Sliding Mode Based Load Frequency Control in Power Systems

U ovome je radu prikazana primjena algoritma kliznog režima upravljanja u sekundarnoj regulaciji frekvencije i djelatne snage razmjene elektroenergetskog sustava. Najprije je opisano djelovanje sekundarne regulacije frekvencije i djelatne snage razmjene te su navedeni nedostaci trenutno najraširenijeg algoritma sekundarne regulacije, PI algoritma. S ciljem poboljšanja vladanja sustava postavljeni su zahtjevi na novi algoritam sekundarne regulacije. Za potrebe testiranja novog algoritma razvijeni su linearni i nelinearni model elektroenergetskog sustava. Svaki se model sastoji od četiriju regulacijskih područja. Detaljno su opisani sastavni dijelovi obaju modela. Kao novi algoritam sekundarne regulacije frekvencije i djelatne snage razmjene, u ovome se radu predlaže algoritam kliznog režima upravljanja. Ovakav je algoritam izabran zahvaljujući njegovom svojstvu robusnosti na određenu klasu neodređenosti u sustavu te na promjene parametara sustava. U radu se primjenjuje diskretna inačica kliznog režima upravljanja. Parametri algoritma kliznog režima upravljanja određuju se korištenjem genetičkog algoritma. Proračun upravljačkog signala algoritma kliznog režima upravljanja zahtjeva poznavanje svih stanja sustava. Budući da neke varijable stanja i poremećaja u elektroenergetskom sustavu nisu mjerljive, njihove se vrijednosti procjenjuju korištenjem metode brzog uzorkovanja izlaznog signala sustava. Simulacijska istraživanja prvo su provedena na linearnom modelu elektroenergetskog sustava. Na tome je modelu uspoređeno vladanje algoritma sekundarne regulacije zasnovanog na kliznom režimu s uobičajeno korištenim PI algoritmom sekundarne regulacije. Predloženi se algoritam sekundarne regulacije pokazao boljim od PI algoritma. Osim toga, simulacijski rezultati pokazuju robusnost predloženog algoritma sekundarne regulacije na pogrešno identificirane parametre sustava, prisustvo šuma mjerenja u sustavu te na vremenske promjene svih parametara sustava. Na nelinearnom su se modelu sustava potvrdile prednosti predloženog algoritma u odnosu na PI algoritam sekundarne regulacije.In this thesis a sliding mode based control algorithm is applied in load frequency control of a power system. Firstly, an operation of load frequency control within a power system is described. Drawbacks of presently widely used load frequency control algorithm, PI algorithm, are specified. Based on the goals of load frequency control and PI algorithm drawbacks, requirements of a new control algorithm are defined. For the purposes of testing he proposed algorithm, linear and nonlinear power system models are designed. Each model is consisted of four control areas. Components of both models are explained in detail. Sliding mode control algorithm is proposed as the new load frequency control algorithm. Sliding mode control algorithm is chosen due to its robustness to particular uncertainties and system parameter variations. In this thesis a discrete time sliding mode control algorithm is used. Parameters of the proposed control algorithm are computed using genetic algorithms. To compute a control signal in sliding mode controller, a full system knowledge is required. Not all system state and disturbance components are measurable, therefore they are estimated using fast output sampling technique. Simulation research is firstly conducted on linear power system model. On that model a comparison of the proposed load frequency control algorithm and commonly used PI control algorithm is obtained. Simulation results show that the proposed algorithm outperforms PI algorithm. Moreover, simulation results show robustness of the proposed algorithm to presence of parameters identification error, measurement noise and variations of all system parameters. The proposed control algorithm is also tested on nonlinear power system model and its good performance is thereby confirmed