In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  2118~ 21 25  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp2118-2125     2 1 18     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Study of autom atic generation con trol in tw o  area power system  wi t h   D FI G-b a sed   wi nd  en ergy conversion       Sou m ia Ka il,  A bdel k ade r  B e k r i ,  A b d e ldj e b a r Hazz ab  D e part ment   o f  Electri cal  E ngineer i n g,  CA O SE E   l a borat o ry,   Tahr i  M o ham m a d U n ivers ity, Bech a r ,   Al geria      Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Dec   2 0 ,  2 018  Re vise d Mar   1,  201 9   Ac ce p t ed  Ap r   2 2 ,  2 019      The  main  o bjective  o f   A u t omatic  G en eratio n  Cont rol  (AG C )  is   t o   keep   t h e   f r equ e ncy  w i t h in  s p ecified   limits  t h r ou gh  p r im ary   an d  s econd ary  c o n t r o l .   I n   th is   s tu dy,  a   m o d el   o f   t w o  area  t h erm a l  no n -reh eat  p o w er  s ys tem  w i t h   inte gra t ion   o f   D ou bly  Fe d   Ind u c tion   Generat o r  ( D F I G)  b ased  W ind  E n e r g y   Con v ersi on   ( W E C)  i n t o  both   areas   i s  presen ted .   A   P ro portional   I nte g ra l  Deri vati ve  ( PID)  c on tro l l e r  and   a  F u zzy   L o g i c   C on troller  (FL C )  hav e   b een   app l i e d  and   co m p ared.  T h e  P r op os ed  c o n tro llers  a re   u sed  t o   i m p r ov e  th e  dy nam i c  res p o n s e   a s  well  as   t o   reduce  o r   e li m i n a t e   t h e   s t eady-s t a t e   e rror  in  Area  Cont rol   Erro r  (ACE ).  F L C   h as   b een  o ff ered  b ett e r  and   f a st e r  perf o r man ce  ov er  t h e   P ID   c on tro ller.   T h e   r e s ults   o b t ai ned  p r ov e  t h e  i m p a c t   of   D F I G - bas e d  WE C  on  A G C  a n d   con f irm   th e  parti c ip atio n  of   t h e   D FIG  in   th e f r equ e ncy  sy stem.   K eyw ord s :   A r ea   C o n t ro l   Er ro r   (A C E )   A u t o ma t i c   G e ner a t i o n   C on tr ol  (AGC)   D o u b l y   F e d  Induc tio n  Generator  (DFIG)   F u z z y Lo gic  Con t ro l l er  ( F L C)   PID   c o ntro ller   W i nd  En e rgy   Co nv e r sion   (W EC)   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Soum ia K ail ,    D e pa rtme nt   o f  El e c t rica l   Eng i ne eri ng,   CO A S EE  Labora t or y, Ta h ri Mo h am m a d U n i v er sit y ,  Be ch ar ,  A l geria  Be c h a r  U niver s i t y,  S tre e t O f  Inde pen d e n c e , BP   417,  Bec ha r,  A lge ria  Em ail:  kai l s o u m i y a @ gma i l . com       1.   I N TR OD U C TI O N   The   fre que nc y   of  a   s ystem   is   d epe n den t   on  a c tive   pow er  b a l a n ce.   A s  fre que nc y  is  a   c om mon  fa c t or  thr o u g hou t  t h e   sys t em ,  a   c h ange  i n  a c t i v e  p o w e r  dem a nd  at  o ne  p oi n t   i s   ref l e c t e d   t h ro ug hou t   th e   syst e m   b y   a  change in frequency [ 1 ] .   D u r i n g   n orm a l  o p er at io ns,   the   syste m   frequ enc y   i s  c l ose   t o   5 0   H z.  H o w e v er,  wh e n   a n  ev e n t  o c cu rs  t h at   cau se ’s   ge nera t i o n -de m a nd  imba la nce ,   t he   s y s t e m  fre que nc y  sta r ts  t o   d e v ia te  w i t h   the   fr eq ue nc y   ra t e s,  depe n d i n g on  the   to ta l sys t em  inert ia  a nd  the   am ount o f  u n b a lan c e d   po w e r  [ 2 ].   I f ,  for  insta n c e ,   consum p t i o n  i s   l arge r  t h an  p ro d u ct i on,   t he   r o ta ti o n a l   e nerg y  store d   i n  la r g e  syn c hro n o u s   m a c hine s  is  u tilize d   t o  k e e p   t he  b a l a n ce   b e t w e e n   p r od u c tio n   a nd   c on sump t i on   a nd ,  a s   a   r e s u l t ,   the   ro tat i ona l  spee d  of  t he  g e n era t or s  d e cr e a ses.   T h i s  r e s u lts   i n   a   d ec re a s e  o f   t he   s yst e m   fre que nc y.   I n  a   pow er   s ystem ,   t he re  a re  s om e  u n i t s  t h a t   h a v e  fr e que nc y- sens i t i v e  e qui p m ent.  T he se   u ni t s   a re  c al led   prim ary  con t ro l  u n i t s.   T he  p rima ry  c on t r o l   u nits  w i l l   i n cre a se  t he ir   g e ne rat i o n   u nt il  th e  bala nc e   be tw e e n  pr o d u c t i o n   and  c ons ump t i on  is  r estored  and  fre que nc y   ha s  stab i liz ed.   The  p e r i o d   of  t i m e   f o r  t h i s   c o n t r ol   i s  1–30   s   a s   show n  in  F i g u r e  1.   I n  orde r  t o   r est o re   t he   f r e que nc y  t o   its  nom i n a l   v a l ue  a n d   r e l ea se   u s e d  pr im ary  r e serve s ,  the se co n d ar y  con t ro l  w h i c h  i s   k n o w n   a s  A u toma tic  G e n e r ati o n  Co n t rol  ( A G C )   is  e mpl o yed  w ith  a  ti m e  spa n   of  1 0 – 1 5 mi n.  T he   s ec o nda r y   c o n tr ol   t h u s  r e su lts   i n  a   slo w er   i nc rea s e  o r   d ec rea s e  o f   g ene r a t i o n.  I n  som e   cou n t ries,  au to ma t i c   ge ner a t i on  c o n t r o l   is  u se d;  i n  ot her   c o u n t r i e s   t h e   s ec onda ry  c o n tr ol  i s  ac com p lis he d  ma nual l y  b y r e que st from  the  sys t em  ope rat o r [3].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       St u d y  of a u tom a t i c ge ner a t i on  cont rol in two are a   po wer  sys t em   wit h   D F IG-base d  win d   …  (Soum i a  Kai l )   2 119     F i gure  1.  T i m e  fra m e s  inv o l v e d in s ystem   fr eque nc y re spo n se  [2]       The   d y n am ic  b eha v ior  o f   a   pow er  s yste m  in  t he  p resenc e  of  w i n d  po w e r  u n i t s   m i ght  b e  d i f f e r en t  from   t hat   in   c on ve nt i ona l   pow er  p lan t s.  T he  p ow er  o u t p u t s  of  s u ch   s ource s  a r e  de pe n d e n t   o n   w ea ther   con d i t i on s,  s e a son s ,  and  ge o g r a p h ic  l oca t i on.  W hen  w i n d   p ow e r   i s  a  part  o f  a  power  s y stem ,  additional  imba l a nce  i s   c rea t ed  w he n  t h e   ac tua l   w i n d  pow er   d e v i a tes   from   i t s   f orec ast  d u e  to  w in d  ve loc i t y   v a r i a tio ns   [4].   S om e  resea r che r s  have  c a rried  o u t   r ese a r ch  on  the  po ssibi l ity  o f  u s ing  do u b ly  f e d   i n duc t i on  bas e d  o n   wi nd   g en e r ato r s  t o   c on t r i but e   f o r  AGC   c ont ro l .   T ra di tion all y   w i nd  t u rb ine   gener a ti on  d o e s  no t  par tici p ate   in   fre que nc y  re gula t io n  se rv ic es  i n  pow er   s ys tem s .   With   i n c re as i n g   p e n et rat i o n   of   w i n d   e n ergy ,  sy st em  opera to r s   a re  d e m a ndin g   m ore  a n d  m o re   p ar tic i p a t i on  o f   w in d  t u r b i n e s   i n  t h e  a n c i l l a r y  s e r v i c e s  e s p e c i a l l y  i n   fre que nc y  re g u l a t i on  pro v i si o n s.   A s   t he  t ec h n o l og y  a dva nc e s ,   i t   i s  p o ss i b le   f or  w i n d   ge ne rators  t o   p a r ti cipa te   in   f re q u e n cy   c on tro l   s er vic e s .   I n  t h e  case   o f   D FIGs,   the  i n e r t i a   of  t he   t u r bi ne  i s  to ta l l y   dec o u p l ed   f ro m   th e   syste m ,   thus g e n era t ors are   not resp o n d i ng t o   freq u enc y   c h a nge s  of th e p o w er syst e ms.   S e ve ral me t h o d s   ha ve  bee n   r ep orte d   in  lite rat u re   on  h o w   a   variab le- s pee d   w i nd  t u rbin e   ca n  pa rt ic i p ate  effec t i v e l y  i n   s yste m  fre que nc y  regu lat i o n s  [5- 8].  To  m ai nta i n  t h e  pow e r   s y s t e m  freque nc y  t o   i t s   n om ina l   v al ue  dur in g  l o ad  c ha ng e,   v a r io us  t y p es  o f  con v e n t i ona l   c o n t ro lle rs  a s  p r op or t i o n al   ( P ) ,  prop ort i o n a l -in t e gral  ( P I ),   a nd   p r o p o r tio na l-i n te gra l - d er iv ati v e   (PID )  controllers  wer e   i m p l e m e nt ed  f or   A G C   c o n t rol  i n   pow er   s ys t e ms   [ 9-13].   I n  [14] ,  the  Ziegler-N i c hols  (ZN )   m etho d  is  u se d  to  c a l c u l a t e   t he   opt im um  v al ues  of  t he  P ID   contr o l l er  p ar am eters.   H owever ,  the  c o nv en tio n a l  c o nt rol   t e ch niqu e s   m ay  not   a ssu re   t h e   d e s i r e d   p e r f orm a nc e   d u e  t o   t he   c om ple x it y  an d   m u lt i- varia b l e   c o ndi t i o n s  o f   t he   p o w e r   s yste m.   I n  t h i s   p re sen t   p a p e r ,   F u z z y   L ogi c   Co nt roll er  i s  p r opo se d  to   a n a l y ze  the   dy na mic pe r f orm a nce   o f   t w o   a re a  p o w e r  syste m   w i t h  D F IG -ba s e d   Wi n d   E n e rg y  Conv ersi o n   c onn e c t e d  in   bo th  a re a  i n   A G C  c o m par e d  w i t h   t he  P I D  con ve nt iona l   co ntr o l l e r .   Th is  p a p e r   i s  o r gan i zed  i n  t h e   fo ll ow i ng  or d e r.   T he  s ec on d   se ct i o n  de scri bes  t h e  dy nam i c  m ode l  of  D F I G   w ith  i ne rtia l  c o ntr o l .   T he  m ode l   of  t w o   a rea   pow er   s ys t e m  i s  i n t r o d u c e d   i n  t h e  t h i r d   s e c t i o n .   A   b r i e f   descr i pt i o n   o f   P I D   c ont r o l l e r   a nd  F u zz y  Lo gi c   c o nt r o l l e r   is  p r e se nte d   i n  sec t io n  f our.  The  fi fth   sec t i o n   di sc usse s the  si m u l a t i on  resu l t s.  I n   the e nd,  t he  c on c l u s io n of  t he  p a p er  i s pre s e n t e d i n  se c tio n  six.       2.   MODELING OF DFIG   A s   t he   p e n e t ra tio n  of  w i n d   e n erg y   i s  incre a s i ng  i n to   c o n v e n ti on a l   p ow er   s ys tem ,   i t ’ s  d e sire d  t h at   D F I G  shou l d  p ar t i c i pa t e  in freque nc y c o n t r o l.  The  ki n e t ic e nerg y   st o r ed  in  wi nd  t u r b i ne  c an   b e  ext r ac t e d wi th   the he lp  o f  v a r i able- s pe ed  g e n era t or s.   Th e  DFIG  b ase d   w i n d   t u rb in es   a re  a bl e  to   p ro du ce   p ower  w i t h   v a r ia b l e   mech a n i cal   s p e ed   a nd   extra c t   t he  k i n etic  e nerg y  to   a id  t he  p r i ma ry  f r e q u enc y   c on tro l .  The   D F IG   m od e l   u s e d  for   ac tiv e  pow er  con t ro l  w ith  d ynam i c   pa rt i c ipa t ion  of  w i n d   turb i n e  i s   s h o w n  in  F i g u r e .   2 ,  w h i c h  h a s  t h e  e s s e n c e   o f  e m u l a t i o n   iner tia l  co ntr o l.   A n  a ddi tio na l  con t ro l  si gna l  is  c rea t e d   t o  ad a p t  t h e  pow er  s et  poi n t s   ∗   a s   a   f unct i on  o f   dev i a t i o n  a n d   ra te  o f  c h a nge   o f  fre q u e nc y  i n   e m u lat i on  co ntr o l  o f   t he  D F I G .   T he  c ontr o l l er s  try  t o   k e e p  the   tur b ine   a t   i t s   opt im al  s pee d   i n  orde r  to  p r o d u c e   t he   m axim um  p o w e r .   A  p o w e r  s e t   p o i n t    ∗   ba sed  o n   me asure d   s pe ed  a nd  me asured  e le ctrica l  p o w e r   is  p r ovide d  b y   t he   c o n tr ol l e r  [5,  6].  The      ha s  tw o   com p o n e n t s ;    ∗   the  a d d iti o n a l   r e f e r enc e   p o i n t   b ase d   on  fr eque nc y  chan g e s  and   ∗   wh i c h   i s   b ased   on  op tim um  t urb i n e  spee d  a s  a  f unc t i o n  o f  w i n d  spee d   a nd  as gi v e n   bel o w :      ∗               ( 1 )    ∗      ∗        ∗     ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
          IS S N : 208 8- 869 4    I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 : 2 1 1 8   –  21 25  2 120       ∗   ∗  ( 3 )          an d     are  the  con t ro l l er  g ains   f or  t he  d er i v a t i v e   and  pro por ti o n al  c o nt r o ller s   r e s pect i v el y.  W her e      and        are   consta nt  o f  P I   c ontr o ller,   w hic h   p ro vi des  fa st  s pe e d   r e c ove r y  a n d  t r a n s i e n t  s p e e d  v a r i a t i o n ,   w h ic h  he l p s  n on-c o n v e n t i on al  g e n era t or s  t o   s up p l y  the   requ ire d   ac t i ve   p ow er   t o  red u ce   d e v i a tio ns .  The   c o nt ribu ti o n   of t h e  DFIG   t o w a rd s   sy st em i n e rt i a  i s gi ve n   by :                             –   ( 4 )     A  me t h od ol o g y   to   opti m i z e  th e   co nt rol l e r  pa ra me t e rs  o f   do ubl y   f e d   i nd u c ti o n   g e n e r at or  m odele d  fo r   fre que nc y  re g u l a tio n  in  i n t e r c onne cte d   t w o -ar ea  w i nd  p o w e r  int e grate d   t her m a l   pow er   s ystem   i s   p rop o sed     in [1 5 ].    I t   h as  a n  ad d i tio na l  refere nce   pow er   s et t i n g   t ha t  is  d eve l o p ed  o n   t he  c h a nge  i n  fre que ncy  us ing  a   w a sho u t   f i l t er  w i t h  tim e  c onsta nt  T ω ,  w h ere a s,  t he   r e f er ence   p o i nt    ∗ ,  can  b e  d e ri ved  from   the     fo l l ow i n g  eq ua ti o n :     ∗        ( 5 )     Where,  R   i s  d r oo p  c o n s t a nt   a nd   Δ X 2   i s  c h an ge   i n  fre q u e nc y  ca l c ula t e d   w here   w ind   turb ine   i s   con n ec ted  to t h e   g rid.    The   D F IG   r esp o n d s  i n   a c c or d a nc e  w i t h   t he  f r e que nc y  de via tio ns  d uri n g  lo ad  p e r turb at i ons  b y  us in g   the i r  s t ore d   k i n e tic  e ner g y.  T he   p ro pose d   c o n tr ol ler   us es  f r e q u enc y   d ev ia ti o n   i n s t e a d   o f  de ri va t i ve   o f  fre que nc y  to pr o v i de fast a c tiv e   pow e r  injec t i on c o ntr o l.    The   i n jecte d   a cti v e  pow e r   b y   t h e   w i n d   t urb i ne  d uri ng  di st urba nc e s   i s  gi ven  a s       .  Th e  i n j e cted  pow er   b y  w i n d   turb i n e  is  c om pa red  w i th   Δ P NC -r ef   for  ob tai n i n g  m a xim u m   pow er  o ut p u t ,   w h i c h   i s  obta i ne d  by   ma int a in in g r e fe renc e  rotor sp ee d [6] .            F i gur e 2.  Mo d e l  o f  D F I G-ba sed ine r t i a l   c o n t r ol       The  cap ture d m echa n ic al p o w e r  of wind tu rbi n e  is  g i v e n  a s:      M ech a n i cal   Ine r ti a  D r oop   Wi nd   Tu r b in e           - +  ∗    ∗   - +  ∆    ∆   1 1   + + 1 1          - -  ∗   1 2   ∆  ∆ 1 Wa shout  filt e r   F r e que n c y  me s u r e m e n t    1    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       St u d y  of a u tom a t i c ge ner a t i on  cont rol in two are a   po wer  sys t em   wit h   D F IG-base d  win d   …  (Soum i a  Kai l )   2 121          .      ( 6 )     Whe r e    A r   i s  t h e rotor  swept area in m 2 ,     S n  is the  wind turbine r ating  in   M W ,   ω s  i s t h e wi nd  sp eed ,   C p. op t   i s  t h e   m a x  val u e o f  the  C p   c urve  at  a   pitc h  an gl e  β=0 º ,   ρ  i s t h e a i r d e nsit y   in  kg / m 3 .      3.   T W O A R E A  POWER  S YSTEM    The   s y s t em   c ons ists o f t w o   ar eas w ith tw o  id e nt ica l  no n -reh e at  t u rb i n es is show n in  F i gur e.   3 , w h ich   are   c onnec t e d   t o  ea c h   o t h er  t hro u g h   t i e -l i n e s .  T h e   tie  l i n e  all o w s  elec t r i c   pow e r   t o  f l o w   b etw e e n   t he   a rea s .  Eac h   a re a  has   three   ma j o r   c o mpo n e n t s ,  w h i c h  a r e   t u rb in e,   govern or,   and  ge ne rator.   D FIG   ba sed  WE C  is   in t e grate d   i n   b o t h   a r eas  i n  the   pre s ence  of  t h e load  c ha nge .          F i gure   3.  D yna m i c  M o de l o f   t w o   a re a  i n te rcon nec t e d  p ow e r  system  w ith D F I G - ba sed WEC  co nnec t e d  t o  bo t h  a rea       4.   T H E CONTR O LLE RS   I n   t h i s  pa pe r,  t w o   c o n t r oll e r s   a r e   i nve stiga t e d ,   na me ly:  the  P I D   c o n t ro l l er  a nd   t he   f uzz y     lo gic   con t ro l l er.  P r oport i o n a l   I nte g ra l   D e riva ti ve  ( P I D)  c ont r o ller s   h a v e   bee n   u s e d   f o r m  last  s e v en   d ec ades  b y   v a rio u s   e l ect ric a l   u til i t i e s.  T h e y  pl ay   a   m ajo r   r o l e   in   i ndust r i a l  proce s s  c o n t ro l . The  P I D   co ntro lle rs  a r e   u se d   f o r  mi ni mi z i ng  t h e   f r e q u e n c y  d e vi a tio ns  i n   sin g l e   o r  mu l t i   a re a   pow er  s ystem s   e m p l o y i ng  A G C .  In  o rder  t o   ac hi e v e  opt im al  r esp onse  o f   t he  s ys t e m  [1 6].   P I D   contro ller  w i d e l y  use d   b ec a u se  o f  s i m p le  d es ign  a nd  i t s   1/    -1   1    2   ∆   ∆  ∆   ∆   +  -    + - AC E1  + DF I G 1 ∆   1 1  1 1  PID   - +  +  +   -1  1 1  ∆   1 1  PID   1/   AC E2     DF IG2  ∆   + + - ∆   1    +  - +  +  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
           ISS N :   208 8- 8 6 9 4     I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :  21 18 –   2 1 25  2 122 r obust   pe r f o r m a n c e   a ga in st   w ide  r a nge   o f  o p e r at in g  con d i t i o n s .   Th e  ma them at ica l   d e s cri p t i on   o f  P I D   as f o llo w:               .           ( 7 )     Where  e( t )   i s  the  er r o r   va l u e   a nd    u( t )  is the  con t ro l va ria b l e .  K p ,  K i  a n d   K d ,   all  no n- ne gat i v e,   d en ot e  t h e   coe f f i c i e n ts  f or   t he   p r o por t i ona l ,   i n t egr a l ,   a nd  der i va t i ve  t er m s   r e spec tive l y.   I n  t h is  w or k,   t h e   P I D  pa r a m e t e r s   h a v e  be en  t une d   by  Zi e g l er – N i c hol s   met h od .  Fu zz y   c o nt rol   is  b a s ed  o n  a  log i c a l   sy st e m   cal l e d   fu zz y   lo gic  w hic h   i s  muc h  c loser   in  sp i r i t   t o   hum a n   th i n k i ng  an d n a t u r a l lan g u a g e   than  c la ssic a l   l o g ic a l  sys tem s   [ 1 7] .   Fu zz y   l ogi c   i s   u se d   i n   a l m ost  a l l   fi e l ds  o f   sc ie n c e  an d  t e c hno l ogy,   i nc lu di n g   s o l v i ng   a   w i d e   r a n g e  o f   c o n t r o l   pr o b l e ms  i n  pow e r   s ys t e m  c o n t r o l   and  o p er at i o n.   T her e   a r e   m a n y   po ssi b l e   f uz zy   l og i c   c ontro ll er   str u c t ur e s   f or   A G C   pur poses ,   som e   d if f e r i n g   s ig ni f i ca n tly  f r o m  e ach  o t h e r   by  t h e  num b e r   a nd  ty pe   o f  in put s  an d  o u tp ut s,   o r  l e ss  s ig ni fi c a nt ly  b y   th e   nu mb e r   a n d   t yp e   o f   i n pu t  a n d  o u t p ut  f uz z y   s e t s   a n d   t h e i r   m e m b er shi p   f u n c tio ns,   or   b y  t h e   t y pe  o f   c o n t r o l  r u les,   i n f er ence   e n g i n e ,   a n d   d ef uzz i f i c a tio n  m e t h od.   I n  fac t ,   i t   i s  up   t o  th e   de sig n er   t o  de c i de  w h i c h   c o n t r ol ler   str u ct ur e   w oul d  be   o p t im al  fo r   th e   A G C   p r o b le m   [4 ] .   A C E  a n d  i t s  der i vat i v e  a r e  take n  a s   i n p u t s   f or   t he   F u z z y   l o g ic  c o n t r o l l er   ( F i gur e   4) .   A C E  is   pr opor ti ona l  t o   f r e que nc y  dev i at i on  a nd  tie  l ine  pow er   d ev i a ti o n.   S o,   A CE  n e e ds  t o  be  c ontr o l l ed  t o  z e r o   i n   e ach  a rea .   I n   t his  s t u dy  “ M a m da ni   t y p e”   f uzz y   i n f e r enc e   syste m   i s  use d   a nd  t h e  r u l e s  o f   t h e   F u z z y   l o g i c   c o n t r o ller   ar e   presente d in Ta b le . 1 ;  w h ic h  ar e   ba se d  o n   t he   v al ue   o f  t h e   A C E  a n d  the  c h a nge   i n  t h e  A C E.         Tab l e  1.   F uzz y   r ule s    Δ A C E     N B   N M  NS   ZE    P S   PM  P B           AC E         N B   N B   NB   N B   NM   N S  NS     ZE   NM   N B   N M   N M   NM   N S   ZE    P S   NS   N B   N M   N S  NS   Z E    PS    PM   ZE   N B  N M   N S  Z E   PS     P M     PB   PS   N M  N S   Z E  PS   P S    P M    P B  PM  N S   Z E   PS  PM  P M    P M    P B  P B   ZE  PS  P S   P M  PB     PB    P B   NB:   Ne g a tiv e   Big, NM:  Ne g a tiv e   M e dium , NS: N e g a ti v e  S m a ll, ZE:   Ze r o , P B : Posi tive   B i g,   PM: P o sitiv e   M e d i u m, P S:  P o s itiv e   S m a l l           F i g u r e   4 .   S t r u ctur e   of  P r o p o se d  F u z z y  L ogic   C o n t r o ller       5.   S I M U L A TI O N   R ES U L T S   Tw o  ar ea  of   n on- r e he a t   p ow er   p la n t   pow e r   s ys t e m  w i t h   D F I G   base d  W E C  w a s  u s e d   t o  a n a l y z e   t h e   dy na mic  be ha v i or   w he n  the   lo ad  i ncr e ases  b y  0. 0 2   p . u   ( i. e   40  MW )   i n   b o t h  ar e a s.   D iff e r e nt   w i n d  pe net r a t i o n   leve ls  h a v e  be en  u se d  to  i nv estiga t e   t h e   i m pac t   o f   D F I G   on  A G C .   T he   p r e senc e  a nd  t h e  a b se nce  of   D FI G   in   the  sys t em   h a v e  be e n   t es te d   to  e xam i ne  i t s   r ole  i n   t he   s ystem .   Th e   s i mu l a ti o n   i s   d iv id ed   i n   th ree   ca se s   as f o llo w:       5. 1.   C o m p aris on   b e t we en   P ID  c on t r ol le r  an d   f u zzy  l ogic   con t rol l er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Stu d y  of a u t om atic  ge ne r a t i o n  c ontro l i n  tw o are a   po w e r  sys t em   w i t h  D F I G - base d  w i n d  …  ( Soum ia  Kai l )   2 123 The  pe r f or m a nc e  o f   P I D   c on tr o lle r   w a s  c o mpa r ed  w it h  t h e  i n te l l i g e n t   t echn i qu e  Fu zz y   Lo gi c  Co nt rol l er  ( FLC )   w it h  st ep   l o a d   of   0 .0 2  p . u   i n   bot h   a r e a s .   B o th   c o n t r o l l e r s  a r e  a p p l i e d  t o   a   t w o   a r e a  n o n - r e h e at   p o w er  p l a nt .  F r e q u e n c y   re sponse s   o f   are a   1   a nd   a rea   2   a r e  sh ow n   i n   F i gur e  5  a n d     Fi g u re  6   r es p e c t iv el y .           F i gur e   5.  F r e quency  de vi a t i on  w ith  2 %  step  l oad  change  i n   ar e a   1          F i gur e   6.  F r e quency  r e spon se   w it h  2%  s tep  load  c hange  i n  ar ea  2       F i gur e   5  a nd  F i g u r e   6   s how   t ha t   the   r e sp o n s e s  w i t h   F uzz y   l o g i c  c o ntr o lle r  are  stab le  w it h  very  l ess   ove r s ho ot,   less   s et tli ng   t ime   and  t h e  f r e que n c y  d e v i a t i o ns  a r e   mi n i mi zed .  It   i s   foun d  t h a t   F LC   i s  b e tt er  t han  t h e  c onv ent i on a l   c ont rol l ers  i n   [ 9 - 14 ] .   T hu s  th e   p e rf o r ma n c e   of  F L C  i s   f a s t e r   a n d  b e t t e r   t h a n  t h e  P I D   c o n t r o ller   w h ic h  give s  be t t er   s tab i l i t y   f or   A GC  o f   a   tw o  a r ea   p ow e r   s ystem .     5. 2.   Th e   D F IG  i mp act   on  A GC  The  d i f f e r e n t   w i n d  pe ne tr at i o n   le ve ls  o f  5 % ,   10%   a nd  2 0 %   ar e  us e d   t o   i nve st iga t e   th e  i n f l uence   of   w i n d  p o w e r  o n   A G C  w i t h   2 %  s t e p   l o a d  c h a n g e   i n   b o t h   a r e a s .  T h e   w i n d   pe ne tr a tio n  le vel s   ( α w %)   i s  d e fi ne d    as f o llo ws:                              1 0 0  ( 8 )     α w %   wi nd   p ene t ra ti on   m ean s  t h at  t h e   e xi st ing   g e n e rat o r  un it s  a r e  r e d u ce d  by   α w %,   i . e   α w %  r e duc ti o n   in  i ne r t i a   a nd  i n cr e a se  i n  per m ane n t   dr oo p  ( R ) wi t h out  f r e qu e n c y  supp o r t .     F i gur e   7   s h ow s  fr e que nc y  de via tio n  r e sp o n s e s  of  t he  t w o   a r e a  fo r   di ff er e n t   w i nd  pow er   p e n e t r a t i o n ,   it  i s   obser ved  tha t   t he   s tea d y - state  fr e que nc y  de v i a t ion  m a y  i n cre a se  a s  the  wi n d   p ow er   p e n etra t i o n   l eve l   incr ease s .  B u t   a  large r   p e n e t rat i o n   m ay  d egra de  t he   d y n am ic  p e r for m a n ce  o f   t he   s y s t e m  with  i n c re ased   se ttl ing  t i m e   a nd  hi ghe r   stea dy- st a t e   e r r o r s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
           ISS N :   208 8- 8 6 9 4     I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :  21 18 –   2 1 25  2 124       (a)   (b )     F i gur e  7. F r e quenc y  r e sponse  w i th  d i ffe r e nt  l eve l s  of   w ind  p e ne t r at io n ,  ( a )  i n   a r ea   1 ,  ( b )   i n   a re a   2       5. 3.   With  a nd wi t ho u t  DFIG   The  fr e que nc y  r e spo n ses  of   t h e   t w o  ar eas  a r e  pr e sen t e d   f or   t he   ca se s  w h e r e  t h e DFIG  i s  p a rt i c i p a t i ng  in   f r e q u e n c y   c on tr o l   a nd   n o t   p ar t i ci pa ti n g   i n  f r e que nc y  c o ntr o l   w it h   st ep  l o a d  of  0 .0 2  p.u   in   b oth   a r e a s .   Th e   tw o  ar e a   s yste m   ha s  bee n   s imulate d   w i t h  P I D  c o n t r o ller .   F i gur e   8 an d F i g u r e  9  s h o w   the   c o mpa r at i v e r e sponse  of f r e qu e n c y  dev i a t i on i n   a r e a   1 and  2   an d t i e - l i n e  p o w e r  d e v i a t i o n   w i t h  a n d  w i t h o u t   D F I G  w i t h   2 %  s t e p   l o a d  c h a n g e  i n   b o t h  a r e a s .   I t   i s   o b s e r v e d  t h a t   t h e   f r e que n c y  r e sp ons e  w i t h   D F I G   is  i m p r o ved  by  r e d u c i n g   t h e   a c t i v e   p ow e r .   I t   i s  a l so  o bse r v e d  tha t   t he  s ett l i n g   time   is im p ro v e d.         (a)   (b )   F i gur e  8 .  F r e quenc y  r e sponse  w i th  a nd   w it h o u t  D F I G ,  ( a )  in   a r e a   1 ,  (b ) in  ar e a   2           Fi g u r e.  9  Ti e -l in e   p o w e r   d e v i a t i on  w ith  2 %  step  l oad  change   6.   CONCLUSION   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       St u d y  of a u tom a t i c ge ner a t i on  cont rol in two are a   po wer  sys t em   wit h   D F IG-base d  win d   …  (Soum i a  Kai l )   2 125 Thi s   p ap er  p resen t s  Au to mati c  Gen e r a t i o n   Co nt rol   (AGC)   i n   t wo   a r e a   p o w e r   s y s t e m  w i t h  t w o  n o n - rehe at  t he rma l   p ow e r   u ni ts.  Each  a r ea  is  i nte g ra t e d  w i t h   D F I G - b a s e d   o n  Win d   E n e rg y  C onv e r si o n   ( W E C)  w ith  2 %   s t e p   c han g e   in   l oa d  in  b o t h  ar ea s.   T he  P roport i o n a l   I nt egral   Derivative  (P I D )  a n d   Fu zz y  Lo gi c  Con t ro ller  (F LC)   have   b e e n  a p p lied  a nd  sy stem   p e r for m a n ce  has  b e e n  a n al yze d   a nd  com p are d   i n  t e r m s  of  fre que nc y  re sp ons e.   B o t h   c o n t ro llers  w er e  a p p l i e d   to   a   t w o   a re a .  Th e  Fu zz y   Log i c  c o nt ro l l e r  o f f e rs   b e t t e r  and  f a s t er  p e r f o rma n ce   o v e r  t h e  con v e n t i on a l   c on t r ol l e r.  T h e   s i m u l a tio n  res u lt s  sho w   t h a t  th e   fu z z y   l ogic  con t ro l l er  r edu c es  t h e   o ver s hoo ts  a nd  t h e  se tt lin g t i m e   r ega r di ng  P I D  con t rol l e r .  The  win d   p e n e t rat i o n   i m p act  has  bee n   i n v es t i ga te d.  A s  the   pene tr at i o n  o f   w ind   pow e r   i ncr eas e s ,  t h e   f r eque nc y  de v i a t i o n  inc r ea ses .   T he  prese n ce  of  D F I G   ha s  im pro v ed   t he  d y n am ic  r esp o n se  o f  freque n c y   c om pare d  to   w i t ho ut   D F I G.  H e n c e ,  Th e   D F I G  ba s e d  W EC   c o u l d  be  u til ize d   t o   par t ic i p ate   an d  impro v e   the   f re que n c y pe rfor ma nc e.      ACKNOW LEDG E MEN T S   A u t hors  w o u l d  l i k e   t o  tha n k  t h e  he a d s  o f   L ab orat ory  of  A na lysi s ,  C o n t ro l  an d  O p t i m i z a t i on  of  Elec tro- Energe t i c   S y s t em s (CA O S EE)  i n   T A H R I Moham m ed uni ver s i t y  of Bechar ( Alg e ria) .      REFE RENCES   [1]   P .  K und ur,   " P o wer  S y st e m   S tab i li ty  a nd   C ontro l, "  N e w Y o rk:  M c Gr a w Hil l , 1 99 4.   [2]   Drei dy  M ,   M okhl is   H ,   M e kh i l e f   S ,   "Inerti a   r esp o n s e  an d  f r eq uen c y   co ntro l  techn i q u es  f or  r en ewabl e   e n e rg y  sources:   A revi e w ",  Ren e wab l e and  Su sta i n able  Ener gy R e v i ews ,   v o l.  6 9,   p p . 14 4-155,   M ar  2 0 17.  [3]   Ackermann   T ,  edit o r , " Wi n d  p o w er i n   p o w er sy s t e ms ," Ch i ch este r,  UK: Joh n   Wil e y, 20 0 5 .   [4]   Bevran i H ,  H i y am a T, "Int e lligen t  au tom a tic  generat i o n   c o n t r ol, "   CRC  p r ess ,   A pr 2 01 6.   [5]   Jal a li   M ,  Bhattach arya  K ,  "F req u en cy  r eg ulat io n   an d  A G C  i n   i so l a t e d   s y s te m s   w ith   D FIG-ba se d  win d   t ur b i ne s, "   InP o wer  and E n erg y  So ciet y Gen e ral   M eetin g  (P ES) , p p . 1-5 ,  I E E E  2 01 3 .   [6]   Ibrah eem,   N i azi  K R,   S h a rma  G ,   " S t u d y   o n   d y n am i c   p artici pa t i on  o f  w i nd  t urbin e s  in  a ut o m atic  g eneration  contr o l   o f  po w er sy s t e m s ,"  El ectric P o wer  Comp on ent s   a n d  Sys t ems , vo l . 43 ( 1 ) , p p.  4 4-5 5 , Jan  20 1 5 .   [7]   Verm a,  Y aj ven d er  P al,  and   A s hwan i  Ku mar,   " Dy nam i c  co ntribu ti on   of   v ariable-sp eed  w i n d   en ergy   c o n v e rsio n   syste m  in  sys t e m  fre q u e nc y   re gu la t i on , " F r onti e rs  in   ener gy ,  v o l .   6(2 ) ,  p p . 1 84 -19 2 , 2 01 2.   [8]   Ahma di  R ,  Sh e i kh ole s la m i   A ,  Na ba v i   N ia k i   A ,  Ra n j ba r  A,  " Dy n a mic   p artic i p at io n  o f   doubl y  f e d  ind u c t io n  gen e rators   i n  m u l t i ‐ con t ro l   area  lo ad  f requ ency  c on tro l ,"  I n te r n at io na l   T r an s a ctions   o n  El ectrical   E n er gy Sys t ems ,  vo l.  25(7 ) ,  p p . 1 1 3 0-1 147 ,   2 01 4.  [9]   Av in a s h,   a nd   L .   B.   P ras a d,   " L o ad   f requ ency   c on tro l   o f   interco n n ected  f iv e - area  po w e r  s y st em   w i t h  P I D  con t rol l er,"  In  20 17  In t e rn ation a l Co n f er ence  on  Inf o r m atio n ,  Commu nicati o n ,  In st rument a t io n a n d  Co n t r o l   (ICICIC) ,  p p .   1-8.  IEEE,  2017.   [10]   Ankita,  Hari nder  S i n gh,  and  Kri s han   Arora,   " Au to m a ti c   g e nera ti o n   cont ro l   of   t w o   e qu al  a r eas  w ith   t raditi on al  con t ro llers , "  Int e rn ati o n a l Jou r n a l  o f   Po wer  Electron i cs  an d  Dri ve Sys t ems   (I J P ED S) ,  v o l.   7 (3 ),   pp.  6 10 -61 6 ,   2 01 6.  [11]   Azeer  S A,  R am jug - Bal l g obin  R,  H ass e n  S S ,  "Intel li gen t   c on trolle rs  f or  l oad  f r equency   con t rol   of  t w o -area  po wer  syst e m , "   IF A C -P ap er s O nL i n e , v ol .  5 0 (2),   p p .   301 -306 ,   D ec  20 1 7 .   [12]   Kuma ri   R ,  Avt a r  MR,  "Aut o m atic  g enerat ion  control  o f   m ulti  are a   p owe r   s y s te m  us in g  PID  c o ntro lle r ,"   Int e rna t i o n a l  Jo u r n a l of En g i neeri ng T r en ds an d  T ech nol og y  ( I JET T ) ,   vo l. 4(5 ) ,   M a y  2 01 3.   [13]   Th aku r   G S ,   P a t ra  A ,  "Load   f r e q uen c y  con t ro l  in   s in g l e  area   w i t h   t radi ti on a l   z iegler-ni c ho ls  p id  t u n ing  controller, "  In te rn at io na l J o urna l o f  Re se a r c h  in  Ad v e n t Te c h no lo gy , v o l . 2 (1 2 ) , pp .   5 -9 , Nov   2 0 1 4 .   [14]   Jai n ,  Dharm e n d ra,  M .   K .  Bhas k a r,  S h y am   K .   Jo sh i,  a nd   D eep ak   B oh ra,   "An a ly sis   of   l o a d  f r eq uency   con t ro l  pro b l e m  f o r  inte rcon nect ed  p ow er  s ys tem   usin g  P I D  co nt roller, "  Int .   J. Em erg .  T echn o l .   Ad v. En g   (I J E T A E ) ,  v o l.   4(1 1 ),   2 01 4.  [15]   Chai ne  S ,   T r i p a t hy  M ,  Satpathy  S,  " NSG A -II  based  optim al  c ont ro l   s c hem e   o f  w i nd   t herm al  p o w er  s y s te m   f o r  im p r ove m e n t   o f  f r eq uen c y   regu lati on   c haracteri s tics, "   Ain S hams   E ngin eerin g  Jo ur nal ,   vol.   6(3),   p p .   8 5 1 - 863,    Se p   20 15 .   [16]   M eena  S K ,  Chan ana  S ,   " Co mp arati v e  s t ud y  o f   l oad   f r equen c y  c o nt r ol  u s i ng   P ID  a nd  F G P I   c ontro ll er, "   InPow e r   In dia In te rn at io na l Co n f e r e n c e   (PIICON ) , 6 t h  I EEE, pp . 1-6 ,  2 0 1 4   [17]   Ary a ,   Y ogen d ra,   Naren d ra  K um ar,   and  Hitesh  D utt  M a th ur,  " A ut om a ti c  g e nerati on   c o n trol  i n   m u l t i   area  in tercon nect ed  pow er  s ys tem   by  us ing   HVD C  l i nks, "   In te rn a t io na l J o urna l of  Po we r  Ele c t ro nic s  a n d   D r i v e   Sys t ems   (I J P ED S) ,  vol.   2 (1 ),   pp.  6 7-7 5 ,   2 01 2.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.