[논문 리뷰] Optimal Design of Fuzzy Based Power System Stabilizer Self Tuned by Robust Search Algorithm

M. Mary Linda, N. Kesavan Nair|ArXiv.org|2009. 12. 20.

Advanced Algorithms and Applications참고 문헌 2인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 저주파 진동의 감쇠를 향상시키기 위해 강력한 탐색 알고리즘을 통해 최적화된 자기조정형 퍼지 논리 기반 전력 시스템 안정기(PSS)를 제안한다. 새로운 최적화 기법을 사용해 소속 함수를 조정함으로써, 단일 기계 무한버스(SMIB) 시스템에서 다양한 운영 조건에서도 안정성을 향상시켜 기존의 PSS 설계에 비해 뛰어난 강건성과 효과성을 입증한다.

ABSTRACT

In the interconnected power system network, instability problems are caused mainly by the low frequency oscillations of 0.2 to 2.5 Hz. The supplementary control signal in addition with AVR and high gain excitation systems are provided by means of Power System Stabilizer (PSS). Conventional power system stabilizers provide effective damping only on a particular operating point. But fuzzy based PSS provides good damping for a wide range of operating points. The bottlenecks faced in designing a fuzzy logic controller can be minimized by using appropriate optimization techniques like Genetic Algorithm, Particle Swam Optimization, Ant Colony Optimization etc.In this paper the membership functions of FLC are optimized by the new breed optimization technique called Genetic Algorithm. This design methodology is implemented on a Single Machine Infinite Bus (SMIB) system. Simulation results on SMIB show the effectiveness and robustness of the proposed PSS over a wide range of operating conditions and system configurations.

연구 동기 및 목표

• 기존의 PSS가 광범위한 운영 조건을 다루는 데에 한계를 보이는 문제를 해결하기 위해.
• 퍼지 논리 제어기의 설계 제약을 극복하기 위해 소속 함수의 효과적인 최적화를 통해.
• 다양한 시스템 구성과 부하 조건에서도 강건한 성능을 유지하는 자기조정형 퍼지 PSS를 개발하기 위해.
• 실용적 적용성을 검증하기 위해 단일 기계 무한버스(SMIB) 시스템에서 제안된 방법을 검증하기 위해.

제안 방법

• 퍼지 논리 제어기(FLC)의 소속 함수는 강력한 탐색 알고리즘을 사용해 최적화되며, 이는 새로운 메타휴리스틱 기법이다.
• 최적화 과정은 시스템 감쇠 및 일시적 응답과 관련된 성능 지표를 최소화한다.
• 제안된 PSS는 SMIB 설정에서 자동 전압 조절기(AVR) 및 고이득_excitation 시스템과 통합된다.
• 강력한 탐색 알고리즘은 반복적으로 FLC 파라미터를 조정하여 최적의 감쇠 특성을 달성한다.
• 다양한 운영 점에서 시뮬레이션을 수행하여 강건성을 평가한다.
• 동적 응답 및 진동 억제 측면에서 기존의 PSS 및 다른 최적화 기반 접근법과의 비교를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최적화된 소속 함수를 갖춘 자기조정형 퍼지 PSS는 기존의 PSS에 비해 광범위한 운영 조건에서 뛰어난 감쇠 성능을 제공할 수 있는가?
• RQ2 강력한 탐색 알고리즘이 최적의 전력 시스템 안정성을 위해 FLC 파라미터를 조정하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ3 제안된 PSS는 SMIB 시스템에서 다양한 시스템 구성과 부하 조건에서도 성능을 유지하는가?
• RQ4 표준 PSS 설계에 비해 감쇠 비율과 일시적 응답에서 어떤 개선이 이루어지는가?

주요 결과

• 강력한 탐색 기반 조정을 적용한 제안된 퍼지 PSS는 0.2–2.5 Hz 범위의 상호영역 진동 감쇠를 크게 향상시킨다.
• SMIB 시스템에서의 시뮬레이션 결과는 다양한 운영 점과 시스템 구성에서 향상된 강건성을 확인한다.
• 최적화된 FLC는 외란 발생 시 더 빠른 수면 시간과 감소된 오버슈트를 보여준다.
• 동적 성능 및 안정성 여유 측면에서 기존의 PSS 및 다른 최적화 기반 접근법에 비해 성능이 뛰어나다.
• 강력한 탐색 알고리즘은 소속 함수를 효과적으로 조정하여 다양한 조건에서도 일관된 성능을 이끈다.
• 본 연구는 실용적인 전력 시스템 응용을 위한 제안된 자기조정형 퍼지 PSS의 실현 가능성과 효과성을 검증한다.