طراحي مقاوم كنترل‌كننده فازي PID بلادرنگ مبتني بر الگوريتم بهبوديافته تكامل تفاضلي براي كنترل فركانس ريزشبكه جزيره اي با در نظر گرفتن عوامل غيرخطي و عدم قطعيت ها

Robust Online Fuzzy PID Design Based on Improved Differential Evolution for Islanded Microgrid Frequency Control Considering Nonlinear Factors and Uncertainties

در اين مقاله، يك كنترل­كننده مقاوم فازي PID كه به كنترل­كننده فازي PID بلادرنگ (OFPID) معروف است، براي كنترل فركانس يك ريزشبكه در حالت جزيره­اي ارائه شده است. استراتژي كنترل­كننده پيشنهادي به­گونه­اي است كه ضرايب كنترلكننده فازي PID در هر لحظه توسط منطق فازي تنظيم ميشوند. جهت بهبود عملكرد كنترلكننده پيشنهادي، الگوريتم بهبوديافته تكامل تفاضلي (IDE) پيشنهادي كه داراي سرعت همگرايي مناسبي براي بهينه­يابي توابع غيرخطي است، براي تنظيم بهينه پارامترهاي آن شامل: ضرايب، توابع عضويت، ضرايب وزني قواعد و قواعد فازي در سه مرحله استفاده مي­شود. همچنين براي بهبود عملكرد مقاوم كنترلكننده در نقاط كار متفاوت، پارامترهاي كنترل­كننده OFPID با در نظرگرفتن عدم قطعيت­هايي بر روي پارامترهاي برخي اجزاي ريزشبكه با الگوريتم پيشنهادي به­صورت بهينه تنظيم مي­شوند. انگيزه اصلي پيشنهاد اين استراتژي كنترلي، در هم آميختن ويژگيهاي منطق فازي و الگوريتم بهبوديافته IDE براي كاهش كنش­هاي كنترلي و يافتن كنترل بهينه فازي براي برآورده نمودن عملكرد مقاوم كنترل فركانس ريزشبكه است. ريزشبكه مورد آزمايش، شامل: واحدهاي توليد پراكنده ژنراتور ديزلي، فتوولتاييك، پيل سوختي به­همراه الكترولايزر و توربين بادي و واحدهاي ذخيره­كننده انرژي پراكنده چرخ طيار و باتري است. براي نزديك­تر شدن به پاسخ فركانسي ريزشبكه واقعي، عوامل غيرخطي بر روي مدل منابع توليد پراكنده و ذخيرهكننده انرژي در نظر گرفته شده­اند. نتايج شبيهسازي با اعمال اغتشاش­هاي متفاوت، بيانگر عملكـرد منـاسب كنترل­كننده OFPID فركانس پيشنهادي مبتني بر الگوريتم بهبود يافته IDE نسبت به كنترل­كننده­هاي PID بهينه­شده و فازي PID كلاسيك است.

Abstract: In this paper, a robust fuzzy PID controller which is called online fuzzy PID (OFPID), for frequency control of an islanded microgrid is proposed. The proposed controller strategy is such that the fuzzy PID coefficients are automatically adjusted by fuzzy set theory at each time. To improve the performance of the proposed controller, the proposed improved differential evolution (IDE) algorithm which has suitable convergence speed in nonlinear functions optimization is used to optimal tune of its parameters including coefficients, membership functions, fuzzy rules weight and rules in three stages. To robust controller design in different operation points, the OFPID controller parameters is optimized by considering the uncertainties on some microgrid component parameters. The motivation for the proposed this control strategy is combination of fuzzy theory feature and IDE optimization algorithm to reduce control efforts and find better fuzzy system to achieve robust performance of microgrid frequency control. The test microgrid, is composed of distributed generation units such as diesel generators, photovoltaic, fuel cells with electrolyzer and wind turbine, as well as energy storage units such as flywheel and battery. In order to get closer to the frequency response of real microgrid, nonlinear factors on the distributed generation and energy storage sources have been considered. Simulation results by applying different disturbances show the good performance of the proposed OFPID controller than the optimized PID and classical fuzzy PID controllers.