انجام پروژه های حرفه ای مهندسی برق

بیان مقدمه و اهداف پروژه(کنترل غیرخطی پایدارساز)

در این پروژه شبیه سازی انجام شده ، هدف طراحی یک سیستم کنترل برای مدل دینامیکی غیرخطی پایدارساز سیستم قدرت براساس مدل معرفی شده در کتاب کندور می باشد. خطاهای متقارن و نامتقارن بوقوع پیوسته در سیستم های قدرت موجب بوجود آمدن نوسانات حالت گذرا در سیستم می شوند که سیستم تحریک(مجهز شده به پایدارساز سیستم قدرت) نسبت به این تغییرات حساس بوده و با نیروی کنترلی (از نوع مکانیکی) نسبت به پایدارسازی این نوسانات در کمترین زمان اقدام می کند.

به طور مشخص پایدارسازهای سیستم قدرت از نوع کلاسیک به همراه فیلترهای مرتبه اول و فیلتر واشینگ می باشند که به منظور قرارگیری در سیستم قدرت بهره ها و ثابت زمانی های متناظر با این بهره و فیلترها بایستی انتخاب شوند. اما این وضعیت تنها جوابگوی سیستم های تک ماشینه یا چندماشینه مدلسازی شده با فرآیندهای خطی می باشد و در سیستم های غیرخطی (و مدل غیرخطی پایدارساز سیستم قدرت) نمی تواند راهگشا باشد. به همین منظور در این پروژه از روش خطی سازی فیدبک با رویکرد بازگشت به عقب به منظور طراحی سیستم کنترل استفاده شده است.

توضیحات کلی

در حالت کلی مدل های مختلفی برای پایدارساز سیستم قدرت متصل شده به شبکه شین بی نهایت معرفی شده است که مدلهای 3 حالته، 5 حالته و 7 حالته از انواع آن می باشند. این سیستم به صورت یک سیستم کنترلی چندمتغیره بررسی می شود که دارای یک یا دو ورودی کنترلی می باشد(چند ورودی کنترلی برای سیستم های چند ماشینه) و همچنین به ازای هر ماشین تا 4 خروجی می توان برای آن متصور بود که از خروجی های مهم آن می توان به زاویه فرکانسی ، سرعت فرکانسی ، ولتاژ خط و توان خط اشاره کرد. خروجی های مستقل این سیستم عبارتند از زاویه و سرعت فرکانسی به همراه مولفه(های) ولتاژ و سایر خروجی ها از همین متغیرهای حالت بدست می آیند. مشخصا سیستم های قدرت دارای یک رابطه غیرخطی می باشند که در مدل های خطی ، این مدل با روش هایی از جمله خطی سازی به روش لاگرانژ خطی می شود.

در شکل زیر شماتیک کلی یک سیستم قدرت به همراه سیستم تحریک و پایدارساز نشان داده شده است.

شماتیک سیستم قدرت متصل شده به پایدارساز سیستم قدرت

منظور از پایدارسازی حالت گذرا در سیستم قدرت ، کاهش نوسانات حالت گذرا و زمان نشست این سیگنال ها به کمترین حد قابل قبول می باشد. کنترل کننده ای که بتوانید این مشخصه های زمانی مطلوب برای سیستم را به همراه داشته باشد ، کنترلر مطلوبی خواهد بود.

از طرفی دیگر نیاز است تا با توجه به سناریوهای سیستم ، کنترل کننده از انعطاف لازم برخوردار باشد. یکی از این مسائل مقاوم بودن سیستم کنترل می باشد، به این مفهوم که کنترل کننده بتواند نسبت به تغییرات پارامترهای سیستم و اغتشاشات وارد شده به سیستم عملکرد مناسب را داشته باشد. سیستم های کنترل مقاوم دارای ناحیه ای در تعریف تابع لیاپانوف خود می باشند که اجازه مانور بر روی پارامترهای سیستم را دارد و اصطلاحا با تغییر این پارامترها در محدوده های معین پایداری دینامیکی سیستم از دست نمی رود. سیستم کنترل برمبنای خطی سازی فیدبک با در نظر گرفتن این تغییرات و بازه پارامترهای تاثیر گذار سیستم می تواند تا حدودی نسبت به این تغییرات مقاوم شود.

بیان الگوریتم کار

همانطور که بیان شد به منظور طراحی سیستم کنترل در این پروژه از روش خطی سازی فیدبک برمبنای روش بازگشتی (روش رو به عقب) استفاده شده است. این روش برمبنای خطی سازی گام به گام عمل می کند و هر سطر معادلات حالت سیستم با این روش کنترل شده و پایدارسازی نهایی با طراحی سیگنال کنترل پایدارساز بدست می آید. در این روش اثبات قضیه با استفاده از لیاپانوف صورت می گیرد. به منظور آشنایی با سیستم های کنترل و انواع کنترلرها می توانید از بخش طراحی و پیاده سازی کنترلرها  در سربرگ آموزش سایت استفاده کنید.

شبیه سازی کار پروژه

به منظور شبیه سازی این پروژه از نرم افزار متلب استفاده شده است. به منظور پیاده سازی دینامیکی سیستم از کدنویسی در محیط سیمولینک بهره گرفته شده است و بیان معادلات حالت با بکارگیری انتگرال گیر و اتصالات لازم انجام شده است. با توجه به نیاز به پایدارسازی سیستم از مسیرهای مرجع به صورت 0 استفاده شده است. (مساله ردیابی در پایدارساز نداریم!) – (به منظور آموزش نحوه پیاده سازی سیستم های دینامیکی و کنترل کننده ها در متلب از بخش آموزش متلب در سربرگ آموزشی سایت استفادهه  کنید)

در ادامه نتایج شبیه سازی به همراه برخی توضیحات ارائه شده است.

پاسخ زمانی زاویه توان پایدارساز سیستم قدرت

پاسخ زمانی خطای سرعت فرکانسی شبکه

ولتاژ خط

نتایج بدست آمده برای این سیستم نشان از پایداری شبکه قدرت مورد نظر دارد.