ADVANCED FREQUENCY STABILIZATION FRAMEWORK FOR MULTI-AREA RENEWABLE ENERGY GRIDS WITH EV AGGREGATOR SUPPORT: A MULTI-STAGE CONTROL PERSPECTIVE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Final Thesis) Thesis (G202215580).pdf - Published Version Restricted to Repository staff only until 19 May 2026. Download (21MB)

Arabic Abstract

في عالمنا الحديث، أصبح الطفرة في الطاقة المتجددة محط اهتمام عالمي، نظ ًرا لقدرتها على دمج فعالية التكلفة مع االستدامة. وقد جعل هذا التحول من الطاقة المتجددة مكونًا أساسيًا في شبكات الطاقة لدينا. ويُقترح نهج جديد للتحكم في تردد الحمل )LFC )في أنظمة الطاقة متعددة المناطق، يدمج مصادر طاقة متنوعة مثل الخاليا الكهروضوئية )PV)، والمركبات الكهربائية، وتوربينات الرياح، والمحطات الحرارية. تتعمق هذه الدراسة في المجال المعقد ألنظمة التحكم من خالل فحص التواصل بين وحدات التحكم متعددة المراحل، وتحديدًا مقارنة التكامل النسبي والمشتق ثنائي الدرجة مع نموذجي PI-filter-PI( درجتان من الحرية PI-PIDn )مع وحدات التحكم PI و 2PIDn-DOF الكالسيكية. يكمن االختالف الرئيسي هنا في تقديم خوارزمية تحسين ذئب البراري المحسنة )ECOA)، والتي تهدف إلى تحديد المعلمات المثلى لهذه وحدات التحكم المتقدمة. إن الجانب الفريد لهذا البحث هو تضمينه لعدم اليقين، ومعالجة التباين من خالل السماح لمعلمات النظام بالتقلب ضمن نطاق ± .٪40 تم اختبار متانة وحدات التحكم المقترحة في ظل تغيرات الحمل الديناميكي، مع تطبيق هذه االختالفات بشكل مستقل عبر مناطق متعددة. تم استخدام سيناريوهين اختبار متميزين، يخضع كل منهما الضطرابات متفاوتة، لقياس قدرة وحدات التحكم على التكيف. تم محاكاة القيود التشغيلية لنطاق ميت للمحافظ )GDB )المؤثر على وحدة المحافظ الحرارية إلعادة التسخين وقيد معدل التوليد )GRC )في وحدات توليد الحرارة إلعادة التسخين باستخدام النماذج الديناميكية المناسبة. يتضمن هذا البحث GDB بعد وحدة المحافظ وقيد معدل التوليد )GRC )بعد وحدة إعادة التسخين ودراسة تأثير الالخطية في نظام الطاقة. تمت إضافة CTD قبل وحدة التحكم وذلك ألنه في السيناريو الواقعي يوجد تأخير زمني في االتصال بالنظام. لذا، تساعد وحدة التحكم المقترحة في إعطاء النتائج أقرب إلى سيناريو الوقت الحقيقي. تكشف النتائج أنه من خالل دمج GRC وGDB وCTD، يتم تخفيف التذبذبات بنجاح وحتى ترتفع في ظل حاالت عدم اليقين. يُجري تحليل االستقرار أي ًضا التقنية المقترحة عند مقارنتها xix بالطرق ال ُمستخدمة سابقً 2PI-PIDn DOF، ا، وتشير نتائج المحاكاة إلى أن نظام التحكم المقترح متعدد المراحل ال ُمح ّسن بواسطة ECOA، يُظهر كفاءة ومرونة ملحوظتين. على سبيل المثال، في حالة حدوث اضطراب في النظام، يبلغ زمن االستقرار التراكمي لوحدة التحكم المقترحة 1.137 ثانية، بينما بالمقارنة مع PI-GA وPID-PSO و-ABC PIDn وPI-COA وPIDn-COA وPIDn-MPA، يبلغ زمن االستقرار 28.972 ثانية و26.42 ثانية و24.52 ثانية و17.68 ثانية و15.125 ثانية و14.01 ثانية على التوالي. تُميزه قدرته على إدارة التحكم في تردد الحمل عبر أنظمة الطاقة متعددة المناطق، ُمقدًما حالً متطو ًرا لتعقيدات إدارة الطاقة الحديثة.

English Abstract

In the modern world, the surge of renewable energy has become a focal point, drawing global attention due to its ability to merge cost-effectiveness with sustainability. This shift has made renewable energy an inescapable component of our power grids. A fresh approach is being proposed for load frequency control (LFC) in multi-area power systems, integrating diverse energy sources like photovoltaic (PV), electric vehicles, wind turbines, and thermal plants. This study dives deep into the complex domain of control systems by examining the intercommunication between multi-stage controllers, specifically comparing the 2DOF proportional integral and derivative with filter-PI (2 Degrees of Freedom PIDn-PI) models against the classic PI and 2DOF-PIDn controllers. The key differentiator here lies in introducing an enhanced coyote optimization algorithm (ECOA), aimed at determining the optimal parameters for these advanced controllers. A unique facet of this research is its inclusion of uncertainty, addressing variability by allowing the system parameters to fluctuate within a range of ± 40%. The robustness of the suggested controllers is tested under dynamic load changes, with these variations applied independently across multiple regions. Two distinct test scenarios are employed, each subject to varying disturbances, to gauge the controllers' adaptability. The operational restrictions of the governor dead band (GDB) impact on the reheat thermal governor unit xvii and generation rate constraint (GRC) in the reheat thermal generating units are simulated using the proper dynamic models. This research includes GDB after the governor unit and GRC after re-heat unit and study the effect of nonlinearity in power system. CTD is added before the controller and because in realistic scenario there is a time delay in communication with the system. So, the proposed controller helps to give the results as close as the real-time scenario. The findings reveal that by incorporating the GRC, GDB and CTD the oscillations are damp successfully and even rising under uncertainty situations. The stability analysis also performs the proposed technique upon comparison with previously established methods, the simulated results imply that the proposed multi-staged 2DOF PIDn-PI control system, optimized by ECOA, exhibits remarkable efficiency and resilience. For instance, in case of perturbation in the system, the cumulative settling time of the proposed controller is 1.137 sec while compared with GA-PI, PSO-PID, ABC-PIDn, COA-PI, COA-PIDn, MPA-PIDn has settling time of 28.972 sec, 26.42 sec, 24.52 sec, 17.68 sec, 15.125 sec and 14.01 sec respectively. Its ability to manage load frequency control across multi-area power systems sets it apart, offering a sophisticated solution to the complexities of modern energy management.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems Engineering
Department:	College of Engineering and Physics > Control and Instrumentation Engineering
Committee Advisor:	Gulzar, Muhammad Majid
Committee Members:	Habib, Salman and Khalid, Muhammad
Depositing User:	MUHAMMAD SHAHZAD (g202215580)
Date Deposited:	20 May 2025 07:23
Last Modified:	20 May 2025 07:23
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143391