دانلود پروژه:طراحی کنترل کننده بهینه شده فازی نوع دو باالگوریتم جستجوی شکارجهت کنترل بار-فرکانس درسیستم قدرت

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                           صفحه

چکیده 1

فصل اول: كنترل بار-فركانس در سيستم هاي قدرت

مقدمه. 2

1-1 كنترل بار-فركانس در سيستم هاي قدرت.. 3

1-1-1 مفهوم ناحیه کنترل. 5

1-1-2 ارائه بلوک دیاگرام مجزای کنترل فرکانس تک ناحیه. 5

1-1-3 پاسخ حالت پایدار. 7

1-1-4  پاسخ دینامیکی.. 8

1-2 رويكرد پایان نامه. 9

فصل دوم: سيستم هاي کنترل کننده فازي نوع يك و دو

مقدمه. 10

2-1 سيستم فازي.. 10

2-1-1 تاریخچه‌ی فازی.. 11

2-1-2  اساس سیستم‌های فازی.. 12

2-1-3 انواع سیستم‌های فازی.. 12

2-1-3-1  سیستم‌های فازی خالص…. 13

2-1-3-2 سیستم فازی TSK.. 13

2-1-3-3 سیستم فازی با فازی سازی و غیر فازی سازی.. 14

2-1-4 مجموعه‌ها ي قطعي و فازي.. 15

2-1-4-1 مجموعه‌های قطعی.. 15

2-1-4-2 مجموعه‌های فازی و توابع تعلق.. 15

2-1-5 عملیات بر روی مجموعه‌های فازی.. 17

2-1-5-1 عملگر مکمل.. 18

2-1-5-2 عملگر اجتماع. 18

2-1-5-3 عملگر اشتراک.. 19

2-1-6  رابطه‌ی فازی.. 19

2-1-7 مثالی از پیاده سازی سیستم فازی ممدانی در نرم افزار MATLAB.. 19

عنوان                                                                                                           صفحه

2-2 معرفی سیستم فازی نوع دو. 23

2-2-1 عدم قطعيت… 25

2-2-2 ساختار سیستم فازی نوع دو. 26

2-2-3 توسعه جعبه ابزار فازی نوع دو در MATLAB.. 27

فصل سوم: الگوريتم بهينه سازي جستجوي شكار

مقدمه. 31

3-1  الگوریتم فرا-اكتشافي جستجوي شکار. 32

3-1-1 مراحل الگوريتم جستجوي شكار. 33

فصل چهارم: مروری بر پژوهش هاي پيشين

مقدمه. 41

4-1 كنترل چند ناحيه اي بار- فركانس در فضاي رقابتي صنعت برق با روش كنترل فيدبك خروجي بهينه. 42

4-2 کنترل کننده نامتمرکز تطبیقی مقاوم بار – فرکانس سیستم‌های قدرت با استفاده از شناسایی اثرات تداخلی.. 46

4-3 طراحي رگولاتور خودتنظيم براي كنترل بار فركانس با استفاده از الگوريتم اجتماع ذرات تركيبي  HPSO.. 50

4-4 كنترل كننده PI مبتني بر منطق فازي جهت كنترل بار فركانس درسيستم هاي قدرت بهم پيوسته   56

4-5 طراحی و تجزیه و تحلیل کنترل کننده منطق فازي براي کنترل بار فرکانس درسیستم- هاي قدرت.. 59

4-6 آموزش شبكه فازي عصبي جهت تنظيم بهينه پارامترهاي كنترل كننده  PID براي كنترل بار فركانس در سيستمهاي قدرت بهم پيوسته  61

4-7 بهینه سازی اجتماع ذرات بهبود یافته بر اساس کنترل بار- فرکانس در یک سیستم قدرت تک ناحیه‌ای.. 64

4-8 طراحی پارامترهای کنترل کننده PID برای سیستم AVR   با استفاده از الگوریتم بهینهسازی PSO.. 66

4-9  طراحي كنترل کننده  فازي نوع دو مساله كنترل بار- فركانس براي سيستم قدرت دو ناحيه اي.. 68

4-10 كنترل بار- فركانس در سيستم هاي قدرت بهم پيوسته با در نظر گرفتن قيد نرخ توليد با استفاده از کنترل کننده فازي نوع دو  70

فصل پنجم: شبیه سازی كنترل بار -فركانس در سیستم قدرت تک ناحیه‌ای و نتايج شبيه سازي

مقدمه. 72

5-1 مدلسازي سیستم قدرت تک ناحیه ای.. 73

5-2  کنترل کننده هاي استفاده شده در حل مساله بار-فركانس… 74

5-2-1  کنترل کننده فازی نوع دو. 77

5-3  نتایج شبیه سازی  کنترل کننده‌ها در حل مساله بار فركانس… 78

عنوان                                                                                                           صفحه

5-4  بهینه سازی کنترل کننده‌های فازی نوع یک و دو با استفاده از الگوریتم جستجوي شكار(HUS) 81

5-4-1 اعمال الگوریتم HUS  به کنترل کننده فازی و نتایج شبیه سازی.. 81

5-5 جمع بندي فصل.. 88

فهرست منابع. 89

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                                                        صفحه

جدول4-1: پارامترهای مورد استفاده در الگوریتم…………………………………………………………………………… 53

جدول 4-2: پارامترهاي كنترل بار فركانس………………………………………………………………………………….. 54

جدول 4-3: مقادیر عددی معیارانتگرال مربع خطا ((ISE………………………………………………………………….. 58

جدول 4-4: مقادیر عددی معیار عملکرد سیستم (زمان نشست، فرو جهش و حداكثر نوسان پیک تا پیک)……………… 59

جدول 4-5: نتایج شبیه سازی برای سیستم برق تک ناحیه‌ای برای کنترل کننده‌های PI و PID بهینه شده با PSO بهبودیافته…….. 65

جدول 5-1: پارامترهای سیستم قدرت تک ناحیه‌ای مورد مطالعه………………………………………………………….. 74

جدول 5-2: متغیرهای زبانی فازي…………………………………………………………………………………………… 75

جدول 5-3: قوانین فازی کنترل فازی نوع يك………………………………………………………………………………. 76

جدول 5-4: زمان نشست نوسانات فركانس سيستم در سه روش كنترلي (بر حسب ثانيه)………………………………… 80

جدول 5-5: ميزان حداكثر فراجهش نوسانات فركانس سيستم در سه روش كنترلي………………………………………. 81

جدول 5-6: ميزان حداكثر فروجهش نوسانات فركانس سيستم در سه روش كنترلي……………………………………… 81

جدول 5-7: پارامترهای الگوریتم بهینه سازی HUS……………………………………………………………………….. 84

جدول 5-8: مقادیر بهینه متغیرهای کنترل كننده‌های فازی يك و دو……………………………………………………….. 84

جدول 5-9: زمان نشست نوسانات فركانس سيستم (با كنترل کننده هاي بهينه شده فازي)……………………………….. 87

جدول 5-10: ميزان حداكثر فراجهش نوسانات فركانس سيستم (با كنترل کننده هاي بهينه شده فازي)…………………. 87

جدول 5-11: ميزان حداكثر فروجهش نوسانات فركانس سيستم (با كنترل کننده هاي بهينه شده فازي)…………………. 87

جدول 5-12: مقايسه زمان نشست نوسانات فركانس سيستم قبل و بعد از بهينه سازي با HUS (بر حسب ثانيه)……….. 88

 

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                                        صفحه

شکل 1-1 : عملکرد موازی دو ژنراتور……………………………………………………………………………………….. 4

شکل 1-2 : کنترل بار فرکانس با تنظیم‌کننده ولتاژ……………………………………………………………………………. 5

شکل 1-3 : ارائه بلوک دیاگرام گاورنر، توربین و ژنراتور- بار………………………………………………………………. 6

شکل 1-4‌: مدل کنترل بار فرکانس تک ناحیه………………………………………………………………………………… 7

شکل 1-5 : کنترل بار- فرکانس سيستم قدرت تک ناحیه اي………………………………………………………………… 8

شكل 2-1 : ساختار  سیستم هاي فازي خالص……………………………………………………………………………… 13

شكل 2-2 : ساختار سیستم فازی TSK…………………………………………………………………………………….. 13

شكل 2-3 : ساختار سیستم فازی، فازی سازی و غیر فازی سازی………………………………………………………….. 14

شکل2-4 : توابع عضویت مثلثی و ذوزنقه ای……………………………………………………………………………….. 17

شکل2-5 : توابع عضویت گوسین وبل تعمیم یافته………………………………………………………………………….. 17

شکل2-6 : توابع عضویت سیگموئید (هلالی)……………………………………………………………………………….. 17

شکل2-7 : ساختار سیستم فازی برای محاسبه کیفیت تصویر………………………………………………………………. 20

شکل2-8 : مجموعه قواعد فازی……………………………………………………………………………………………… 21

شکل2-9 : تابع عضویت برای متغیر خروجی……………………………………………………………………………….. 21

شکل2-10 : تابع عضویت برای متغیر ورودی (ولتاژ)……………………………………………………………………….. 22

شکل2-11: ابزار نمایشگر فازی برای تخمین خروجی به ازای مقدار مشخص ورودی…………………………………… 22

شکل2-12: منحنی غیر خطی ورودی بر حسب خروجی برای سیستم ممدانی……………………………………………. 23

شکل2-13: (الف) تابع عضویت نوع یک (ب) تابع عضویت نوع دو……………………………………………………….. 24

شکل2-14: تابع عضویت گوسی با تغییر پارامتر ……………………………………………………………………….. 25

شکل2-15: تابع عضویت گوسی با تغییر پارامتر ……………………………………………………………………….. 25

شکل2-16: FOU برای تابع عضویت گوسی……………………………………………………………………………….. 26

شکل2-17: سیستم فازی نوع دو…………………………………………………………………………………………….. 27

شکل2-18: سیستم استنتاج فازی نوع  دو در نرم افزار MATLAB………………………………………………………. 28

شکل2-19: ویرایشگر توابع عضویت نوع دو در نرم افزار MATLAB…………………………………………………… 29

شکل2-20: ویرایشگر قواعد فازی نوع دو در نرم افزار MATLAB……………………………………………………… 29

شکل2-21: نمایشگر قواعد فازی نوع دو در نرم افزار MATLAB……………………………………………………….. 30

شکل2-22: نمایشگر منحنی سه بعدی ورودی بر حسب خروجی فازی نوع دو در نرم افزار MATLAB……………… 30

شکل3-1: فلوچارت روش بهینه سازی HUS………………………………………………………………………………. 34

شكل 3-2: تابع رياضي پشت شتر شش كوهانه……………………………………………………………………………… 39

شكل 3-3: منحني همگرايي مقدار كمينه رابطه (3-8) …………………………………………………………………….. 40

عنوان                                                                                                                                        صفحه

شکل4-1: سيستم قدرت دو ناحيه اي مورد مطالعه…………………………………………………………………………. 42

شکل4-2: نوسانات فرکانس نواحی اول و دوم (نقطه چین)، با رویتگر مرتبه کامل (خط و نقطه) و رویتگر کاهش مرتبه   (خط ممتد) در شبیه سازی اول………………………………………………………………………………………………………………………………… 44

شکل 4-3: نوسانات فرکانس نواحی اول و دوم (نقطه چین)، با فیدبک حالت (خط و نقطه) و فیدبک خروجی (خط ممتد) در شبیه سازی اول      44

شکل 4-4: نوسانات فرکانس نواحی اول و دوم (نقطه چین)، با فیدبک حالت (خط و نقطه) ورویتگر مرتبه کامل (خط ممتد) در شبیه سازی دوم    45

شکل 4-5: نوسانات فرکانس نواحی اول و دوم (نقطه چین)، با فیدبک حالت (خط و نقطه) و فیدبک خروجی (خط ممتد) در شبیه سازی دوم      45

شکل 4-6: نوسانات فرکانس نواحی اول و دوم (نقطه چین)، با فیدبک حالت (خط و نقطه) و فیدبک خروجی (خط ممتد) در شبیه سازی سوم     46

شکل 4-7: سیستم قدرت سه ناحیه‌ای………………………………………………………………………………………. 47

شکل 4-8: بلوک دیاگرام ناحیۀ اول سیستم قدرت سه ناحیه‌ای مورد مطالعه……………………………………………… 47

شکل 4-9: تغییرات توان و فرکانس بر اثر اغتشاش پله‌ای 01/0 پریونیت در ناحیۀ دوم، بدون کنترل بار و فرکانس…….. 48

شکل 4-10: تغییرات توان و فرکانس بر اثر اغتشاش پله‌های 01/0 پریونیت در ناحیۀ دوم، با کنترل کننده پیشنهادی…… 48

شکل 4-11: تغییرات توان و فرکانس بر اثر اغتشاش پله‌ای 01/0 پریونیت در ناحیۀ دوم با افزایش اثرات تداخلی……… 49

شکل 4-12: تغییرات توان و فرکانس بر اثر اغتشاش پله‌ای 01/0 پریونیت در ناحیۀ دوم با کنترل کننده پیشنهادی همراه با خنثی سازی اثرات تداخلی………………………………………………………………………………………………………………………………… 49

شکل 4-13: تخمین اثرات تداخلی در هر ناحیه……………………………………………………………………………. 50

شکل 4-14: بلوک دياگرام كنترل بار فركانس……………………………………………………………………………….. 51

شکل 4-15: رگولاتور خودتنظيم پيشنهادي…………………………………………………………………………………. 52

شکل 4-16: فلوچارت كلي الگوريتم پيشنهادي…………………………………………………………………………….. 54

شکل 4-17: مقایسه تغییرات فرکانس كنترل كلاسيك و رگولاتور خودتنظيم در شرایط تغيير پله 01/0 پریونیت در زمان 0=t ثانیه           55

شکل 4-18: در شرایط تغيير پله 01/0 پریونیت در زمان 0=t ثانیه و تغيير پله 02/0 پریونیت در زمان 15=t ثانیه……….. 55

شکل 4-19: تغييرات فركانس در حالت افزايش پارامترها را به میزان 20 درصد و اعمال تغییر بار 01/0 پریونیت در زمان 0=t ثانیه         56

شکل 4-20: سيستم قدرت دو ناحيه اي  مورد مطالعه……………………………………………………………………… 57

شکل 4-21: تغییرات فرکانس در نواحی اول ودوم و تغییرات توان انتقالی (مورد الف)………………………………….. 57

شکل 4-22: تغییرات فرکانس در نواحی اول و دوم و تغییرات توان انتقالی (مورد ب)…………………………………… 58

شکل 4-23: تغییرات فرکانس در نواحی اول و دوم و تغییرات توان انتقالی (مورد ج)……………………………………. 58

عنوان                                                                                                                                        صفحه

شکل 4-24: سیستم قدرت دو ناحیه‌ای مورد مطالعه……………………………………………………………………….. 60

شکل 4-25: نوسانات فرکانس در سیستم دو ناحیه‌ای………………………………………………………………………. 60

شکل 4-26: نوسانات فرکانس در کنترل کننده PI………………………………………………………………………….. 61

شکل 4-27: نوسانات فرکانس در کنترل کننده پیشنهادی مورد مطالعه (روش فازی)……………………………………… 61

شکل 4-28: سيستم قدرت دو ناحيه اي مورد مطالعه………………………………………………………………………. 62

شکل 4-29: كنترل كننده فازي-عصبي تطبيقي براي بار –فركانس…………………………………………………………. 63

شکل 4-30: تغييرات فركانس در نواحي اول و دوم با اعمال سه نوع کنترل کننده………………………………………… 63

شکل 4-31: سیستم قدرت تک ناحیه‌ای به همراه کنترل کننده PID………………………………………………………. 64

شکل 4-32:  سیستم برق تک ناحیه‌ای با کنترل کننده IPSO-PID پیشنهادی…………………………………………….. 65

شکل 4-33:  پاسخ گذرا با کنترل کننده PI…………………………………………………………………………………. 66

شکل 4-34:  پاسخ گذرا با کنترل کننده IPSO-PID………………………………………………………………………. 66

شکل 4-35: دیاگرام بلوکی سيستم AVR………………………………………………………………………………….. 67

شکل 4-36: نتایج روش پیشنهادی مطالعه شده در مقایسه با الگوریتم ژنتیک به ازای مختلف پارامترهای ژنراتور………. 68

شكل 4-37: توابع عضويت فازي  یک و دو…………………………………………………………………………………. 68

شكل 4-38: نوسانات ناحيه اول سيستم ناشي از تغيير پارامترهاي ناحيه اول و تغييرات بار در هر دو ناحيه……………. 69

شكل 4-39: نوسانات ناحيه د وم سيستم ناشي از تغيير پارامترهاي ناحيه دوم و تغييرات بار در هر دو ناحيه…………… 69

شكل4-40 : توابع عضويت كنترل کننده فازي نوع دو………………………………………………………………………. 70

شكل4-41 : نوسانات سيستم ناشي از اعمال اغتشاش در ناحيه اول……………………………………………………….. 71

شكل4-42 : نوسانات سيستم ناشي از اعمال اغتشاش در ناحيه دوم………………………………………………………. 71

شکل 5-1: سیستم قدرت تک ناحیه ای……………………………………………………………………………………… 74

شکل 5-2: مدل غير خطي توربين با در نظر گرفتن محدوديت نرخ توليد…………………………………………………. 74

شکل 5-3: کنترل كننده PI…………………………………………………………………………………………………… 75

شکل 5-4: توابع عضویت سیگنال‌های ورودی و خروجی کنترل کننده فازی نوع يك…………………………………….. 76

شکل 5-5: ساختار کنترل کننده فازی نوع يك طراحی شده……………………………………………………………….. 77

شکل 5-6: کنترل كننده فازی نوع دو پيشنهادي…………………………………………………………………………….. 77

شکل5-7: توابع عضویت سیگنال‌های ورودی و خروجی کنترل کننده فازی نوع دو………………………………………. 78

شکل 5-8: نوسانات فرکانس سیستم مورد مطالعه در حالت اول…………………………………………………………… 79

شکل 5-9: نوسانات فرکانس سیستم مورد مطالعه در حالت دوم…………………………………………………………… 80

شکل 5-10: نوسانات فرکانس سیستم مورد مطالعه در حالت سوم………………………………………………………… 80

شکل 5-11: ساختار کنترل کننده فازی با قسمت‌های پیش پردازنده و پس پردازنده……………………………………… 82

عنوان                                                                                                                                        صفحهشکل 5-12: ساختار سیستم قدرت تک ناحیه‌ای با در نظرگرفتن بهینه سازی کنترل کننده هاي فازی……………………. 82

شکل 5-13: منحنی همگرایی الگوریتم HUS در کنترل کننده هاي فازی نوع يك و دو………………………………….. 85

شکل 5-14:  نوسانات فرکانس سیستم مورد مطالعه با کنترل کننده‌های فازی بهینه شده در حالت اول………………….. 85

 شکل 5-15:  نوسانات فرکانس سیستم مورد مطالعه با کنترل کننده‌های فازی بهینه شده در حالت دوم…………………. 86

شکل 5-16:  نوسانات فرکانس سیستم مورد مطالعه با کنترل کننده‌های فازی بهینه شده در حالت سوم…………………. 86

فهرست علامت‌ها و اختصارها

علامت/اختصار	معادل انگلیسی	معادل فارسی
LFC	Load Frequency Control	کتنرل بار-فرکانس
HUS	Hunting Search Algorithm	الگوریتم جستجوی شکار
PID	proportional–integral–derivative	تناسبی- انتگرالی-مشتقی
PI	proportional–integral	تناسبی- انتگرالی
ID	Integral Derivative	انتگرالی-مشتقی
FPI	Fuzzy Proportional  Integral	انتگرالی تناسبی فازی
PSO	Particle Swarm Optimization	بهینه سازی تجمع ذرات
HPSO	Hybrid Particle Swarm Optimization	بهینه سازی اجتماع ذرات ترکیبی
IPSO	Improved Particle Swarm Optimized	بهینه سازی اجتماع ذرات بهبود یافته
ISE	Integral of Square Error	انتگرال مربع خطا
ITSE	Integral of Time Multiplied Square Error	انتگرال توان دوم خطا درزمان
GRC	Generation Rate Constraint	محدودیت نرخ تولید
GA	Genetic Algorithm	الگوریتم ژنتیک
AVR	Automatic Voltage Regulator	تنظیم کننده ولتاژ خودکار
HGCR	Hunting Group Consideration Rate	نرخ درنظرگرفتن گروه شکار
HG	Hunting Group	گروه شکار
PCR	Position Correction Rate	نرخ تصحیح موقعیت
MML	Maximum movement toward the Leader	ماکزیمم حرکت بسوی رهبر