Intelligent Frequency Control in an AC Microgrid: Online PSO-Based Fuzzy Tuning Approach

ABSTRACT

Modern power systems require increased intelligence and flexibility in the control and optimization to ensure the capability of maintaining a generation-load balance, following serious disturbances. This issue is becoming more significant today due to the increasing number of microgrids (MGs). The MGs mostly use renewable energies in electrical power production that are varying naturally. These changes and usual uncertainties in power systems cause the classic controllers to be unable to provide a proper performance over a wide range of operating conditions. In response to this challenge, the present paper addresses a new online intelligent approach by using a combination of the fuzzy logic and the particle swarm optimization (PSO) techniques for optimal tuning of the most popular existing proportional-integral (PI) based frequency controllers in the ac MG systems. The control design methodology is examined on an ac MG case study. The performance of the proposed intelligent control synthesis is compared with the pure fuzzy PI and the Ziegler-Nichols PI control design methods .

INTRODUCTION

THE increasing need for electrical power has made several uncommon sources enter into the power systems which increased the systems complexity and uncertainty. Renewable energy sources (RESs) are mostly used as alternative generation units in a modern power system. The increasing penetration of the RESs has many advantages, but also introduces new important challenges, as to whether these sources can operate stable beside conventional generation units or not. Some technical challenges caused by the RESs are problem of maintaining and protecting of the RESs, contributing in the system voltage and frequency regulation, and proper control designs in both connected and disconnected modes . The desired utilization of these sources requires many standards; hence, the microgrid (MG) concept was first introduced in 1998 by the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions (CERTS) . The CERTS introduced an MG as an aggregation of loads and microsources operating as a single system providing both power and heat. The majority of the microsources must be power electronic-based to provide the required flexibility to ensure the operation as a single aggregated system.

چکیده

سیستم های مدرن قدرت نیاز به افزایش هوش و انعطاف پذیری در کنترل و بهینه سازی برای اطمینان از قابلیت حفظ تعادل بار نسبی، پس از اختلالات جدی است. امروزه به دلیل افزایش تعداد میکروگرید ها (MGs)، این موضوع امروز بیشتر قابل توجه است. MGs بیشتر از انرژی های تجدید پذیر در تولید برق استفاده می کنند که به طور طبیعی متفاوت هستند. این تغییرات و عدم اطمینان معمول در سیستم های قدرت باعث می شود کنترل کننده های کلاسیک قادر به ارائه عملکرد مناسب در طیف گسترده ای از شرایط عملیاتی نیستند. در پاسخ به این چالش، مقاله حاضر با استفاده از ترکیبی از منطق فازی و تکنیک های بهینه سازی ذرات (PSO) برای تنظیم بهینه ترین رایج ترین کنترل کننده های فرکانس مبتنی بر متناسب با انتگرال (PI) سیستم های AC MG. روش طراحی کنترل بر روی مورد مطالعه موردی MG مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد سنتز کنترل هوشمند پیشنهادی با روش های فیزیکی خالص فازی و روش های طراحی کنترل کننده Ziegler-Nichols مقایسه شده است.

مقدمه

نياز روزافزون به نيروي برق، چندين منبع غير معمول را وارد سيستم هاي قدرت مي کند که باعث افزايش پيچيدگي و عدم اطمينان سيستم مي شود. منابع انرژی قابل تجدید (RES) بیشتر به عنوان واحدهای تولیدی جایگزین در یک سیستم قدرت مدرن مورد استفاده قرار می گیرند. نفوذ روزافزون RES به مزایای بسیاری دارد، اما همچنین چالش های مهم جدیدی را معرفی می کند که آیا این منابع می توانند در کنار واحدهای تولیدی متعارف پایدار باشند یا خیر. برخی از چالش های فنی ناشی از RES، مشکلی برای حفظ و محافظت از RES، کمک به تنظیم ولتاژ و فرکانس سیستم و طرح های کنترل مناسب در حالت های متصل و قطع شده است. استفاده مورد نظر از این منابع مستلزم استانداردهای زیادی است؛ از این رو، مفهوم microgrid (MG) ابتدا در سال 1998 توسط کنسرسیوم راه حل های فناوری اطمینان الکتریکی (CERTS) معرفی شد. CERTS یک MG را به عنوان مجموعهای از بارها و میکروسورسها به عنوان یک سیستم واحد ارائه می دهد که قدرت و گرما را فراهم می کند. اکثریت منابع میکرو باید بر اساس الگوریتم قدرت باشند تا انعطاف پذیری مورد نیاز را برای اطمینان از عملکرد به عنوان یک سیستم جمع آوری واحد فراهم کنند.

Year: 2012

Publisher : IEEE

By : H. Bevrani, F. Habibi, P. Babahajyani, M. Watanabe, and Y. Mitani