کنترل مقاوم فرکانس ریزشبکه‌ی جزیره‌یی با کنترل‌گر PI تنظیم‌شده با منطق فازی و الگوریتم رقابت استعماری

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی - گروه مهندسی برق - دانشگاه فسا

2 دانشکده مهندسی - گروه مهندسی برق - واحد کازرون - دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

با به‌کارگیری انرژی‌های تجدیدپذیر در ریزشبکه به عنوان یکی از منابع انرژی پراکنده،‌ توان الکتریکی تولید می‌گردد. بارهای پراکنده در حالت‌های متصل به/ منفصل از شبکة سراسری قدرت از ریزشبکه‌ها خدمات دریافت می‌نمایند. نوسانات طبیعی میزان توان تولیدی با انرژی‌های تجدیدپذیر و نامعینی‌های سیستم قدرت، عملکرد کنترل‌گرهای کلاسیک را تضعیف می‌نمایند. در مقاله‌ی حاضر در پاسخ به این چالش، منطق فازی مقدار لحظه‌یی پارامترهای کنترل‌گر PI را محاسبه می‌کند. الگوریتم رقابت استعماری برای تعیین بهینه‌ی مقادیر نامی پارامترهای کنترل‌گر و محدودۀ توابع عضویت سیستم فازی پیشنهادی به‌کار می‌رود. محدوده پارامترهای پایدارساز کنترل‌گر پیشنهادی با قضیه خاریتانوف تعیین می‌شود. مقایسه‌ی معیارهای RMS، فراجهش و فروجهش، تعداد نوسانات و زمان نشستِ تغییرات فرکانس طرح کنترلی پیشنهادی با کنترل‌گر PI بازای تغییرات بار مختلف، عملکردِ بهتر ِ کنترل‌گر پیشنهادی را تایید می‌نماید. شبیه‌سازی‌ها با در نظر گرفتن عدم‌قطعیت‌های پارامترهای سیستم، مقاوم بودن کنترل‌گر پیشنهادی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Robust Frequency Control of Island Microgrid using PI Controller Tuned by ICA-based Fuzzy Logic

نویسندگان [English]

  • F. Jamshidi 1
  • M. M. Ghanbarian 2
  • A. Tafakkor 2
1 Electrical Engineeringو Engineering Department, University of Fasa, Fasa, Fars, Iran
2 Electrical Engineering Department, Islamic Azad University, Kazerun Branch, Kazerun, Iran
چکیده [English]

Renewable energies are used by micro grid (MG) to produce electrical power. Scatered loads receive service from MG in both Island and Grid connected operation modes. Uncertainties of power system and natural deviations of power produced by renewable energies attenuate the performance of classic controllers. In this paper, fuzzy system determines the parameters of PI controller in response to this challenge. The Imperialist competitive algorithm (ICA) optimizes the nominal values of controller parameters and the membership functions of the proposed fuzzy system. The interval of the proposed controller parameters are determined by Kharitonov's theorem to ensure the stability of the closed loop system. Comparison of RMS, overshoot and undershoot, number of oscillations, and settling time of the frequency deviations of the proposed control scheme with two other controllers in several load changes demonstrates the better performance of the proposed controller. Considering the uncertainties of system parameters proves that the proposed controller is robust.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fuzzy logic
  • imperialist competitive algorithm (ICA)
  • Kharitonov's theorem
  • microgrid
  • PI controller
  • root mean square (RMS) of frequency deviation

مراجع

[1] R. H. Lasseter, A. Akhil, C. Marnay, J. Stephens, J. Dagle, R. Guttromson, A. Meliopoulous and R. J. Yinger, The CERTS microgrid concept, White Paper, Transmission Reliability Program, Office of Power Technologies, U.S. Dept. Energy, Apr. 2002.
[2] C. Chowdhury, S. P. Chowdhury and P. Crossley, The institution of engineering and technology, in Microgrids and Active Distribution Networks, London, U.K.: Instutation of Engineering and Technology, 2009.
[3] R. H. Lasseter, J. H. Eto, B. Schenkman, J. Stevens, H. Vollkommer, D. Klapp, E. Linton, H. Hurtado and J. Roy, “CERTS microgrid laboratory test bed,” IEEE Transaction on Power Delivery, vol. 26, pp. 325–332, 2011.
[4] H. Camblong, J. Sarr, A. T. Niang, O. Curea, J. A. Alzola, E. H. Sylla and M. Santos, “Micro-grids project, part 1: Analysis of rural electrification with high content of renewable energy sources in Senegal,” Renewable Energy, vol. 34, pp. 2141–2150, 2009.
[5] H. Bevrani and T. Hiyama, Intelligent Automatic Generation Control.New York: CRC, Apr. 2011.
[6] H. Bevrani, A. Ghosh and G. Ledwich, “Renewable energy sources and frequency regulation: Survey and new perspectives,” IET Renewable Power Generation, vol. 4, pp. 438–457, 2010.
[7] P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, Hill, J. Dagle, A. Stankovic, C. Taylor, T. Van Cutsem and V. Vittal, “Definition and classification of power system stability IEEE/ CIGRE joint task force on stability terms and definitions,” IEEE Transaction on Power Systems, vol. 19, no. 3, pp. 1387–1401, 2004.
[8] H. Bevrani, Robust Power System Frequency Control. NewYork: Springer, 2009.
[9] H. Bevrani, M. R. Feizi and S. Ataee, “Robust Frequency Control in an Islanded Microgrid: H∞ and μ - Synthesis Approaches,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 7, no. 2, pp. 706-717, 2016.
[10] H. Bevrani, F Habibi, M. Watanabe and Y. Mitani, “Intelligent Frequency Control in an AC Microgrid: Online PSO-Based Fuzzy Tuning Approach,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. PP, pp. 1-10, 2012.
[11] فرشید حبیبی ، حسن بیورانی ، جمال مشتاق، «کاربرد شبکه‌های عصبی مصنوعی در طراحی یک کنترل‌گر هوشمند فرکانس برای یک ریزشبکه جزیره‌ای»، مجله مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - الف مهندسی برق، شماره 2، دوره 10، صفحه 88 تا 95، پاییز 1391.
[12] حسین شایقی، حمزه آریانپور، «طراحی مقاوم کنترل‌گر فازی PID بلادرنگ مبتنی بر الگوریتم بهبودیافته تکامل تفاضلی برای کنترل فرکانس ریزشبکه جزیره‌ای با در نظر گرفتن عوامل غیرخطی و عدم قطعیت‌ها»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد ۴۶، شماره ۳، صفحه 241 تا 256، پائیز 1395.
[13] A. Karami, E.Rezaei, M. Shahhosseni and M. Aghakhani, “Optimization of heat transfer in an air cooler equipped with classic twisted tape inserts using imperialist competitive algorith,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 38, pp. 195-200, 2012.
[14] A. Kaveh and A. S. Talatahari, “Optimum design of skeletal structures using imperialist competitive algorithm,” Computers & Structures, vol. 88, pp. 1220-1229, 2012.
[15] S. Nazari - Shirkouhi, H. Eivazy, R. Ghodsi, K. Rezaei and E. Atashpaz - Gargari, “Solving the integrated product mix-outsourcing problem using the imperialist competitive algorithm,” Expert Systems with Applications, vol. 37, no. 12, pp. 7615- 7626, 2010.
[16] شهرام جمالی، سپیده ملکتاجی، مرتضی آنالویی، «ماشین‌های مجازی با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد ۴۶، شماره ۱، بهار ۱۳۹۵.
[17] H. Bevrani and T. Hiyama, Intelligent Automatic Generation Control, New York: CRC, Apr. 2011.
[18] S. Obara, “Analysis of a fuel cell micro-grid with a small-scale wind turbine generator,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 32, pp. 323- 336, 2007.
[19] F. Habibi, A. H. Naghshbandy and H. Bevrani, “Robust voltage controller design for an isolated microgrid using Kharitonov’s theorem and D-stability concept,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 44, no. 1, pp.656-665, 2013.
[20] ابوالفضل حلوایی نیاسر، صابر فلاحتی علی آبادی،« کنترل موتور BLDC با استفاده از کنترلگر PID مرتبه کسری بهینه شده با الگوریتم رقابت استعماری»، مجله محاسبات نرم، شماره 3، صفحه 2 تا 11، بهار و تابستان 1392.
[21] J. J. Gude and E. Kahoraho, “Modified Ziegler-Nichols method for fractional PI controllers,” 15th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA 2010), pp. 1-5, Bilbao, 2010.
[22] A. De Carli, P. Liguori and A. Marroni, “A Fuzzy-PI Control Strategy,” Control Engineering Practice, vol. 2, no. 1, pp. 147-153, 1994.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار