طراحی بهینه یک کنترل‌کننده TID بر اساس کمینه‌سازی حداکثر دامنه انحراف فرکانس و انتگرال زمانی قدرمطلق خطا برای کنترل فرکانس_بار سیستم‌های قدرت دوناحیه‌ای به‌هم‌پیوسته با منابع حرارتی، گازی، برق‌آبی، بادی و خورشیدی در حضور عوامل غیرخطی باند سکون گاورنر و محدودیت‌های نرخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

امروزه، با توجه به رشد روزافزون تقاضای انرژی الکتریکی و نفوذ بالای منابع انرژی تجدید‌پذیر، نوسانات فرکانس به‌عنوان یک چالش اساسی پیش‌روی بهره‌برداران سیستم‌های قدرت قرار دارد. لذا، در این مقاله، با دیدگاهی جدید، مسئله کنترل فرکانس- بار بر اساس شاخص‌های (1)‌ حداکثر دامنه انحراف فرکانس و (2) انتگرال زمانی قدرمطلق خطا برای یک سیستم قدرت دوناحیه‌ای به‌هم‌پیوسته مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، سیستم مورد مطالعه از منابع تولیدی حرارتی، گازی، برق‌آبی و همچنین، منابع تولیدی تجدیدپذیر بادی و خورشیدی تشکیل شده است. در ساختار دوناحیه‌ای به‌هم‌پیوسته پیشنهادی، عوامل غیرخطی شامل باند سکون گاورنر و محدودیت‌های نرخ تولید در نظر گرفته شده است. برای کنترل فرکانس سیستم مورد مطالعه، از کنترل‌کننده مرتبه‌کسری TID به دلیل ساختار ساده و دقت بالا استفاده شده که ضرایب آن توسط الگوریتم ژنتیک بهینه می‌شوند. بعلاوه، عملکرد کنترل‌کننده پیشنهادی با کنترل‌کننده PID از نظر پارامترهای دینامیکی مانند دامنه انحرافات فرکانس، زمان نشست و سرعت رسیدن به پایداری، مقایسه گردیده است. نتایج شبیه‌سازی ساختار پیشنهادی در محیط MATLAB/SIMULINK بیانگر این است که کنترل‌کننده TID دامنه انحراف فرکانس را 85/97% و زمان نشست را 77% نسبت به کنترل‌کننده PID بهبود داده است و بنابراین، برای اهداف کنترل فرکانس تحت شرایط مختلف بهره‌برداری کارآیی مطلوب‌تری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kumer, J., "AGC Simulator for Price-based Operation-Part I: A Model", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 12, No. 2, pp. 527-532, 1997. https://doi.org/10.1109/59.589593.
[2] Raineri, R., Rios, S., Schiele, D., "Technical and economic aspects of ancillary services markets in the electric power industry: an international comparison", Energy policy, Vol. 34, No. 13, pp. 1540-1555, 2006. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2004.11.015.
[3] Oshnoei, S., Oshnoei, A., Mosallanejad, A., Haghjoo, F., "Novel load frequency control scheme for an interconnected two-area power system including wind turbine generation and redox flow battery", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 130, Art. No. 107033, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107033.
[4] Ahmed, M., Magdy, G., Khamies, M., Kamel, S., "Modified TID controller for load frequency control of a two-area interconnected diverse-unit power system", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 135, Art. No. 107528, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107528.
[5] Peddakapu, K., Mohamed, M., Srinivasarao, P., Arya, Y., Leung, P., Kishore, D., "A state-of-the-art review on modern and future developments of AGC/LFC of conventional and renewable energy-based power systems", Renewable Energy Focus, Vol. 43, pp. 146-171, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ref.2022.09.006.
[6] Arya, Y., Dahiya, P., Çelik, E., Sharma, G., Gözde, H., Nasiruddin, I., "AGC performance amelioration in multi-area interconnected thermal and thermal-hydro-gas power systems using a novel controller", Engineering Science and Technology, an International Journal, Vol. 24, No. 2, pp. 384-396, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.08.015.
[7] Qiu, Y., Lin, J., Liu, F., Dai, N., Song, Y., "Continuous random process modeling of AGC signals based on stochastic differential equations", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 36, No. 5, pp. 4575-4587, 2021. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2021.3058681.
[8] Prasad, S., Purwar, S., Kishor, N., "Load frequency regulation using observer based non-linear sliding mode control", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 104, pp. 178-193, 2019. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.06.035.
[9] Elmelegi, A., Mohamed, E.A., Aly, M., Ahmed, E.M., Mohamed A.A.A., Elbaksawi, O., "Optimized tilt fractional order cooperative controllers for preserving frequency stability in renewable energy-based power systems", IEEE Access, Vol. 9, pp. 8261-8277, 2021. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3049782.
[10] Ikhe, A., Kulkarni, A., "Load frequency control for two area power system using different controllers", International Journal of Advances in Engineering & Technology, Vol. 6, No. 4, pp. 1796-1802, 2013.https://doi.org/10.1109/ICACRS55517.2022.10029090.
[11] Alomoush, M.I., "Load frequency control and automatic generation control using fractional-order controllers", Electrical Engineering, Vol. 91, No. 7, pp. 357-368, 2010. https://doi.org/10.1007/s00202-009-0145-7.
[12] Naik, A.K., Jena, N.K., Sahoo, S., Sahu, B.K., "Optimal Design of Fractional Order Tilt-Integral Derivative Controller for Automatic Generation of Power System Integrated with Photovoltaic System", Electrica, Vol. 24, No. 1, pp. 140-153, 2024. https://doi.org/10.5152/electrica.2024.23044.
[13] Soni, M., Mittal, A., Soomar, A.M., Sahoo, P., Markam, K., Singh, S., "Load Frequency Control Scheme Controller Design for Isolated and Conventional Two Area Power Systems", Fourth International Conference on Advances in Electrical, Computing, Communication and Sustainable Technologies (ICAECT), pp. 1-6, 2024. https://doi.org/10.1109/ICAECT60202.2024.10468698.
[14] Jain, D., Bhaskar, M., "Optimization of controllers using soft computing technique for load frequency control of multi-area deregulated power system", International Journal of Applied, Vol. 13, No. 1, pp. 52-65, 2024. https://doi.org/10.11591/ijape.v13.i1.pp52-65.
[15] Hajiakbari Fini, M., Yousefi, G.R., Haes Alhelou, H., "Comparative study on the performance of manyobjective and singleobjective optimisation algorithms in tuning load frequency controllers of multiarea power systems", IET Generation, Transmission & Distribution, Vol. 10, No. 12, pp. 2915-2923, 2016. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2015.1334.
[16] Rasolomampionona, D., Klos, M., Cirit, C., Montegiglio, P., De Tuglie, E.E., "A new method for optimization of Load Frequency Control parameters in multi-area power systems using Genetic Algorithms" IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), pp. 1-9, 2022. https://doi.org/10.1109/EEEIC/ICPSEurope54979.2022.9854535.
[17] Khudhair, M., Ragab, M., AboRas, K.M., Abbasy, N. H., "Robust control of frequency variations for a multi-area power system in smart grid using a newly wild horse optimized combination of PIDD2 and PD controllers", Sustainability, Vol. 14, No. 13, Art. No. 8223, 2022. https://doi.org/10.3390/su14138223.
[18] Malik, M.Z., Zhang, S., Chen, G., Alghaythi, M. L., "Robust Tilt-Integral-Derivative Controllers for Fractional-Order Interval Systems", Mathematics, Vol. 11, No. 12, Art. No. 2763, 2023. https://doi.org/10.3390/math11122763.