A New Method for Computing the Delay Margin for the Stability of Load Frequency Control Systems

Abstract

Open communication is an exigent need for future power systems, where time delay is unavoidable. In order to secure the stability of the grid, the frequency must remain within its limited range which is achieved through the load frequency control. Load frequency control signals are transmitted through communication networks which induce time delays that could destabilize power systems. So, in order to guarantee stability, the delay margin should be computed. In this paper, we present a new method for calculating the delay margin in load frequency control systems. The transcendental time delay characteristics equation is transformed into a frequency dependent equation. The spectral radius was used to find the frequencies at which the root crosses the imaginary axis. The crossing frequencies were determined through the sweeping test and the binary iteration algorithm. A one-area load frequency control system was chosen as a case study. The effectiveness of the proposed method was proven through comparison with the most recent published methods. The method shows its merit with less conservativeness and less computations. The impact of the proportional integral (PI) controller gains on the delay margin was investigated. It was found that increasing the PI controller gains reduces the delay margin.

An Improved Stability Criterion for Load Frequency Control of Power Systems with Time-Varying Delays

“…This region is composed by a lower bound and an upper bound. In this paper, the lower bound of the time delay is assumed to be zero, as shown in formula (3). Thus, what we should determine is the maximally allowable upper bound of the time-varying delay, so-called delay margin.…”

“…Frequency of grid, as the one of important standards for power quality, is required to stay in a constant or within a small range nearby. For achieving this objective, load frequency control (LFC) is usually equipped in the power systems as a common technique [1][2][3][4]. For traditional small-scale grids, a dedicated independent communication network is used to ensure the rapid measurements and control signals transmission [5,6], and the transmission delay is small and often negligible.…”

Rekasius Yöntemi̇ Kullanilarak Zaman Geci̇kmeli̇ Jeneratör Uyarma Kontrol Si̇stemi̇ni̇n Maksi̇mum Zaman Geci̇kmesi̇ni̇n Hesaplanmasi

“…Frekans düzlemindeki yöntemler, sistemin karakteristik denklemine ait sanal eksen üzerindeki kompleks köklerini hesaplayarak sistemin sınırda kararlı olacağı maksimum zaman gecikme değerini elde etmeye yöneliktir. Bu yöntemler; Schur-Cohn yöntemi [13], üstel terimlerin yok edilmesine dayalı direkt metot [14,15], Rekasius yerine koyma yöntemi [16][17][18] ve frekans tarama yöntemi [19,20] güç sistemlerinin zaman gecikmesine bağlı kararlılık analizine uygulanan frekans düzlemindeki yöntemler arasındadır. Bu yöntemlerden, Schur-Cohn yöntemi; otomatik üretim kontrol sistemleri için maksimum zaman gecikmesinin hesaplanmasında etkin olarak kullanılmıştır [8].…”

“…Rekasius yerine koyma yöntemi; zaman gecikmeli YFK sistemleri, zaman gecikmeli mikro şebeke sisteminin kazanç ve faz payı tabanlı kararlılık analizi ve basit bir mikro şebekenin maksimum zaman gecikmesi değerlerinin hesaplanması için etkin olarak kullanılmıştır [23][24][25]. Son zamanlarda, yaygın olarak kullanılan frekans tarama yöntemi YFK sistemleri ve jeneratör uyarma kontrol sistemlerinin zaman gecikmesine bağlı kararlılık analizinde etkin olarak kullanılmaktadır [19,20]. Ayrıca, Lyapunov kararlılık teorisine ve doğrusal matris eşitsizlikleri tekniğine dayalı zaman düzlemindeki yöntemler, YFK sistemleri ve geniş alan sönümleme kontrolü için maksimum zaman gecikmesi hesaplanmasında başarılı olarak kullanılmıştır [9,10,[26][27][28][29].…”

“…Ancak, önerilen yöntemin [19] ve [21]'de kullanılan yöntemlere göre işlem yükünün daha az olması ve basit bir yöntem olması bakımından avantajları bulunmaktadır. Önerilen yöntemin, frekans tarama yöntemine göre avantajı, sistemin sanal eksen üzerindeki REKASIUS YÖNTEMİ KULLANILARAK ZAMAN GECİKMELİ JENERATÖR UYARMA KONTROL SİSTEMİNİN MAKSİMUM ZAMAN GECİKMESİNİN HESAPLANMASI 785 kökünün hesaplanması sırasında iteratif işlemler gerektirmeden doğrudan sistemin sanal ekseni kesen köklerini hesaplamaktadır [19,20]. Herhangi bir iteratif işlem gerektirmediğinden hem daha kısa sürede maksimum zaman gecikmesi değerlerinin belirlenmekte hem de sistemin sanal eksen üzerindeki kökünü analitik olarak elde etmektedir.…”