طراحي كنترل‌كننده تكميلي ميراساز در سيستم‌هاي VSC HVDC براي بهبود تبديل انرژي توربين‌هاي بادي و پايداري سيستم قدرت با استفاده از الگوريتم پيشنهادي ژنتيك- خفاش

Supplementary Damping Controllers Design in VSC HVDC Systems and Wind Farms to Improve Stability and Energy Conversion in Wind Turbine Using Proposed Genetic-Bat Algorithm

اتصال توربين‌هاي بادي به شبكه‌هاي قدرت بدون تأثيرگذاري منفي بر پايداري سيستم، يكي از مهم‌ترين معضلات آتي گسترش نفوذ مزارع بادي در سيستم‌هاي قدرت محسوب مي‌شود. در اين مقاله با هدف بهبود پايداري شبكه قدرت، ميراسازي نوسانات ناشي از مودهاي كششي و افزايش بازدهي تبديل انرژي در توربين‌هاي بادي استراتژي كنترلي جديدي براي حلقه كنترل توان اكتيو توربين بادي و همچنين سيستم‌هاي انتقال جريان مستقيم ولتاژ بالا پيشنهاد مي‌گردد. ابتدا نشان داده مي‌شود كه منحني غيرخطي سرعت- توان توربين بادي بر ضريب ميرايي مودهاي كششي و در نتيجه آن بر بازدهي تبديل انرژي و پايداري توربين بادي مؤثر است. بر همين اساس استفاده از پايدارساز توربين بادي در حلقه كنترل توان توربين بادي پيشنهاد مي‌گردد. از آنجا كه نيروگاه بادي بر سيلان مؤلفه‌هاي توان اكتيو- راكتيو مؤثر است؛ از اين رو براي بهبود پروفيل ولتاژ و پايداري ديناميكي شبكه قدرت، استفاده از كنترل‌كننده‌هاي تكميلي پايدارساز در مبدل يك‌سوكننده سيستم VSC HVDC پيشنهاد مي‌گردد. در استراتژي كنترلي پيشنهادي، از كنترل‌كننده‌هاي PID مرتبه كسري استفاده خواهد شد كه ضرايب آنها با استفاده از الگوريتم پيشنهادي ژنتيك- خفاش تنظيم مي‌شوند. در اين الگوريتم به دليل اجتناب از هم‌گرايي سريع خفاش‌ها به اكسترمم‌هاي محلي و توسعه بهينه فضاي جست‌وجو، از دو عملگر جهش ديناميكي مبتني بر احتمالات و تركيب الگوريتم ژنتيك استفاده خواهد شد. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه تحت استراتژي كنترلي پيشنهادي پايداري سيستم و پروفيل ولتاژ در شبكه به‌طور قابل‌توجهي بهبود مي‌يابند.

Connecting wind turbines to power networks without adversely affecting system stability is one of the most important future challenges to expand wind farms. In this paper, to improve the power network stability, damping the oscillations caused by torsional modes and increasing the energy conversion efficiency of wind turbines, a new control strategy was proposed for the active power control loop of wind turbines as well as HVDC transmission systems. First, the nonlinear speed-power curve of the wind turbine was shown to be effective in damping coefficients of torsional modes, energy conversion efficiency and the stability of the wind turbine. Accordingly, the use of wind turbine stabilizer in the wind turbine power control loop was proposed. Since the wind power plant is effective in the flow of the active-reactive power components, the use of supplementary damping controllers in the rectifier of VSC HVDC system was proposed to improve the voltage profile and the dynamic stability of the power network. The fractional order PID controllers were used in the proposed control strategy whose coefficients were adjusted using the proposed genetic-bat algorithm. In this algorithm, in order to avoid the rapid convergence of bats to local extremes and the optimal development of the search space, two operators of genetic algorithms, the dynamic mutation based on probabilities and the crossover were used. The simulation results showed that under the proposed control strategy, the stability of the system and the voltage profile in the network were significantly improved.