کنترل فرکانس بار با استفاده از کنترل‌کننده Fuzzy-PID با توابع عضویت بهینه‌شده

فلاحتی علی آبادی, صابر; طاهر, سید عباس

doi:10.22052/scj.2021.242834.0

کنترل فرکانس بار با استفاده از کنترل‌کننده Fuzzy-PID با توابع عضویت بهینه‌شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشکده برق و کامپیوتر، گروه مهندسی برق، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

² شرکت برق منطقه ای اصفهان، اصفهان، ایران

³ دانشکده برق و کامپیوتر، گروه مهندسی برق، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.

10.22052/scj.2021.242834.0

چکیده

کنترل فرکانس بار (LFC) یکی از مهمترین موضوعات در سیستم‌های قدرت الکتریکی می‌باشد. در صنعت معمولاً از کنترل‌کننده‌های تناسبی انتگرالی (PI) برای این امر استفاده می‌شود. در این مقاله از کنترل‌کننده Fuzzy-PID با توابع عضویت بهینه شده برای کنترل فرکانس بار در یک سیستم دو ناحیه‌ای استفاده شده است. به منظور تعیین محل توابع عضویت ورودی‌ها و نیز بهره‌های کنترل‌کننده‌های Fuzzy-PID از بهینه‌سازی استفاده شده است. در این مطالعه الگوریتم رقابت استعماری (ICA) جهت بهینه‌سازی بکار گرفته شده است. شبیه‌سازی‌ها در محیط سیمولینک برنامه MATLAB و در حضور منابع انرژی بادی و بارهای متغیر انجام پذیرفته است. به منظور مقایسه، شبیه‌سازی‌ها با کنترل‌کننده FOPID بهینه شده با الگوریتم رقابت استعماری نیز انجام شده است. همچنین به منظور بررسی میزان مقاوم بودن کنترل‌کننده پیشنهادی در برابر عدم‌قطعیت‌های موجود در سیستم، شبیه‌سازی‌ها با تغییرات پارامترهای سیستم دو ناحیه‌ای نیز صورت گرفته است. نتایج شبیه‌سازی‌ها، عملکرد مطلوب کنترل‌کننده پیشنهادی را نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Load frequency control by using fuzzy-PID controller with optimized membership functions

نویسندگان [English]

Saber Falahati Aliabadi ¹ ²
Seyed Abbas Taher ³

¹ Faculty of Electrical and Computer Engineering, Department of Electrical Engineering, Kashan University, Kashan, Iran

² Isfahan Regional Electricity Company, Isfahan, Iran

³ Faculty of Electrical and Computer Engineering, Department of Electrical Engineering, Kashan University, Kashan, Iran.

چکیده [English]

Load Frequency Control (LFC) is one the most important topics in power systems. To this end, Proportional-integral (PI) controllers is usually employed in industry. In this paper, a Fuzzy-PID controller with optimized membership functions has been designed for LFC in a two-area power system. Optimization has been employed in order to define the location of input membership functions and gains of Fuzzy-PID controllers. Imperialist Competitive Algorithm (ICA) has been used for optimization in this study. Simulations have been carried out in MATLAM/SIMULINK in presence of wind power and variable loads. In order to conduct comparisons, the simulations have been carried out using the fractional order PID (FOPID) controller optimized by ICA. Moreover, to verify robustness degree of the proposed controller against system uncertainties, simulations have been done by changing the parameters of two-area system. Results of simulations illustrate good performance of the proposed controller.

کلیدواژه‌ها [English]

Load Frequency Control
Fuzzy-PID controller
Imperialist Competitive Algorithm
Optimized membership functions
FOPID controller

مراجع

[1] Taher S.A., HajiakbariFini M., Falahati Aliabadi S., “Fractional order PID controller design for LFC in electric power systems using imperialist competitive”, Ain Shams Engineering Journal, 5:121–135, 2014.
[2] Bevrani H., Robust Power System Frequency Control. Second Edition, Springer, 2013.
[3] Yazdizadeh A., Ramezani M.H., Hamedrahmat E., "Decentralized load frequency control using a new robust optimal MISO PID controller", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 35(1):57-65, 2012.
[4] Saxena S., Hote Y. V., "Decentralized PID load frequency control for perturbed multi-area power systems", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 81:405-415, 2016.
[5] Hanwate S. D., Hote Y.V., "Optimal PID design for Load frequency control using QRAWCP approach", IFAC-PapersOnLine, 51(4):651-656, 2018.
[6] Anwar M. N., Pan S., “A new PID load frequency controller design method in frequency domain through direct synthesis approach”, International Journal of electrical Power and Energy Systems, 67:560-569, 2015.
[7] Padhan DG., Majhi S., “A new control scheme for PID load frequency controller of single-area and multi-area power systems”, ISA Trans, 52:242-251, 2013.
[8] Singh V.P., Kishor N., Samuel P.,” Improved load frequency control of power system using LMI based PID approach”, Journal of the Franklin Institute, 354(15):6805-6830, 2017.
[9] طاهر س.ع.، زراعتی م.، «بهینه‌سازی پارامترهای کنترل‌کننده PID برای کنترل فرکانس بار با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری»، مجله محاسبات نرم، جلد 1، شماره 2، ص 60-73، 1391.
[10] M. Karimi-Ghartemani, M. Zamani, N. Sadati, M. Parniani, “An optimal fractional order controller for an avr system using particle swarm optimization algorithm”, Power Engineering, 2007 Large Engineering Systems Conference on, pp. 244- 247, 2007.
[11] Jain Sh., Hote Y.V., "Design of fractional PID for Load frequency control via Internal model control and Big bang Big crunch optimization", IFAC-PapersOnLine, 51(4):610-615, 2018.
[12] Zamani A., Barakati S. M., Yousofi-Darmian S., "Design of a fractional order PID controller using GBMO algorithm for load–frequency control with governor saturation consideration", ISA Transactions, 64:56-66, 2016.
[13] Sondhi S., Hote Y.V., "Fractional order PID controller for perturbed load frequency control using Kharitonov’s theorem", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 78:884-896, 2016.
[14] Jalali N., Razmi H., Doagou-Mojarrad H., "Optimized fuzzy self-tuning PID controller design based on Tribe-DE optimization algorithm and rule weight adjustment method for load frequency control of interconnected multi-area power", Applied Soft Computing, 93:1-19, 2020.
[15] Sahoo B.P., Panda S., "Improved grey wolf optimization technique for fuzzy aided PID controller design for power system frequency control", Sustainable Energy, Grids and Networks, 16:278-299, 2018.
[16] Woo Z., Chung Z., Lin J., “A PID type fuzzy controller with self-tuning scaling factors” Fuzzy Sets and Systems, 115:321-326, 2000.
[17] Falahati S., Taher S.A., “Design of Fuzzy-FOPID controller optimized by ICA for control of AVR”, Majlesi Journal of Electrical Engineering, 11(4):27-35, 2017.
[18] Karami A., Rezaei E., Shahhosseni M., Aghakhani M., “Optimization of heat transfer in an air cooler equipped with classic twisted tape inserts using imperialist competitive algorithm”, Experimental Thermal and Fluid Science, 38:195-200, 2012.
[19] Kaveh A., Talatahari S., “Optimum design of skeletal structures using imperialist competitive algorithm” Computers & Structures, 88(21-22):1220-1229, 2010.
[20] Nazari-Shirkouhi S., Eivazy H., Ghodsi R., Rezaei K., Atashpaz-Gargari E., “Solving the integrated product mix-outsourcing problem using the imperialist competitive algorithm”, Expert Systems with Apllications, 37(12):7615-7626, 2010.
[21] حلوایی‌نیاسر ا.، فلاحتی علی‌آبادی ص.، «کنترل مبدل BLDC با استفاده از کنترل‌کننده PID مرتبه کسری بهینه شده با الگوریتم رقابت استعماری»، مجله محاسبات نرم، جلد 2، شماره 1، ص 2-11، 1392.
[22] Atashpaz-Gargari E., Lucas C., “Imperialist Competitive Algorithm: An algorithm for optimization inspired by imperialistic competition”, IEEE Congress on Evolutionary Computation, pp. 4661–4667, 2007.