Electrical Engineering & Electromechanics (E-Journal - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute") / Електротехніка і Електромеханіка (Національний технічний університет - "Харківський політехнічний iнститут")
Not a member yet
941 research outputs found
Sort by
Reactive power optimization in distribution systems considering load levels for economic benefit maximization
Get PDFIntroduction. The need for electrical energy has been increased sharply due to hasty growth in industrials, social and economic improvements. From the previous studies, it has been agreed that almost 13 % of the total power generated is wasted as heat loss at distribution level. It has been extensively recognized that the node voltage profile along the distribution system can be enhanced under steady state power transfer controlled by proper reactive power compensation. Capacitors have been acknowledged as reactive power compensating device in distribution systems to achieve technical and economical benefits. Novelty of this work is the application of Archimedes optimization algorithm for reactive power optimization in distribution systems so as to obtain an improved solution and also a real 94-bus Portuguese network and modified 12-bus network has been taken and validated for three different load levels which are totally new. Purpose of the proposed work is to maximize the economic benefit by reducing the power loss and capacitor purchase cost at three different load conditions subject to satisfaction of equality and inequality constraints. Methods. The economic benefit has been validated using Archimedes optimization algorithm for three load levels considering three distribution systems. Results. The computational outcomes indicated the competence of the proposed methodology in comparison with the previously published works in power loss minimization, bus voltage enhancement and more economical benefit and proved that the proposed methodology performs well compared to other methods in the literature.Вступ. Потреба в електроенергії різко зросла через стрімке зростання промисловості, соціальних та економічних поліпшень. З попередніх досліджень було встановлено, що майже 13 % усієї електроенергії, що виробляється, витрачається марно у вигляді втрат тепла на рівні розподілу. Загальновизнано, що профіль напруги вузла вздовж розподільчої системи може бути поліпшений при передачі потужності в режимі, що встановився, керованої відповідною компенсацією реактивної потужності. Конденсатори були визнані як пристрої компенсації реактивної потужності в розподільчих системах для досягнення технічних та економічних переваг. Новизна цієї роботи полягає у застосуванні алгоритму оптимізації Архімеда для оптимізації реактивної потужності в розподільчих системах з метою отримання покращеного рішення, а також було взято та перевірено реальну португальську мережу з 94 шинами та модифіковану мережу з 12 шинами для трьох різних рівнів навантаження. які абсолютно нові. Мета запропонованої роботи полягає в тому, щоб максимізувати економічний ефект за рахунок зниження втрат потужності та вартості купівлі конденсатора за трьох різних режимів навантаження за умови дотримання обмежень рівності та нерівності. Методи. Економічний ефект було підтверджено з використанням алгоритму оптимізації Архімеда для трьох рівнів навантаження з урахуванням трьох систем розподілу. Результати розрахунків показали компетентність запропонованої методології порівняно з раніше опублікованими роботами в галузі мінімізації втрат потужності, підвищення напруги на шині та більшої економічної вигоди, а також довели, що запропонована методологія добре працює порівняно з іншими методами в літературі
Активний випрямляч з фіксованою частотою модуляції та векторною системою управління в режимі двонаправленого потоку енергії
Get PDFGoal. Creation of a vector control system with improved characteristics for an active rectifier-voltage source operating in the bidirectional energy flow mode with a with a fixed modulation frequency. Methodology. The physical prerequisites for the active rectifier - voltage source operation in the system of a medium-power frequency electric drive are considered. A vector control system with a fixed modulation frequency is constructed, the principles of forming the signals acting in it and the influence on its operation of the converter power circuit parameters and the power consumed by it are considered. Mathematical modeling of the converter with the developed control system in MATLAB/Simulink made it possible to verify the correctness of the operation of the power circuit and the control system. Results. A new structure of a vector control system operating with a fixed modulation frequency is proposed, and the performance characteristics of the circuit in a wide range of changes in the magnitude and sign of the output power are obtained. The advantages of the new control system over the existing ones are shown. Originality. The physical prerequisites for the functioning of the power scheme and the vector control system of the ARVS proposed by the authors with a fixed frequency of modulation, the principles of forming the signals operating within it are considered in detail. Practical significance. New structure of the vector control system operating with a fixed modulation frequency is proposed and the advantages of the new control system over the existing ones are shown.В статті розглянуто роботу активного випрямляча-джерела напруги, що працює з фіксованою частотою модуляції в режимі двонаправленого потоку енергії, запропоновано нову структуру векторної системи управління, та отримано характеристики роботи схеми в широкому діапазоні зміни величини та знаку вихідної потужності. Розглянуті фізичні передумови функціонування силової схеми АВДН, запропонованої авторами векторної системи управління та принципи формування діючих усередині неї сигналів в складі частотного перетворювача середньої потужності. Показано переваги нової системи управління над існуючими та отримано залежності, що демонструють коректність застосування запропонованих у статті технічних рішень. Результати математичного моделювання показали, що АВДН, який працює з фіксованою частотою модуляції та запропонованою системою управління, дозволяє підтримувати задане значення вихідної напруги та близький до синусоїди струм мережі живлення при нульовому споживанні реактивної потужності в усталеному режимі в широкому діапазоні зміни параметрів схеми та величини і знаку потужності навантаження
Integrated through-silicon-via-based inductor design in buck converter for improved efficiency
Get PDFIntroduction. Through-silicon-via (TSV) is one of the most important components of 3D integrated circuits. Similar to two-dimensional circuits, the performance evaluation of 3D circuits depends on both the quality factor and inductance. Therefore, accurate TSV-inductor modeling is required for the design and analysis of 3D integrated circuits. Aim. This work proposes the equivalent circuit model of the TSV-inductor to derive the relations that determine both the quality factor and the inductance by Y-parameters. Methods. The model developed was simulated using MATLAB software, and it was used to evaluate the effect of redistribution lines width, TSV radius, and the number of turns on inductance and quality factor. Additionally, a comparative study was presented between TSV-based inductors and conventional inductors (i.e., spiral and racetrack inductors). Results. These studies show that replacing conventional inductors with TSV-inductors improved the quality factor by 64 % compared to a spiral inductor and 60 % compared to a racetrack inductor. Furthermore, the area of the TSV-inductor was reduced up to 1.2 mm². Using a PSIM simulator, the application of an integrated TSV-inductor in a buck converter was studied, and the simulation gave very good results in 3D integration compared to 2D integration. Moreover, the simulation results demonstrated that using a TSV-inductor in a buck converter could increase its efficiency by up to 15 % and 6 % compared to spiral and racetrack inductors, respectively.Вступ. Наскрізне з’єднання кремнію (TSV) є одним з найважливіших компонентів тривимірних інтегральних схем. Подібно до двовимірних схем, оцінка продуктивності тривимірних схем залежить як від добротності, так і від індуктивності. Тому для проєктування та аналізу тривимірних інтегральних схем необхідне точне моделювання TSV-індуктора. Мета. У цій роботі пропонується еквівалентна модель схеми TSV-індуктора для виведення співвідношень, що визначають як добротність, так і індуктивність за Y-параметрами. Методи. Розроблена модель була змодельована з використанням програмного забезпечення MATLAB та використана для оцінки впливу ширини ліній перерозподілу, радіусу TSV та кількості витків на індуктивність та добротність. Крім того, було представлено порівняльне дослідження між індукторами на основі TSV та звичайними індукторами (тобто спіральними та індукторами типу бігова доріжка). Результати. Ці дослідження показують, що заміна звичайних індукторів на TSV-індуктори покращила добротність на 64 % порівняно зі спіральним індуктором і на 60 % порівняно з індуктором типу бігова доріжка. Крім того, площа TSV-індуктора була зменшена до 1,2 мм². За допомогою симулятора PSIM було вивчено застосування вбудованого дроселя TSV в знижувальному перетворювачі, і моделювання дало дуже хороші результати при 3D-інтеграції порівняно з 2D-інтеграцією. Більш того, результати моделювання показали, що використання TSV-індуктора в понижувальному перетворювачі дозволяє підвищити його ефективність до 15% та 6 % порівняно зі спіральними індукторами та індукторами типу бігова доріжка відповідно
Intelligent cascaded adaptive neuro fuzzy interface system controller fed KY converter for hybrid energy based microgrid applications
Get PDFPurpose. This article proposes a new control strategy for KY (DC-DC voltage step up) converter. The proposed hybrid energy system fed KY converter is utilized along with adaptive neuro fuzzy interface system controller. Renewable energy sources have recently acquired immense significance as a result of rising demand for electricity, rapid fossil fuel exhaustion and the threat of global warming. However, due to their inherent intermittency, these sources offer low system reliability. So, a hybrid energy system that encompasses wind/photovoltaic/battery is implemented in order to obtain a stable and reliable microgrid. Both solar and wind energy is easily accessible with huge untapped potential and together they account for more than 60 % of yearly net new electricity generation capacity additions around the world. Novelty. A KY converter is adopted here for enhancing the output of the photovoltaic system and its operation is controlled with the help of a cascaded an adaptive neuro fuzzy interface system controller. Originality. Increase of the overall system stability and reliability using hybrid energy system fed KY converter is utilized along with adaptive neuro fuzzy interface system controller. Practical value. A proportional integral controller is used in the doubly fed induction generator based wind energy conversion system for controlling the operation of the pulse width modulation rectifier in order to deliver a controlled DC output voltage. A battery energy storage system, which uses a battery converter to be connected to the DC link, stores the excess power generated from the renewable energy sources. Based on the battery’s state of charge, its charging and discharging operation is controlled using a proportional integral controller. The controlled DC link voltage is fed to the three phase voltage source inverter for effective DC to AC voltage conversion. The inverter is connected to the three phase grid via an LC filter for effective harmonics mitigation. A proportional integral controller is used for achieving effective grid voltage synchronization. Results. The proposed model is simulated using MATLAB/Simulink, and from the obtained outcomes, it is noted that the cascaded adaptive neuro fuzzy interface system controller assisted KY converter is capable of maintaining the stable operation of the microgrid with an excellent efficiency of 93 %.Мета. У цій статті пропонується нова стратегія управління перетворювачем KY (підвищення напруги постійного струму). Пропонована гібридна енергетична система, що живиться перетворювачем KY, використовується разом із контролером системи адаптивного нейро-нечіткого інтерфейсу. Відновлювані джерела енергії останнім часом набули величезного значення внаслідок зростання попиту на електроенергію, швидкого виснаження викопного палива та загрози глобального потепління. Однак через властиву їм уривчастість ці джерела забезпечують низьку надійність системи. Таким чином, гібридна енергетична система, що включає енергію вітру/фотоелектричних елементів/акумулятору, реалізована для отримання стабільної і надійної мікромережі. Як сонячна, так і вітрова енергія доступні з величезним невикористаним потенціалом, і разом вони забезпечують понад 60 % щорічного чистого приросту нових потужностей з виробництва електроенергії в усьому світі. Новизна. Перетворювач KY використовується тут для підвищення вихідної потужності фотоелектричної системи, і його робота керується за допомогою каскадного контролера системи з адаптивним нейро-нечітким інтерфейсом. Оригінальність. Підвищення загальної стабільності та надійності системи за допомогою гібридної енергетичної системи, що живиться перетворювачем KY і використовується разом з контролером системи з адаптивним нейро-нечітким інтерфейсом. Практична цінність. Пропорційний інтегральний контролер використовується в системі перетворення енергії вітру на основі асинхронного генератора з подвійним живленням для управління випрямлячою роботою з широтно-імпульсною модуляцією для забезпечення регульованої вихідної напруги постійного струму. Акумуляторна система накопичення енергії, в якій використовується акумуляторний перетворювач для підключення до кола постійного струму, зберігає надмірну потужність, що виробляється з відновлюваних джерел енергії. Залежно від стану заряду акумулятора, процес його зарядки і розрядки контролюється за допомогою пропорційного інтегрального контролера. Керована напруга кола постійного струму подається на трифазний інвертор джерела напруги для ефективного перетворення постійної напруги змінну. Інвертор підключений до трифазної мережі через LC-фільтр для ефективного придушення гармонік. Пропорційний інтегральний регулятор використовується для досягнення ефективної синхронізації напруги мережі. Результати. Запропонована модель змодельована з використанням MATLAB/Simulink, і з отриманих результатів випливає, що каскадний адаптивний нейро-нечіткий інтерфейс із системним контролером та перетворювачем KY здатний підтримувати стабільну роботу мікромережі з чудовим ККД 93 %
Determination of the scope of the experimental-calculation method for measuring the touch voltage
Get PDFThe work is devoted to the improvement of methods for determining the normalized parameters of the grounding system (GS) of operating power stations and substations. The aim of the work is determination of the scope of the experimental-calculated method for measuring the touch voltage, depending on short-circuit (SC) current value for the given dimensions of the GS and the type of soil. Methodology. The study analyzed the non-linear effect of the SC current value on the touch voltage, taking into account such factors as the GS size and the soil type. The calculation used statistical data on the GS size and the characteristics of the soil obtained by monitoring the GS state of 585 operating electrical substations with a voltage class of 110-750 kV using the induction method and the method of vertical soil sounding, respectively. For the calculation, a mathematical model of a non-equipotential GS located in a three-layer semiconductor space with plane-parallel boundaries was used, this model was developed using the method of integro-differential equations. Results. To determine the scope of the method, in this work it is proposed to use the linearity criterion, which is determined due to the ratio of the constant of reduced touch voltage to the current value. The example shows the method for determining the threshold minimum and maximum values of the measuring current of the soil, in the range between which the measurements by experimental-calculated methods are impossible. A table of threshold current values has been formed and recommendations have been developed on the possibility of using experimental-measuring methods for determining the touch voltage depending on the GS size and soil characteristics.Метою роботи є визначення області застосування експериментально-розрахункового методу вимірювання напруги дотику в залежності від значення струму короткого замикання для заданих розмірів заземлювального пристрою (ЗП) та типу ґрунту. В дослідженні було проаналізовано нелінійний вплив величини струму КЗ на напругу дотику з урахуванням таких факторів як розмір ЗП та тип ґрунту. Для розрахунку була використана математична модель нееквіпотенційного ЗП, розташованого у тришаровому напівпровідному просторі з плоско-паралельними границями поділу, що була розроблена за допомогою методу інтегро-диференційних рівнянь. Для визначення області застосування методу в роботі запропоновано використовувати критерій лінійності, який визначається через відношення сталої приведеної напруги дотику до поточного значення. Сформовано таблицю значень порогових струмів та розроблено рекомендації щодо можливості використання експериментально-вимірювальних методів визначення напруги дотику в залежності від розміру ЗП та характеристик ґрунту
Indirect adaptive fuzzy finite time synergetic control for power systems
Get PDFIntroduction. 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
Fault diagnosis in a five-level multilevel inverter using an artificial neural network approach
Get PDFIntroduction. Cascaded H-bridge multilevel inverters (CHB-MLI) are becoming increasingly used in applications such as distribution systems, electrical traction systems, high voltage direct conversion systems, and many others. Despite the fact that multilevel inverters contain a large number of control switches, detecting a malfunction takes a significant amount of time. In the fault switch configurations diode included for freewheeling operation during open-fault condition. During short circuit fault conditions are carried out by the fuse, which can reveal the freewheeling current direction. The fault category can be identified independently and also failure of power switches harmed by the functioning and reliability of CHB-MLI. This paper investigates the effects and performance of open and short switching faults of multilevel inverters. Output voltage characteristics of 5 level MLI are frequently determined from distinctive switch faults with modulation index value of 0.85 is used during simulation analysis. In the simulation experiment for the modulation index value of 0.85, one second open and short circuit faults are created for the place of faulty switch. Fault is identified automatically by means of artificial neural network (ANN) technique using sinusoidal pulse width modulation based on distorted total harmonic distortion (THD) and managed by its own. The novelty of the proposed work consists of a fast Fourier transform (FFT) and ANN to identify faulty switch. Purpose. The proposed architecture is to identify faulty switch during open and short failures, which has to be reduced THD and make the system in reliable operation. Methods. The proposed topology is to be design and evaluate using MATLAB/Simulink platform. Results. Using the FFT and ANN approaches, the normal and faulty conditions of the MLI are explored, and the faulty switch is detected based on voltage changing patterns in the output. Practical value. The proposed topology has been very supportive for implementing non-conventional energy sources based multilevel inverter, which is connected to large demand in grid.Вступ. Каскадні багаторівневі інвертори H-bridge все частіше використовуються в таких пристроях, як розподільні системи, електричні тягові системи, системи прямого перетворення високої напруги та багато інших. Незважаючи на те, що багаторівневі інвертори містять велику кількість перемикачів, що управляють, виявлення несправності займає значний час. У конфігурації аварійного вимикача увімкнено діод для роботи в режимі вільного ходу в умовах обриву несправності. При короткому замиканні аварійні стани виконуються запобіжником, який може визначити напрямок струму вільного ходу. Категорія несправності може бути визначена самостійно, а також відмова силових вимикачів, що порушує функціонування та надійність каскадних багаторівневих інверторів H-bridge. У цій статті досліджуються наслідки та характеристики обривів та коротких замикань багаторівневих інверторів. Характеристики вихідної напруги 5-рівневого інвертору часто визначаються характерними несправностями перемикача, при цьому при аналізі моделювання використовується значення індексу модуляції 0,85. В імітаційному експерименті значення індексу модуляції 0,85 в місці несправного перемикача створюються односекундні обриви і коротке замикання. Несправність ідентифікується автоматично за допомогою методу штучної нейронної мережі з використанням синусоїдальної широтно-імпульсної модуляції на основі спотвореного повного гармонійного спотворення та керується самостійно. Новизна запропонованої роботи полягає у застосуванні швидкого перетворення Фур’є та штучної нейронної мережі для ідентифікації несправного перемикача. Мета. Пропонована архітектура призначена для виявлення несправного комутатора при розмиканні та короткочасних відмовах, що має знизити повне гармонійне спотворення та забезпечити надійну роботу системи. методи. Запропонована топологія має бути спроектована та оцінена з використанням платформи MATLAB/Simulink. Результати. Використовуючи підходи швидкого перетворення Фур’є та штучної нейронної мережі, досліджуються нормальні та несправні стани багаторівневих інверторів, і несправний перемикач виявляється на основі моделей зміни напруги на виході. Практична цінність. Запропонована топологія дуже сприятлива для реалізації нетрадиційних джерел енергії на основі багаторівневого інвертора, пов'язаного з великим попитом у мережі
Power quality enhancement using active power filter five-level cascade H-bridge under unbalanced and distorted grid
Get PDFIntroduction. To improve the power quality of a supply system, the total harmonic distortion (THD) is the most important parameter in the quantification of harmonics caused by nonlinear loads. In practice, it must be less than 5 %. The novelty of the proposed work consists in the use of a cascaded five level active filter, when the converter consisting of six H-bridge pairs, each one includes four transistors. Purpose. To increase the efficiency of this filter, two techniques for quantification of harmonic currents are proposed, first the PQ-theory which is simple but can only be used in case of a balanced grid, and second the synchronous reference frame theory (SFR-theory), which is capable of creating harmonic current not only in an unbalanced grid, but also in an unbalanced and distorted beam. Methods. Using the control techniques, the harmonic current is extracted from load current and considered as a reference. The constructed current should follow this reference. Results. The estimation of the active and reactive powers is based on the measurement of the currents crossing the load and the network voltages, these powers are used to determine the shape of the harmonic (reference) current. Using the PI regulator, the output current of the five-level inverter follows the reference current perfectly. The inverters output current is injected into the grid to eliminate harmonic currents. Practical value. In practice, the harmonic distortion rate THD is the most widely used criterion for criticizing the waveform of the currents and judging the quality of the energy involved. For currents on the source side, the THD is considered acceptable if it is less than 5 %, in our proposal the THD is 0.85 % with the PQ-theory and 2.34 % with SFR-theory, so it is optimal.Вступ. Для поліпшення якості електроенергії у системі електропостачання загальне гармонічне спотворення (ЗГС) є найважливішим параметром кількісної оцінки гармонік, викликаних нелінійними навантаженнями. На практиці вона має бути меншою за 5 %. Новизна запропонованої роботи полягає у використанні каскадного п’ятирівневого активного фільтра, коли перетворювач складається з шести пар Н-мостів, кожна з яких включає чотири транзистора. Мета. Щоб підвищити ефективність цього фільтра, пропонуються два методи кількісного визначення гармонійних струмів: по-перше, PQ-теорія, яка проста, але може використовуватися лише у разі збалансованої сітки, і, по-друге, теорія синхронної системи відліку (теорія SFR). , який здатний створювати гармонійний струм не тільки в несиметричній сітці, а й у несиметричному та спотвореному пучку. Методи. Використовуючи методи управління, гармонійний струм витягується зі струму навантаження і розглядається як опорний. Побудований струм повинен слідувати за цим посиланням. Результати. Оцінка активної та реактивної потужностей заснована на вимірюванні струмів, що проходять через навантаження, та мережевих напруг, за цими потужностями визначається форма гармонійного (опорного) струму. При використанні ПІ-регулятора вихідний струм п’ятирівневого інвертора точно відповідає опорному струму. Вихідний струм інвертора подається до мережі для усунення гармонійних струмів. Практична цінність. Насправді коефіцієнт гармонійних спотворень ЗГС є найбільш широко використовуваним критерієм для критики форми хвилі струмів та оцінки якості задіяної енергії. Для струмів на стороні джерела ЗГС вважається прийнятним, якщо він менше 5 %, за нашою пропозицією ЗГС становить 0,85 % з PQ-теорією і 2,34 % з SFR-теорією, тому він є оптимальним
Optimal hybrid photovoltaic distributed generation and distribution static synchronous compensators planning to minimize active power losses using adaptive acceleration coefficients particle swarm optimization algorithms
Get PDFThe paper aims to identify the optimum size and location of photovoltaic distributed generation systems and distribution static synchronous compensators (DSTATCOMs) systems to minimize active power losses in the distribution network and enhance the voltage profile. The methodology employed in this article begins by thoroughly discussing various acceleration algorithms used in Particle Swarm Optimization (PSO) and their variations with each iteration. Subsequently, a range of PSO algorithms, each incorporating different variations of acceleration coefficients was verified to solve the problem of active power losses and voltage improvement. Simulation results attained on Standard IEEE-33 bus radial distribution network prove the efficiency of acceleration coefficients of PSO; it was evaluated and compared with other methods in the literature for improving the voltage profile and reducing active power. Originality. Consists in determining the most effective method among the various acceleration coefficients of PSO in terms of minimizing active power losses and enhancing the voltage profile, within the power system. Furthermore, demonstrates the superiority of the selected method over others for achieving significant improvements in power system efficiency. Practical value of this study lies on its ability to provide practical solutions for the optimal placement and sizing of distributed generation and DSTATCOMs. The proposed optimization method offers tangible benefits for power system operation and control. These findings have practical implications for power system planners, operators, and policymakers, enabling them to make informed decisions on the effective integration of distributed generation and DSTATCOM technologies.Метою статті є визначення оптимального розміру та розташування фотоелектричних систем розподіленої генерації та систем розподільних статичних синхронних компенсаторів (DSTATCOM) для мінімізації втрат активної потужності у розподільній мережі та покращення профілю напруги. Методологія, що використовується в цій статті, починається з детального обговорення різних алгоритмів прискорення, що використовуються в оптимізації рою частинок (PSO), та їх варіацій на кожній ітерації. Згодом було перевірено низку алгоритмів PSO, кожен з яких включає різні варіанти коефіцієнтів прискорення, для вирішення проблеми втрат активної потужності та покращення напруги. Результати моделювання, одержані на радіальній розподільній мережі шини стандарту IEEE-33, підтверджують ефективність коефіцієнтів прискорення PSO; він був оцінений та порівняний з іншими описаними в літературі методами покращення профілю напруги та зниження активної потужності. Оригінальність. Полягає у визначенні найбільш ефективного методу серед різних коефіцієнтів прискорення PSO з погляду мінімізації втрат активної потужності та покращення профілю напруги в енергосистемі. Крім того, демонструє перевагу обраного методу над іншими для досягнення значного підвищення ефективності енергосистеми. Практична цінність цього дослідження полягає у його здатності надати практичні рішення для оптимального розміщення та визначення розмірів розподіленої генерації та DSTATCOM. Запропонований метод оптимізації дає відчутні переваги для експлуатації та керування енергосистемою. Ці результати мають практичне значення для фахівців із планування енергосистем, операторів та розробників політики керування, дозволяючи їм приймати обґрунтовані рішення щодо ефективної інтеграції технологій розподіленої генерації та технологій DSTATCOM
Application of a wavelet neural network approach to detect stator winding short circuits in asynchronous machines
Get PDFIntroduction. Nowadays, fault diagnosis of induction machines plays an important role in industrial fields. In this paper, Artificial Neural Network (ANN) model has been proposed for automatic fault diagnosis of an induction machine. The aim of this research study is to design a neural network model that allows generating a large database. This database can cover maximum possible of the stator faults. The fault considered in this study take into account a short circuit with large variations in the machine load. Moreover, the objective is to automate the diagnosis algorithm by using ANN classifier. Method. The database used for the ANN is based on indicators which are obtained from wavelet analysis of the machine stator current of one phase. The developed neural model allows to taking in consideration imbalances which are generated by short circuits in the machine stator. The implemented mathematical model in the expert system is based on a three-phase model. The mathematical parameters considered in this model are calculated online. The characteristic vector of the ANN model is formed by decomposition of stator current signal using wavelet discrete technique. Obtained results show that this technique allows to ensure more detection with clear evaluation of turn number in short circuit. Also, the developed expert system for the taken configurations is characterized by high precision.Вступ. Нині діагностика несправностей асинхронних машин відіграє значну роль у промисловості. У цій статті запропоновано модель штучної нейронної мережі для автоматичної діагностики несправностей асинхронної машини. Метою цього дослідження є розробка моделі нейронної мережі, що дозволяє генерувати велику базу даних. Ця база може охоплювати максимально можливі несправності статора. Несправності, розглянуті у цьому дослідженні, враховують коротке замикання при великих коливаннях навантаження машини. Крім того, мета полягає в тому, щоб автоматизувати алгоритм діагностики за допомогою класифікатора штучної нейронної мережі. Метод. База даних, що використовується для штучної нейронної мережі, заснована на показниках, отриманих в результаті вейвлет-аналізу струму статора машини однієї фази. Розроблена нейронна модель дозволяє враховувати дисбаланси, що виникають при коротких замиканнях у статорі машини. Реалізована математична модель в експертній системі ґрунтується на трифазній моделі. Математичні параметри, що враховуються в цій моделі, розраховуються онлайн. Характеристичний вектор моделі штучної нейронної мережі формується шляхом розкладання сигналу струму статора з використанням вейвлет-дискретного методу. Отримані результати показують, що дана методика дозволяє забезпечити більше виявлення з чіткою оцінкою числа витків при короткому замиканні. Також розроблена експертна система для конфігурацій, що приймаються, відрізняється високою точністю