کنترل فرکانس بار در یک سیستم قدرت واقعی با منابع چندگانه تولید توان
چکیده
در این مقاله، کنترل فرکانس بار (LFC) در یک سیستم قدرت واقعی با منابع چندگانه تولید توان ارائه شده است. سیستم قدرت تک حوزه‌ای مورد نظر شامل دینامیک‌های حرارتی ناشی از توربین‌های حرارتی ری-هیت، واحدهای تولید گازی و آبی می‌شود. قیدهای مقتضی برای نرخ تولید (GTC) هم برای واحدهای حرارتی و هم آبی در نظر گرفته شده است. در عمل، دسترسی به تمامی متغیرهای حالت یک سیستم غیرممکن است و همچنین اندازه‌گیری آن‌ها نیز هزینه‌بر و دشوار است. معمولاً تنها تعداد محدودی از متغیرهای حالت و یا ترکیب‌های خطی وابسته به آن‌ها قابل‌دستیابی هستند. به منظور حل این مشکل، کنترلر فیدبک بهینه خروجی که تنها از متغیرهای حالت خروجی استفاده می‌کند، پیشنهاد شده است. عملکرد کنترلر پیشنهادی با کنترلر فیدبک حالت کامل مقایسه شده است. عملکرد این کنترلر پیشنهادی باعث ایجاد تعادل قابل قبولی بین اضافه جهش‌های فرکانس و نوسانات حالت گذرا با خطای حالت دائمی صفر در محیط سیستم‌های قدرت با منابع چندگانه می‌شود. اثر پارامتر تنظیم سرعت (R) روی پاسخ انحراف فرکانس مورد بررسی قرار گرفته است. آنالیز حساسیت نیز نشان می‌دهد که کنترلر پیشنهادی کاملاً مقاوم بوده و به محض اینکه بهره‌های بهینه کنترلر برای شرایط کار نامی تنظیم شدند، دیگر نیازی نیست تا زمانی که تغییرات پارامترهای سیستم از ±25% بیشتر شود و شرایط کار بار نیز از مقادیر نامی تجاوز کند، این مقادیر تنظیم شده تغییر یابند. به منظور نشان دادن اثربخشی کنترلر پیشنهادی روی سیستم قدرت واقعی، LFC ی واحدهای آبی فعال در خوزستان (استانی در جنوب غربی ایران) نیز ارائه شده است.
1- مقدمه
کنترل تولید خودکار (AGC) یک هدف مهم در سیستم‌های مدیریت انرژی مدرن (EMS ها) است. عملکرد موفق سیستم قدرت مستقل، نیازمند انطباق تولید کل با کل بار مورد تقاضا و نیز تلفات مختص سیستم است. از آنجایی که بار نسبت به مقدار نامی خود میزان غیر قابل پیش‌بینی تغییرات دارد، نقطه کار سیستم قدرت نیز تغییر می‌کند، و از این رو، ممکن است فرکانس سیستم نیز نسبت به فرکانس نامی منحرف شده و توان تولیدی برنامه ریزی شده تغییر کند. وظیفه اصلی واحد کنترل تولید خودکار، حفظ فرکانس سیستم روی مقدار نامی و یا نزدیک به آن و نیز حفظ تبادل توان صحیح بین واحدهای کنترلی است.
7- نتیجه‌گیری
در این مقاله، یک روش طراحی کنترلر فیدبک خروجی بهینه برای LFC ی یک سیستم قدرت واقعی پیشنهاد شده است. عملکرد کنترلر پیشنهادی روی سیستم قدرت دارای منابع چندگانه بررسی شده و پاسخ‌های دینامیکی با کنترلر فیدبک کامل مقایسه شده است. اثر GRC روی پاسخ انحراف فرکانسی مورد بحث قرار گرفته است. عملکرد دینامیکی سیستم در صورتی که GRC برای مطالعه سیستم واقعی در نظر گرفته نشود، بدتر خواهد شد. پاسخ انحراف فرکانس در حوزه مورد نظر و نیز پاسخ انحراف توان خروجی ژنراتور به ازای 1% تغییر پله در بار به دست آمده است. کنترلر فیدبک خروجی پاسخ انحراف فرکانسی بهتری را از خود نشان می‌دهد که دارای مقدار پیک اضافه جهش کمتر و نیز زمان نشست کوتاه‌تر و خطای حالت دائمی صفر در مقایسه با پاسخ کنترلر فیدبک حالت کامل می‌باشد. اثر تغییرات پارامتر تنظیم سرعت نیز مورد بررسی قرار گرفته است. بهتر است که مقدار R را عددی بین 3% تا 4% با بهره‌های کنترلر بهینه متناظرش انتخاب کنیم تا پاسخ دینامیکی بهتری از AGC برای سیستم پیشنهادی به دست آید. آنالیز حساسیت نیز مشخص کرد که تغییر ±25% در پارامترهای سیستم و شرایط کار بار نسبت به مقادیر نامی خودشان با در نظر گرفتن بهره‌های کنترلر بهینه مربوطه، روی پاسخ‌های سیستم اثر محسوسی نخواهد داشت. بنابراین، مقادیر بهینه بهره‌های کنترلر به دست آمده برای پارامترهای سیستم نامی و شرایط بار کاملاً نسبت به تغییرات پارامتری به اندازه ±25%، غیر حساس هستند. LFC ی واحدهای توان آبی فعال در ایران نیز مورد مطالعه قرار گرفت. کنترلر پیشنهادی روی این سیستم عملکرد خوبی داشته و پاسخ‌های انحراف فرکانس را به صورت قابل‌توجهی بهبود بخشیده است. از این رو برای تمامی اهداف عملی، این کنترلر کاملاً مقاوم است. به‌کارگیری کنترلر فیدبک خروجی بهینه ساده‌تر بوده و از نظر اقتصادی نیز مقرون‌به‌صرفه تر است به این خاطر که تعداد سنسورها و اطلاعات لازم کمتر بوده و در عین حال نیازهای مسئله LFC را نیز به خوبی برآورده می‌کند.
Abstract
In this paper, load frequency control (LFC) of a realistic power system with multi-source power generation is presented. The single area power system includes dynamics of thermal with reheat turbine, hydro and gas power plants. Appropriate generation rate constraints (GRCs) are considered for the thermal and hydro plants. In practice, access to all the state variables of a system is not possible and also their measurement is costly and difficult. Usually only a reduced number of state variables or linear combinations thereof, are available. To resolve this difficulty, optimal output feedback controller which uses only the output state variables is proposed. The performances of the proposed controller are compared with the full state feedback controller. The action of this proposed controller provides satisfactory balance between frequency overshoot and transient oscillations with zero steady state error in the multi-source power system environment. The effect of regulation parameter (R) on the frequency deviation response is examined. The sensitivity analysis reveals that the proposed controller is quite robust and optimum controller gains once set for nominal condition need not to be changed for ±25% variations in the system parameters and operating load condition from their nominal values. To show the effectiveness of the proposed controller on the actual power system, the LFC of hydro power plants operational in KHOZESTAN (a province in southwest of Iran) has also been presented.
1. Introduction
Automatic Generation Control (AGC) is an important function in modern Energy Management Systems (EMSs). The successful operation of interconnected power system requires the matching of total generation with total load demand and associated system losses. As the demand deviates from its nominal value with an unpredictable small amount, the operating point of power system changes, and hence, system may experience deviations in nominal system frequency and scheduled power exchanges [1–5]. The main tasks of automatic generation control are to hold system frequency at or very close to a specified nominal value and to maintain the correct value of interchange power between control areas [6].
7. Conclusion
In this paper an optimal output feedback controller design method is proposed for the LFC of a realistic power system. The performance of the proposed controller is demonstrated on the multi-source power system and its dynamic responses are compared with full state feedback controller. The effect of GRC on frequency deviation response is discussed. The dynamic performance of the system deteriorates if GRC is not incorporated for realistic study of the system. Frequency deviation response of the area and generator output power deviation response to 1% step load perturbations have been obtained. The output feedback controller gives better frequency deviation response having relatively smaller peak overshoot and lesser settling time with zero steady state error as compared to full state feedback controller response. The effect of varying the regulation parameter has been examined. It is better to prefer the value of R between 3% and 4% with corresponding optimum controller gains to provide better dynamic response of AGC for the proposed system. The sensitivity analysis reveals that ±25% change in system parameters and operating load condition from their nominal values considering their optimum controller gains do not affect the system responses appreciably. Thus the optimum values of controller gains obtained for nominal system parameters and load condition are quite insensitive to wide parameter variation ±25%. The LFC of hydro power plants operational in Iran has also been studied. The proposed controller performs well on this system and improves the frequency deviation responses remarkably. Hence for all practical purposes, the controller is quite robust. Application of optimal output feedback controller is more simple and economic as lesser no. of sensors/ information is required and satisfies the LFC problem requirements.
چکیده
1- مقدمه
2- طراحی کنترلر
3- سیستم قدرت واقعی
4- نتایج شبیه‌سازی و تحلیل آن‌ها
4.1 قید نرخ تولید
4.2 پارامتر تنظیم سرعت گاورنر (R)
5- آنالیز حساسیت
6- LFC ی واحدهای توان آبی، خوزستان، ایران
7- نتیجه‌گیری
Abstract
1. Introduction
2. Controller design
3. Realistic power system
4. Simulation results and analysis
4.1. Generation rate constraint
4.2. Governor speed regulation parameter (R)
5. Sensitivity analysis
6. LFC of hydro power plants, KHOZESTAN, Iran
7. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه