I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 2 ,   N o . 2 ,   A p r i l   2 0 1 2 ,   p p .   1 8 3 ~ 1 9 0   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             1 8 3       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   D e s i g n   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n t   C o n t r o l l e r   f o r   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   o f   T w o   A r e a   H y d r o t h e r m a l   S y s t e m       C . S r i n i v a s a   R a o     E E E   D e p a r t m e n t ,   G . P u l l a i a h   Co l l e g e   o f   E n g i n e e i r n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   K u r n o o l ,   A n d h r a   P r a d e s h ,   I n d i a   e - m a i l :   c s r _ b i t @ y a h o o . c o . i n       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   O c t   1 8 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d   F e b   1 0 th ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   M a r   1 6 th ,   2 0 1 2       T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   t h e   d e s i g n   o f   c o n t r o l l e r   b a s e d   o n   t h e   p r i n c i p l e s   o f   N e u r a l   n e t w o r k s .   T h e   c o n c e p t   o f   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n t   t e c h n i q u e s   g r e a t l y   h e l p s   i n   o v e r c o m i n g   t h e   d i s a d v a n t a g e s   p o s e d   b y   t h e   c o n v e n t i o n a l   c o n t r o l l e r s .   A   h i e r a r c h i c a l   a r c h i t e c t u r e   o f   t h r e e   l a y e r   f e e d   f o r w a r d   n e u r a l   n e t w o r k   ( N N )   i s   p r o p o s e d   f o r   c o n t r o l l e r   d e s i g n   b a s e d   o n   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   ( BP A ) .   A r e a   Co n t r o l   E r r o r   ( A CE )   i s   c o n s i d e r e d   a s   i n p u t   t o   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   c o n t r o l l e r   a n d   t h e   o u t p u t   o f   t h e   c o n t r o l l e r   i s   p r o v i d e d   t o   t h e   g o v e r n o r   i n   e a c h   a r e a .   T h e   p r o p o s e d   c o n t r o l l e r s   a r e   t e s t e d   f o r   a   t w o   a r e a   h y d r o t h e r m a l   s y s t e m .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w   t h a t   t h e   l i m i t a t i o n s   o f   c o n v e n t i o n a l   c o n t r o l l e r   c a n   b e   o v e r c o m e   b y   i n c l u d i n g   N e u r a l   c o n c e p t   a n d   t h e r e b y   t h e   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   s y s t e m   w i t h   r e s p e c t   t o   p e a k   t i m e ,   o v e r s h o o t   a n d   s e t t l i n g   t i m e   c a n   b e   i m p r o v e d   d r a s t i c a l l y .   K e y w o r d :   A r e a   c o n t r o l   e r r o r   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   B a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   H y d r o t h e r m a l   s y s t e m   N e u r a l   n e t w o r k   Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   C . S r i n i v a s a   R a o     E E E   D e p a r t m e n t ,     G . P u l l a i a h   C o l l e g e   o f   E n g i n e e i r n g   a n d   T e c h n o l o g y ,     K u r n o o l ,   A n d h r a   P r a d e s h ,   I n d i a   e - m a i l :   c s r _ b i t @ y a h o o . c o . i n       1 .   I N T R O D U C T I O N   L a r g e   s c a l e   p o w e r   s y s t e m s   a r e   n o r m a l l y   c o m p o s e d   o f   c o n t r o l   a r e a s   o r   r e g i o n s   r e p r e s e n t i n g   c o h e r e n t   g r o u p s   o f   g e n e r a t o r s .   I n   a   p r a c t i c a l l y   i n t e r c o n n e c t e d   p o w e r   s y s t e m ,   t h e   g e n e r a t i o n   n o r m a l l y   c o m p r i s e s   o f   a   m i x   o f   t h e r m a l ,   h y d r o ,   n u c l e a r   a n d   g a s   p o w e r   g e n e r a t i o n .   H o w e v e r ,   o w i n g   t o   t h e i r   h i g h   e f f i c i e n c y ,   n u c l e a r   p l a n t s   a r e   u s u a l l y   k e p t   a t   b a s e   l o a d   c l o s e   t o   t h e i r   m a x i m u m   o u t p u t   w i t h   n o   p a r t i c i p a t i o n   i n   t h e   s y s t e m   A u t o m a t i c   g e n e r a t i o n   c o n t r o l   ( A C E ) .   G a s   p o w e r   g e n e r a t i o n   i s   i d e a l   f o r   m e e t i n g   t h e   v a r y i n g   l o a d   d e m a n d .   G a s   p l a n t s   a r e   u s e d   t o   m e e t   p e a k   d e m a n d s   o n l y .   T h u s   t h e   n a t u r a l   c h o i c e   f o r   A G C   f a l l s   o n   e i t h e r   t h e r m a l   o r   h y d r o   u n i t s .   L i t e r a t u r e   s u r v e y   s h o w s   t h a t   m o s t   o f   e a r l i e r   w o r k s   i n   t h e   a r e a   o f   A G C   p e r t a i n   t o   i n t e r c o n n e c t e d   t h e r m a l   s y s t e m s   a n d   r e l a t i v e l y   l e s s e r   a t t e n t i o n   h a s   b e e n   d e v o t e d   t o   t h e   A G C   o f   i n t e r c o n n e c t e d   h y d r o - t h e r m a l   s y s t e m   i n v o l v i n g   t h e r m a l   a n d   h y d r o   s u b s y s t e m   o f   w i d e l y   d i f f e r e n t   c h a r a c t e r i s t i c s .   C o n c o r d i a   a n d   K i r c h m a y e r   [ 1 ]   h a v e   s t u d i e d   t h e   A G C   o f   a   h y d r o - t h e r m a l   s y s t e m   c o n s i d e r i n g   n o n - r e h e a t   t y p e   t h e r m a l   s y s t e m   n e g l e c t i n g   g e n e r a t i o n   r a t e   c o n s t r a i n t s .   K o t h a r i ,   K a u l ,   N a n d a   [ 2 ]   h a v e   i n v e s t i g a t e d   t h e   A G C   p r o b l e m   o f   a   h y d r o - t h e r m a l   s y s t e m   p r o v i d e d   w i t h   i n t e g r a l   t y p e   s u p p l e m e n t a r y   c o n t r o l l e r s .   T h e   m o d e l   u s e s   c o n t i n u o u s   m o d e   s t r a t e g y ,   w h e r e   b o t h   s y s t e m   a n d   c o n t r o l l e r s   a r e   a s s u m e d   t o   w o r k   i n   t h e   c o n t i n u o u s   m o d e .   P e r h a p s   N a n d a ,   K o t h a r i   a n d   S a t s a n g i   [ 3 ]   a r e   t h e   f i r s t   t o   p r e s e n t   c o m p r e h e n s i v e   a n a l y s i s   o f   A G C   o f   a n   i n t e r c o n n e c t e d   h y d r o t h e r m a l   s y s t e m   i n   c o n t i n u o u s - d i s c r e t e   m o d e   w i t h   c l a s s i c a l   c o n t r o l l e r s .   I t   i s   k n o w n   t h a t   l o a d - f r e q u e n c y   c o n t r o l   s y s t e m s   i n c l u d e   a n   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   a s   s e c o n d a r y   c o n t r o l l e r   i n   c o n v e n t i o n a l   c o n t r o l   c o n f i g u r a t i o n s .   T h e   i n t e g r a t o r   g a i n   i s   s e t   t o   a   l e v e l   t h a t   c o m p r o m i s e   b e t w e e n   f a s t   t r a n s i e n t   r e c o v e r y   a n d   l o w   o v e r s h o o t   i n   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   s y s t e m .   U n f o r t u n a t e l y ,   t h i s   t y p e   o f   c o n t r o l l e r   i s   c o n s i d e r a b l y   s l o w .   B e c a u s e   o f   t h i s ,   t h e   r e c o v e r y   o f   t r a n s i e n t s   i n   t h e   p o w e r   s y s t e m   a g a i n s t   t o   t h e   l o a d   p e r t u r b a t i o n s   s p e n d s   v e r y   l o n g   t i m e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     1 8 3     1 9 0   1 8 4 I n   r e c e n t   y e a r s   i n t e l l i g e n t   m e t h o d s   s u c h   a s   F u z z y   l o g i c   ( F L )   h a v e   b e e n   a p p l i e d   t o   t h e   l o a d   f r e q u e n c y   c o n t r o l   p r o b l e m   [ 4 - 7 ] .   T h e   s a l i e n t   f e a t u r e   o f   t h e s e   s o f t   c o m p u t i n g   t e c h n i q u e s   a r e   t h a t   t h e y   p r o v i d e   a   m o d e l - f r e e   d e s c r i p t i o n   o f   c o n t r o l   s y s t e m s   a n d   d o   n o t   r e q u i r e   a n y   m o d e l   i d e n t i f i c a t i o n .   B u t   t h e   m a i n   d r a w b a c k s   o f   A N N   i n c l u d e   l a r g e   n u m b e r   o f   n e u r o n s   i n   t h e   h i d d e n   l a y e r s   f o r   c o m p l e x   f u n c t i o n   a p p r o x i m a t i o n ,   a n d   v e r y   l a r g e   t r a i n i n g   t i m e   i s   r e q u i r e d .   S i n c e   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   c o n f i g u r a t i o n   w i l l   b e   u s e d   t o   c o n t r o l   t h e   s y s t e m ,   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   i s   u s e d   a s   a   l e a r n i n g   r u l e   t o   c o p e   w i t h   t h e   c o n t i n u o u s   t i m e   d y n a m i c s .     I n   t h i s   s t u d y ,   a   s t e p   l o a d   c h a n g e   i n   e a c h   a r e a   i s   c o n s i d e r e d .   F o r   c o m p a r i s o n ,   t h e   c o n s i d e r e d   p o w e r   s y s t e m   i s   c o n t r o l l e d   b y   u s i n g   b o t h   c o n v e n t i o n a l   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   a n d   n e u r a l   n e t w o r k   c o n t r o l l e r   f o r   t h e   c a s e   m e n t i o n e d   a b o v e .   T h e   r e s u l t s   o b t a i n e d   s h o w   t h a t   t h e   A N N   c o n f i g u r a t i o n   u s i n g   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   a p p l i e d   f o r   A G C   o f   p o w e r   s y s t e m   g i v e s   g o o d   d y n a m i c   r e s p o n s e   w i t h   r e s p e c t   t o   c o n v e n t i o n a l   c o n t r o l l e r .       2 .   D Y N A M I C   M A T H E M A T I C A L   M O D E L   E l e c t r i c   p o w e r   s y s t e m s   a r e   c o m p l e x ,   n o n l i n e a r   d y n a m i c   s y s t e m .   T h e   l o a d   f r e q u e n c y   c o n t r o l l e r   c o n t r o l s   t h e   c o n t r o l   v a l v e s   a s s o c i a t e d   w i t h   H i g h   P r e s s u r e   ( H P )   t u r b i n e   a t   v e r y   s m a l l   l o a d   v a r i a t i o n s   [ 8 ] .   T h e   s y s t e m   u n d e r   i n v e s t i g a t i o n   h a s   t a n d e m - c o m p o u n d   s i n g l e   r e h e a t   t y p e   t h e r m a l   s y s t e m .   E a c h   e l e m e n t   ( G o v e r n o r ,   t u r b i n e   a n d   p o w e r   s y s t e m )   o f   t h e   s y s t e m   i s   r e p r e s e n t e d   b y   f i r s t   o r d e r   t r a n s f e r   f u n c t i o n   a t   s m a l l   l o a d   v a r i a t i o n s   i n   a c c o r d i n g   t o   t h e   I E E E   c o m m i t t e e   r e p o r t   [ 8 ] .   T w o   s y s t e m   n o n l i n e a r i t i e s   l i k e l y   G o v e r n o r   D e a d b a n d   a n d   G e n e r a t i o n   R a t e   C o n s t r a i n t   ( G R C )   a r e   c o n s i d e r e d   h e r e   f o r   g e t t i n g   t h e   r e a l i s t i c   r e s p o n s e .   G o v e r n o r   D e a d b a n d   i s   d e f i n e d   a s   t h e   t o t a l   m a g n i t u d e   o f   t h e   s u s t a i n e d   s p e e d   c h a n g e   w i t h i n   w h i c h   t h e r e   i s   n o   c h a n g e   i n   t h e   v a l v e   p o s i t i o n   [ 8 ] .   I t   i s   r e q u i r e d   t o   a v o i d   e x c e s s i v e   o p e r a t i o n   o f   t h e   g o v e r n o r .   G R C   i s   c o n s i d e r e d   i n   r e a l   p o w e r   s y s t e m s   b e c a u s e   t h e r e   e x i t s   a   m a x i m u m   l i m i t   o n   t h e   r a t e   o f   c h a n g e   i n   t h e   g e n e r a t i n g   p o w e r .   F i g u r e   1   s h o w s   t h e   t r a n s f e r   f u n c t i o n   b l o c k   d i a g r a m   o f   a   t w o   a r e a   i n t e r c o n n e c t e d   n e t w o r k   . T h e   p a r a m e t e r s   o f   t w o   a r e a   m o d e l s   a r e   d e f i n e d   i n   A p p e n d i x .           F i g u r e .   1 .   T r a n s f e r   F u n c t i o n   m o d e l   o f   t w o   A r e a   H y d r o t h e r m a l   S y s t e m       3 .   B A C K   P R O P A G A T I O N   A L G O R I T H M   I n   t h e   f i e l d   o f   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g ,   o n e   o f   t h e   m o s t   e x c i t i n g   a n d   p o t e n t i a l l y   p r o f i t a b l e   r e c e n t   d e v e l o p m e n t s   i s   t h e   i n c r e a s i n g   u s e   o f   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   t e c h n i q u e s   l i k e   n e u r a l   n e t w o r k s   i n   t h e   d e s i g n   o f   v a r i o u s   c o n t r o l l e r s .   A r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k s   h a v e   b e e n   a p p l i e d   t o   m a n y   p r o b l e m s ,   a n d   h a v e   d e m o n s t r a t e d   t h e i r   s u p e r i o r i t y   o v e r   c l a s s i c a l   m e t h o d s   w h e n   d e a l i n g   w i t h   n o i s y   o r   i n c o m p l e t e   d a t a .   N e u r a l   n e t w o r k s   a r e   w e l l   s u i t e d   t o   t h i s   m e t h o d ,   a s   t h e y   h a v e   t h e   a b i l i t y   t o   p r e - p r o c e s s   i n p u t   p a t t e r n s   t o   p r o d u c e   s i m p l e r   p a t t e r n s   w i t h   f e w e r   c o m p o n e n t s .     A   f a s c i n a t i n g   f e a t u r e   o f   t h e   b r a i n   i s   t h a t   i t s   p h y s i c a l   o r g a n i z a t i o n   r e f l e c t s   t h e   o r g a n i z a t i o n   o f   t h e   e x t e r n a l   s t i m u l i   t h a t   a r e   p r e s e n t e d   t o   i t .   I n   v i e w   o f   t h i s   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   h a s   g T s + 1 1   t T s + 1 1   r r r T s T s K + + 1 1   1 1 R   s T 1 2 2 p   ) ( 1 s X E D   ) ( 1 s P R D   ) ( 1 s P G D   ) ( 1 s P D D   ) ( 1 s F D   +   -   2 1 R -   +   +   -   -   -   R e h e a t   s y s t e m   t u r b i n e   H y d r o   g o v e r n o r   1 1 1 p p T s K + s K 1 1   1 B   +   +   - 1   1 1 1 T s +   2 1 1 T s s T R + +   2 2 1 P P T s K +   ) ( 2 s P R D   ) ( 2 s X E D   ) ( 2 s P G D   ) ( 2 s P D D +   -   w w T s T 5 . 0 1 1 + s -   +   1 B   s K 1 2   - 1   +   +   -   ) ( 2 s F D ) ( 1 s P C D   ) ( 2 s P C D Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       D e s i g n   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n t   C o n t r o l l e r   f o r   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   o f   T w o   .   ( C . S r i n i v a s a   R a o )   1 8 5 b e e n   u s e d   t o   d e s i g n   c o n t r o l l e r .   I n   t h i s   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   t h e   w e i g h t s   f r o m   i n p u t   l a y e r - h i d d e n   l a y e r - o u t p u t   l a y e r   a r e   u p d a t e d   i t e r a t i v e l y   d u r i n g   t h e   l e a r n i n g   p h a s e .   T h e   u p d a t i o n   o f   w e i g h t s   i n   b a c k - p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   i s   d o n e   a s   f o l l o w s :   T h e   e r r o r   s i g n a l   a t   t h e   o u t p u t   o f   n e u r o n   j   a t   i t e r a t i o n   n   i s   g i v e n   b y                                                                                                 ) ( ) ( ) ( n y n d n e j j j - =                                                                                                                                                   ( 1 )   T h e   i n s t a n t a n e o u s   v a l u e   o f   e r r o r   f o r   n e u r o n   j   i s   ) ( 2 1 2 n e j .   T h i s   i n s t a n t a n e o u s   v a l u e   ) ( n e o f   t o t a l   e r r o r   i s   o b t a i n e d   b y   s u m m i n g   ) ( 2 1 2 n e j   o f   a l l   n e u r o n s   i n   o u t p u t   l a y e r                                                                                             ) ( 2 1 ) ( 2 n e n c j j = Î e                                                                                                                                                               ( 2 )   w h e r e   c   i n c l u d e s   a l l   n e u r o n s   i n   t h e   o u t p u t   l a y e r .   A v e r a g e   s q u a r e d   e r r o r   i s   g i v e n   b y                                                                                               = = N n a v g n N 1 ) ( 1 e e                                                                                                                                                                   ( 3 )       w h e r e   N   i s   t o t a l   n u m b e r   o f   p a t t e r n s   i n   t r a i n i n g   s e t .   S o   m i n i m i z a t i o n   o f   a v g e   i s   r e q u i r e d .   S o   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   i s   u s e d   t o   u p d a t e   t h e   w e i g h t s .   I n d u c e d   l o c a l   f i e l d   ) ( n v j   p r o d u c e d   a t   i n p u t   o f   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n   i s   g i v e n     b y                                                                                             = = m i i j i j n X n w n v 0 ) ( ) ( ) (                                                                                                                                             ( 4 )     w h e r e   m   i s   t h e   n u m b e r   o f   i n p u t s   a p p l i e d   t o   n e u r o n   j .     S o   t h e   o u t p u t   c a n   b e   w r i t t e n   a s                                                                                                 )) ( ( ) ( n v n y j j j f =                                                                                                                                                           ( 5 )   T h e   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   a p p l i e s   a   c o r r e c t i o n   ) ( n w j i D   t o   s y n a p t i c   w e i g h t s   ) ( n w j i   w h i c h   i s   p r o p o r t i o n a l   t o   p a r t i a l   d e r i v a t i v e   ) ( ) ( n w n j i e ,   w h i c h   c a n   b e   w r i t t e n   a s                                     ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( n w n v n v n y n y n e n e n n w n j i j j j j j j j i × × × = e e                                                                                                                         ( 6 )   D i f f e r e n t i a t i n g   t h e   e q u a t i o n   ( 2 )   w i t h   r e s p e c t   t o   ) ( n e j                                                                           ) ( ) ( ) ( n e n e n j j = e                                                                                                                                                                                 ( 7 )   D i f f e r e n t i a t i n g   e q u a t i o n   ( 1 )   w i t h   r e s p e c t   t o   ) ( n y j                                                                                   1 ) ( ) ( - = n y n e j j                                                                                                                                                                                 ( 8 )   D i f f e r e n t i a t i n g   e q u a t i o n   ( 5 )   w e   g e t                                     ) ) ( ( ) ( ) ( ' n v n v n y j j j j f =                                                                                                                                                                                                         ( 9 )   D i f f e r e n t i a t i n g   e q u a t i o n   ( 4 )   w i t h   r e s p e c t   t o   ) ( n w j i                                   ) ( ) ( ) ( n X n w n v i j i j =                                                                                                                                                                                                                 ( 1 0 )   S o   u s i n g   e q u a t i o n s   ( 7 - 1 0 )   i n   e q u a t i o n   ( 6 )   w e   g e t                               ) ( ) ) ( ( ) ( ) ( ) ( ' n X n v n e n w n i j j j j i f e - =                                                                                                                                                               ( 1 1 )     T h e   c o r r e c t i o n   ) ( n w j i D a p p l i e d   t o   ) ( n w j i i s   d e f i n e d   b y                                   ) ( ) ( ) ( n w n n w j i j i - = D e h                                                                                                                                                                                               ( 1 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     1 8 3     1 9 0   1 8 6 w h e r e   h i s   l e a r n i n g   r a t e   p a r a m e t e r .   F i g u r e   2   s h o w s   t h e   a r c h i t e c t u r e   o f   n e u r a l   n e t w o r k   c o n s i d e r e d   f o r   t h i s   w o r k .   I t   c a n   b e   s e e n   t h a t   t h e   A r e a   C o n t r o l   E r r o r   ( A C E )   a n d   r a t e   o f   c h a n g e   o f   A C E   a r e   c o n s i d e r e d   a s   i n p u t s   i n   t h e   i n p u t   l a y e r   a n d   c P D i s   c o n s i d e r e d   a s   o u t p u t   i n   t h e   o u t p u t   l a y e r .   F i g u r e   3   s h o w s   t h e   M A T L A B / S I M U L I N K   b l o c k   i m p l e m e n t a t i o n   o f   t h e   a b o v e   l o g i c .   I t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   f i g u r e   t h a t   i n p u t   i s   t o   b e   t a k e n   a s   A C E   o f   t h e   t w o   a r e a   s y s t e m     F i g u r e   2 .   A r c h i t e c t u r e   o f   N e u r a l   N e t w o r k   C o n s i d e r e d         F i g u r e   3 .   M A T L A B / S I M U L I N K   I m p l e m e n t a t i o n   o f   l o g i c     4 .         R E S U L T S   A N D   D I S C U S S I O N S   T h e   p r o p o s e d   s y s t e m   i n   m o d e l e d   i n   M A T L A B / S I M U L I N K   e n v i r o n m e n t   a n d   t h e   r e s u l t s   h a v e   b e e n   p r e s e n t e d .   A   l o a d   c h a n g e   o f   0 . 0 4   p . u   M . W   i n   e a c h   a r e a   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d   t o   s t u d y   t h e   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   n e u r a l   n e t w o r k   c o n t r o l l e r   a n d   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r .   A   v a l u e   o f   0 . 5   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d   a s   t h e   g a i n   o f   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r .   T h e   t r a i n i n g   o f   t h e   n e t w o r k   h a s   b e e n   d o n e   i n   n e u r a l   n e t w o r k   t o o l b o x   u n d e r   M A T L A B   e n v i r o n m e n t .   T h e   d e v e l o p m e n t   e n v i r o n m e n t   f o r   n e u r a l   n e t w o r k   t o o l b o x   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   4 .   A s   s e e n   f r o m   F i g u r e   4 ,   t h e   n e t w o r k   i s   t r a i n e d   w i t h   t h e   t r a i n   i n p u t s   w h i c h   c o n t a i n   t h e   A C E   a n d   r a t e   o f   c h a n g e   o f   A C E   v a l u e s   o b t a i n e d   t h r o u g h   t r a d i t i o n a l   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r .           F i g u r e   4 .   D e v e l o p m e n t   e n v i r o n m e n t   f o r   n e u r a l   n e t w o r k   t o o l b o x     F i g u r e   5 .   S t r u c t u r e   o f   t h e   n e t w o r k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       D e s i g n   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n t   C o n t r o l l e r   f o r   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   o f   T w o   .   ( C . S r i n i v a s a   R a o )   1 8 7 T a b l e   1 .   W e i g h t s   b e t w e e n   i n p u t   a n d   h i d d e n   n o d e s .     N o d e   1   N o d e   2   N o d e   3   N o d e   1   5 2 0 . 2 6   1 7 4 3 . 7   2 6 7 8 . 4               N o d e   2   5 0 9 . 5 8   4 6 2 . 6 4   - 3 8 1 . 8     T a b l e   2 .   B i a s   V a l u e s   a t   h i d d e n   n o d e s .   N o d e   1     0 . 6 0 0 4               N o d e   2   - 0 . 9 9 0 0               N o d e   3   1 3 . 6 4 8     T a b l e   3 .   W e i g h t s   b e t w e e n   h i d d e n   a n d   o u t p u t   n o d e s .     N o d e   1   N o d e   1   - 2 . 3 0 6 8   N o d e   2   1 . 9 9 8 3   N o d e   3   - 8 . 9 7 7     T a b l e   4 .   B i a s   V a l u e   a t   o u t p u t   n o d e .   N o d e   1   2 . 1 2 5       T h e   a c t i v a t i o n   f u n c t i o n   u s e d   i n   t h i s   w o r k   f o r   b o t h   t h e   l a y e r s   i s   l o g - s i g   f u n c t i o n .   T h e   a d a p t a t i o n   l e a r n i n g   f u n c t i o n   u s e d   i n   t h i s   w o r k   i s   L E A R N G D M .   T a b l e   1   s h o w s   t h e   v a l u e s   o f   w e i g h t s   b e t w e e n   i n p u t   l a y e r   a n d   h i d d e n   l a y e r   o b t a i n e d   d u r i n g   t r a i n i n g   p h a s e ,   w h e r e   t h e   r o w s   c o r r e s p o n d   t o   i n p u t   n o d e s   a n d   c o l u m n s   c o r r e s p o n d   t o   h i d d e n   n o d e s .   T a b l e   2   s h o w s   t h e   b i a s   v a l u e   a t   t h e   h i d d e n   n o d e s .   T a b l e   3   s h o w s   t h e   v a l u e s   o f   w e i g h t s   b e t w e e n   h i d d e n   l a y e r   a n d   o u t p u t   l a y e r   o b t a i n e d   d u r i n g   t r a i n i n g   p h a s e ,   w h e r e   t h e   r o w s   c o r r e s p o n d   t o   h i d d e n   n o d e s   a n d   c o l u m n s   c o r r e s p o n d   t o   o u t p u t   n o d e s .   T a b l e   4   s h o w s   t h e   b i a s   v a l u e   a t   t h e   o u t p u t   n o d e .   T h e   s u c c e s s   o f   t r a i n i n g   t h e   n e t w o r k   c a n   b e   s e e n   i n   F i g u r e   6 .   I t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   f i g u r e   t h a t   t h e   t r a i n i n g   h a s   p r o p e r l y   c o n v e r g e d   t o   t h e   g o a l   a f t e r   2 1   e p o c h s .   T h e   e r r o r   o f   t h e   s y s t e m   i s   a l s o   v e r y   l e s s   a s   s e e n   f r o m   t h e   p e r f o r m a n c e   v a l u e   w h i c h   a l s o   i n d i c a t e s   t h e   p r o p e r   t r a i n i n g   o f   t h e   n e t w o r k .   A   p e r f o r m a n c e   i n d e x   c o n s i d e r e d   i n   t h i s   w o r k   t o   c o m p a r e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   p r o p o s e d   m e t h o d s   i s   g i v e n   b y       ( ) D + D × + D × = t t i e P f f J 0 2 1 2 2 2 2 1 b a   . T h e   I S E   c r i t e r i o n   i s   u s e d   b e c a u s e   i t   w e i g h s   l a r g e   e r r o r s   h e a v i l y   a n d   s m a l l   e r r o r s   l i g h t l y .   E v e n   t h o u g h   1 f D a n d   2 f D h a v e   v e r y   c l o s e   r e s e m b l a n c e ,   s e p a r a t e   w e i g h i n g   f a c t o r s   i . e . ,   a a n d   b   a r e   c o n s i d e r e d   f o r   e a c h   o f   t h e m   r e s p e c t i v e l y   s o   a s   t o   o b t a i n   b e t t e r   p e r f o r m a n c e .   T h e   p a r a m e t e r s   a a n d b   a r e   w e i g h i n g   f a c t o r s   w h i c h   d e t e r m i n e   t h e   r e l a t i v e   p e n a l t y   a t t a c h e d   t o   t h e   t i e - l i n e   p o w e r   e r r o r   a n d   f r e q u e n c y   e r r o r .   A   v a l u e   o f   0 . 6 5   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d   i n   t h i s   w o r k   a s   t h e   v a l u e   f o r   b o t h   a a n d   b .   T a b l e   5   s h o w s   t h e   c o m p a r i s o n   o f   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s y s t e m   w h e n   n e u r a l   c o n t r o l l e r   a n d   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   a r e   e m p l o y e d   d u r i n g   a   l a o d   c h a n g e   o f   0 . 0 4   p . u   M W .   I t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   t a b l e   t h a t   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   n e u r a l   c o n t r o l l e r   i s   f a r   s u p e r i o r   t o   t h a t   o f   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   i n   t e r m s   o f   r e d u c t i o n   o f   o v e r s h o o t   a n d   s e t t l i n g   t i m e .   T a b l e   6   s h o w s   t h e   c o m p a r i s o n   o f   p e r f o r m a n c e   i n d e x   o f   t h e   s y s t e m   w h e n   t h e   n e u r a l   c o n t r o l l e r   a n d   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   a r e   p r e s e n t   i n   t h e   s y s t e m .   I t   c a n   b e   o b s e r v e d   t h a t   t h e   p e r f o r m a n c e   i n d e x   o f   t h e   s y s t e m   w h e n   n e u r a l   c o n t r o l l e r   i s   e m p l o y e d   i s   l e s s   t h a n   t h e   p e r f o r m a n c e   i n d e x   o f   t h e   s y s t e m   w h e n   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   i s   e m p l o y e d .     F i g u r e   7   s h o w s   t h e   v a r i o u s   f r e q u e n c y   d e v i a t i o n s   a n d   t i e   l i n e   p o w e r   d e v i a t i o n s   i n   b o t h   t h e   a r e a s   d u r i n g   a   l o a d   c h a n g e   o f   0 . 0 4 p . u   M W .   I t   c a n   b e   o b s e r v e d   t h a t   n e u r a l   c o n t r o l l e r   i s   f a r   s u p e r i o r   t h a n   t h e   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   i n   t e r m s   o f   p e a k   t i m e ,   o v e r s h o o t   a n d   s e t t l i n g   t i m e   i n   b o t h   t h e   a r e a s .   F i g u r e   8   s h o w s   t h e   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   b o t h   t h e   c o n t r o l l e r s   i n   t e r m s   o f   p e r f o r m a n c e   i n d e x .           F i g u r e .   6 .   T r a i n i n g   p h a s e   o f   t h e   n e t w o r k     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     1 8 3     1 9 0   1 8 8       F i g u r e .   7 .   F r e q u e n c y   a n d   t i e   l i n e   p o w e r   e r r o r   d e v i a t i o n s   i n   b o t h   t h e   a r e a s       T a b l e   5 .   C o m p a r i s o n   o f   p e r f o r m a n c e   o f   c o n t r o l l e r s   .     T h e r m a l   A r e a   H y d r o   A r e a     P e a k   T i m e   O v e r s h o o t   S e t t l i n g   T i m e   P e a k   T i m e   O v e r s h o o t   S e t t l i n g   T i m e   W i t h   N e u r a l   C o n t r o l l e r   1 . 9 8 5   0 . 0 1 2 5 0 6   2 1 . 7 5   1 . 1 8 5   0 . 0 1 7 8 1 4   2 0 . 5 4   W i t h   I n t e g r a l   C o n t r o l l e r   2 . 0 5 5   0 . 0 1 9 6 3 5   2 2 . 7 4 5   1 . 5 6 5   0 . 0 2 3 6 8 4   2 1 . 7 1   %   I m p r o v e m e n t   3 . 4 0   3 6 . 3 0   4 . 3 7   2 4 . 2 8   2 4 . 7 8   5 . 3 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       D e s i g n   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n t   C o n t r o l l e r   f o r   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   o f   T w o   .   ( C . S r i n i v a s a   R a o )   1 8 9   W h e r e   %   i m p r o v e m e n t   =   ( ) 1 0 0 ´ - c o n t r o l l e r I n t e g r a l W i t h c o n t r o l l e r N e u r a l w i t h c o n t r o l l e r I n t e g r a l W i t h     T a b l e   6 .   C o m p a r i s o n   o f   P e r f o r m a n c e   I n d e x   V a l u e s .     P e r f o r m a n c e   I n d e x   V a l u e   W i t h   N e u r a l   C o n t r o l l e r   0 . 0 0 0 1 2 9 5   W i t h   I n t e g r a l   C o n t r o l l e r   0 . 0 0 0 2 1 1 4         F i g u r e .   8 .   C o m p a r i s o n   o f   P e r f o r m a n c e   i n d e x   o f   t h e   s y s t e m   w i t h   b o t h   c o n t r o l l e r s       5 .         C O N C L U S I O N S   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   i n t e g r a l   c o n t r o l l e r   a n d   n e u r a l   c o n t r o l l e r   f o r   a   t w o   a r e a   h y d r o t h e r m a l   s y s t e m   h a s   b e e n   i n v e s t i g a t e d .   I t   h a s   b e e n   o b s e r v e d   t h a t   t h e   i n t e g r a l   i s   c a p a b l e   o f   b r i n g i n g   b e t t e r   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   s y s t e m   t o   s o m e   e x t e n t .   B u t   t h e   c o n v e n t i o n a l   d e s i g n   a p p r o a c h   r e q u i r e s   a   d e e p   u n d e r s t a n d i n g   o f   t h e   s y s t e m ,   e x a c t   m a t h e m a t i c a l   m o d e l s   a n d   p r e c i s e   n u m e r i c a l   v a l u e s .   T h e   b a s i c   f e a t u r e   o f   n e u r a l   c o n c e p t   i s   t h a t   t h e   p r o c e s s   c a n   b e   c o n t r o l l e d   w i t h   s l i g h t   k n o w l e d g e   o f   i t s   u n d e r l y i n g   d y n a m i c s .   T h e   c o n t r o l   s t r a t e g y   d e v e l o p e d   w i t h   t h e   h e l p   o f   t r a i n i n g   m e c h a n i s m   u s i n g   b a c k   p r o p a g a t i o n   a l g o r i t h m   c a n   b e   e m p l o y e d   t o   b r i n g   b e t t e r   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   s y s t e m .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w   t h e   s u p e r i o r   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s y s t e m   u s i n g   n e u r a l   n e t w o r k   c o n t r o l l e r .       A P P E N D I X   R = 2 . 4   H z / p . u . M W ;   D = 3 1 0 3 3 . 8 - ´ p . u .   M W / H z ;   g K = 1 ;   g T = 0 . 0 8   s e c ;   t K = 1 ;   t T = 0 . 3   s e c ;   r K = 0 . 5 ;   r T = 1 0   s e c   R T T T , , 2 1 = 4 1 . 6 ,   0 . 5 1 3 ,   5   s e c ;   w T = 1   s e c ;   p K = 1 2 0   H z / p . u .   M W ;   p T = : 2 0   s e c ;   B = 0 . 4 2 5   p . u .   M W / H z     A C K N O W L E D G E M E N T S   T h e   a u t h o r   s i n c e r e l y   a c k n o w l e d g e s   t h e   f i n a n c i a l   s u p p o r t   g i v e n   b y   t h e   m a n a g e m e n t   o f   G . P u l l a i a h   c o l l e g e   o f   E n g i n e e i r n g   a n d   T e c h n o l o g y   f o r   c a r r y i n g   o u t   t h e   w o r k       R E F E R E N C E S     [ 1 ]   C .   C o n c o r d i a   a n d   L . K . K i r c h m a y e r ,   T i e - L i n e   P o w e r   a n d   F r e q u e n c y   C o n t r o l   o f   E l e c t r i c     P o w e r   S y s t e m   -   P a r t   I I ,   A I E E   T r a n s a c t i o n ,   v o l .   7 3 ,   P a r t -   1 1 1 - A ,   p p .   1 3 3 - 1 4 6 ,   A p r i l   1 9 5 4 .   [ 2 ]   M . L . K o t h a r i ,   B . L . K a u l   a n d   J . N a n d a ,   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   o f   H y d r o - T h e r m a l   s y s t e m ,   j o u r n a l   o f   I n s t i t u t e   o f   E n g i n e e r s ( I n d i a ) ,   v o 1 . 6 1 ,   p t   E L 2 ,   p p 8 5 - 9 1 ,   O c t   1 9 8 0 .   [ 3 ]   J . N a n d a ,   M . L . K o t h a r i ,   P . S . S a t s a n g i ,   A u t o m a t i c   G e n e r a t i o n   C o n t r o l   o f   a n   I n t e r c o n n e c t e d   h y d r o t h e r m a l   s y s t e m   i n   C o n t i n u o u s   a n d   D i s c r e t e   m o d e s   c o n s i d e r i n g   G e n e r a t i o n   R a t e   C o n s t r a i n t s ,   I E E   P r o c . ,   v o l .   1 3 0 ,   p t   D ,   N o . 1 ,   p p   4 5 5 -   4 6 0 ,   J a n .   1 9 8 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   2 ,   N o .   2 ,     A p r i l   2 0 1 2   :     1 8 3     1 9 0   1 9 0 [ 4 ]   G . A .   C h o w n   a n d   R . C . H a r t m a n .   D e s i g n   a n d   e x p e r i e n c e   w i t h   a   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l l e r   f o r   A u t o m a t i c   g e n e r a t i o n   c o n t r o l ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   p o w e r   s y s t e m s ,   V o l .   1 3   , N o .   3 ,   p p . 9 6 5 -   9 7 0 ,   A u g u s t   1 9 9 8   [ 5 ]   J a w a d   T a l a q   a n d   F a d e l   A l - B a s r i .   A d a p t i v e   f u z z y   g a i n   s c h e d u l i n g   f o r   l o a d   f r e q u e n c y   c o n t r o l ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   p o w e r   s y s t e m s ,   V o l .   1 4 ,   p p . 1 4 5 - 1 5 0 ,   F e b r u a r y   1 9 9 9 .   [ 6 ]   T . P . I m t h i a s   A h a m a d , P . S .   N a g e n d r a   R a o   a n d   P . S . S a s t r y ,   A   r e i n f o r c e m e n t   l e a r n i n g   a p p r o a c h   t o   a u t o m a t i c   g e n e r a t i o n   c o n t r o l ,   E l e c t r i c   p o w e r   s y s t e m s   r e s e a r c h   2 0 0 2 ( 6 3 ) ,   p p . 9 - 2 6 .   [ 7 ]   Y . L . K a r n a v a s   a n d   D . P .   P a p a d o p o u l o s ,     A G f o r   a u t o n o m o u s   p o w e r   s y s t e m   u s i n g   c o m b i n e d   i n t e l l i g e n t   t e c h n i q u e s ,   E l e c t r i c   p o we r   s y s t e m s   r e s e a r c h   2 0 0 2 ( 6 2 ) , p p . 2 2 5 - 2 3 9 .   [ 8 ]   D y n a m i c   M o d e l s   f o r   s t e a m   a n d   H y d r o   T u r b i n e s   i n   P o w e r   s y s t e m   s t u d i e s ,   I E E E   c o m m i t t e e   r e p o r t .   T r a n s a c t i o n s   i n   P o we r   A p p a r a t u s   &   S y s t e m s ,     V o l . 9 2 ,   N o . 6 ,   p p . 1 9 0 4 - 9 1 5 ,   N o v . / D e c . 1 9 7 3 .       B I B L I O G R A P H Y   O F   A U T H O R S         C . S r i n i v a s a   R a o   g r a d u a t e d   f r o m   J . N . T   U n i v e r s i t y   i n   2 0 0 2 ,   M a s t e r s   i n   2 0 0 4   f r o m   Bi r l a   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   M e s r a   a n d   o b t a i n e d   h i s   P h . D   f r o m   J . N . T . U n i v e r s i t y ,   K a k i n a d a   i n   2 0 1 0 .   P r e s e n t l y   w o r k i n g   a s     P r o f e s s o r   a n d   H e a d   i n   t h e   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   G . P u l l a i a h   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y :   K u r n o o l .   H i s   a r e a s   o f   i n t e r e s t   a r e   i n   G e n e t i c   A l g o r i t h m   a p p l i c a t i o n s ,   p o w e r   s y s t e m   o p e r a t i o n   a n d   c o n t r o l   a n d   D e r e g u l a t e d   m a r k e t                                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.