Indirect adaptive fuzzy finite time synergetic control for power systems

Introduction. Budget constraints in a world ravenous for electrical power have led utility companies to operate generating stations with full power and sometimes at the limit of stability. In such drastic conditions the occurrence of any contingency or disturbance may lead to a critical situation starting with poorly damped oscillations followed by loss of synchronism and power system instability. In the past decades, the utilization of supplementary excitation control signals for improving power system stability has received much attention. Power system stabilizers (PSS) are used to generate supplementary control signals for the excitation system in order to damp low-frequency oscillations caused by load disturbances or short-circuit faults. Problem. Adaptive power system stabilizers have been proposed to adequately deal with a wide range of operating conditions, but they suffer from the major drawback of requiring parameter model identification, state observation and on-line feedback gain computation. Power systems are nonlinear systems, with configurations and parameters that fluctuate with time that which require a fully nonlinear model and an adaptive control scheme for a practical operating environment. A new nonlinear adaptive fuzzy approach based on synergetic control theory which has been developed for nonlinear power system stabilizers to overcome above mentioned problems. Aim. Synergetic control theory has been successfully applied in the design of power system stabilizers is a most promising robust control technique relying on the same principle of invariance found in sliding mode control, but without its chattering drawback. In most of its applications, synergetic control law was designed based on an asymptotic stability analysis and the system trajectories evolve to a specified attractor reaching the equilibrium in an infinite time. In this paper an indirect finite time adaptive fuzzy synergetic power system stabilizer for damping local and inter-area modes of oscillations for power systems is presented. Methodology. The proposed controller design is based on an adaptive fuzzy control combining a synergetic control theory with a finite-time attractor and Lyapunov synthesis. Enhancing existing adaptive fuzzy synergetic power system stabilizer, where fuzzy systems are used to approximate unknown system dynamics and robust synergetic control for only providing asymptotic stability of the closed-loop system, the proposed technique procures finite time convergence property in the derivation of the continuous synergetic control law. Analytical proofs for finite time convergence are presented confirming that the proposed adaptive scheme can guarantee that system signals are bounded and finite time stability obtained. Results. The performance of the proposed stabilizer is evaluated for a single machine infinite bus system and for a multi machine power system under different type of disturbances. Simulation results are compared to those obtained with a conventional adaptive fuzzy synergetic controller.Вступ. Бюджетні обмеження у світі, жадібному до електроенергії, змушують комунальні підприємства експлуатувати станції, що генерують, на повну потужність, а іноді і на межі стабільності. У таких різких умовах виникнення будь-якої позаштатної ситуації або збурення може призвести до виникнення критичної ситуації, що починається з погано згасаючих коливань з подальшою втратою синхронізму та нестійкістю енергосистеми. В останні десятиліття велика увага приділялася використанню додаткових сигналів, керуючих збудження, для підвищення стійкості енергосистеми. Стабілізатори енергосистеми (СЕС) служать для вироблення додаткових сигналів керування системою збудження з метою гасіння низькочастотних коливань, спричинених збуреннями навантаження або короткими замиканнями. Проблема. Адаптивні стабілізатори енергосистем були запропоновані для того, щоб адекватно справлятися з широким діапазоном робочих умов, але вони страждають від основного недоліку, що полягає в необхідності ідентифікації моделі параметрів, спостереження за станом та обчислення коефіцієнта посилення зворотного зв'язку в режимі реального часу. Енергетичні системи є нелінійними системами з конфігураціями та параметрами, які змінюються з часом, що потребує повністю нелінійної моделі та схеми адаптивного управління для практичного операційного середовища. Новий нелінійний адаптивно-нечіткий підхід, заснований на синергетичній теорії управління, розроблений для нелінійних стабілізаторів енергосистем для подолання вищезазначених проблем. Мета. Теорія синергетичного управління успішно застосовувалася під час проєктування стабілізаторів енергосистем. Це найбільш перспективний надійний метод управління, заснований на тому ж принципі інваріантності, що і в ковзному режимі управління, але без його недоліку, пов'язаного з вібрацією. У більшості своїх програм синергетичний закон управління був розроблений на основі аналізу асимптотичної стійкості, і траєкторії системи еволюціонують до заданого атрактора, що досягає рівноваги за нескінченний час. У статті подано непрямий адаптивний нечіткий синергетичний стабілізатор енергосистеми з кінцевим часом для гасіння локальних та міжзонових мод коливань енергосистем. Методологія. Пропонована конструкція регулятора заснована на адаптивному нечіткому управлінні, що поєднує синергетичну теорію управління з атрактором кінцевого часу та синтезом Ляпунова. Удосконалюючи існуючий стабілізатор адаптивної нечіткої синергетичної енергосистеми, де нечіткі системи використовуються для апроксимації динаміки невідомої системи та надійного синергетичного управління тільки для забезпечення асимптотичної стійкості замкнутої системи, запропонований метод забезпечує властивість збіжності за кінцевий час при виведенні безперервного синергетичного закону керування. Наведено аналітичні докази збіжності за кінцевий час, що підтверджують, що запропонована адаптивна схема може гарантувати обмеженість сигналів системи та отримання стійкості за кінцевий час. Результати. Працездатність пропонованого стабілізатора оцінюється для одномашинної системи з нескінченними шинами і багатомашинної енергосистеми при різних типах збурень. Результати моделювання порівнюються з результатами, отриманими за допомогою звичайного нечіткого адаптивного синергетичного регулятора

Cascade sliding mode maximum power point tracking controller for photovoltaic systems

Introduction. Constant increases in power consumption by both industrial and individual users may cause depletion of fossil fuels and environmental pollution, and hence there is a growing interest in clean and renewable energy resources. Photovoltaic power generation systems are playing an important role as a clean power electricity source in meeting future electricity demands. Problem. All photovoltaic systems have two problems; the first one being the very low electric-power generation efficiency, especially under low-irradiation states; the second resides in the interdependence of the amount of the electric power generated by solar arrays and the ever changing weather conditions. Load mismatch can occur under these weather varying conditions such that maximum power is not extracted and delivered to the load. This issue constitutes the so-called maximum power point tracking problem. Aim. Many methods have been developed to determine the maximum power point under all conditions. There are various methods, in most of them based on the well-known principle of perturb and observe. In this method, the operating point oscillates at a certain amplitude, no matter whether the maximum power point is reached or not. That is, this oscillation remains even in the steady state after reaching the maximum power point, which leads to power loss. This is an essential drawback of the previous method. In this paper, a cascade sliding mode maximum power point tracking control for a photovoltaic system is proposed to overcome above mentioned problems. Methodology. The photovoltaic system is mainly composed of a solar array, DC/DC boost converter, cascade sliding mode controller, and an output load. Two sliding mode control design strategies are joined to construct the proposed controller. The primary sliding mode algorithm is designed for maximum power point searching, i.e., to track the output reference voltage of the solar array. This voltage is used to manipulate the setpoint of the secondary sliding mode controller, which is used via the DC-DC boost converter to achieve maximum power output. Results. This novel approach provides a good transient response, a low tracking error and a very fast reaction against the solar radiation and photovoltaic cell temperature variations. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in the presence of environmental disturbances.Вступ. Постійне збільшення енергоспоживання як промисловими, так і індивідуальними користувачами може призвести до виснаження запасів викопного палива та забруднення навколишнього середовища, тому зростає інтерес до чистих та відновлюваних джерел енергії. Фотоелектричні системи виробництва електроенергії відіграють важливу роль як екологічно чисте джерело електроенергії для задоволення майбутніх потреб в електроенергії. Проблема. Усі фотоелектричні системи мають дві проблеми; по-перше, дуже низька ефективність вироблення електроенергії, особливо в умовах низького опромінення; друга полягає у взаємозалежності кількості електроенергії, що виробляється сонячними батареями, та постійно мінливих погодних умов. У цих погодних умовах, що змінюються, може відбутися невідповідність навантаження, так що максимальна потужність не буде витягнута і передана в навантаження. Ця проблема є так званою проблемою відстеження точки максимальної потужності. Мета. Було розроблено безліч методів визначення точки максимальної потужності за будь-яких умов. Існують різні методи, здебільшого засновані на відомому принципі збурення та спостережень. У цьому методі робоча точка коливається з певною амплітудою, незалежно від того, досягнуто точку максимальної потужності чи ні. Тобто це коливання залишається навіть у стійкому стані після досягнення точки максимальної потужності, що призводить до втрати потужності. Це значний недолік попереднього способу. У цій статті для подолання вищезазначених проблем пропонується каскадне керування відстеженням точки максимальної потужності в режимі ковзання для фотоелектричної системи. Методологія. Фотоелектрична система в основному складається з сонячної батареї, перетворювача постійного струму, що підвищує, каскадного контролера ковзного режиму та вихідного навантаження. Дві стратегії проєктування керування ковзним режимом об'єднані для побудови пропонованого контролера. Алгоритм первинного ковзного режиму призначений для пошуку точки максимальної потужності, тобто для відстеження вихідної опорної напруги сонячної батареї. Ця напруга використовується для управління уставкою вторинного контролера ковзного режиму, який використовується через перетворювач постійного струму, що підвищує, для досягнення максимальної вихідної потужності. Результати. Цей новий підхід забезпечує хорошу перехідну характеристику, низьку помилку відстеження та дуже швидку реакцію на сонячне випромінювання та коливання температури фотогальванічного елемента. Результати моделювання демонструють ефективність пропонованого підходу за наявності збурень довкілля

Indirect adaptive fuzzy finite time synergetic control for power systems

Introduction. Budget constraints in a world ravenous for electrical power have led utility companies to operate generating stations with full power and sometimes at the limit of stability. In such drastic conditions the occurrence of any contingency or disturbance may lead to a critical situation starting with poorly damped oscillations followed by loss of synchronism and power system instability. In the past decades, the utilization of supplementary excitation control signals for improving power system stability has received much attention. Power system stabilizers (PSS) are used to generate supplementary control signals for the excitation system in order to damp low-frequency oscillations caused by load disturbances or short-circuit faults. Problem. Adaptive power system stabilizers have been proposed to adequately deal with a wide range of operating conditions, but they suffer from the major drawback of requiring parameter model identification, state observation and on-line feedback gain computation. Power systems are nonlinear systems, with configurations and parameters that fluctuate with time that which require a fully nonlinear model and an adaptive control scheme for a practical operating environment. A new nonlinear adaptive fuzzy approach based on synergetic control theory which has been developed for nonlinear power system stabilizers to overcome above mentioned problems. Aim. Synergetic control theory has been successfully applied in the design of power system stabilizers is a most promising robust control technique relying on the same principle of invariance found in sliding mode control, but without its chattering drawback. In most of its applications, synergetic control law was designed based on an asymptotic stability analysis and the system trajectories evolve to a specified attractor reaching the equilibrium in an infinite time. In this paper an indirect finite time adaptive fuzzy synergetic power system stabilizer for damping local and inter-area modes of oscillations for power systems is presented. Methodology. The proposed controller design is based on an adaptive fuzzy control combining a synergetic control theory with a finite-time attractor and Lyapunov synthesis. Enhancing existing adaptive fuzzy synergetic power system stabilizer, where fuzzy systems are used to approximate unknown system dynamics and robust synergetic control for only providing asymptotic stability of the closed-loop system, the proposed technique procures finite time convergence property in the derivation of the continuous synergetic control law. Analytical proofs for finite time convergence are presented confirming that the proposed adaptive scheme can guarantee that system signals are bounded and finite time stability obtained. Results. The performance of the proposed stabilizer is evaluated for a single machine infinite bus system and for a multi machine power system under different type of disturbances. Simulation results are compared to those obtained with a conventional adaptive fuzzy synergetic controller

Cascade sliding mode maximum power point tracking controller for photovoltaic systems

Introduction. Constant increases in power consumption by both industrial and individual users may cause depletion of fossil fuels and environmental pollution, and hence there is a growing interest in clean and renewable energy resources. Photovoltaic power generation systems are playing an important role as a clean power electricity source in meeting future electricity demands. Problem. All photovoltaic systems have two problems; the first one being the very low electric-power generation efficiency, especially under low-irradiation states; the second resides in the interdependence of the amount of the electric power generated by solar arrays and the ever changing weather conditions. Load mismatch can occur under these weather varying conditions such that maximum power is not extracted and delivered to the load. This issue constitutes the so-called maximum power point tracking problem. Aim. Many methods have been developed to determine the maximum power point under all conditions. There are various methods, in most of them based on the well-known principle of perturb and observe. In this method, the operating point oscillates at a certain amplitude, no matter whether the maximum power point is reached or not. That is, this oscillation remains even in the steady state after reaching the maximum power point, which leads to power loss. This is an essential drawback of the previous method. In this paper, a cascade sliding mode maximum power point tracking control for a photovoltaic system is proposed to overcome above mentioned problems. Methodology. The photovoltaic system is mainly composed of a solar array, DC/DC boost converter, cascade sliding mode controller, and an output load. Two sliding mode control design strategies are joined to construct the proposed controller. The primary sliding mode algorithm is designed for maximum power point searching, i.e., to track the output reference voltage of the solar array. This voltage is used to manipulate the setpoint of the secondary sliding mode controller, which is used via the DC-DC boost converter to achieve maximum power output. Results. This novel approach provides a good transient response, a low tracking error and a very fast reaction against the solar radiation and photovoltaic cell temperature variations. The simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in the presence of environmental disturbances

Relationship between ozone and temperature during the 2003 heat wave in France: consequences for health data analysis

BACKGROUND: PAPRICA is a research program designed to estimate the impact on the health of patients with chronic respiratory insufficiency of a prevention strategy based on notification of ozone pollution. The first year of this study was conducted during the 2003 heat wave, and high temperatures were therefore considered as a confounding factor in the data analysis. The aim of the present study was to assess the relationship between ozone and temperature in order to propose a methodology to distinguish between the effects of ozone and temperature on the impact of a prevention strategy with regard to ozone pollution. METHODS: Multivariate analyses were used to identify associated climate and ozone pollution profiles. This descriptive method is of great value to highlight the complexity of interactions between these parameters. RESULTS: Ozone concentration and temperature were strongly correlated, but the health impact of ozone pollution alone will be evaluated by focusing on situations characterized by ozone concentrations above 110 μg/m(3)/8h (air quality guidelines to protect human health defined by the French legislation) and temperatures lower than 26°C, below the discomfort threshold. CONCLUSION: The precise relationship between ambient ozone concentration and temperature identified during the PAPRICA 2003 study period will be used in analysing the PAPRICA health data

The effectiveness of public health interventions to reduce the health impact of climate change:a systematic review of systematic reviews

Climate change is likely to be one of the most important threats to public health in the coming years. Yet despite the large number of papers considering the health impact of climate change, few have considered what public health interventions may be of most value in reducing the disease burden. We aimed to evaluate the effectiveness of public health interventions to reduce the disease burden of high priority climate sensitive diseases

Perceptions of, and reactions to, environmental heat: a brief note on issues of concern in relation to occupational health

Average temperatures around the world are already increasing, and climate change projections suggest that global mean temperatures will continue to rise. As the effects, and projected effects, of climate change are becoming clearer, it is more apparent that the health effects of heat exposure will need further investigation. The risks associated with heat exposure are especially relevant to understandings of occupational health for people involved in labouring or agricultural work in low-income countries. This review is a partial look at the ways in which issues surrounding heat exposure and occupational health have been treated in some of the available literature. This literature focuses on military-related medical understandings of heat exposure as well as heat exposure in working environments. The ways that these issues have been treated throughout the literature reflect the ways in which technologies of observation are intertwined with social attitudes. The effects of heat on the health of working people, as well as identification of risk groups, will require further research in order to promote prophylactic measures as well as to add to understandings of the actual and potential consequences of climatic change