طراحي بهينه كنترل كنندهNL-PIDF و SMES براي كنترل بار فركانس سيستم قدرت هيبريدي غيرخطي با استفاده از الگوريتم كريل‌ها

Optimal design of NL-PIDF and SMES as load frequency controller in a hybrid nonlinear power system using krill herds algorithm

در اين مقاله مسئلۀ پايداري فركانس در سيستم قدرت سه‌ناحيه‌اي با توربين‌هاي بخاري و گازي با در نظر گرفتن قيود غيرخطي ناشي از واحد بازگرمكن توربين بخار، محدوديت ميزان توليد (GRC)، باند مرده گاورنر (GDB) و الگوي ديناميكي ديگ بخار (BD) بررسي شده‌اند. براي كنترل بار فركانس، سيستم قدرت كنترل‌كنندۀ جديدي به‌صورت تناسبي – انتگرال‌گير – مشتق‌گير - فيلتر نويزگير غيرخطي (NL-PIDF) معرفي و بهينه شده است. براي بهبود پايداري ديناميكي، ابررساناي ذخيره‌ساز ميدان مغناطيسي (SMES) در ناحيه اول نصب شده و از خط انتقال موازي HVDC بين برخي نواحي استفاده شده است. براي طراحي بهينه مقادير كنترل خودكار توليد هر ناحيه (AGC)، كنترل‌كنندۀ تناسبي و بهرۀ فيدبك جريان القاگر SMES و كنترل‌كنندۀ NL-PIDF از الگوريتم بهينه‌سازي كريل‌ها (KH) با تابع هدفي تركيبي استفاده شده است. نتايج حاصل از شبيه‌سازي‌هاي انجام‌گرفته در حوزۀ زمان و مطالعات مقادير ويژه، نشان‌دهندۀ عملكرد سريع، پايدار، مقاوم و همچنين برتري استراتژي كنترلي بهينه پيشنهادي در ميرايي نوسانات فركانس و توان اكتيو مبادله‌شده بين نواحي هنگام مواجهه با تغييرات پله‌اي تصادفي و سينوسي بار، تغييرات GRC، تغييرات GDB و عدم‌قطعيت‌هاي ناشي از تغييرات گسترده مقادير ديناميكي است.

This paper investigates frequency stability in a three area power system including steam and gas turbines by taking into physical nonlinear constraints due to reheat steam turbine, generation rate constraint (GRC), governor dead band (GDB) and boiler dynamics (BD). A new load frequency controller based on nonlinear PID controller with derivative filter (NL-PIDF) is proposed and optimized. In order to improve dynamic stability, superconducting magnetic energy storage (SMES) is considered in first area and parallel HVDC links are used between some interconnected areas. Krill Herds optimization algorithm with hybrid cost function is used to optimally design integral control (AGC), proportional control and inductor current feedback gain of SMES and NL-PIDF controlling parameters. Simulation results in time domain and Eigen values studies demonstrate fast, stable, robust and also desirable performance of proposed control strategies in damping frequency and active power oscillations in the face with random step and sinusoidal load perturbations, variation in nonlinear GRC and GDB constraints and wide uncertainty in dynamic parameters.