معرفی یک الگوریتم تخمین میرایی نوسانات الکترومکانیکی شبکه‌های قدرت

STUDENT

DEGREE

YEAR

The need for electrical energy with minimal stops,causes a wide researches focusing on control mechanisms for improving the stability of power grids. Also, development of electrical grid, various methods of electrical energy production, and reaction between powerhouses, are motivations to discuss stability analysis in power system especially in the last two decades. Butstability of electrical grids has faced with serious challenges. Electrical networks are prone to different disturbances such as short circuit, electromechanical oscillations and subsynchronous resonance. These factors could produce sinusoidal signals, exponentially damped sinusoidal (EDS) signals and decaying dc signals that can cause negative effects on power grid’s stability. These signals are usually undesired and can even cause instability. Therefore, it is necessary to identify undesired signals and reduced their effects on power system. Among different disturbances in power system, EDS signals are extremely important because they appear in various fields such as electromechanical oscillations, subsynchronous resonance and in dynamic states after fault clearance. Therefore, it is necessary to offer an efficient algorithm to identify the parameters ofEDS signals. Dueto importance of electromechanical oscillations, this study is focused on these disturbances. In this thesis, an adaptive algorithm is proposed for the estimation of the frequency and damping factor of EDS signals. Motivated by second-order generalized integrator ( SOGI )structure for frequency estimation of sinusoidal signals, a new measurement-based method, called damped-SOGI is proposed for estimating the parameters of electromechanical oscillations. Mathematical formulation of proposed algorithm consists of a linear filter and two update law that joint with the filter dynamic provide estimation of the EDS signal parameters. Stability properties of the proposed algorithm are investigated based on application of the averaging theory and integral manifold of slow adaptation. Various aspects of the proposed algorithm are investigated via simulation. Specifically, a number of simulations are conducted to show that the proposed method is appropriate for estimation of parameters that have step changes in frequency and damping factor, and signals composed of severalEDS signals. Moreover, proposed algorithm is simulated on Kundur’s two area system. The thesis further contributes in presenting an adaptive algorithm for rejection of the EDS type disturbances affecting a power systemusing damped-SOGI. The proposed compensator which is based on the concept of the internal model principle scheme reproduces the disturbance signal in the loop. The main advantage of the proposed compensator is that no information of power system dynamics is necessary to design.Compared with power system stabilizers and optimal control methods, design of proposed method is simpler and less expensive. The performance of the compensator is evaluated using simulation on a photovoltaic plant and Kundur’s two area system. Key Words: Electromechanical oscillation, exponentially damped sinusoidal, frequency, damping factor, integral manifold, averaging theory, photovoltaic plants

نیاز به انرژی الکتریکی با کمترین توقف، باعث تمرکز حجم وسیعی از مطالعات بر روی مکانیزم‌های کنترلی برای بهبود پایداری در شبکه‌های قدرت شده است. توسعه و گسترش شبکه‌های الکتریکی، تنوع روش‌های تولید انرژی الکتریکی و همچنین تاثیرمتقابل نیروگاه‌ها بر یکدیگر از دیگر دلایل بررسی پایداری شبکه‌های الکتریکی از دیدگاه‌های مختلف در دو دهه‌ی اخیر بوده است. اما پایداری شبکه‌های الکتریکی همواره با چالش‌های جدی روبه‌رو است. شبکه‌های الکتریکی همواره با اغتشاش‌های گوناگون از جمله خطاهای اتصال کوتاه، نوسان‌های الکترومکانیکی، فرکانس زیر سنکرونو اغتشاشاتی از این دست روبه‌رو هستند. این عوامل می‌تواند باعث تولید سیگنال‌های سینوسی، سینوسی میرا وجریان مستقیم میرا شود که تاثیر منفی بر روی پایداری شبکه قدرت و نیروگاه‌ها دارند. این سیگنال‌ها معمولا نامطلوب بوده و حتی می‌تواند ناپایداری شبکه قدرت و نیروگاه را به همراه داشته باشد. بنابراین لازم است با مکانیزمی این سیگنال‌ها شناسایی شود و اثر آن بر سیستم کاهش داده شود. از بین مدل‌هایی که برای سیگنال‌های اغتشاش شبکه قدرت در نظر گرفته می‌شود، سیگنال‌های سینوسی میرا اهمیت ویژه‌ای دارند، زیرا در زمینه‌های گوناگون از جمله نوسان‌های الکترومکانیکی، فرکانس‌ رزونانس زیر سنکرون و حالت‌های دینامیکی بعد از حذف خطا ظاهر می‌شوند. بنابراین ارائه الگوریتمی کارا که توانایی شناسایی پارامترهای یک سیگنال سینوسی میرا را دارد، ضروری به نظر می‌رسد. با توجه به اهمیت شناسایی نوسان‌های الکترومکانیکی در بین اغتشاش‌های با مدل سینوسی میرا، این پایان‌نامه بر روی نوسان‌های الکترومکانیکی متمرکز شده است. در این پایان‌نامه، یک الگوریتم تطبیقی، جهت تخمین فرکانس و ضریب میرایی سیگنال‌های سینوسی میرا ارائه شده است. الگوریتم ارائه شده تعمیم یافته ساختار انتگرالگیر تعمیم‌یافته مرتبه دوماست. ساختارانتگرالگیر تعمیم‌یافته مرتبه دوم به همراه یک قانون تخمین برای شناسایی پارامترهاییک سیگنال سینوسی استفاده می‌شود. الگوریتم پیشنهادی از یک فیلتر مرتبه دو به همراه دو قانون تنظیم تشکیل شده است که به طور مستقیم تخمین فرکانس و ضریب میرایی را بدست می‌دهند. پایداری الگوریتم پیشنهادی با استفاده از قضیه میانگین گیری و مفاهیم خمینه انتگرال اثبات شده است. جنبه‌های گوناگون الگوریتم ارائه شده از طریق شبیه‌سازی کامپیوتری مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان می‌دهند الگوریتم پیشنهادی توانایی تعقیب تغییرات پله‌ای پارامترها و استخراج سیگنال‌های مجموع چند سیگنال سینوسی میرا را نیز دارا است. همچنین الگوریتم پیشنهادی بر روی سیستم دو ناحیه‌ای کاندور شبیه‌سازی شده است که عمکرد مناسب الگوریتم را نشان می‌دهد. در ادامه با استفاده از الگوریتم پیشنهادی برای تخمین فرکانس و ضریب میرایی سیگنال‌های سینوسی میرا،یک الگوریتم کنترلی بر مبنای اصل مدل داخلی برای کنترل نوسان‌های میرا در شبکه قدرت ارائه شده است. بازسازی دینامیک اغتشاش در حلقه کنترلی ایده‌ی اصلی این روش است. عدم نیاز به پارامترهای سیستم قدرت، کم بودن پارامترهای طراحی، سادگی و حساسیت کم به انتخاب شرایط اولیه از مزایای روش پیشنهادی است. پایدارساز سیستم قدرتو روش‌های کنترل بهینه از روش‌های به کار گرفته شده در زمینه بهبود پایداری است ولیعملکرد در یک نقطه خاص، نیاز به پارامترهای سیستم قدرت برای طراحی و هزینه بالا از معایب این روش‌ها است.همچنین نیاز به کلیه حالت‌ها، روش‌های کنترل بهینه را هزینه‌بر ساخته است. این معایب در روش پیشنهادی وجود ندارد. روش کنترلی پیشنهادی بر روی دو شبکه قدرت در در شبیه‌ساز سیستم قدرت شبیه‌سازی شده است و از جنبه‌های گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است. کلمات کلیدی: نوسان‌های الکترومکانیکی، سیگنال سینوسی میرا، فرکانس، ضریب میرایی، خمینه انتگرال، قضیه معدل‌گیری، مدلسازی دینامیکی