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
Optimal performance assessment of intelligent controllers used in solar-powered electric vehicle
Get PDFIntroduction. Increasing vehicle numbers, coupled with their increased consumption of fossil fuels, have drawn great concern about their detrimental environmental impacts. Alternative energy sources have been the subject of extensive research and development. Due to its high energy density, zero emissions, and use of sustainable fuels, the battery is widely considered one of the most promising solutions for automobile applications. A major obstacle to its commercialization is the battery's high cost and low power density. Purpose. Implementing a control system is the primary objective of this work, which is employed to change the energy sources in hybrid energy storage system about the load applied to the drive. Novelty. To meet the control objective, a speed condition-based controller is designed by considering four separate math functions and is programmed based on different speed ranges. On the other hand, the conventional/intelligent controller is also considered to develop the switching signals related to the DC-DC converter’s output and applied the actual value. Methods. According to the proposed control strategy, the adopted speed condition based controller is a combined conventional/intelligent controller to meet the control object. Practical value. In this work, three different hybrid controllers adopted speed condition based controller with artificial neural network controller, adopted speed condition based controller with fuzzy logic controller, and adopted speed condition based controller with proportional-integral derivative controller are designed and applied separately and obtain the results at different load conditions in MATLAB/Simulink environment. Three hybrid controller’s execution is assessed based on time-domain specifications.Вступ. Збільшення кількості транспортних засобів у поєднанні із збільшенням споживання ними викопного палива викликало серйозну заклопотаність з приводу їх згубного впливу на навколишнє середовище. Альтернативні джерела енергії були предметом інтенсивних досліджень та розробок. Завдяки високій щільності енергії, нульовим викидам та використанню екологічно чистих видів палива акумулятор широко вважається одним із найперспективніших рішень для застосувань у автомобілях. Основною перешкодою для його комерціалізації є висока вартість батареї та низька питома потужність. Мета. Впровадження системи управління, яка використовується для зміни джерел енергії в системі гібридної накопичення енергії в залежності від навантаження, прикладеного до приводу, є основною метою цієї роботи. Новизна. Для досягнення мети управління контролер на основі умов швидкості розроблено з урахуванням чотирьох окремих математичних функцій та запрограмовано на основі різних діапазонів швидкостей. З іншого боку, вважається, що звичайний/інтелектуальний контролер виробляє сигнали перемикання, пов'язані з вихідним сигналом перетворювача постійного струму, та застосовує фактичне значення. Методи. Відповідно до запропонованої стратегії управління прийнятий контролер на основі умов швидкості є комбінованим традиційним/інтелектуальним контролером для задоволення об'єкта управління. Практична цінність. У цій роботі три різних гібридних контролери, що використовують контролер на основі умов швидкості з контролером штучної нейронної мережі, контролер на основі адаптованих умов швидкості з контролером з нечіткою логікою та контролер на основі прийнятих умов швидкості з пропорційно-інтегрально-диференціальним контролером, розроблені та застосовуються окремо та отримують результати за різних умов навантаження у середовищі MATLAB/Simulink. Робота трьох гібридних контролерів оцінюється з урахуванням специфікацій у часовій області
Extended mixed integer quadratic programming for simultaneous distributed generation location and network reconfiguration
Get PDFIntroduction. To minimise power loss, maintain the voltage within the acceptable range, and improve power quality in power distribution networks, reconfiguration and optimal distributed generation placement are presented. Power flow analysis and advanced optimization techniques that can handle significant combinatorial problems must be used in distribution network reconfiguration investigations. The optimization approach to be used depends on the size of the distribution network. Our methodology simultaneously addresses two nonlinear discrete optimization problems to construct an intelligent algorithm to identify the best solution. The proposed work is novel in that it the Extended Mixed-Integer Quadratic Programming (EMIQP) technique, a deterministic approach for determining the topology that will effectively minimize power losses in the distribution system by strategically sizing and positioning Distributed Generation (DG) while taking network reconfiguration into account. Using an efficient Quadratic Mixed Integer Programming (QMIP) solver (IBM ®), the resulting optimization problem has a quadratic form. To ascertain the range and impact of various variables, our methodology outperforms cutting-edge algorithms described in the literature in terms of the obtained power loss reduction, according to extensive numerical validation carried out on typical IEEE 33- and 69-bus systems at three different load factors. Practical value. Examining the effectiveness of concurrent reconfiguration and DG allocation versus sole reconfiguration is done using test cases. According to the findings, network reconfiguration along with the installation of a distributed generator in the proper location, at the proper size, with the proper loss level, and with a higher profile, is effective.
Вступ. Для мінімізації втрат потужності, підтримки напруги в допустимому діапазоні та покращення якості електроенергії у розподільчих мережах представлена реконфігурація та оптимальне розміщення розподіленої генерації. При дослідженнях реконфігурації розподільної мережі необхідно використовувати аналіз потоку потужності та передові методи оптимізації, які можуть вирішувати серйозні комбінаторні проблеми. Підхід до оптимізації, що використовується, залежить від розміру розподільної мережі. Наша методологія одночасно вирішує дві задачі нелінійної дискретної оптимізації, щоби побудувати інтелектуальний алгоритм для визначення найкращого рішення. Пропонована робота є новою, оскільки вона використовує метод розширеного змішано-цілочисельного квадратичного програмування (EMIQP), детермінований підхід до визначення топології, що ефективно мінімізує втрати потужності в системі розподілу за рахунок стратегічного визначення розмірів та позиціонування розподіленої генерації (DG) з урахуванням реконфігурації мережі. При використанні ефективного солвера Quadratic Mixed Integer Programming (QMIP) (IBM®) результуюча задача оптимізації має квадратичну форму. Щоб з'ясувати діапазон та вплив різних змінних, наша методологія перевершує передові алгоритми, описані в літературі, з точки зору одержаного зниження втрат потужності, згідно з великою числовою перевіркою, проведеною на типових системах з шинами IEEE 33 і 69 при трьох різних коефіцієнтах навантаження. Практична цінність. Вивчення ефективності одночасної реконфігурації та розподілу DG у порівнянні з єдиною реконфігурацією проводиться з використанням тестових прикладів. Відповідно до результатів, реконфігурація мережі разом із установкою розподіленого генератора в потрібному місці, належного розміру, з належним рівнем втрат і з більш високим профілем є ефективною
Computational analysis method of the electromagnetic field propagation and deformation of conductive bodies
Get PDFIntroduction. The electromagnetic field is an integral attribute of the operation of many technical and technological systems. The action of an electromagnetic field leads to deformation, a change in temperature, a change in the physical properties of the materials. Problem. High-intensity electromagnetic fields can cause such a strong deformation of conductive bodies that it can lead to irreversible shape change or destruction. This fact is used in a class of technological operations: electromagnetic forming. Here, both the workpiece and the equipment are subjected to intense force action. As a result, equipment elements may become inoperable. Goal. Creation of a computational analysis method of the electromagnetic field propagation in systems of conductive bodies and subsequent analysis of deformation. Application of this method to the study of processes in electromagnetic forming systems in order to determine rational operational parameters that provide the result of a technological operation. Methodology. A variational formulation of the problems of an electromagnetic field propagation and deformation of conductive bodies systems is used. Numerical modeling and analysis are performed using the finite element method. Results. In a general form, a system of resolving equations for the values of the vector magnetic potential and displacements is obtained. The influence of the electromagnetic field is taken into account by introducing electromagnetic forces. The results of calculations for a technological system designed for electromagnetic forming of curved thin-walled workpieces are presented. Originality. For the first time, a method of computational analysis is presented, which involves modeling within the framework of one design scheme both the process of electromagnetic field propagation and the process of deformation. Practical significance. The proposed method of computational analysis can be used for various technological systems of electromagnetic forming in order to determine the rational parameters that ensure both the operability of the equipment and the purpose of the technological operation - the necessary shaping of the workpiece.Вступ. Електромагнітне поле є невід'ємним атрибутом роботи багатьох технічних і технологічних систем. Дія електромагнітного поля призводить до деформації, зміни температури, зміни фізичних властивостей матеріалів. Проблема. Електромагнітні поля високої інтенсивності можуть викликати настільки сильну деформацію провідних тіл, що це може призвести до незворотної зміни форми або руйнування. Цей факт використовується в класі технологічних операцій: електромагнітна обробка. Тут як заготовка, так і обладнання піддаються інтенсивній силовій дії. В результаті елементи обладнання можуть виходити з ладу. Мета. Створення методу розрахункового аналізу поширення електромагнітного поля в системах провідних тіл і подальшого аналізу деформування. Застосування цього методу для дослідження процесів в системах електромагнітної обробки з метою визначення раціональних робочих параметрів, що забезпечують результат технологічної операції. Методологія. Використано варіаційну постановку задач про поширення електромагнітного поля та деформування систем провідних тіл. Чисельне моделювання та аналіз виконано методом скінченних елементів. Результати. У загальному вигляді отримано систему визначальних рівнянь для значень векторного магнітного потенціалу та переміщень. Вплив електромагнітного поля враховується введенням електромагнітних сил. Наведено результати розрахунків для технологічної системи електромагнітної обробки вигнутих тонкостінних заготовок. Оригінальність. Вперше представлено метод розрахункового аналізу, який передбачає моделювання в рамках єдиної розрахункової схеми як процесу поширення електромагнітного поля, так і процесу деформування. Практичне значення. Запропонований метод розрахункового аналізу може бути використаний для різних технологічних систем електромагнітного формування з метою визначення раціональних параметрів, що забезпечують як працездатність обладнання, так і мету технологічної операції – необхідне формоутворення заготовки
Investigation of efficient multilevel inverter for photovoltaic energy system and electric vehicle applications
Get PDFIntroduction. This research presents a simple single-phase pulse-width modulated 7-level inverter topology for renewable system which allows home-grid applications with electric vehicle charging. Although multilevel inverters have appealing qualities, their vast range of application is limited by the use of more switches in the traditional arrangement. As a result, a novel symmetrical 7-level inverter is proposed, which has the fewest number of unidirectional switches with gate circuits, providing the lowest switching losses, conduction losses, total harmonic distortion and higher efficiency than conventional topology. The novelty of the proposed work consists of a novel modular inverter structure for photovoltaic energy system and electric vehicle applications with fewer numbers of switches and compact in size. Purpose. The proposed system aims to reduce switch count, overall harmonic distortions, and power loss. There are no passive filters required, and the constituted optimizes power quality by producing distortion-free sinusoidal output voltage as the level count increases while reducing power losses. Methods. The proposed topology is implemented with MATLAB/Simulink, using gating pulses and various pulse-width modulation methodologies. Moreover, the proposed model also has been validated and compared to the hardware system. Results. Total harmonic distortion, number of power switches, output voltage, current, power losses and number of DC sources are investigated with conventional topology. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely beneficial for implementing photovoltaic-based stand-alone multilevel inverter and electric vehicle charging applications.Вступ. У цьому дослідженні представлена топологія простого семирівневого однофазного інвертора з широтно-імпульсною модуляцією для системи з відновлюваними джерелами енергії, яка дозволяє використовувати домашню мережу з зарядкою електромобілів. Хоча багаторівневі інвертори мають привабливі характеристики, широкий спектр їх застосування обмежений використанням більшої кількості перемикачів у традиційній схемі. В результаті запропонований новий симетричний 7-рівневий інвертор, який має найменшу кількість односпрямованих ключів із затворними ланцюгами, забезпечує найменші комутаційні втрати, втрати на провідність, сумарні гармонічні спотворення та вищий ККД, ніж традиційна топологія. Новизна запропонованої роботи полягає у новій модульній структурі інвертора для фотоелектричних енергетичних систем та використання для електромобілів з меншою кількістю перемикачів та компактними розмірами. Мета. Пропонована система спрямована на зменшення кількості перемикань, загальних гармонічних спотворень та втрат потужності. Пасивні фільтри не потрібні, а складова частина оптимізує якість електроенергії, створюючи синусоїдальну вихідну напругу без спотворень зі збільшенням кількості рівнів при одночасному зниженні втрат потужності. Методи. Запропонована топологія реалізована за допомогою MATLAB/Simulink з використанням стробуючих імпульсів та різних методологій широтно-імпульсної модуляції. Крім того, запропонована модель також була перевірена та порівняна з апаратною системою. Результати. Загальні гармонічні спотворення, кількість силових ключів, вихідна напруга, струм, втрати потужності та кількість джерел постійного струму досліджуються за допомогою традиційної топології. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для реалізації автономних багаторівневих інверторів на основі фотоелектричних систем та застосування для заряджання електромобілів
A novelty approach to solve an economic dispatch problem for a renewable integrated micro-grid using optimization techniques
Get PDFIntroduction. The renewable integrated microgrid has considered several distributed energy sources namely photovoltaic power plant, thermal generators, wind power plant and combined heat and power source. Economic dispatch problem is a complex operation due to large dimension of power systems. The objective function becomes non linear due to the inclusion of many constraints. Hourly demand of a commercial area is taken into consideration for performing economic dispatch and five combinations are considered to find the best optimal solution to meet the demand. The novelty of the proposed work consists of a Sparrow Search Algorithm is used to solve economic load dispatch problem to get the better convergence and accuracy in power generation with minimum cost. Purpose. Economic dispatch is performed for the renewable integrated microgrid, in order to determine the optimal output of all the distributed energy sources present in the microgrid to meet the load demand at minimum possible cost. Methods. Sparrow Search Algorithm is compared with other algorithms like Particle Swarm Optimization, Genetic Algorithm and has been proved to be more efficient than Particle Swarm Optimization, Genetic Algorithm and Conventional Lagrange method. Results. The five combinations are generation without solar power supply system and Combined Heat and Power source, generation without solar and wind power supply systems, generation including all the distributed energy sources, generation without wind power supply system and Combined Heat and Power source, generation without thermal generators. Practical value. The proposed optimization algorithm has been very supportive to determine the optimal power generation with minimal fuel to meet the large demand in commercial area.Вступ. Відновлювана інтегрована мікромережа розглядає кілька розподілених джерел енергії, а саме фотоелектричну електростанцію, теплові генератори, вітряну електростанцію та комбіноване джерело тепла та електроенергії. Завдання економічної диспетчеризації є складною операцією через велику розмірність енергосистем. Цільова функція стає нелінійною через включення безлічі обмежень. На виконання економічної диспетчеризації враховується погодинна потреба торгової площі, і розглядаються п’ять комбінацій, щоб знайти найкраще оптимальне рішення задоволення попиту. Новизна запропонованої роботи полягає в тому, що алгоритм пошуку горобця використовується для вирішення економічного завдання диспетчеризації навантаження, щоб отримати кращу збіжність та точність при виробленні електроенергії з мінімальними витратами. Мета. Економічна диспетчеризація виконується для відновлюваної інтегрованої мікромережі, щоб визначити оптимальну потужність всіх розподілених джерел енергії, присутніх у мікромережі, для задоволення потреби навантаження з мінімально можливими витратами. Методи. Алгоритм пошуку горобця порівнюється з іншими алгоритмами, такими як оптимізація рою частинок, генетичний алгоритм, і було доведено, що він ефективніший, ніж оптимізація рою частинок, генетичний алгоритм і традиційний метод Лагранжа. Результати. П’ять комбінацій: генерація без сонячної системи енергопостачання та комбінованого джерела тепла та електроенергії, генерація без систем сонячного та вітрового енергопостачання, генерація, що включає всі розподілені джерела енергії, генерація без системи вітрової енергії та комбінованого джерела тепла та електроенергії, генерація без теплової енергії. генератори. Практична цінність. Запропонований алгоритм оптимізації дуже допоміг визначити оптимальне виробництво електроенергії з мінімальною витратою палива для задоволення великого попиту в комерційній сфері
Experimental study of electromagnetic disturbances in common and differential modes in a circuit based on two DC/DC boost static converter in parallel
Get PDFIntroduction. An electronic control and closing control at the switch (MOSFET) will allow a parallel connection of two DC/DC boost converters. The reason for paralleling converters is to increase the efficiency of the power conversion process. This means that the overall power loss on the main switches is half the power loss on the main switch of a converter. It has been proven that DC-DC converters operating in parallel have different dynamics than a single converter. In this paper, the study is based on a system of two boost converters operating in parallel under current mode control. Although two converters operating in parallel increase the efficiency of the system, if the control parameters are not chosen correctly, the system becomes unstable and starts to oscillate. Purpose of this work is to present the analysis of high frequency electromagnetic disturbances caused by the switching of power switches in DC/DC boost static converters mounted in parallel in the presence of cables. We will study the improvement of the electromagnetic compatibility performances which can be brought by the choice of a static converters for industrial use. Methods. For the study of the path of the currents in common mode and in differential mode, it was possible to evaluate experimentally the electromagnetic compatibility impact in common mode and in differential mode of two boost converters connected in parallel in an electric circuit in connection with the source through a printed circuit board of connection between the source and the load, while using the two basic methods, namely the prediction of the conducted electromagnetic interference, the temporal simulation and the frequency simulation. Results. All the obtained results are validated by experimental measurements carried out at the Djillali Liabes University Sidi-Bel-Abbes in Laboratory of Applications of Plasma, Electrostatics and Electromagnetic Compatibility (APELEC). The experimental results obtained in common mode and in differential mode at low, medium and high frequencies are compared between the parallel boost test with and without electromagnetic compatibility filter.Вступ. Електронне керування та керування замиканням на перемикачі (MOSFET) дозволяють паралельно підключати два підвищувальні DC/DC перетворювачі. Причина паралельного підключення перетворювачів полягає у підвищенні ефективності процесу перетворення енергії. Це означає, що загальні втрати потужності на головних вимикачах становлять половину втрат потужності на головному вимикачі перетворювача. Було доведено, що DC-DC перетворювачі, що працюють паралельно, мають іншу динаміку, ніж одиночний перетворювач. У цій статті дослідження засноване на системі двох підвищувальних перетворювачів, що працюють паралельно при управлінні по струму. Хоча два перетворювачі, що працюють паралельно, підвищують ККД системи, але при неправильному виборі параметрів управління система стає нестійкою і починає вагатися. Метою даної роботи є представлення аналізу високочастотних електромагнітних перешкод, викликаних перемиканням силових ключів у підвищувальних статичних DC/DC перетворювачах, встановлених паралельно за наявності кабелів. Ми вивчимо покращення показників електромагнітної сумісності, яке може бути викликане вибором статичних перетворювачів для промислового використання. Методи. Для дослідження шляху струмів у синфазному та диференціальному режимах вдалося експериментально оцінити вплив електромагнітної сумісності у синфазному та диференціальному режимах двох підвищувальних перетворювачів, включених паралельно в електричний ланцюг при з’єднанні з джерелом через друковану плату з’єднання між джерелом та навантаженням, використовуючи два основних методи, а саме прогнозування кондуктивних електромагнітних перешкод, тимчасове моделювання та частотне моделювання. Результати. Усі отримані результати підтверджені експериментальними вимірюваннями, проведеними у Djillali Liabes University Sidi-Bel-Abbes у Laboratory of Applications of Plasma, Electrostatics and Electromagnetic Compatibility (APELEC). Експериментальні результати, отримані в синфазному та диференціальному режимах на низьких, середніх та високих частотах, порівнюються з паралельним форсованим тестом з фільтром електромагнітної сумісності та без нього
Application of whale algorithm optimizer for unified power flow controller optimization with consideration of renewable energy sources uncertainty
Get PDFPurpose. In this paper an allocation methodology of Flexible Alternating Current Transmission Systems (FACTS) controllers, more specifically, the Unified Power Flow Controller (UPFC) is proposed. As the penetration of Renewable Energy Sources (RESs) into the conventional electric grid increases, its effect on this location must be investigated. Research studies have shown that the uncertainty of RESs in power generation influences the reactive power of a power system network and consequently its overall transmission losses. The novelty of the proposed work consists in the improvement of voltage profile and the minimization of active power loss by considering renewable energy sources intermittency in the network via optimal location of UPFC device. The allocation strategy associates the steady-state analysis of the electrical network, with the location and adjustment of controller parameters using the Whale Optimization Algorithm (WOA) technique. Methodology. In order to determine the location of UPFC, approaches are proposed based on identification of a line which is the most sensitive and effective with respect to voltage security enhancement, congestion alleviation as well as direct optimization approach. The optimum location of UPFC in the power system is discussed in this paper using line loading index, line stability index and optimization method. The objective function is solved using the WOA algorithm and its performance is evaluated by comparison with Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Results. The effectiveness of the proposed allocation methodology is verified through the analysis of simulations performed on standard IEEE 30 bus test system considering different load conditions. The obtained results demonstrate that feasible and effective solutions are obtained using the proposed approach and can be used to overcome the optimum location issue. Additionally, the results show that when UPFC device is strategically positioned in the electrical network and uncertainty of RES is considered, there is a significant influence on the overall transmission loss and voltage profile enhancements of the network.Мета. У статті пропонується методологія розподілу контролерів гнучких систем передачі змінного струму (FACTS), зокрема уніфікованого контролера потоку потужності (UPFC). Оскільки проникнення відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) у звичайну електричну мережу збільшується, необхідно досліджувати їхній вплив на це. Наукові дослідження показали, що невизначеність ВДЕ у виробленні електроенергії впливає на реактивну потужність мережі енергосистеми і, отже, на її загальні втрати під час передачі. Новизна запропонованої роботи полягає в покращенні профілю напруги та мінімізації втрат активної потужності за рахунок обліку перемежування відновлюваних джерел енергії в мережі за рахунок оптимального розташування пристрою UPFC. Стратегія розподілу пов'язує стаціонарний аналіз електричної мережі з розміщенням та налаштуванням параметрів контролера з використанням методу алгоритму оптимізації кита (WOA). Методологія. Для визначення розташування UPFC пропонуються підходи, засновані на виявленні лінії, яка є найбільш чутливою та ефективною з точки зору підвищення безпеки за напругою, зменшення навантажень, а також прямий підхід до оптимізації. Оптимальне розташування UPFC в енергосистемі обговорюється в цій статті з використанням індексу завантаження лінії, індексу стійкості лінії та методу оптимізації. Цільова функція вирішується з використанням алгоритму WOA, а її продуктивність оцінюється шляхом порівняння з алгоритмом оптимізації рою частинок (PSO). Результати. Ефективність запропонованої методології розподілу перевірена за допомогою аналізу моделювання, виконаного на тестовій системі стандартної шини IEEE 30 з урахуванням різних умов навантаження. Отримані результати демонструють, що за допомогою запропонованого підходу виходять здійсненні та ефективні рішення, які можна використовувати для подолання проблеми оптимального розташування. Крім того, результати показують, що коли пристрій UPFC стратегічно розташований в електричній мережі і враховується невизначеність ВДЕ, це значно впливає на загальні втрати при передачі і поліпшення профілю напруги в мережі
Sliding mode approach for control and observation of a three phase AC-DC pulse-width modulation rectifier
Get PDFIntroduction. For AC-DC conversion systems, the electrical systems typically use thyristor or diode bridge rectifiers, which have relatively poor performance. Nowadays, three-phase pulse-width modulation rectifiers are widely applied in various applications for their well-known intrinsic benefits, such as adjustable DC link voltage, unity power factor, bidirectional power flow and very low total harmonic distortion. Purpose. The objective of this work is to achieve better stability and dynamic performance using sliding mode strategy for control and observation. Methods. For that purpose, first a sliding mode controller is introduced on the DC-link side to ensure a fast and accurate response of the output load voltage. Then, the sliding mode approach is employed to control the quadrature and direct components of power to maintain the input power factor at unity. Finally, this approach is used to design two observers for grid voltage estimation and online variation of load resistance. To overcome the problem associated with the use of the classical low-pass filter, an adaptive compensation algorithm is used to compensate the attenuation of the amplitude and phase delay of the observed grid voltages. This algorithm is based on the use of the two low-pass filters in cascade and ensures the minimization of chattering. Results. Comparative studies have been carried out between sliding mode control method for controlling the three-phase AC-DC pulse-width modulation rectifier and other conventional techniques. The validation by simulation and the tests carried out gave very satisfactory results and proved the effectiveness and feasibility of the sliding mode for both control and observation of three phase pulse-width modulation rectifier.Вступ. Для AC-DC систем перетворення електричні системи зазвичай використовують тиристорні або діодні мостові випрямлячі, які мають відносно погані характеристики. В даний час трифазні випрямлячі з широтно-імпульсною модуляцією широко застосовуються з різними цілями завдяки їх добре відомим внутрішнім перевагам, таким як регульована напруга у ланці постійного струму, одиничний коефіцієнт потужності, двонаправлений потік потужності та дуже низькі загальні гармонічні спотворення. Метою даної роботи є досягнення кращої стабільності та динамічних характеристик з використанням стратегії ковзного режиму для контролю та спостереження. Методи. З цією метою спочатку на стороні ланки постійного струму вводиться регулятор режиму ковзання, щоб забезпечити швидку і точну реакцію на вихідну напругу навантаження. Потім використовується метод ковзного режиму для управління квадратурною та прямою складовими потужності, щоб підтримувати вхідний коефіцієнт потужності рівним одиниці. Нарешті цей підхід використовується для розробки двох спостерігачів для оцінки напруги мережі та зміни опору навантаження в режимі онлайн. Для подолання проблеми, пов'язаної з використанням класичного низькочастотного фільтру, використовується алгоритм адаптивної компенсації, що компенсує загасання амплітуди і фазової затримки напруг мережі, що спостерігаються. Цей алгоритм заснований на використанні двох низькочастотних фільтрів у каскаді та забезпечує мінімізацію брязкоту. Результати. Були проведені порівняльні дослідження між методом керування ковзним режимом для керування трифазним випрямлячем AC-DC з широтно-імпульсною модуляцією та іншими традиційними методами. Перевірка за допомогою моделювання та проведені випробування дали дуже задовільні результати та довели ефективність та здійсненність ковзного режиму як для управління, так і для спостереження за трифазним випрямлячем з широтно-імпульсною модуляцією
Performance enhancement of direct torque control induction motor drive using space vector modulation strategy
Get PDFPurpose. The main objective of this work is to demonstrate the advantages brought by the use of space vector modulation technique in the direct torque control of the induction motor. To achieve this purpose, two different direct torque control approaches (with space vector modulation) are proposed and studied from a comparative aspect with each other and with the conventional direct torque control. The novelty of this work consists in the employment of an Integral-Proportional (IP) speed controller in the two proposed direct torque control approaches and a more in-depth evaluation for their performance mainly the switching frequency of inverter semiconductor components and motor torque ripples. Methods. Two different direct torque control approaches that use the space vector modulation strategy and/or fuzzy-logic control, are described in detail and simulated with IP speed controller. The simulation experiments are carried out using Matlab/Simulink software and/or fuzzy-logic tools. Results. Practical value. Comparison results show that the two proposed direct torque control structures (with space vector modulation) exhibit a large reduction in torque ripples and can also avoid random variation problem of switching frequency (over a wide range of speed or torque control). On the other hand, the use of IP speed regulator ensured good dynamic performance for the drive system as well as considerably minimized peak overshoot in the speed response. Practically all of these benefits are achieved while retaining the simplicity and the best dynamic characteristics of the classical direct torque control, especially with the modified direct torque control approach in which the design or implementation requires minimal computational effort.Мета. Основна мета даної роботи – продемонструвати переваги використання методу модуляції просторового вектора при прямому регулюванні крутного моменту асинхронного двигуна. Для досягнення цієї мети запропоновано два різних підходи до прямого управління крутним моментом (з модуляцією просторового вектора), які досліджуються з порівняльної точки зору одного з іншим, а також зі звичайним прямим керуванням крутним моментом. Новизна роботи полягає у використанні інтегрально-пропорційного (IП) регулятора швидкості в двох запропонованих підходах до прямого регулювання крутного моменту та більш поглибленій оцінці їх ефективності, головним чином, частоти перемикань напівпровідникових компонентів інвертора та пульсації крутного моменту двигуна. Методи. Два різних підходи до прямого керування крутним моментом, які використовують стратегію модуляції просторового вектора та/або керування нечіткою логікою, детально описані та змодельовані за допомогою ІП-регулятора швидкості. Обчислювальні експерименти проводяться з використанням програмного забезпечення Matlab/Simulink та/або інструментів нечіткої логіки. Результати. Практична цінність. Результати порівняння показують, що дві запропоновані структури прямого керування крутним моментом (з модуляцією просторового вектора) демонструють значне зниження пульсації крутного моменту, а також можуть уникнути проблеми випадкових змін частоти перемикання (у широкому діапазоні регулювання швидкості або крутного моменту). З іншого боку, використання ІП-регулятора швидкості забезпечило хороші динамічні характеристики для приводної системи, а також значно знизило пікове перевищення швидкості. Практично всі ці переваги досягаються при збереженні простоти та найкращих динамічних характеристик класичного прямого керування крутним моментом, особливо з модифікованим підходом прямого керування крутним моментом, при якому проектування або впровадження вимагає мінімальних обчислювальних витрат
Наближений метод розрахунку магнітного поля повітряних ліній електропередачі 330-750 кВ в зоні виконання робіт без зняття напруги
Get PDFProblem. In order to organize effective protection of working personnel from the action of strong electromagnetic influence when performing work on live high-voltage power lines (HVPL), the existing methods of calculating the magnetic field (MF) need to be developed in the direction of their simplification during operational use. Goal. The purpose of the work is to develop an approximate method and a simplified methodology for calculating the magnetic field flux density near the surface of the 330-750 kV HVPL wires for the prompt determination of the safe distance of the working personnel to the surface of the HVPL wires at the current value of their operating current. Methodology. A new approximate method of calculating the flux density of the MF in the area of work on live HVPL based on the Biot-Savart law and determining the maximum values of the flux density of the MF on the axes of symmetry N of the suspension of N wires, which are decisive for the protection of working personnel, is proposed. Results. Exceeding the maximum acceptable level of the MF for individual power lines at their nominal currents, adopted in the European Union, and the need to implement measures to reduce MF were revealed. Originality. It is shown that the distribution of the 330-750 kV HVPL near N of its split wires with an error of no more than 2.5 % can be determined by the current of only one of the phases of the HVPL. This distribution of MF, which is uneven, is determined by the order of axial symmetry N with the maximum values of the flux density of the MF lying on the axes of symmetry N of the suspension of the phase wires. Practical value. The development of an approximate method and a simplified methodology for calculating the flux density of the MF near the surface of the wires of 330-750 kV HVPL, which allows you to quickly, without the use of a computer, calculate the safe distance to the wires of a specific HVPL at the current value of its operating current, as well as determine the necessary measures for the protection of personnel from the MF, which can be implemented either by physically limiting the minimum distance from the worker's body to the surface of the wires to a dangerous one, or by necessary reduction of the HVPL operating current during repair work. Verification. An experimental verification of the proposed method and methodology was carried out on a laboratory installation with a mock-up of a phase of a 330 kV HVPL from AC 400 type wires at 1500 A current, which confirmed the correctness of the proposed calculation relationships.Проблема. Для організації ефективного захисту робочого персоналу від дії сильного електромагнітного впливу при виконанні робіт на високовольтних лініях електропередачі (ЛЕП) під напругою, потребують розвитку існуючі методи розрахунку магнітного поля (МП) в напрямі їх спрощення при оперативному використанні. Мета. Метою роботи є розробка наближеного методу та спрощеної методики розрахунку індукції магнітного поля поблизу поверхні проводів ЛЕП 330-750 кВ для оперативного визначення безпечної дистанції робочого персоналу до поверхні проводів ЛЕП при поточному значенні їх робочого струму. Методологія. Запропоновано новий наближений метод розрахунку індукції МП в зоні виконання робіт на ЛЕП під напругою, що ґрунтується на законі Біо-Савара, та визначенні максимальних значень індукції МП ЛЕП на осях симетрії N підвісу N проводів, що є визначальними для захисту робочого персоналу. Результати. Виявлено перевищення прийнятого в Євросоюзі гранично допустимого рівня МП для окремих ЛЕП при їх номінальних струмах, та необхідність реалізації заходів із зменшення МП. Оригінальність. Показано, що розподіл МП ЛЕП 330-750 кВ поблизу N її розщеплених проводів з похибкою не більш 2,5 % може визначатися за МП тільки однієї із фаз ЛЕП. Цей розподіл МП, що є нерівномірним, визначається порядком осьової симетрії N з максимальними значеннями індукції магнітного поля, що лежать на осях симетрії N підвісу проводів фаз. Практична цінність. Виконана розробка наближеного методу і спрощеної методики розрахунку індукції магнітного поля поблизу поверхні проводів високовольтної ЛЕП 330-750 кВ, що дозволяють оперативно, без використання комп’ютера, розраховувати безпечну відстань до проводів конкретної ЛЕП при поточному значенні її робочого струму, а також визначати необхідні заходи із захисту персоналу від МП, які можуть бути реалізовані або шляхом фізичного обмеження мінімальної відстані від тіла робітника до поверхні проводів до небезпечної, або необхідного зменшення робочого струму ЛЕП на час ремонтних робіт. Верифікація. Здійснено експериментальну перевірку запропонованих метода та методики на лабораторній установці з макетом фази ЛЕП 330 кВ із проводів типу АС 400 при струмі 1500 А, яка підтвердила коректність запропонованих розрахункових співвідношень