The HTRS (hydraulic turbine regulating system) plays an important role in hydropower electricity generating and safe operation of water turbine. In this paper, a novel approach to the LFC (load frequency control) is presented for the HTRS system. This approach combines sliding mode control with fuzzy logic control, where the robustness of the controller is guaranteed by a predefined sliding surface and chattering phenomenon is alleviated by the fuzzy logics. The dynamic model of a hydropower plant is developed with the consideration of inner perturbations and external noises of this system. Based on input state feedback linearization method, the relationship between reference output and control output is established. Simulations of an example HTRS system respect to the dynamical behaviors analysis without controller, fixed point stabilization, periodic orbit tracking and robustness test against random noises have been carried out by using the optimal PID (proportional–integral–derivative) controller, conventional SMC (sliding mode controller) and proposed FSMC (fuzzy sliding mode controller) for evaluating the validity and effectiveness of different controllers. The results indicated that the proposed FSMC controller was excellent from the standpoint of system performance and stability for LFC control of the nonlinear HTRS system with uncertainties

چکیده

HTRS (سیستم تنظیم توربین هیدرولیکی) نقش مهمی در تولید انرژی برق­ آبی و بهره برداری ایمن از توربین آبی ایفاء می کند. در این مقاله، روش جدیدی برای LFC (کنترل فرکانس بار) در سیستم HTRS ارائه شده است. این روش، کنترل مد لغزشی را با کنترل منطق فازی ترکیب می کند، در این روش قدرت کنترل کننده توسط سطح لغزشیِ از پیش تعیین شده ای تضمین می شود و پدیدۀ چترینگ توسط منطق فازی کاهش می یابد. مدل دینامیکی نیروگاه برق­ آبی با در نظر گرفتن اختلالات درونی و نویزهای خارجی این سیستم توسعه یافته است. رابطۀ بین خروجی مرجع و خروجی کنترل بر اساس روش خطی سازی فیدبک حالت ورودی برقرار شده است. شبیه سازی های نمونه ای از سیستم HTRS در خصوص تحلیل رفتارهای دینامیکی بدون کنترل کننده، تثبیت نقطۀ ثابت، ردیابی مدار تناوبی و تست مقاوم بودن در برابر نویزهای تصادفی با استفاده از کنترل کنندۀ بهینۀ PID (تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر)، SMC (کنترل کنندۀ مد لغزشی) معمولی و FSMC (کنترل کنندۀ مد لغزشی فازی) پیشنهادی برای ارزیابی اعتبار و کارائی کنترل کننده های مختلف انجام شده است. نتایج حاصل نشان دادند که کنترل کنندۀ FSMC پیشنهادی از نظر عملکرد سیستم و پایداری کنترل LFC سیستم غیر خطی HTRS با عدم قطعیت بسیار عالی می باشد.

1-مقدمه

در سال های اخیر، ساختار سیستم های واحد تولید به طور چشمگیری در حال تغییر بوده است. این بیشتر به دلیل توسعۀ سریع بعضی از منابع انرژی تجدید پذیر، مانند انرژی برق­ آبی، انرژی بادی، و غیره می باشد که مکمل و یا اغلب جایگزین انرژی از رده خارج شدۀ حاصل از سوخت زغال سنگ می شوند [1]. قابلیت اطمینان و بازدهی نیروگاه های انرژی های تجدید پذیر به منظور استفادۀ کامل از این منابع انرژی پایدار، تبدیل به موضوع مهمی در تحقیقات شده است [2-4]...