Published June 1, 2024 | Version v1
Publication Metadata-only

Artificial Rabbits Optimization Algorithm based Tuning of PID Controller Parameters for Improving Voltage Profile in AVR System Using IoT

Creators

  • 1. KPR Institute of Engineering and Technology
  • 2. Vellore Institute of Technology University

Description

The power system is mainly affected by transient situations caused by switching heavy loads. The system may become unstable when transient situations occur. The power system should be able to perform continuous operation to maintain its voltage within acceptable limits. To achieve more stability and increase its speed of response, an Automatic Voltage Regulator (AVR) system requires the inclusion of a controller. The AVR system in the generating station uses the PID controller to adjust the abnormal voltage caused by transient conditions. To maintain the nominal voltage level under all the load conditions in the system, a bio-inspired meta-heuristic algorithm called Artificial Rabbit Optimization (ARO) algorithm is proposed to tune the PID controller gain parameters and obtain the optimal gain, thereby the AVR system adjusts the generator terminal voltage to nominal levels. The ARO algorithm inspires natural survival techniques to improve the AVR performance by reducing errors. To maintain a stable voltage profile in a power system, this research mathematically models survival techniques using the Internet of Things (IoT) to obtain an optimal solution. As a result, all devices connected to the power network receive a stable voltage that ensures their voltage reliability. The effectiveness of the proposed algorithm for the AVR system is verified with the MATLAB R2022a model, and the statistics functions are implemented in the module of Pandas, Scipy and mathematical investigations done in Numpy. The proposed ARO algorithm achieves a better voltage profile with less than 12.63% maximum peak overshoot during the system's transient response. The proposed algorithm provides the fastest response and highest stability comparable to other optimisation algorithms.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتأثر نظام الطاقة بشكل أساسي بالحالات العابرة الناجمة عن تبديل الأحمال الثقيلة. قد يصبح النظام غير مستقر عند حدوث مواقف عابرة. يجب أن يكون نظام الطاقة قادرًا على إجراء تشغيل مستمر للحفاظ على جهده ضمن الحدود المقبولة. لتحقيق المزيد من الاستقرار وزيادة سرعة الاستجابة، يتطلب نظام منظم الجهد الأوتوماتيكي (AVR) تضمين وحدة تحكم. يستخدم نظام AVR في محطة التوليد وحدة تحكم PID لضبط الجهد غير الطبيعي الناجم عن الظروف العابرة. للحفاظ على مستوى الجهد الاسمي في ظل جميع ظروف الحمل في النظام، يتم اقتراح خوارزمية ميتا إرشادية مستوحاة حيويًا تسمى خوارزمية تحسين الأرانب الاصطناعية (ARO) لضبط معلمات كسب وحدة تحكم PID والحصول على الكسب الأمثل، وبالتالي يقوم نظام AVR بضبط الجهد الطرفي للمولد على المستويات الاسمية. تلهم خوارزمية ARO تقنيات البقاء الطبيعية لتحسين أداء AVR عن طريق تقليل الأخطاء. للحفاظ على ملف تعريف ثابت للجهد في نظام الطاقة، يصمم هذا البحث رياضيًا تقنيات البقاء على قيد الحياة باستخدام إنترنت الأشياء (IoT) للحصول على الحل الأمثل. ونتيجة لذلك، تتلقى جميع الأجهزة المتصلة بشبكة الطاقة جهدًا ثابتًا يضمن موثوقيتها للجهد. يتم التحقق من فعالية الخوارزمية المقترحة لنظام AVR باستخدام نموذج MATLAB R2022a، ويتم تنفيذ وظائف الإحصاء في وحدة Pandas وScipy والتحقيقات الرياضية التي أجريت في Numpy. تحقق خوارزمية ARO المقترحة ملف تعريف جهد أفضل مع تجاوز ذروة أقل من 12.63 ٪ كحد أقصى أثناء الاستجابة العابرة للنظام. توفر الخوارزمية المقترحة أسرع استجابة وأعلى استقرار مقارنة بخوارزميات التحسين الأخرى.

Translated Description (French)

Le système électrique est principalement affecté par des situations transitoires causées par la commutation de charges lourdes. Le système peut devenir instable lorsque des situations transitoires se produisent. Le système d'alimentation doit pouvoir effectuer un fonctionnement continu pour maintenir sa tension dans des limites acceptables. Pour obtenir plus de stabilité et augmenter sa vitesse de réponse, un système de régulateur de tension automatique (RTA) nécessite l'inclusion d'un contrôleur. Le système avr de la centrale utilise le contrôleur PID pour régler la tension anormale causée par des conditions transitoires. Pour maintenir le niveau de tension nominale dans toutes les conditions de charge du système, un algorithme méta-heuristique bio-inspiré appelé algorithme ARO (Artificial Rabbit Optimization) est proposé pour ajuster les paramètres de gain du contrôleur PID et obtenir le gain optimal, ce qui permet au système avr d'ajuster la tension aux bornes du générateur aux niveaux nominaux. L'algorithme ARO inspire des techniques de survie naturelles pour améliorer les performances avr en réduisant les erreurs. Pour maintenir un profil de tension stable dans un système électrique, cette recherche modélise mathématiquement les techniques de survie en utilisant l'Internet des objets (IoT) pour obtenir une solution optimale. En conséquence, tous les appareils connectés au réseau électrique reçoivent une tension stable qui assure leur fiabilité de tension. L'efficacité de l'algorithme proposé pour le système avr est vérifiée avec le modèle Matlab R2022a, et les fonctions statistiques sont implémentées dans le module de Pandas, Scipy et les investigations mathématiques effectuées à Numpy. L'algorithme ARO proposé permet d'obtenir un meilleur profil de tension avec un dépassement de crête maximal inférieur à 12,63 % pendant la réponse transitoire du système. L'algorithme proposé fournit la réponse la plus rapide et la plus grande stabilité comparable à d'autres algorithmes d'optimisation.

Translated Description (Spanish)

El sistema de energía se ve afectado principalmente por situaciones transitorias causadas por la conmutación de cargas pesadas. El sistema puede volverse inestable cuando ocurren situaciones transitorias. El sistema de energía debe ser capaz de realizar una operación continua para mantener su voltaje dentro de los límites aceptables. Para lograr una mayor estabilidad y aumentar su velocidad de respuesta, un sistema de Regulador Automático de Tensión (AVR) requiere la inclusión de un controlador. El sistema AVR en la estación generadora utiliza el controlador PID para ajustar el voltaje anormal causado por condiciones transitorias. Para mantener el nivel de tensión nominal en todas las condiciones de carga del sistema, se propone un algoritmo metaheurístico bioinspirado llamado algoritmo Artificial Rabbit Optimization (ARO) para ajustar los parámetros de ganancia del controlador PID y obtener la ganancia óptima, por lo que el sistema AVR ajusta la tensión del terminal del generador a los niveles nominales. El algoritmo ARO inspira técnicas de supervivencia natural para mejorar el rendimiento de AVR mediante la reducción de errores. Para mantener un perfil de voltaje estable en un sistema de energía, esta investigación modela matemáticamente técnicas de supervivencia utilizando el Internet de las Cosas (IoT) para obtener una solución óptima. Como resultado, todos los dispositivos conectados a la red eléctrica reciben una tensión estable que garantiza su fiabilidad de tensión. La efectividad del algoritmo propuesto para el sistema AVR se verifica con el modelo MATLAB R2022a, y las funciones estadísticas se implementan en el módulo de Pandas, Scipy e investigaciones matemáticas realizadas en Numpy. El algoritmo ARO propuesto logra un mejor perfil de tensión con un sobreimpulso máximo de pico inferior al 12,63% durante la respuesta transitoria del sistema. El algoritmo propuesto proporciona la respuesta más rápida y la mayor estabilidad comparable a otros algoritmos de optimización.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الضبط القائم على خوارزمية تحسين الأرانب الاصطناعية لمعلمات وحدة تحكم PID لتحسين ملف تعريف الجهد في نظام AVR باستخدام إنترنت الأشياء
Translated title (French)
Réglage basé sur l'algorithme d'optimisation des lapins artificiels des paramètres du contrôleur PID pour améliorer le profil de tension dans le système avr utilisant l'IdO
Translated title (Spanish)
Algoritmo de optimización de conejos artificiales basado en el ajuste de los parámetros del controlador PID para mejorar el perfil de voltaje en el sistema AVR utilizando IoT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393238483
DOI
10.1016/j.prime.2024.100523

Is supplement to
https://openalex.org/W82747921 (Other)
https://openalex.org/W4384916966 (Other)
https://openalex.org/W4320922540 (Other)
https://openalex.org/W3098928304 (Other)
https://openalex.org/W2922503265 (Other)
https://openalex.org/W2394883510 (Other)
https://openalex.org/W2150958483 (Other)
https://openalex.org/W2002388147 (Other)
https://openalex.org/W2000675896 (Other)
https://openalex.org/W1989195983 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W2018299061
  • https://openalex.org/W2022453756
  • https://openalex.org/W2062686673
  • https://openalex.org/W2077210701
  • https://openalex.org/W2085255923
  • https://openalex.org/W2122250135
  • https://openalex.org/W2132293744
  • https://openalex.org/W2193407196
  • https://openalex.org/W2333963988
  • https://openalex.org/W2339942693
  • https://openalex.org/W2344572311
  • https://openalex.org/W2594764571
  • https://openalex.org/W2783971503
  • https://openalex.org/W2789831905
  • https://openalex.org/W2799645099
  • https://openalex.org/W2809263755
  • https://openalex.org/W2809575384
  • https://openalex.org/W2902067542
  • https://openalex.org/W2902471537
  • https://openalex.org/W2911489589
  • https://openalex.org/W2942402479
  • https://openalex.org/W2976560662
  • https://openalex.org/W3026019854
  • https://openalex.org/W3028889061
  • https://openalex.org/W3043705189
  • https://openalex.org/W3081941115
  • https://openalex.org/W3085304763
  • https://openalex.org/W3099645121
  • https://openalex.org/W3111597261
  • https://openalex.org/W3118408813
  • https://openalex.org/W3137654793
  • https://openalex.org/W3153243748
  • https://openalex.org/W3160875403
  • https://openalex.org/W3184078521
  • https://openalex.org/W3207649975
  • https://openalex.org/W3209344935
  • https://openalex.org/W3210385920
  • https://openalex.org/W4205107449
  • https://openalex.org/W4206557438
  • https://openalex.org/W4206723323
  • https://openalex.org/W4210745016
  • https://openalex.org/W4213123014
  • https://openalex.org/W4213430695
  • https://openalex.org/W4226174173
  • https://openalex.org/W4226190813
  • https://openalex.org/W4231582639
  • https://openalex.org/W4232250838
  • https://openalex.org/W4240998025
  • https://openalex.org/W4243640038
  • https://openalex.org/W4280520192
  • https://openalex.org/W4283731458
  • https://openalex.org/W4283827390
  • https://openalex.org/W4284702183
  • https://openalex.org/W4285029663
  • https://openalex.org/W4285309593
  • https://openalex.org/W4322755954
  • https://openalex.org/W4377086568
  • https://openalex.org/W4387675965
  • https://openalex.org/W4389239106