کنترل فرکانس بار فرآیند کنترلی می باشد که توسط آن توان تولیدی و توان مصرفی در حالت تعادل نگهداشته می شوند. هدف اصلی کنترل فرکانس بار برگرداندن فرکانس سیستم و توان عبوری از خطوط ارتباطی به مقادیر نامی و از پیش تعیین شده خود می باشد. با پیشرفت صنعت و افزایش پیچیدگی های سیستم های قدرت، مسئله کنترل فرکانس بار از اهمیت زیادی برخوردار شده است، به گونه ای که در سالهای گذشته، توجه زیادی روی مسئله طراحی کنترل فرکانس بار در سیستم های قدرت و تکنیک های مختلف طراحی آن، شده است. در اکثر تحقیقات پیشین با فرض تغییرات اندک سیستم در موقع تغییرات بار، فرآیند طراحی بر روی سیستم خطی شده انجام می شد. اما سیستم های قدرت ذاتاً غیرخطی می باشند. ضمناً لازم است که اندازه سیگنال کنترل در حدود مشخصی قرار گیرد، با در نظر گرفتن این اصل و حضور عواملی مانند محدودیت نرخ تولید و باند مرده، طراحی کنترل فرکانس بار به صورت غیرخطی در می آیدکه این موضوع در بسیاری از تحقیقات پیشین مد نظر قرار نگرفته است. در این پایان نامه، از یک روش جدید بهینه سازی غیرخطی بنام برنامه ریزی درجه دوم متوالی برای طراحی کنترل فرکانس بار استفاده شده است. در این روش می توان از مدل سیستم با قیود غیرخطی مورد نیاز استفاده کرد و سیگنال های تغییرات فرکانس و تغییرات توان جاری در خطوط ارتباطی را بطور مستقیم در فرآیند طراحی بکار برد. شبیه سازی بر روی سیستم های غیرخطی یک و دو ناحیه، در حضور محدودیت نرخ تولید انجام شده است. با مقایسه نتایج بدست آمده از روش برنامه ریزی درجه دوم متوالی و الگوریتم pso، کارایی بهتر روش پیشنهادی در طراحی کنترل فرکانس بار مشخص می شود.

کنترل فرکانس یک از دو رکن اساسی پایداری شبکه برق است. در کشور ما نیروگاه های بخاری، تولیدکننده بخش عمده ای از بار پایه شبکه برق هستند و مسأله تنظیم فرکانس در شبکه، بیشتر بر عهده نیروگاه های آبی است. در سالهای گذشته با افزایش قدرت نصب شده شبکه و توجه بیش از پیش به پایداری شبکه، اقداماتی در جهت مشارکت نیروگاه های بخاری در امر کنترل فرکانس علاوه بر تولید بار پایه انجام شده است. در سالهای اخیر و با بروز مسائلی چون خشکسالی و در نتیجه کاهش شدید تولید نیروگاه های آبی، نیاز به این امر بیش از پیش احساس می شود. به همین جهت لازم است مسائل مربوط به کنترل نیروگاه های بخاری بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد. یک نیروگاه بخاری متشکل از کندانسور، بویلر فیدپمپ، بویلر، توربین، ژنراتور و تجهیزات کمکی می باشد. برای اینکه یک واحد نیروگاه بخاری بتواند در امر کنترل فرکانس شبکه مشارکت موثر داشته باشد و در عین حال، پایداری خود را حفظ کند و تنش های ترمودینامیکی و مکانیکی به تجهیزات آن وارد نشود باید مسأله کنترل هماهنگ بویلر - توربین به دقت مد نظر قرار گیرد. در حال حاضر بیشتر سیستمهای کنترل نیروگاهی از نوع تناسبی- انتگرالی- مشتقی می باشد که غالبا بر اساس دیدگاههای سیستم های خطی تک ورودی– تک خروجی طراحی شده اند و این در حالی است که سیستم بویلر- توربین، یک سیستم غیرخطی چند ورودی چند خروجی با تزویج زیاد بین متغیرهای حالت می باشد. در این پایان نامه، طراحی کنترل کننده چند متغیره غیرخطی نیروگاه بخاری (بویلر، توربین) مد نظر می باشد. محور این پژوهش واحد دوم 320 مگاواتی نیروگاه اسلام آباد اصفهان است، اما بدلیل فقدان برخی از پارامترهای کنترلی در مدارک و مستندات واحد مذکور، برخی از این پارامترها به صورت نوعی از اطلاعات واحدهای با ظرفیت و تیپ تجهیزات نزدیک با این واحد استخراج شده اند. محورهای اصلی کار شامل مدل سازی دینامیکی واحد بخاری و سپس طراحی یک کنترل کننده بر مبنای کنترل کننده های تناسبی– انتگرالی– مشتقی خواهد بود و در ادامه یک کنترل کننده غیرخطی مود لغزشی برای کنترل دو پارامتر مهم بویلر و توربین، یعنی فشار بخار سوپرهیت و دور (فرکانس) آن طراحی خواهد شد. سپس از فرم بهبودیافته کنترل کننده مود لغزشی برای طراحی کنترل کننده استفاده شده و نتایج طراحی های مختلف با هم مقایسه خواهد شد. تجهیزات نیروگاه هر کدام دارای انواع مختلف است ، به عنوان مثال، بویلر شامل انواع درام دار و بدون درام (یکبارگذر)، تحت فشار و تحت خلاء، گردش طبیعی و اجباری، دارای ری هیت و بدون ری هیت و انواع دیگر می باشد. توربین ها شامل انواع فشار ثابت و فشار متغیر، دو مرحله ای و سه مرحله ای و انواع دیگر می باشد. بخش مدل سازی شامل مدل بویلر درام دار، توربین سه مرحله ای و دارای ری هیت، می باشد که بر اساس تلفیق و تطبیق مدل های نمونه موجود برای واحد نیروگاهی تحت مطالعه خواهد بود. بر اساس این مدل، معادلات حالت نیروگاه بدست می آید. سپس بر اساس معادلات حالت بدست آمده یک کنترل کننده غیرخطی مود لغزشی طراحی می گردد. در پایان شبیه سازی انجام خواهد شد. نتایج شبیه سازی نشانگر این است که کنترل کننده مود لغزشی به طور قابل توجهی شاخصهای کنترلی حالتهای مدنظر را بهبود می بخشد.