Sintonización de un controlador PID usando Particle Swarm Optimization para el AGC de un sistema eléctrico multiárea

Abstract

El control de frecuencia es un requisito fundamental en la operación de los sistemas eléctricos. Durante la operación en tiempo real, diferencias entre el consumo y la producción producen variaciones en la frecuencia. Estas variaciones deben permanecer dentro de ciertos límites establecidos para garantizar una operación segura y confiable. En sistemas multi áreas, no solo es necesario controlar la frecuencia, sino además es necesario controlar los flujos de intercambio entre áreas. El sistema de control automático de generación o AGC es el encargado de mantener la frecuencia, así como los flujos de interconexión, en sus valores deseados. El desempeño del AGC dependerá del tipo de controlador, así como del método utilizado para sintonizar el controlador. En esta tesis se estudia al controlador PID sintonizado mediante el método de Particle Swarm Optimization (PSO) para lograr mejores respuestas en la variación de la frecuencia y los flujos de interconexión ante desbalances de cargas en sistemas eléctricos multi áreas. El desempeño del algoritmo PSO en la sintonización del controlador PID será mostrado para dos casos característicos de dos y tres áreas interconectadas. Los resultados de las simulaciones demostrarán un mejor desemperno del método propuesto frente a métodos convencionales. Esta tesis consta de seis capítulos descritos de la siguiente manera: El capítulo 1 introduce de manera general la operación de un sistema eléctrico, se plantea el problema a resolver y se definen los objetivos de la tesis. Además, se muestra un breve estado del arte en el control de la frecuencia, así como en el algoritmo PSO. En el capítulo 2 se presenta en detalle los diferentes niveles del control de frecuencia, cual es la función de cada uno y como estos se relacionan dentro de un sistema eléctrico. Además, se hace un breve análisis de los desafíos que se presentan en la operación de sistemas eléctricos actuales. En el capítulo 3 se presenta el modelo de cada uno de los elementos involucrados en el análisis del control de frecuencia y se desarrolla el modelo para un sistema interconectado con múltiples áreas. En el capítulo 4 se introduce el controlador PID, sus características y aplicaciones. Además, se presenta diversos métodos de sintonización de este controlador, en donde al final se detallada el método PSO, método que se utiliza para sintonizar los controladores PID. En el capítulo 5 se exponen los casos de estudio y los resultados obtenidos en la aplicación del algoritmo PSO en la sintonización del controlador PID. En el capítulo 6 se finaliza presentado las conclusiones y las propuestas para futuros trabajos en esta línea de investigación.