کنترلهای داخلی DSTATCOM نقش بسیار مهمی در موثر بودن DSTATCOMدر نگهداری ولتاژ PCC در طی بارهای ضربهای ایفا میکند.بیشتر تحقیقات راجع به DSTATCOM بر روی توپولوژی و کاربردهای آن معطوف شده است. برای مثال، درباره استراتژیهای کنترلی متفاوت بر پایه توپولوژیهای اینورتر چند سطحی جبرانساز های موازی در ] ۳[ و همچنین ] ۵[ – ] ۷[ بحث شده است. یک کنترلکننده مقاوم ( استراتژی کنترل مد لغزشی) در [۸] و [۹] اقتباس شده است. اما این استراتژیهای کنترلی برای تغییرات در دینامیکهای سیستم سازگار نشده است، بنابراین، ممکن است عملکرد مطلوبی برای اغتشاشات ناشناخته و تصادفی سیستم نداشته باشد. این نوع اغتشاشات در سیستمهای عرشه کشتیهای نیرو دریایی بخصوص در شرایط جنگ اجتناب ناپذیر هستند. انواع گوناگونی از اسلحههای ریلی و پرتاب کنندهها ممکن است منجر به انواع گسترده اغتشاشات بارهای ضربهای شوند.کنترل تطبیقی DSTATCOM برای نجات و افزایش طول عمر لازم میشود. کنترلکنندههای مرسوم برای DSTATCOM عموما بر اساس کنترلکننده PI ( انتگرال تناسبی ) هستند. تنظیم کنترلکننده PI برای یک سیستم غیر خطی با تعداد زیاد کلید یک کار پیچیده است. برای غلبه بر این مشکلات میتوان از روشهای هوش محاسباتی ( CI ) استفاده کرد. کاربرد روشهای CI در طراحی کنترلکننده تطبیقی برای DSTATCOM ، هنوز بطور گسترده توسط محققان مورد تحقیق و تفحص قرار نگرفته است. مطالعات در [۱۰] و [۱۱] بر پایه شبکه عصبی (NNs ) است. در [۱۰] NN ( شبکه عصبی ) تربیت شده با الگوریتم پس انتشار، جایگزین کنترلر PI شده است . اما تربیت کردن به صورت آفلاین انجام شده است و بنابراین کنترلر بر پایه شبکه عصبی مصنوعی ( ANN ) تطبیقی نمیباشد. در [۱۱] یکNN مبنی بر ژنراتور جریان مرجع استفاده شده است که جزئی از استراتژی کنترل تطبیقی میباشد. اینجا اگرچه ژنراتور مرجع بصورت آنلاین از NN استفاده میکند اما تنظیم ولتاژ DC به وسیله کنترلرهای PI مرسوم انجام میشود.
در این مقاله، استراتژی کنترل تطبیقی برای DSTATCOM بر اساس سیستم ایمنی مصنوعی ( AIS ) ارائه میشود. بیشتر روشهای CI آفلاین هستند و نیازمند آگاهی اولیه از رفتار سیستم میباشند. اما AIS ، که توسط تئوری ایمنی شناسی، مشاهدات ، قواعد و مدلها احیا شده است، پتانسیل کافی برای تشخیص وکنترل سیستم تطبیقی آنلاین را دارد[۱۲]. تغییرات غیرعادی در پاسخ سیستم فورا و بدون هیچ گونه آگاهی اولیه تشخیص داده و اعمال میشود[۱۳]. کنترلر DSTATCOMAIS-based، رفتارهای ذاتی و ایمنی تطبیقی سیستم را نمایش میدهد. پاسخ ذاتی برای اغتشاشات عمومی میباشد و برای بهینه بودن به پارامترهای کنترلر نیاز دارد. در این مقاله پارامترهای ذاتی کنترلر با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذره ( PSO ) تعیین شده است. پاسخ تطبیقی برای اغتشاشات جدید و غیر معمولی است و نیازمند این است که پارامترهای کنترلر تطبیقیباشند. استراتژی AIS برای تطبیق این پارامترها به کار برده میشود.
استراتژی کنترل تطبیقی DSTATCOM در سیستم برق عرشه کشتی برای اولین بار در پلت فرم شبیه سازی MATLAB/Simulink مورد مطالعه قرار گرفت[۱۴] . بر اساس عملکرد مطلوب، این بر روی یک پلت فرم شامل یک شبیه ساز دیجیتال زمان واقعی ( RTDS ) و یک پردازشگر سیگنال دیجیتال ( DSP ) انجام شده است. از مزایای RTDS این است که میتواند دینامیکهای یک سیستم نزدیک به سیستم عملی و واقعی را نمایش دهد. سوئیچینگهای الکترونیک قدرت سرعت بالا نیز به طوری شبیه سازی شده است که میتواند در هر زمان با سخت افزار واقعی در ارتباط باشد . تنظیم پارامترهای کنترلر توسط PSO برای نمایش پاسخ ذاتی و همچنین استراتژی کنترل AIS-based برای نمایش پاسخ تطبیقی بر روی یک DSP در ارتباط با RTDS انجام میشود.
An Adaptive Control Strategy for DSTATCOM Applications in an Electric Ship Power System
Abstract
لطفاً براي ارسال دیدگاه، ابتدا وارد حساب كاربري خود بشويد