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The proposed Hippopotamus Optimization-tuned sigmoid PID controller significantly outperforms existing PID-based metaheuristic controllers in load frequency control of a two-area thermal power system with renewable energy sources. Novelty: ClaimNovelty.NOVEL_FINDING. Consensus alignment: ConsensusAlignment.CHALLENGES_CONSENSUS.

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Desenvolver um controlador PID sigmoidal que se adapta a variações no controle de frequência de carga em sistemas térmicos com energia renovável.

March 4, 2026Open Access

Controlador PID sigmoidal otimizado por hipopótamo para controle de frequência de carga de um sistema térmico de duas áreas com fontes de energia renovável

ÖCÖzay CanRecep Tayyip Erdoğan University MAMustafa Şinasi AyasKaradeniz Technical University AŞAli Kıvanç ŞahinErzurum Technical University

Key Points

Desenvolver um controlador PID sigmoidal que se adapta a variações no controle de frequência de carga em sistemas térmicos com energia renovável.
Proposto um controlador PID sigmoidal para controle de frequência de carga.
Utilizou o algoritmo de Otimização por Hipopótamo para ajustar os ganhos do controlador.
Evaluou o desempenho em vários cenários, incluindo os efeitos da faixa morta do governador e impactos da energia renovável.
Realizou análise de estabilidade no domínio da frequência utilizando a análise de Bode.
O controlador proposto superou significativamente os controladores PID tradicionais na minimização do ITAE e na redução do tempo de estabilização.
Demonstrou operação estável sob incertezas de parâmetros e variações extremas nos parâmetros do sistema.
Alcançou melhores resultados de controle em termos de estabilidade de frequência em comparação com métodos de ponta.

Abstract

A crescente penetração de fontes de energia renovável (FER) em sistemas de energia interconectados modernos introduz desafios significativos para o controle de frequência de carga (CFC) devido ao aumento das não linearidades, ao efeito da faixa morta do governador (FMG), incertezas nos parâmetros e flutuações contínuas de potência. Esses fatores reduzem a eficácia dos controladores convencionais de ganho fixo e dificultam a manutenção das desvios de frequência e de potência na linha de ligação dentro de limites aceitáveis sob condições de operação variáveis. Para abordar essas limitações, este estudo propõe um controlador proporcional-integral-derivativo sigmoidal (SPID) para CFC em um sistema térmico de duas áreas integrado com FER. Na abordagem proposta, os ganhos do controlador são ajustados adaptativamente por meio de um mapeamento não linear baseado em sigmoide, e os parâmetros correspondentes são otimizados usando o algoritmo de Otimização por Hipopótamo (HO) minimizando o Índice de Desempenho do Erro Absoluto Ponderado pelo Tempo (ITAE). O desempenho do controlador HO-SPID proposto é avaliado sob quatro cenários no domínio do tempo: um caso básico sem FMG e FER, um caso com FMG que inclui sem FER, um caso com efeitos variáveis de FER e uma análise de robustez do sistema básico sob variações simultâneas de ± 25% e ± 50% em todos os parâmetros do sistema. Adicionalmente, para demonstrar a estabilidade do controlador proposto, a estabilidade no domínio da frequência é examinada usando a análise de Bode. Os resultados da simulação demonstram que o controlador HO-SPID proposto supera significativamente os controladores metaheurísticos baseados em PID de última geração em termos de minimização do ITAE, tempo de estabilização e subidas, enquanto a análise de robustez sob incertezas de parâmetros e a avaliação da frequência no domínio de Bode confirmam conjuntamente sua operação estável.

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