I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l. 7 ,   No . 1 A p r il   201 8 pp s .   1 8 ~ 26   I SS N:  2252 - 87 92   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 7 . i1 . pp 18 - 26           18       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JA P E   Three Ar ea  P o w e r Sys te m  Lo a d F r equency  Con trol  Using   Fu zz y  Lo g ic Cont ro ller       C.   R.   B a la m urug a n   De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   Ka rp a g a m   C o l leg e   o f   En g in e e rin g ,   Co im b a to r e ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   9 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Feb   1 3 ,   2 0 1 8       S y st e m   f re q u e n c y   is  o n e   o f   th e   m o st   i m p o rtan p a ra m e ters   o f   a   p o w e r   s y ste m .   Du   to   g e n e ra ti o n - lo a d   m is m a tch e s,  th e   s y ste m   f re q u e n c y   c a n   v a r y   o v e a   s m a ll   ra n g e .   W h e n   th e   p o w e r   c o n su m e d   b y   lo a d a n d   o v e r a ll   lo ss e is  g re a ter  th a n   th e   g e n e ra ted   p o w e r,   th e   o p e ra ti n g   f re q u e n c y   o f   th e   sy ste m   w il l   d e c re a se ,   re su lt in g   in   a   si tu a ti o n   k n o w n   a s   t h e   u n d e f re q u e n c y   c o n d it i o n .   I n   so m e   o th e c a se ,   i f   so m e   o f   th e   l o a d in   a   sy ste m   a r e   d isc o n n e c ted   f ro m   th e   s y ste m   su d d e n ly o lo st it   l e a d s   to   a   c o n d it io n   c a ll e d   a th e   o v e   f re q u e n c y   c o n d it io n .   T h is  c o n d i ti o n   is  c h a r   a c teriz e d   b y   g re a ter  in p u p o w e r   th a n   th e   c o n su m e d   p o w e b y   th e   lo a d s.  T h e   re st  o f   th e   lo a d in   th e   s y ste m   w il a b so rb   th e   e x tra  p o w e a n d   t h e   g e n e ra to i n e rti a ,   lea d in g   t o   a n   in c re a se   in   th e   sy ste m   f re q u e n c y .   In   b o th   th e   c a se s,  th e   s y ste m   f re q u e n c y   f lu c tu a tes   f ro m   th e   p o w e sy ste m ’s  li m it e d   f re q u e n c y   ra n g e ,   f u rth e lea d in g   t o   tri p p i n g   o f f   o f   th e      su b sta ti o n   a n d   f u rth e c o ll a p sin g   o f   th e   e n ti re   sy ste m .   T h e   p a p e r   d e sc rib e a   n e m e th o d   e m p lo y i n g   a   s m a rt  m e ter   to   m o n it o r   a n d   c o n tr ol   th e   p o w e s y ste m   f r e q u e n c y   w h ich   c h a n g e a c c o rd in g   to   th e   lo a d in g   c o n d i ti o n s   in   t h e   sy ste m ,   w h e th e u n d e lo a d   c o n d it io n   o o v e rlo a d   c o n d it i o n .   K ey w o r d :   FLC   L F C   Mu lti  ar ea   T h r ee   ar ea   T ie  L in e   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C.   R.   B ala m u r u g an   Dep ar t m en t o f   E E E ,   Kar p ag a m   C o lle g o f   E n g in ee r in g ,   C o i m b ato r e ,   I n d ia.   E m ail:  cr b alain 2 0 1 0 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     Sev er al  r esear c h   a n d   in d u s tr ia ap p licatio n s   co n ce n tr ated   t h eir   ef f o r ts   o n   p r o v id i n g   s i m p l an d   ea s y   co n tr o alg o r ith m s   to   co p w ith   t h i n cr ea s i n g   co m p lex i t y   o f   th co n tr o lled   p r o ce s s es/s y s te m s . T h d esi g n   m et h o d   f o r   co n tr o ller   s h o u l d   en ab le  f u ll  f lex ib il it y   i n   t h e   m o d if icatio n   o f   t h co n tr o s u r f ac e.   T h s y s te m s   in v o l v ed   i n   p r ac tice  ar e,   in   g e n er al,   co m p le x ,   ti m v ar ian t   w it h   d ela y s ,   n o n l in ea r it ies  a n d   o f ten   w ith   p o o r ly   d ef in ed   d y n a m ics   [ 1 ] .   C o n s eq u en tl y ,   co n v en tio n al   co n tr o m et h o d o lo g ies  b as ed   o n   lin ea r   s y s te m   t h eo r y   h a v to   s i m p li f y /li n ea r ize  th n o n li n e ar   s y s te m s   b ef o r th e y   ca n   b u s ed ,   b u w it h o u an y   g u ar an tee  o f   p r o v id in g   g o o d   p er f o r m an ce .   T o   co n tr o l n o n li n ea r   s y s te m s   s ati s f ac to r ily ,   n o n li n ea r   co n tr o ller s   ar o f t en   d ev e lo p ed .   T h m ai n   d if f i c u lt y   i n   d esi g n in g   n o n lin ea r   co n tr o ller s   is   th lac k   o f   g e n er al  s tr u ct u r e.   I n   ad d itio n ,   m o s t   li n ea r   an d   n o n lin ea r   co n tr o s o lu ti o n s   d ev elo p ed   d u r in g   t h l ast  th r ee   d ec ad es  h av b ee n   b ased   o n   p r ec is e   m at h e m a tical  m o d els o f   th s y s te m s   [ 2 ] .   Mo s o f   t h o s s y s te m s   ar d i f f icu lt  o r   i m p o s s ib le  to   b d escr ib ed   b y   co n v en tio n alco n tr o alg o r ith m s   to   co p w it h   t h i n cr ea s i n g   co m p lex it y   o f   t h co n tr o lle d   p r o ce s s es/s y s te m s .   T h d e s ig n   m et h o d   f o r   a   co n tr o ller   s h o u ld   en ab le  f u ll  f lex ib ilit y   in   t h m o d i f icatio n   o f   th co n tr o s u r f ac e.   Mo s t   o f   th o s s y s te m s   ar d if f ic u lt  o r   i m p o s s ib le  to   b d escr ib ed   b y   co n v e n tio n al  m ath e m atica r elatio n s h e n ce ,   th ese  m o d el - b ased   d esig n   ap p r o ac h es  m a y   n o p r o v id s atis f ac to r y   s o l u tio n s .   T h is   m o ti v ates  t h i n ter est  i n   u s in g   F L C s   ar e,   th e y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792     Th r ee   A r ea   P o w er S ys tem  Lo a d   F r eq u en cy   C o n tr o l.. .   ( C .   R .   B a la mu r u g a n )   19   ar b ased   o n   f u zz y   lo g ic  t h e o r y   a n d   e m p lo y   m o d o f   a p p r o x im a te  r ea s o n i n g   t h at  r es e m b les  t h ed ec is io n   m ak in g   p r o ce s s   o f   h u m a n s   [ 3 ] .   T h b eh av io r   o f   FL C   i s   ea s il y   u n d er s to o d   b y   h u m a n   e x p er t,  as  k n o w led g i s   ex p r ess ed   b y   m ea n s   o f   i n tu iti v e,   li n g u i s tic  r u les.I n   c o n tr ast  w i th   tr ad itio n al  lin ea r   an d   n o n li n ea r   co n tr o l t h eo r y ,   F L C   is   n o t b ased   o n   m at h e m atica m o d el  an d   is   w id el y   u s ed   to   s o lv p r o b lem s   u n d er   u n ce r tai n   a n d   v a g u en v ir o n m e n t s ,   w it h   h ig h   n o n lin ea r it ies.  S in ce   th ei r   ad v en t,  F L C s   h a v b ee n   i m p le m e n ted   s u cc es s f u ll y   i n   v ar iet y   o f   ap p licatio n s   s u c h   as  i n s u r a n ce   an d   r o b o tics .   F u zz y   lo g ic  p r o v id es  a   ce r tain   le v el  o f   ar ti f icia i n telli g e n ce   to   th e   co n v e n tio n al  P I co n tr o ller s .   Fu zz y   P I co n tr o ller s h a v e   s elf - t u n in g   ab ilit y   a n d   o n - l in ad ap tatio n   to   n o n li n ea r ,   ti m v ar y i n g ,   an d   u n ce r tain   s y s te m s   F u zz y   P I co n tr o ller s   p r o v id p r o m is i n g   o p tio n   f o r   in d u s tr ial  ap p licatio n s   w i th   m an y   d esira b le  f ea tu r e s   [ 4 ] .   E lectr ical  P o w er   s y s te m s   ar e   i n ter co n n ec ted   to   p r o v id s ec u r an d   ec o n o m ical  o p er atio n .   T h m ai n   o b j ec tiv o f   au to m atic  g en er a tio n   co n tr o ller   ( A G C )   is   to   m ai n tai n   th b ala n ce   b et w ee n   th g e n er atio n   a n d   d em a n d   o f   p ar ticu lar   p o w e r   s y s te m .   T h in ter co n n ec ted   p o w er   s y s te m   is   t y p icall y   d iv id ed   in to   co n tr o l   ar ea s ,   w it h   ea ch   co n s is ti n g   o f   o n o r   m o r p o w er   u tili t y   co m p a n ie s .   Su f f icie n s u p p l y   f o r   g en er atio n   o f   ea c h   co n n ec ted   ar ea   to   m ee t th lo a d   d em a n d   o f   its   c u s to m er s   [ 5 ] .   I n   th i s   p ap er ,   Fu zz y   L o g ic  C o n tr o ller   ( FLC)  is   u s ed .   T h is   t y p o f   co n tr o ller   ad d s   p o le  at  o r ig in   r esu lti n g   i n   s y s te m   t y p e   s o   r e d u cin g   t h s tead y   s tate   er r o r .   S y s te m   lo ad   is   n e v er   s tead y   u s in g   co n tr o ller   th e s ca n   b co n tr o lled .   W h e n   u n co n tr o lled   ca s m o r o s cillat io n ,   n e g ati v o v er s h o o b o b s er v ed   b u w h ile   co m p ar i n g   to   co n v e n tio n al  t y p co n tr o ller   P I an d   p r o p o s w o r k   r esu lt  g iv e s   b etter   p er f o r m an ce s   o   d y n a m ic  r esp o n s e s   [ 6 ] .       2.   RE S E ARCH   B ACK G RO U ND   T h E x is ti n g   S y s te m   o f   L o a d   Flo w   C o n tr o u s e s   co n v e n tio n al  co n tr o ller s   s u c h   a s   P I w h ich   i m p r o v es   th e   tr an s ien r esp o n s e. A   b etter   m ar g i n   o f   s tab i lit y   is   e n s u r ed   w it h   P I co n tr o ller .   T h P I co n tr o ller   i m p r o v es   s t ea d y   s ta te  er r o r   w it h   lit tle  o r   n o   o v er s h o o t.  T h p r o b lem   o f   co n tr o ll in g   t h r ea p o w er   o u tp u o f   g en er ati n g   u n its   in   r esp o n s to   c h a n g e s   i n   s y s te m   f r eq u en c y   a n d   tie - l in e   p o w er   i n ter ch a n g w it h i n   s p ec if ied   li m i ts   is   k n o w n   as  l o ad   f r eq u en c y   co n tr o ( L FC ) . Ob j ec tiv es  o f L F C   ar to   p r o v i d ze r o   s tead y - s tate   er r o r s   o f   f r eq u en c y   an d   tie - li n ex ch a n g v ar iatio n s ,   h ig h   d a m p in g   o f   f r eq u e n c y   o s c illati o n s   an d   d ec r ea s in g   o v er s h o o o f   th d is t u r b an ce   s o   th at  th s y s te m   is   n o to o   f ar   f r o m   th s tab ilit y .   T h in t er co n n ec te d   p o w er   s y s te m   i s   t y p ica ll y   d i v id ed   in t o   co n tr o l a r ea s ,   w ith   ea c h   co n s is ti n g   o f   o n o r   m o r p o w er   u tili t y   co m p a n ie s .   Su f f icien s u p p l y   f o r   g e n er ati o n   o f   ea c h   co n n ec ted   ar ea   to   m ee t h lo ad   d e m a n d   o f   it s   c u s to m er s .   T h ab o v m en tio n ed   o b j ec tiv es  ar e   ca r r ie d   s u cc es s f u l l y   i n   p r ev io u s   w o r k s   b y   d i f f er en t   au t h o r s   u s i n g   P I   an d   P I D   co n tr o ller s .   I n   th i s   p ap er   P I D - tu n co n tr o ller   is   u s ed   f o r   b etter   f r eq u en c y   r esp o n s e s .   T h is   t y p o f   co n tr o ller   is   u s ed   in   p o w er   s y s te m   s o   r ed u cin g   t h s tead y   s ta te  er r o r .   S y s te m   lo ad   is   n e v er   s tead y   u s i n g   th i s   co n tr o ller   th ese  ca n   b co n tr o lled .   W h en   u n co n tr o lled   ca s m o r o s c i llatio n ,   n eg at iv o v er s h o o b o b s er v ed   b u w h ile   co m p ar i n g   to   co n v e n tio n al  t y p co n tr o ller   P I an d   p r o p o s w o r k   r esu lt  g iv e s   b etter   p er f o r m an ce s   o f     d y n a m ic  r esp o n s e s   [ 7 ] .       3.   O B J E CT I V E S   Fu zz y   lo g ic  co n tr o ller   m eth o d   is   b etter   m et h o d   o f   co n tr o l lin g   to   th co m p le x   an d   u n cl ea r   m o d el   s y s te m s .   I n   t h liter atu r s o u r ce s ,   w ca n   f i n d   d if f er en k i n d s   o f   j u s ti f icatio n   f o r f u zz y   s y s t e m s   t h eo r y .   Hu m a n   k n o w led g n o w ad a y s   b ec o m e s   in c r ea s i n g l y i m p o r tan   w g ain   it  f r o m   ex p er ien ci n g   th w o r ld   w it h i n   w h ich   w liv ea n d   u s e   o u r   ab ilit y   to   r ea s o n   to   cr ea te  o r d er   in   t h m a s s   o f   i n f o r m atio n   ( i.e . , to   f o r m u late   h u m an   k n o w led g in   s y s te m atic  m an n er ) .     Sin ce   w ar allli m i ted   in   o u r   ab ilit y   to   p er ce iv th w o r ld   an d   to   p r o f o u n d   r ea s o n i n g ,   w f in d o u r s elv e s   ev er y w h er co n f r o n ted   b y   u n ce r tain t y   w h ich   i s   r esu lt  o f   lac k   o f in f o r m at io n   ( lex ical  i m p r es s io n ,   in co m p leten e s s ) ,   in   p ar ticu lar ,   in ac c u r ac y   o f m ea s u r e m en ts .   T h o th er   li m ita tio n   f ac to r   in   o u r   d esire   f o r   p r ec is io n   is   n atu r alla n g u a g u s ed   f o r   d escr ib in g /s h ar in g   k n o w led g e,   co m m u n icatio n ,   etc.   W eu n d e r s tan d   co r m ea n i n g s   o f   w o r d   an d   ar ab le  to   co m m u n ic ate  ac cu r atel y to   a n   ac ce p tab le  d eg r ee ,   b u g en er a ll y   w ca n n o p r ec is el y   ag r ee   am o n g   o u r s elv e s o n   t h s in g l w o r d   o r   te r m s   o f   co m m o n   s en s m ea n i n g .   I n   s h o r t,  n at u r allan g u ag e s   ar v ag u e T h m ai n   r ea s o n   f o r   u s in g   f u zz y   b ased   co n tr o ller   is   b ec a u s i g iv e s   a   lin ea r   co n tr o l o v er   t h s y s te m   w h er i w il g iv e   f le x ib le  o u tp u t   o v er   r e g io n   o f   co n tr o d e p en d in g   u p o n   th m e m b er s h ip   f u n ctio n s   u s ed   in   th s y s te m .   C o m b i n i n g   t h e   Fu zz y   s y s te m   w it h   Si m u li n k   is   a n   i m p o r tan t f ea t u r f r o m   th u s er s   p o in t o f   v ie w .   O n ce   th f u zz y   s y s te m   h a s   b ee n   d eter m in ed ,   it   ca n   b u s ed   in   Si m u l in k   to   s i m u late  d y n a m ical  s y s te m s   [ 8 ]   T h is   p r o v id es  th u s er   ev er y   p o w er f u to o to   in v es tig a te  b eh av io r   o f   co m p le x   s y s te m s .   Fu zz y   r u les   ca n   b e v alu a ted   f r o m   t h h u m an   ex p er ie n ce   a n d   k n o w led g ab o u t h s y s te m .   T h o b j ec t iv i s   to   s et  f u zz y   r u le  w h ich   m a k e s   t h r eliab le  f o r   th in d u s tr ial  p r o ce s s   h a v i n g   d if f er en t   d eg r ee s   o f   n o n - li n ea r it y s &   v ar iatio n   in   p ar a m eter s .   I n   r ec en y ea r s ,   p o w er   s y s te m s   h a v m o r c o m p lica ted an d   No n - lin ea r   co n f ig u r atio n s .   Ma n y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1 8     26   20   in d u s tr ial  estab lis h m en ts   ar af f ec ted   b y   o p er atin g   p o in t   v ar iatio n s .   E lectr icit y   s ec to r   an d   en d   u s er   ar co n ce r n ed   ab o u p o w er   q u al it y   r eliab ilit y ,   e f f icien c y   a n d   en er g y   f u t u r e.   T h er ar m an y   r ea s o n s   ab o u t   in cr ea s i n g   co n ce r n s   o n   p o w er   q u alit y .     T h m icr o p r o ce s s o r   b ased   eq u ip m e n a n d   p o w er   elec tr o n ic  d ev ices   ar m o r s en s iti v to   p o w er   q u alit y .   On   th o th er   h a n d ,   an   elec tr ic  n et w o r k   co n s i s ts   o f   m an y   i n ter co n n ec ted   s u b s y s te m s .   I f   a   f a u lt   o cc u r s   i n   s u b s y s te m ,   d i s tu r b a n ce s   a n d   in ter r u p tio n s   ad v er s el y   a f f ec tin g   p o w er   q u alit y   tak p lace   i n   th p o w er   s y s te m .   An y   d i s h ar m o n ie s   b et w ee n \   e n er g y   g e n er ati o n   a n d   d e m an d   ca u s f r eq u e n c y   d ev iatio n s .   T h u s ,   s ig n i f ica n f r eq u en c y   d ev ia tio n s   lead   to   s y s te m   b lack o u ts .   P o w er   s y s te m   lo ad s   ar u s u all y   v ar iab le  s o   th at  co n tr o ller   s y s te m   m u s b d esig n ed   to   p r o v id p o w er   s y s te m   q u alit y .   I n t er co n n ec ted   p o w er   s y s te m s   r eg u latep o w er   f lo w s   an d   f r eq u en c y   b y   m ea n s   o f   an   au to m atic g en er atio n   co n tr o ( A GC ) .   A G C   is   a   f ee d b ac k   co n tr o l s y s te m   ad j u s tin g   g e n er ato r   o u tp u t p o w er   to   r em ai n   d ef i n ed   f r eq u e n c y   [ 9 ] .     A G C   co m p r is es  lo ad   f r eq u en c y   co n tr o ( L FC )   lo o p   an d   an   au to m atic  v o ltag r eg u lat o r   ( A VR )   lo o p .   L FC   s y s te m   p r o v id es  g en er ato r   lo ad   co n tr o v ia  f r eq u en c y .   Z er o   s tead y - s ta te  - er r o r s   o f   f r eq u e n c y   d ev iatio n s   a n d   o p ti m al   tr an s ien t   b eh a v io r   ar o b j ec tiv es  o f   th e   L F C   i n   m u lti - a r ea   in ter co n n ec ted   p o w er s y s te m .   So   f ar   th er ar m a n y   s t u d ie s   ab o u lo ad f r eq u en c y   co n tr o o f   in ter co n n e cted   p o w er   s y s te m s .   T h aim   i s   d esig n   o f   f ee d b ac k   co n tr o ller   to   r ea lize  d e s ir ed   p o w er   f lo w   an d   f r eq u e n c y   i n   m u lti - ar ea     p o w er   s y s te m s   [ 10 ] .       4.   L O AD  F RE Q U E NCY  CO N T RO L   AN M O DE L L I N G   I f   th s y s te m   is   co n n ec ted   to   n u m b e r   o f   d if f er e n lo ad s   in   p o w er   s y s te m   th e n   t h s y s te m   f r eq u en c y   an d   s p ee d   ch an g w it h   t h g o v er n o r   ch ar ac ter is t i cs  as  th lo ad   ch an g e s .   I f   it  is   n o r eq u ir ed   to   k ee p   th f r eq u en c y   co n s ta n t i n   s y s te m   th e n   t h o p er ato r   is   n o t r eq u ir ed   to   ch an g t h s e tti n g   o f   t h g e n er ato r .   B u t   if   co n s ta n f r eq u e n c y   i s   r eq u i r ed   th o p er ato r   ca n   ad j u s th s p ee d   o f   t h tu r b i n b y   ch a n g i n g   t h g o v er n o r   ch ar ac ter is tic  a s   an d   w h en   r e q u ir ed .   I f   ch an g i n   lo ad   is   tak en   ca r b y   t w o   g e n er atin g   s tatio n s   r u n n in g   at   p ar allel  th en   t h co m p le x it y   o f   th s y s te m   i n cr ea s es   [ 11 ] .   T h p o s s ib ilit y   o f   s h ar i n g   t h lo ad   b y   t w o   m ac h i n es  is   as  f o llo w S u p p o s th er ar t w o   g en er atin g   s tatio n s   t h at  ar co n n ec ted   to   ea ch   o t h er   b y   tie  l in e.   I f   t h ch a n g e   in   lo ad   is   eit h er   at  o r   at  B   an d   th e   g en er atio n   o f   A   i s   alo n a s k e d   to   r eg u late  s o   as  to   h a v c o n s ta n f r eq u en c y   t h en   th i s   k i n d   o f   r eg u latio n   is   ca lled   f lat  f r eq u en c y   r eg u latio n   [ 12 ] .   T h o th er   p o s s ib ilit y   o f   s h a r in g   t h lo ad   th lo ad   is   th at  b o th   A   an d   B   w o u ld   r eg u late  t h eir   g en er atio n s   to   m ai n tai n   th e   co n s tan f r eq u en c y .   T h is   is   ca lled   p ar allel  f r eq u en c y r eg u la tio n . T h th ir d   p o s s ib ilit y   i s   th at  t h ch a n g i n   th f r eq u en c y   o f   p ar ticu lar   ar ea   is   tak en   ca r o f   b y   t h g e n er ato r   o f   th at  ar ea   th er eb y   t h tie - li n lo ad in g   r e m ai n s   t h s a m e.   T h is   m et h o d   is   k n o w n   a f la tie - li n lo ad in g   co n tr o l .   I n   Selectiv Fre q u en c y   co n tr o l ea ch   s y s te m   i n   g r o u p   is   ta k es  ca r o f   th lo ad   ch an g es  o n   it s   o w n   s y s te m   an d   d o es n o t a id   th o th er   s y s te m s   o n   th g r o u p   f o r   ch an g e s   o u ts i d its   o w n   li m its   [ 13 ]   I n   T ie - li n L o ad - b ias   co n tr o l a ll  t h p o w er   s y s te m s   i n   th e   i n t er co n n ec tio n   aid   i n   r e g u lati n g   f r eq u en c y   r eg ar d less   o f   w h er t h f r eq u en c y   c h a n g e   o r ig i n ates.  T h e   eq u ip m e n co n s i s ts   o f   a   m a s ter   lo ad   f r eq u e n c y   co n tr o ller   an d   tie  lin r ec o r d er   m ea s u r i n g   t h p o w er   in p u o n   th tie  a s   f o r   th s elec ti v f r eq u en c y   co n tr o l.   T h er r o r   s ig n al  i.e .   Δ f   an d   Δ P tie   ar am p lif ied ,   m ix ed   an d   tr an s f o r m ed   to   r ea p o w er   co m m an d   s i g n al  Δ P V   w h ic h   is   s en to   th p r i m m o v er   to   ca ll  f o r   a n   in cr ea s in   t h to r q u e.   T h p r im e   m o v er   s h all  b r in g   ab o u a   ch an g i n   t h g e n er ato r   o u tp u b y   a n   a m o u n t   Δ P w h ic h   w il ch a n g t h v alu e s   o f   Δ f   an d   Δ P tie   w it h i n   t h e   s p ec if ied   to ler an ce .   T h f ir s s tep   to   th an al y s is   o f   th co n tr o s y s te m   i s   th m at h e m a ti ca m o d elin g   o f   th e   s y s te m s   v ar io u s   co m p o n e n ts   an d   co n tr o l s y s te m   tech n iq u e s   [ 14 ]   A p p l y in g   t h s w i n g   eq u ati o n   o f   s y n c h r o n o u s   m ac h i n to   s m all  p er tu r b atio n ,   w h av e:     = ∆P -   ∆P e     Or   in   ter m s   o f   s m all  d ev iatio n   in   s p ee d     d ∆  =   ( ∆P m - ∆P e )     T ak in g   L ap lace   T r an s f o r m ,   we  o b tain     ∆Ω ( s ) =   [ ∆P m ( s ) - ∆P e( s ) ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792     Th r ee   A r ea   P o w er S ys tem  Lo a d   F r eq u en cy   C o n tr o l.. .   ( C .   R .   B a la mu r u g a n )   21       Fig u r 1 .   M ath e m a tical  m o d el in g   b lo ck   d ia g r a m   f o r   g e n er ato r       T h lo ad   o n   th p o w er   s y s te m   co n s is ts   o f   v ar iet y   o f   e l ec tr ical  d r iv es.  T h eq u ip m e n u s ed   f o r   lig h ti n g   p u r p o s es  ar b asicall y   r esis t iv i n   n a tu r a n d   th r o tatin g   d e v ices  ar b asicall y   co m p o s ite  o f   th e   r esis ti v an d   i n d u cti v co m p o n en t s .   T h s p ee d - lo ad   ch ar ac ter is tic  is   g iv e n   b y     ΔP e = ΔP ω     W h er Δ P L   is   t h n o n - f r eq u e n c y -   s en s iti v lo ad   ch an g e,     ω is   t h f r eq u en c y   s e n s i tiv e   lo ad   ch an g e.     is   ex p r ess ed   as p er ce n t c h a n g in   lo ad   b y   p er ce n t c h a n g i n   f r eq u e n c y .           Fig u r 2 .   Ma th e m a tical  m o d el in g   b lo ck   d ia g r a m   f o r   lo ad       T h s o u r ce   o f   p o w er   g en er at io n   is   co m m o n l y   k n o w n   as  th p r i m e   m o v er .   I m a y   b h y d r a u li c   tu r b in es   at  w ater f alls ,   s tea m   t u r b in es  w h o s e n er g y   co m es  f r o m   b u r n i n g   o f   t h co al,   g a s   an d o th er   f u el s .   T h m o d el  f o r   th tu r b i n r elate s   t h ch a n g e s   in   m ec h an ical  p o w er   o u t p u Δ Pm   to   th c h an g e s   in   t h s tea m   v al v p o s itio n Δ P V.     =     W h er τ s th t u r b in co n s ta n w it h   t h r an g o f   0 . 2   to   2 . 0   s ec o n d s .     W h en   th elec tr ical  lo ad   is   s u d d en l y   i n cr ea s ed   th e n   th el ec tr ical  p o w er   ex ce ed s   t h m ec h an ica l   p o w er   in p u t .   As  r esu lt  o f   t h i s   th d ef icie n c y   o f   p o w er   i n   t h lo ad   s id is   ex tr ac ted   f r o m   th r o tatin g   en er g y   o f   th tu r b in e.   D u to   th is   r ea s o n   th k in etic  e n er g y   o f   th tu r b in i.e .   th en er g y   s to r ed   in   th m ac h in i s   r ed u ce d   an d   th e   g o v er n o r   s e n d s   s i g n al  to   s u p p l y   m o r v o lu m e s   o f   w ater   o r   s tea m   o r   g as  to   in cr ea s e   th e   s p ee d   o f   th p r i m e - m o v er   s o   as to   co m p e n s ate  s p ee d   d ef icien c y   [ 15 ] .           Fig u r 3 . Gr ap h ical  r ep r esen tat io n   o f   s p ee d   r eg u la tio n   b y   g o v er n o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1 8     26   22   T h s lo p o f   th cu r v r ep r ese n ts   s p ee d   r eg u latio n   R .   Go v er n o r s   t y p icall y   h a s   s p ee d   r eg u l atio n   o f   5 - 6   % f r o m   n o   lo ad   to   f u ll lo ad .         ∆P g =∆P ref -     Or   in   s -   d o m ain     ∆P g ( s ) =∆ P ref - ∆Ω ( s )     T h co m m an d   ∆P g i s tr an s f o r m ed     th r o u g h   h y d r a u lic  a m p li f ie r   to   th s tea m   v al v p o s itio n   c o m m a n d   ∆P v .   W ass u m li n ea r   r elati o n s h ip   an d   co n s id er   s i m p le  ti m co n s tan t T g w e h a v th f o ll o w i n g   s - d o m ain   r elatio n :     ∆P v ( s ) = ∆P g ( s )           Fig u r 4 .   Ma th e m a tical  m o d el lin g   o f   b lo ck   d iag r a m   o f   s i n g l s y s te m   co n s i s tin g   o f   g e n er ato r ,   lo ad ,   p r im m o v er   an d   g o v er n o r           Fig u r 5 .   S y s te m   m o d ell in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792     Th r ee   A r ea   P o w er S ys tem  Lo a d   F r eq u en cy   C o n tr o l.. .   ( C .   R .   B a la mu r u g a n )   23   T h er r o r   in p u ts   to   th co n tr o ller s   ar th r esp ec tiv ar ea   co n tr o l e r r o r s   ( A C E )   ar e:                     T h co n tr o in p u ts   o f   t h p o w er   s y s te m   u 1   an d   u 2   ar t h e   o u tp u t s   o f   t h e   co n tr o ller s .   T h co n tr o i n p u ts   ar e   o b tain ed   as:                     5.   SI M UL AT I O R E S UL T   T h L o ad   Fre q u en c y   C o n tr o w h ic h   is   th m ai n   th e m o f   th p r o j ec is   im p le m e n ted   w it h   th h elp   o f   Fu zz y   L o g ic  C o n tr o ller .   T h m e m b er s h ip   f u n ctio n   w h ich   i s   ad o p ted   to   tak th f r eq u e n c y   co n s ta n ar s ev e n .   T h ey   ar L ar g e   Neg a tiv e   ( L N) ,   Me d iu m   Ne g ati v e   ( MN ) ,   S m all  Neg ati v e   ( SN) ,   Ver y   S m all   ( VS) ,   S m a ll   P o s itiv e   ( SP ) ,   Me d iu m   P o s iti v e   ( MP ) ,   L ar g P o s itiv e   ( L P ) .   T h ese  m e m b er s h ip   f u n ctio n s   w ill  g iv clea n   ex p lan atio n   t h at  t h F u zz y   c an   o p er ate  in   m a n y   d if f er e n w a y s   th a n   o r d in ar y   S m a ll  a n d   B ig .   T h ese   m e m b er s h ip   f u n ctio n s   ar lo a d ed   in to   th Fu zz y   E d ito r   w h i ch   tak es  t h in p u v al u es.  T h er ar tw o   in p u ts   to   th F u zz y   I n p u t s   w h ic h   ar E r r o r   ( E ) ,   C h an g in   er r o r   ( ∆E ) .           Fig u r e   6 .   I n p u ts   to   th f u zz y   e d ito r       T h s u itab le  F u zz y   R u le s   s h o u ld   b i n s er ted   in to   th e   f u z z y   r u le  b o x   w h ic h   w ill  b in   th f o r m at   th at  I f   A   i s   Go o d   an d   B   is   Go o d   th en   Ou tp u t is Go o d ”.       T ab le  1 .   Fu zz y   R u le     C h a n g e   I n   Er r o r    ( ∆e )       LN   MN   SN   VS   SP   MP   LP     LP   VS   SP   MP   LP   LP   LP   LP     MP   SN   VS   SP   MP   MP   LP   LP   E r r o r   ( e )   SP   MN   SN   VS   SP   SP   MP   LP     VS   MN   MN   SN   VS   SP   MP   MP     SN   LN   MN   SN   SN   VS   SP   MP     MN   LN   LN   MN   MN   SN   VS   SP     LN   LN   LN   LN   LN   MN   SN   VS         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1 8     26   24       Fig u r e   7.   Fu zz y   r u le  b ase       T h r u les  t h u s   e n ter ed   w ill  b s av ed   a s   FIS   t y p o f   f ile.   T h is   f i le  s h o u ld   b s av ed   i n   th c u r r en t   f o ld er   o f   Ma tlab   f ile.   T h is   f u z z y   f ile  ca n   b en ter ed   in to   th e   r esp ec tiv f u zz y   b lo ck   w i th   r esp ec tiv d en o tio n .   On   s i m u lati n g   t h r esp ec tiv s i m u latio n   th f o llo w i n g   o u t p u t   w i ll b g e n er ated   w h ic h   w il h av ad v an ta g e s   o f   r ed u ctio n   i n   s ett lin g   ti m a n d   also   r ed u ctio n   i n   f r eq u en c y   ch a n g w h en   co m p ar ed   to   co n v e n tio n a P I co n tr o ller .   B y   co n s id er in g   t h ab o v e - s tated   s i m u latio n   g r ap h s   it  co u ld   b s ee n   th at  th e   s y s te m   en co u n ter d r if ts   i n   th f r eq u e n c y   s u cc e ed in g   d is t u r b an ce   i n   t h lo ad   an d   it  is   p r i m ar il y   b ec au s o f   th m is m atc h   in v o l v i n g   th elec tr ical  lo ad   as  w ell  as  t h m ec h a n ical  i n p u w h ic h   i s   g i v e n   to   th p r i m m o v er /t u r b in e.   Flu ct u atio n s   in   t h s y s te m   is   m o r i n   th s i n g le  ar ea   s y s te m   th a n   t w o   ar ea   s y s te m s   f o r   th r ea s o n   th at  all  t h v ar iatio n s   in   t h lo ad   ar to   b e   h an d led   b y   o n ar ea   o n l y .   M o r eo v er   v ar iatio n   in   f r eq u e n c y   is   m ad to   b ze r o   b y   u s in g   s ec o n d ar y   lo o p   in   b o th   s in g le  ar ea   i n   ad d itio n   to   t w o   ar ea   s y s te m s .   W also   s e th at  t h t h r ee   ar ea   s y s te m   al s o   o p er ates in   s i m il ar   m a n n er   lik t h at  o f   t w o   ar ea   s y s te m .       6.   H ARDWA R E   RE SUL T   Du to   g e n er atio n - lo ad   m i s m atch es,  t h s y s te m   f r eq u en c y   ca n   v ar y   o v er   s m al l   r an g e.   I n   o v er   f r eq u en c y   a n d   u n d er   f r eq u e n c y   ca s e s ,   t h e   s y s te m   f r eq u e n c y   f l u ctu a tes   f r o m   th e   p o w e r   s y s te m s   li m i ted   fr eq u en c y   r a n g e,   f u r t h er lead in g   to   tr ip p in g   o f f   o f   t h e   s u b s tati o n   an d   f u r t h er   co llap s i n g   o f   t h en tire   s y s te m .   I n   p r o p o s ed   s y s te m ,   m et h o d   to   p r ev en g ir d   f r o m   co llap s in g   i s   b ein g   p r o p o s ed ,   w h ic e m p l o y s   s m ar m eter s   to   co n tr o an d   m o n ito r   th p o w er   g r id .   T h L o ad   Fre q u e n c y   is   b ei n g   co n tr o lled   an d   m o n ito r ed   f o r   th p r ev en tio n   o f   g r id   co llap s e.           ( a)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792     Th r ee   A r ea   P o w er S ys tem  Lo a d   F r eq u en cy   C o n tr o l.. .   ( C .   R .   B a la mu r u g a n )   25       ( b )   Fig u r e   8 ( a)   B lo ck   d iag r am   ( b )   B lo ck   d iag r a m   co n n ec tio n       16   17       Fig u r e   ( a) .   Har d w ar o u tp u if   all  ar ea s     ar in   o p er atio n   Fig u r e   ( b) .   Har d w ar o u tp u if   o n ar ea   is   d is co n n ec ted   a n d   t w o   ar ea s   ar in   OFF  co n d it io n       18     Fig u r e   ( c) .   Har d w ar o u tp u if   o n ar ea   is   d is co n n ec ted   an d   t w o   ar ea s   ar in   ON  co n d itio n       7.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   h as  ch ief l y   in v est i g ated   o n   t h f r eq u e n c y   c h a n g as  w ell  a s   c h an g i n   t h tie   lin p o w er   d u to   t h c h an g i n   th e   lo ad   an d   also   t h tech n iq u e s   t h at  m a y   b u s ed   f o r   o b t ain i n g   th e   o p ti m ized   v alu e s   o f   v ar io u s   p ar a m e ter s   f o r   m in i m i zin g   t h c h an g es.   Firstl y   s ec o n d ar y   co n tr o is   b ein g   i n tr o d u ce d   f o r   m in i m izi n g   t h d ev iatio n s   i n   f r eq u e n c y .   T h is   is   u s u all y   v ital i n   ca s e   o f   s in g l ar ea   s y s te m   o r   an   is o lated   s y s te m   as t h s ec o n d ar y   co n tr o lo o p   i.e .   an   in te g r al   co n tr o ller   is   g en er al l y   r esp o n s ib le  f o r   r ed u cin g   th c h a n g e s   in   t h f r eq u e n c y   d e v iatio n s   an d   m ai n tai n s   t h e   s y s te m   s tab ilit y .   T h er ef o r w it h o u t t h p r esen ce   o f   s ec o n d ar y   lo o p   th s y s te m   lo s s e s   its   s ta b ilit y .   Seco n d l y   i n t er co n n ec tio n   o f   t w o   o r   m o r s y s te m s   i s   b ein g   in tr o d u ce d   to   co p u p   w it h   th lo ad   ch an g es  t h r o u g h   tie  li n p o w e r   ex ch an g e.   I n ter co n n ec ti n g   t w o   o r   m o r ar ea s   en s u r es  t h s h ar i n g   o f   t h p o w er   a m o n g   th s y s te m s   d u r i n g   th e   ti m es  o f   lo ad   ch an g es  w h ic h   m a y   o cc u r   in   an y   ar ea   at  an y   t i m e.   T h er ef o r th e   b u r d en   o n   th co n tr o ller s   to   m i n i m ize  th ch a n g es  in   t h f r eq u en c y   i s   r ed u ce d   as  r esu lt  o f   th r is in   th e   p o w er   d e m a n d   ca n   b f u lf ille d   b y   d r a w i n g   p o w er   f r o m   t h n eig h b o r in g   ar ea s   a n d   t h u s   m ain tai n s   th s tab ilit y   o f   th s y s te m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   1 A p r il 2 0 1 8 :   1 8     26   26   F URUR E   S CO P E   a)   Var io u s   o th er   o p ti m izatio n   al g o r ith m ic  p r o g r a m s   ca n   b u s ed   f o r   o p tim izatio n   an d   th p er f o r m an ce   ca n   b co m p ar ed   w it h   B F a lg o r it h m .   b)   Var io u s   co n tr o ller s   m a y   b u s ed   to   m a n ag t h f r eq u en c y   d ev iatio n s   an d   c h an g es i n   tie  li n p o w er .   c)   I m a y   b i m p le m e n ted   to   s y s t e m   w it h   f o u r   ar ea s   an d   also   th p er f o r m a n ce   o f   t h s y s te m   m a y   b s t u d ied .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ya   Zan g ,   " L o a d   F re q u e n c y   Co n tro of   M u lt i p le - A re a   P o w e S y st e m s ,"   T sin g h u a   Un iv e rsit y   Ju l y ,   2 0 0 7   M a ste o f   sc ien c e   in   El e c tri c a En g in e e ri n g .   [2 ]   I.   J Na g ra th   a n d   D.   P   Ko th a ri ,   " M o d e rn   p o w e sy ste m   a n a l y sis , "   Ta ta M c G ra w - Hill   Ed u c a ti o n T M H 1 9 9 ,   2 0 0 3 .   [3 ]   El g e rd   Ol. ,   " El e c tri c   e n e rg y   s y ste m s th e o ry -   a n   in tro d u c ti o n , "   2 nd   e d , T a ta M c G r a w Hill ,   2 0 0 0   [4 ]   O.  I.   El g e rd   a n d   C.   E.   F o sh a ,   " Op ti m u m   M e g a wa tt - F re q u e n c y   Co n tr o o f   M u lt iare a   El e c tri c   En e rg y   S y ste m s,"   in   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   Po we r A p p a r a tu s   a n d   S y ste ms ,   v o l.   P A S - 8 9 ,   n o .   4 ,   p p .   5 5 6 - 5 6 3 ,   A p ril   1 9 7 0 .   [5 ]   A .   Us m a n   a n d   B.   Div a k a r,   " S i m u latio n   S tu d y   o f   L o a d   F re q u e n c y   Co n tr o o f   S in g le  a n d   T w o   A re a   S y st e m s,"   2 0 1 2   IEE Glo b a l   Hu ma n it a ria n   T e c h n o l o g y   C o n fer e n c e ,   S e a tt le,  W A ,   2 0 1 2 ,   p p .   2 1 4 - 2 1 9 .   [6 ]   H.  Be v ra n i,   Y.  M it a n a n d   K.  T su ji ,   " Ro b u st  d e c e n tralise d   lo a d - f re q u e n c y   c o n tro u sin g   a n   it e ra ti v e   li n e a m a tri x   in e q u a li ti e a lg o rit h m , "   in   IEE   Pro c e e d in g -   Ge n e ra ti o n ,   T ra n sm i ss io n   a n d   Distrib u t io n ,   v o l.   1 5 1 ,   n o .   3 ,   p p .   3 4 7 - 3 5 4 ,   1 5   M a y   2 0 0 4 .   [7 ]   W .   Tan ,   " Un if ied   T u n in g   o f   P ID  L o a d   F re q u e n c y   Co n tro ll e f o P o w e S y ste m v ia IM C, "   in   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we r S y ste ms ,   v o l.   2 5 ,   n o .   1 ,   p p .   3 4 1 - 3 5 0 ,   F e b .   2 0 1 0 .   [8 ]   L S a ik ia ,   " A u to m a ti c   Ge n e ra ti o n   Co n tro o f   a   c o m b in e d   c y c le  g a tu rb in e   p lan w it h   c las sic a c o n tro ll e rs  u sin g   f ire f l y   a l g o rit h m , "   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o El e c trica l   Po we a n d   E n e rg y   S y ste ms ,   v o l. 5 3 ,   p p .   2 7 - 3 3 ,   2 0 1 3   [9 ]   U.K.Ro u t ,   R. K.S a h u ,   S . P a n d a ,   " De sig n   a n d   a n a l y sis  o d i ff e r e n ti a e v o lu ti o n   a lg o rit h m   b a se d   a u to m a ti c   g e n e ra ti o n   c o n tro f o in terc o n n e c ted   p o w e s y ste m , "   Ai n   S h a ms   E n g i n e e rin g   J o u rn a l ,   v o l .   4 ,   No .   3 ,   p p .   4 0 9 ,   2 0 1 3   [1 0 ]   DG   P a d h a n   S   M a j h i,   " A   n e w   c o n tro sc h e m e   f o P ID  lo a d   f re q u e n c y   c o n tro ll e o f   sin g le  a re a   a n d   m u lt a re a   p o w e r   s y ste m s, "   IS T ra n s a c ti o n s,   v o l. 5 2 ,   p p . 2 4 2 - 2 5 1 ,   2 0 1 3   [1 1 ]   C.   E.   F o s h a   a n d   O.   I.   E lg e rd ,   " T h e   M e g a wa tt - F re q u e n c y   Co n tro l   P r o b lem A   Ne w   A p p ro a c h   V ia   Op ti m a Co n tro l   T h e o r y , "   in   IEE T r a n sa c ti o n o n   Po we r A p p a ra t u s a n d   S y ste ms ,   v o l.   P A S - 8 9 ,   n o .   4 ,   p p .   5 6 3 - 5 7 7 ,   A p ril   1 9 7 0 .   [1 2 ]   J.  Na n d a ,   S .   M ish ra   a n d   L .   C.   S a ik ia,  " M a id e n   A p p li c a ti o n   o f   Ba c teria F o ra g in g - Ba se d   Op ti m iza ti o n   T e c h n iq u e   in   M u lt iare a   A u to m a ti c   Ge n e ra ti o n   Co n tro l , "   in   I EE T ra n s a c ti o n o n   Po we S y ste ms ,   v o l.   2 4 ,   n o .   2 ,   p p .   6 0 2 - 6 0 9 ,   M a y   2 0 0 9 .   [1 3 ]   E. S . A li ,   S . M .   A b d - El a z im ,   " BF OA   b a s e d   De sig n   o f   P ID  Co n t ro ll e f o Tw o   A re a   L o a d   F re q u e n c y   Co n tro w it h   No n li n e a rit ies , "   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o El e c trica l   Po we a n d   En e rg y   S y ste ms ,   v o l.   5 1 ,   p p .   2 2 4 - 2 3 1 ,   2 0 1 3   [1 4 ]   T M o h a m m a d ,   " Ro b u st   m u lt iv a riab le  p re d ictiv e   b a se d   l o a d   f re q u e n c y   c o n tro c o n si d e rin g   g e n e ra ti o n   ra te   c o n sta n t ,"   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica P o we r a n d   E n e rg y   S y ste ms ,   v o l.   4 6 ,   p p .   4 0 5 - 4 1 3 ,   2 0 1 3   [1 5 ]   E. S . A li ,   S . M . A b d - El a z im ,   " B a c teria   f o ra g in g   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m   b a se d   lo a d   f re q u e n c y   c o n tro ll e f o r   in terc o n n e c ted   p o w e s y ste m "   El e c trica Po we r E n e rg y   S y ste m,   v o l.   3 3 ,   p p .   6 3 3 6 3 8 ,   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.