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 power flow analysis under photovoltaic and wind power uncertainties using the blood-sucking leech optimizer
Get PDFIntroduction. Optimal power flow (OPF) is a fundamental task in modern power systems, aiming to ensure cost-effective generation dispatch and efficient energy distribution. The increasing integration of renewable energy sources such as photovoltaic (PV) and wind turbines (WT), alongside conventional thermal units, introduces significant variability and uncertainty into system operations. Problem. The OPF problem is nonlinear, constrained by complex technical limits, and further complicated by the stochastic nature of PV and WT power generation. Efficiently addressing these uncertainties while maintaining system optimality remains a major challenge. The goal of this study is to solve the OPF problem in power networks that integrate PV and WT systems, while accounting for the uncertainty in their power outputs. Methodology. The stochastic behavior of PV and WT units is modeled using probability distribution functions. A novel bio-inspired metaheuristic, the Blood-Sucking Leech Optimizer (BSLO), is proposed and benchmarked against two well-established algorithms: Particle Swarm Optimization (PSO) and Grey Wolf Optimizer (GWO). Simulations are conducted on both the IEEE 30-bus test system and a real Algerian transmission network. Results. The BSLO algorithm consistently outperforms PSO and GWO in minimizing generation cost, power losses, and voltage deviation across all tested scenarios. Scientific novelty. This work considers both single and multi-objective OPF formulations, whereas most previous studies focus solely on single-objective approaches. It integrates renewable generation uncertainty through probabilistic modeling and introduces a novel metaheuristic (BSLO). Validation on a real Algerian power grid confirms the method’s robustness and practical relevance. Practical value. The results confirm the BSLO algorithm as a promising and effective tool for solving complex, renewable-integrated OPF problems in real-world power systems, contributing to more reliable, economical, and flexible grid operation. References 48, tables 13, figures 17.Вступ. Оптимальний розподіл потужності (OPF) є фундаментальним завданням у сучасних енергосистемах, спрямованим на забезпечення економічно ефективного розподілу та генерації енергії. Зростаюча інтеграція відновлюваних джерел енергії, таких як фотоелектричні (PV) та вітрові турбіни (WT), поряд з традиційними тепловими установками, вносить значну мінливість та невизначеність у роботу системи. Проблема. Завдання OPF є нелінійним зі складними технічними обмеженнями та додатково ускладненим стохастичною природою генерації електроенергії PV та WT установками. Ефективне вирішення цих невизначеностей за збереження оптимальності системи залишається серйозною проблемою. Метою роботи є вирішення завдання OPF в енергомережах з інтегрованими PV та WT системами з урахуванням невизначеності їхньої вихідної потужності. Методика. Стохастична поведінка PV та WT установок моделюється з використанням функцій розподілу ймовірностей. Запропоновано новий біоінспірований метаевристичний алгоритм на основі поведінки п’явки (BSLO), який порівнюється з двома алгоритмами, що добре зарекомендували себе: метод рою частинок (PSO) і метод сірого вовка (GWO). Моделювання проводилося як у тестовій системі IEEE з 30 шинами, так і у реальній алжирській мережі електропередачі. Результати. Алгоритм BSLO стабільно перевершує PSO та GWO щодо мінімізації вартості генерації, втрат потужності та відхилень напруги у всіх протестованих сценаріях. Наукова новизна. У цій роботі розглядаються як однокритеріальні, так і багатокритеріальні формулювання OPF, тоді як більшість попередніх досліджень фокусувалися виключно на однокритеріальних підходах. Це враховує невизначеність генерації відновлюваних джерел енергії за допомогою імовірнісного моделювання і представляє новий метаевристичний алгоритм (BSLO). Перевірка на реальній алжирській енергосистемі підтверджує надійність та практичну значущість методу. Практична значимість. Результати підтверджують, що алгоритм BSLO є перспективним та ефективним інструментом для вирішення складних завдань OPF, інтегрованих з відновлюваними джерелами енергії, у реальних енергосистемах, сприяючи більш надійній, економічній та гнучкішій роботі мережі. Бібл. 48, табл. 13, рис. 17
Діелектричні параметри фазної та поясної паперової просоченої ізоляції силових кабелів
Get PDFIntroduction. Medium voltage power cables with paper impregnated insulation remain an important component of power networks. The reliability and efficiency of such cables have been confirmed by their long service life also at nuclear power plants. Problem. It is not possible to directly determine the dielectric parameters of phase and belt paper insulation of power cables. Effective electrical diagnostic systems are required to assess the technical condition of such types of power cable insulation. The aim of the work is to substantiate the methodology for determining the dielectric properties of phase and belt paper impregnated insulation based on cumulative measurements of the electrical capacitance and the tangent of the dielectric loss angle of power cables of nuclear power plants and power networks. Methodology. The developed methodology is based on the solution of a system of linear algebraic equations of the sixth order for determining the dielectric properties of types of paper impregnated insulation of power three-core cables in a metal sheath. Scientific novelty. The differences in the structure of the probing electric field in phase and belt paper insulation depending on the inspection scheme of three-core power cables with sector cores in a metal sheath have been established. The shares of electric energy in the types of insulation under different probing electric field schemes have been determined, which allows determining the tangent of the dielectric loss angle of phase and belt paper insulation. Practical significance. The results of the practical implementation of the developed methodology for assessing the differences in the properties of phase and belt insulation of power cables of nuclear power plants and power network cables during spatial scanning of electrical insulation by frequency and voltage, respectively, are presented. References 41, figures 4, table 6.Вступ. Силові кабелі середньої напруги з паперовою просоченою ізоляцією залишаються важливою складовою електроенергетичних мереж. Надійність та ефективність таких кабелів підтверджено тривалим терміном експлуатації також на АЕС. Проблема. Безпосередньо визначити діелектричні параметри фазної та поясної паперової ізоляції силових кабелів не виявляється можливим. Для оцінки технічного стану таких видів ізоляції силових кабелів необхідні ефективні електричні системи діагностики. Метою роботи є обґрунтування методології визначення діелектричних властивостей фазної та поясної паперової просоченої ізоляції на підставі сукупних вимірювань електричної ємності та тангенсу кута діелектричних втрат силових кабелів АЕС та електричних мереж. Методика. Розроблена методика ґрунтується на розв’язанні системи лінійних алгебраїчних рівнянь шостого порядку для визначення діелектричних властивостей видів паперової просоченої ізоляції силових трижильних кабелів у металевій оболонці. Наукова новизна. Встановлено відмінності структури зондувального електричного поля у фазній та поясній паперовій ізоляції в залежності від схеми обстеження трижильних силових кабелів із секторними жилами у металевій оболонці. Визначено частки електричної енергії у видах ізоляції за різних схем зондувального електричного поля, що дозволяє визначити тангенс кута діелектричних втрат фазної та поясної паперової ізоляції. Практична значимість. Представлено результати практичної реалізації розробленої методики для оцінки відмінностей властивостей фазної та поясної ізоляції силових кабелів АЕС та кабелів енергомереж при просторовому скануванні електричної ізоляції за частотою та напругою відповідно. Бібл. 41, рис. 4, табл. 6
Improved grey wolf optimizer for optimal reactive power dispatch with integration of wind and solar energy
Get PDFThe aim of this paper is to present a new improved grey wolf optimizer (IGWO) to solve the optimal reactive power dispatch (ORPD) problem with and without penetration of renewable energy resources (RERs). It is a nonlinear multivariable problem of optimization, with multiconstraints. The purpose is to minimize real power losses and improve the voltage profile of a given electric system by adjusting control variables, such as generator voltages, tap ratios of a transformer, switching VAr sources, without violating technical constraints that are presented as equalities and inequalities. Methodology. Metaheuristics are stochastic algorithms that can be applied to solve a wide variety of optimization problems without needing specific problem structure information. The penetration of RERs into electric power networks has been increased considerably to reduce the dependence of conventional energy resources, reducing the generation cost and greenhouse emissions. It is essential to include these sources in power flow studies. The wind and photovoltaic based systems are the most applied technologies in electrical systems compared to other technologies of RERs. Moreover, grey wolf optimizer (GWO) is a powerful metaheuristic algorithm that can be used to solve optimization problems. It is inspired from the social hierarchy and hunting behavior of grey wolves in the wild. The novelty. This paper presents an IGWO to solve the ORPD problem in presence of RERs. Methods. The IGWO based on enhancing the exploitation phase of the conventional GWO. The robustness of the method is tested on the IEEE 30 bus test system. For the control variables, a mixed representation (continuous/discrete), is proposed. The obtained results demonstrate the effectiveness of the introduced improvement and ability of the proposed algorithm for finding better solutions compared to other presented methods. References 40, tables 3, figures 9.Метою статті є представлення нового покращеного оптимізатора сірого вовка (IGWO) для вирішення задачі оптимального розподілу реактивної потужності (ORPD) із застосуванням відновлюваних джерел енергії (RERs) та без них. Це нелінійне багатовимірне завдання оптимізації з безліччю обмежень. Мета полягає в тому, щоб мінімізувати реальні втрати потужності і покращити профіль напруги заданої електричної системи шляхом регулювання змінних керуючих, таких як напруги генератора, коефіцієнти відгалужень трансформатора, перемикання джерел реактивної потужності, не порушуючи технічних обмежень, які представлені у вигляді рівностей і нерівностей. Методологія. Метаевристика – це стохастичні алгоритми, які можна застосовувати для вирішення широкого спектра задач оптимізації без необхідності конкретної інформації про структуру проблеми. Проникнення RER в електромережі значно зросла задля зниження залежності від традиційних джерел енергії, зниження вартості генерації та викидів парникових газів. Вкрай важливо включити ці джерела до дослідження потоків потужності. Системи на основі вітру та фотоелектрики є найбільш застосовуваними технологіями в електричних системах порівняно з іншими технологіями RERs. Більш того, оптимізатор сірого вовка (GWO) – це потужний метаевристичний алгоритм, який можна використовувати для розв’язання оптимізації задач. Він натхненний соціальною ієрархією та мисливською поведінкою сірих вовків у дикій природі. Новизна. У цій статті представлено IGWO для вирішення проблеми ORPD при наявності RERs. Методи. IGWO, заснований на покращенні фази експлуатації звичайного GWO. Надійність методу перевірена на тестовій системі шини IEEE 30. Для керуючих змінних запропоновано змішане уявлення (безперервне/дискретне). Отримані результати демонструють ефективність введеного покращення та здатність запропонованого алгоритму знаходити кращі рішення порівняно з іншими методами. Бібл. 40, табл. 3, рис. 9
Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
Get PDFIntroduction. In this paper, the adaptive finite time controller is designed for flexible-joint manipulator (FJM) to stabilize oscillations and track the desired trajectory based on synergetic control theory (SCT) under disturbance inputs. The problem of the proposed work consists in the development of a mathematical model of the flexible joint while ignoring the nonlinear components of the actuator and synthesizing the control law that ensures the system stability within a settling time. The aim of this study is to use finite-time synergetic controller to ensure the reduction of system tracking error, avoid vibration and achieve steady state in a certain time period. An adaptive synergetic law is developed to solve the problem of uncertainty in the mathematical model of the actuator of FJM and input disturbances. Methodology. First, based on SCT the finite-time controller is constructed via the functional equation of the first manifold. The control law is designed to ensure the movement of the closed-loop system from an arbitrary initial state into the vicinity of the desired attractive invariant manifold, that is, the target attracting manifold. Secondly, to adjust the control law online, an adaptive law is developed to estimate the disturbance acting on the input. Then, the Lyapunov function is used to prove that the system can be stabilized in a sufficiently small neighborhood of the origin within finite time under input disturbances. Novelty. The implemented controller is effective in ensuring stability over a given time, minimizing the jitter problem while maintaining tracking accuracy and system robustness in the presence of input noise. Results. Numerical simulation and experimental results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed method. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of the results in experimental samples. References 25, table 1, figures 7.Вступ. У роботі розроблено адаптивний кінцевий регулятор часу для гнучкого шарнірного маніпулятора (FJM) для стабілізації коливань та відстеження бажаної траєкторії на основі синергетичної теорії управління (SCT) при вхідних збуреннях. Завдання пропонованої роботи полягає у розробці математичної моделі гнучкого шарніра з ігноруванням нелінійних складових приводу та синтез закону управління, що забезпечує стійкість системи протягом часу встановлення. Метою даного дослідження є використання кінцевочасного синергетичного регулятора для забезпечення зниження помилки відстеження системи, виключення вібрації та досягнення стійкого стану за певний проміжок часу. Розроблено адаптивний синергетичний закон для вирішення проблеми невизначеності в математичній моделі приводу FJM та вхідних збурень. Методологія. По-перше, на основі SCT будується кінцевий регулятор часу за допомогою функціонального рівняння першого різноманіття. Закон управління розроблений для забезпечення переміщення замкнутої системи з довільного початкового стану в область бажаного притягуючого інваріантного різноманіття, тобто цільового різноманіття. По-друге, для налаштування закону управління в режимі онлайн розробляється адаптивний закон для оцінки обурення, що діє на вході. Потім за допомогою функції Ляпунова доводиться, що система може бути стабілізована у досить малої околиці початку координат за кінцевий час при вхідних збуреннях. Новизна. Реалізований регулятор ефективний для забезпечення стійкості протягом заданого часу, мінімізуючи проблему коливань, зберігаючи точність відстеження та надійність системи за наявності вхідного шуму. Результати. Наведено чисельне моделювання та експериментальні результати для ілюстрації ефективності запропонованого методу. Визначено напрями досліджень моделі для подальшої реалізації результатів у експериментальних зразках. Бібл. 25, табл. 1, рис. 7
Comparative analysis between classical and third-order sliding mode controllers for maximum power extraction in wind turbine system
Get PDFIntroduction. Maximizing power extraction in wind energy conversion systems is crucial for efficiency but remains a challenge due to rapid wind speed variations and the high inertia of the generator. Conventional controllers, such as the PI controller, struggle to maintain optimal performance under such dynamic conditions, leading to suboptimal power capture and increased system oscillations. The goal of this study is to enhance the efficiency of wind turbine systems by applying linear and nonlinear controllers in a maximum power point tracking (MPPT) strategy. This approach focuses on improving generator speed regulation and power conversion performance. Methods. A comparative analysis is conducted using three different control strategies: third-order sliding mode control (TO-SMC), classical sliding mode control (SMC) and PI control. These controllers are implemented in the generator speed loop of a wind turbine system, and their performance is evaluated through MATLAB/Simulink simulations. The assessment focuses on key performance metrics such as tracking accuracy, total harmonic distortion (THD), response time, and system stability. Results. The simulation results confirm that all controllers achieve MPPT, but with varying levels of effectiveness. The TO-SMC outperforms both SMC and PI controllers, offering higher efficiency, reduced chattering, better disturbance rejection, and lower THD (reduced from 73 % in SMC to 68.09 %). Additionally, TO-SMC significantly improves dynamic response, reducing overshoot and enhancing system stability. Originality. This study introduces a TO-SMC for MPPT in wind turbine systems, demonstrating its superiority over conventional control techniques. The findings highlight its ability to maintain optimal power extraction even under rapid wind variations, making it a promising solution for advanced wind energy systems. Practical value. By improving power quality, reducing system oscillations, and enhancing overall wind turbine efficiency, the proposed TO-SMC contributes to the reliable integration of wind energy into power grids. These advancements can benefit renewable energy operators, power system engineers, and researchers seeking efficient and robust MPPT solutions for wind turbines. References 13, figures 11.Вступ. Максимізація відбору потужності в системах перетворення енергії вітру має вагоме значення для ефективності, але залишається проблемою через швидкі зміни швидкості вітру та високу інерцію генератора. Звичайні контролери, такі як ПІ-контролер, важко підтримують оптимальну продуктивність в таких динамічних умовах, що призводить до неоптимального відбору потужності і збільшення коливань системи. Метою статті є підвищення ефективності систем вітряних турбін шляхом застосування лінійних та нелінійних контролерів у стратегії відстеження точки максимальної потужності (MPPT). Цей підхід фокусується на покращенні регулювання швидкості генератора та продуктивності перетворення енергії. Методи. Порівняльний аналіз проводиться з використанням трьох різних стратегій управління: керування ковзним режимом третього порядку (TO-SMC), класичне керування ковзним режимом (SMC) та ПІ-керування. Ці контролери реалізовані в контурі швидкості генератора системи вітряних турбін, а їх продуктивність оцінюється за допомогою моделювання MATLAB/Simulink. Оцінка фокусується на ключових показниках продуктивності, таких як точність відстеження, повне гармонічне спотворення (THD), час відгуку та стабільність системи. Результати моделювання підтверджують, що ці контролери досягають MPPT, але з різним рівнем ефективності. TO-SMC перевершує як SMC, так і ПІ-регулятори, пропонуючи більш високу ефективність, знижене коливань, краще зменшує перешкоди та має менше THD (знижений з 73 % у SMC до 68,09 %). Крім того, TO-SMC значно покращує динамічний відгук, зменшуючи перерегулювання та підвищуючи стабільність системи. Оригінальність. Це дослідження представляє TO-SMC MPPT в системах вітряних турбін, демонструючи його перевагу над традиційними методами управління. Результати підкреслюють його здатність підтримувати оптимальний відбір потужності навіть за швидких змін вітру, що робить його перспективним рішенням для сучасних вітроенергетичних систем. Практична цінність. За рахунок покращення якості електроенергії, зниження коливань системи та підвищення загальної ефективності вітрових турбін пропонований TO-SMC сприяє надійній інтеграції енергії вітру в електромережі. Ці досягнення можуть принести користь операторам відновлюваних джерел енергії, інженерам енергосистем та дослідникам, які шукають ефективні та надійні рішення MPPT для вітрових турбін. Бібл. 13, рис. 11
Inverter fuzzy speed control of multi-machine system series-connected fed by a single five-phase an asymmetrical 19-level inverter with less number of switches
Get PDFIntroduction. 5-phase permanent magnet synchronous machines (PMSMs) are widely used in modern electric drive systems due to their superior torque density, improved fault tolerance, and reduced torque ripple. These characteristics make them ideal for demanding applications such as electric vehicles, aerospace systems, and industrial automation. Problem. Despite their advantages, conventional multi-machine systems using multilevel inverters and PI controllers suffer from sensitivity to parameter variations, high torque ripple, and increased cost and complexity due to the large number of power switches. The goal of this work is to design and validate a compact robust drive system that enables independent vector control of two series-connected 5-phase PMSMs using a reduced switch count asymmetrical 19-level inverter and fuzzy logic controllers. Methodology. The proposed system is modeled in the phase domain and transformed using Clarke and Park transformations to enable decoupled control. Mamdani-type fuzzy logic controllers are implemented for both speed and current regulation. The system is simulated in MATLAB/Simulink to evaluate performance under dynamic conditions and parameter variations. Results. The fuzzy logic controller significantly outperforms the conventional PI controller, achieving a settling time of 0.06 s versus 0.15 s, a steady-state speed error of 0.4 % compared to 1.9 %, and a torque ripple reduction of 47 %. Under robustness testing with doubled inertia, the fuzzy controller maintains stable and accurate control, whereas the PI controller fails. Additionally, the inverter achieves near-sinusoidal output with a total harmonic distortion of less than 4.5 %, and the switch count is reduced by 66 % compared to traditional 36-switch designs. Scientific novelty. This work presents the first implementation of independent vector control for two series-connected PMSMs using a single 12-switch asymmetrical 19-level inverter and model-free fuzzy logic control, offering a simpler and more efficient alternative to existing approaches. Practical value. The proposed system provides a highly efficient and cost-effective solution for electric drive applications where space, reliability, and control robustness are essential, such as in electric transportation, avionics, and compact industrial systems. References 26, tables 4, figures 9.Вступ. П’ятифазні синхронні машини з постійними магнітами (PMSMs) широко використовуються в сучасних системах електроприводу завдяки високій щільності і зменшеній пульсації крутного моменту, та підвищеній відмовостійкості. Ці характеристики роблять їх ідеальними для багатьох застосувань – електромобілі, аерокосмічні системи та промислова автоматика. Проблема. Незважаючи на переваги, традиційні багатомашинні системи, що використовують багаторівневі інвертори та ПІ-регулятори, є чутливими до змін параметрів, високої пульсації крутного моменту, а також високій вартості і складності через велику кількість силових ключів. Метою роботи є розробка та валідація компактної надійної системи приводу, яка забезпечує незалежне векторне керування двома послідовно з’єднаними п’ятифазними PMSM з використанням асиметричного 19-рівневого інвертора зі зменшеною кількістю ключів та нечітких логічних контролерів. Методологія. Запропонована система моделюється у фазовій області з використанням перетворень Кларка та Парка для забезпечення розв’язаного керування. Реалізовано нечіткі логічні контролери типу Мамдані для регулювання швидкості і струму. Система моделюється в MATLAB/Simulink для оцінки продуктивності в динамічних умовах та зміни параметрів. Результати. Нечіткий логічний регулятор значно перевершує традиційний ПІ-регулятор, досягаючи часу встановлення 0,06 с проти 0,15 с, помилки швидкості 0,4 % проти 1,9 % і зниження пульсацій крутного моменту на 47 %. При випробуванні на надійність з подвоєним моментом інерції нечіткий логічний регулятор підтримує стабільне та точне керування, тоді як ПІ-регулятор виходить з ладу. Крім того, інвертор досягає майже синусоїдального вихідного сигналу із загальним коефіцієнтом гармонічних спотворень менше 4,5 %, а кількість перемикачів скорочено на 66 % порівняно з традиційними конструкціями з 36 перемикачами. Наукова новизна. У роботі представлена перша реалізація незалежного векторного управління для двох послідовно з’єднаних PMSMs з використанням одного асиметричного 19-рівневого інвертора з 12 перемикачами та нечіткого логічного управління без моделі, що пропонує більш просту та ефективну альтернативу існуючим підходам. Практична значимість. Пропонована система є високоефективним та економічним рішенням для електроприводів, де важливі компактність, надійність і стійкість управління, наприклад, в електротранспорті, авіоніці та компактних промислових системах. Бібл. 26, табл. 4, рис. 9
Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
Get PDFIntroduction. The operating safety of a variable-speed drive is of paramount importance in industrial sectors, such as electric propulsion for ships, rail transport, electric cars, and aircraft, where reliability, maintainability, and safety are top priorities. Problem. One solution to improve the availability of a variable-speed drive is the use of a double star induction machine (DSIM). This machine can provide active or passive redundancy. Redundancy is active if both converters operate simultaneously, and the failure of one of them does not affect system operation. Passive redundancy is passive if only one converter is operating and the 2nd is on standby; the latter will only operate if the first fails. Goal. Improving the availability of a DSIM by the operation in active redundant of the machine supply system. Methodology. Use scalar control to control the machine power system in active redundancy. Simulation results with this scalar control demonstrated the need to equip this control with a decoupling of the variables responsible for machine magnetization and torque production. Field-oriented control (FOC) is then used to ensure the reconnection of a converter after a failure for active redundancy operation, without the risk of significant torque ripples. Scientific novelty. To increase the availability of the variable speed drive, an original control strategy for reintegrating the repaired faulty inverter is implemented to allow the repaired inverter to resume operation of the drive motor. This strategy control is based on the specific use of FOC to resynchronize the output frequency of the repaired inverter with the motor speed. Results. The results demonstrated the value of vector control in each star power supply system to avoid transient over currents at the input of the 2nd converter, by synchronizing the frequency of the 2 converters to the rotor speed. Practical value. An experimental model around a DSIM is set up to validate the active redundancy operation of the system. Active redundancy provides the variable speed drive with an increase in the reliability of the variable speed drive and significantly improves the availability rate of the driven load, since the disconnection of one of the 2 converters following a failure does not affect the operation of the machine. References 17, tables 2, figures 13.Вступ. Безпека експлуатації частотно-регульованого приводу має першорядне значення в таких галузях промисловості, як електроприводи для суден, залізничного транспорту, електромобілів та літаків, де надійність, ремонтопридатність та безпека є головними пріоритетами. Проблема. Одним із рішень для підвищення готовності частотно-регульованого приводу є використання асинхронного двигуна з подвійною зіркою (DSIM). Цей двигун може забезпечувати активне чи пасивне резервування. Резервування активно, якщо обидва перетворювачі працюють одночасно, і відмова одного з них не впливає на роботу системи. Пасивне резервування пасивне, якщо працює лише один перетворювач, а другий перебуває у резерві; останній працюватиме лише у разі відмови першого. Мета. Підвищення готовності DSIM завдяки роботі в режимі активного резервування системи живлення машини. Методика. Використання скалярного керування для управління системою живлення машини в режимі активного резервування. Результати моделювання з використанням скалярного управління показали необхідність оснащення управління поділом змінних, що відповідають за намагнічування машини та створення крутного моменту. Далі використовується полеорієнтоване управління (FOC) для забезпечення повторного підключення перетворювача після відмови для роботи в режимі активного резервування без ризику значних пульсацій крутного моменту. Наукова новизна. Для підвищення готовності перетворювача частоти реалізовано оригінальну стратегію управління для повторного підключення відремонтованого несправного перетворювача, що дозволяє відремонтованому перетворювачу відновити роботу приводного двигуна. Ця стратегія управління заснована на специфічному використанні FOC для повторної синхронізації вихідної частоти відремонтованого перетворювача зі швидкістю двигуна. Результати продемонстрували цінність векторного управління в кожній зіркоподібній системі електропостачання для запобігання перехідним струмам на вході другого перетворювача шляхом синхронізації частоти двох перетворювачів зі швидкістю ротора. Практична цінність. Створено експериментальну модель на основі DSIM для перевірки роботи системи в режимі активного резервування. Активне резервування забезпечує підвищення надійності перетворювача частоти і значно покращує коефіцієнт готовності навантаження, оскільки відключення одного з двох перетворювачів після відмови не впливає на роботу машини. Бібл. 17, табл. 2, рис. 13
Чисельно-польовий аналіз диференціального реактивного опору розсіювання обмотки статора трифазних асинхронних двигунів
Get PDFIntroduction. The differential leakage reactance (DLR) of the stator winding of three-phase induction motors (TIM) is considered. It is known that DLR is the sum of the self-induction resistances of the winding from all harmonics of its magnetic field, excluding the first one, and its analytical definition is too complicated. But this reactance is a mandatory design element, including for calculating a number of other parameters and characteristics of such motors. Problem. Because of this, in the current classical design methods, the DLR are determined by a simplified formula with the addition of a number of coefficients, tabular and graphical dependencies. As a result, not only the physical and mathematical meaning of DLR is lost, but even the accuracy of its calculation is difficult to assess. Goal. The purpose of the paper consists in the comparative verification of the classical design calculation of the DLR of the TIM stator winding by numerical-field analysis of the harmonic composition of the EMF of self-inductions in this winding and by the determination of the considered DLR on such a basis. Methodology. Harmonic analysis is performed by obtaining the angular and time discrete functions of the magnetic flux linkage (MFL) of the stator winding with their formation in two ways: single-position calculation of the magnetic field and conditional rotation of the phase zones of the winding, or multi-position calculations of the rotating magnetic field and determination of the MFL of stationary phase zones. Results. Computational analysis is performed for nine common variants of TIM, designed according to a single classical method with variation of their power and the number of poles. Originality. A comparison of the results of the classical and numerical-field calculations of the DLR using the FEMM program showed their large discrepancy, which is attributed to the indicated inadequacy of the first one, since the second option is devoid of the shortcomings of the first one due to the fact that it takes into account the dimensions of the TIM structures, the saturation of the magnetic circuit and the physical and mathematical essence of the parameters and values under consideration. Practical value. The presented method of numerical-field analysis and the obtained results of calculating the DLR of the TIM stator winding are recommended as a basis for improving the system of their design. At the same time, a similar approach can be applied to the DLR of the TIM rotor winding, but taking into account its features. References 27, tables 13, figures 7.Вступ. Розглядається диференціальний реактивний опір розсіювання (ДРОР) обмотки статора трифазних асинхронних двигунів (ТАД). Відомо, що ДРОР є сумою опорів самоіндукції обмотки від усіх гармонік її магнітного поля за виключенням першої і його аналітичне визначення є надто складним. Але цей опір є обов’язковим елементом проєктування, в тому числі для розрахунку низки інших параметрів та характеристик таких двигунів. Проблема. Через це в чинних класичних методиках проєктування ДРОР визначаються за спрощеною формулою з додаванням низки коефіцієнтів, табличних і графічних залежностей. У підсумку не тільки втрачається фізико-математичний сенс ДРОР, але навіть точність його розрахунку оцінити важко. Мета роботи полягає у порівняльній перевірці класичного проєктного розрахунку ДРОР обмотки статора ТАД шляхом чисельно-польового аналізу гармонічного складу ЕРС самоіндукцій в цій обмотці і визначення на такій основі ДРОР, що розглядається. Методика. Гармонічний аналіз відбувається за отриманням кутових та часових дискретних функцій магнітного потокозчеплення (МПЗ) обмотки статора з їхнім формуванням двома способами: однопозиційним розрахунком магнітного поля і умовним обертанням фазних зон обмотки, або багатопозиційними розрахунками обертового магнітного поля і визначенням МПЗ нерухомих фазних зон. Результати. Розрахунковий аналіз виконано для дев’яті поширених варіантів ТАД, запроєктованих за єдиною класичною методикою з варіюванням їхньої потужності та кількості полюсів. Оригінальність. Порівняння результатів класичного і чисельно-польового розрахунків ДРОР за програмою FEMM показало їхню велику розбіжність, що віднесено до зазначених умовностей і припущень першого, тому що другий варіант позбавлений недоліків першого завдяки тому, що він враховує розміри конструкцій ТАД, насичення магнітопроводу і фізико-математичну сутність параметрів і величин, що розглядаються. Практична цінність. Надана методика чисельно-польового аналізу і отримані результати розрахунку ДРОР обмотки статора ТАД рекомендуються як основа для удосконалення системи їхнього проєктування. При цьому аналогічний підхід можна застосувати і для ДРОР обмотки ротора ТАД, але з урахуванням її особливостей. Бібл. 27, табл. 13, рис. 7
Type-2 fuzzy logic controller-based maximum power point tracking for photovoltaic system
Get PDFIntroduction. Photovoltaic (PV) systems play a crucial role in converting solar energy into electricity, but their efficiency is highly influenced by environmental factors such as irradiance and temperature. To optimize power output, Maximum Power Point Tracking (MPPT) techniques are used. This paper introduces a novel approach utilizing a Type-2 Fuzzy Logic Controller (T2FLC) for MPPT in PV systems. The novelty of the proposed work lies in the development of a T2FLC that offers enhanced adaptability by managing a higher degree of uncertainty, we introduce an original method that calculates the error between the output voltage and a dynamically derived reference voltage, which is obtained using a mathematical equation. This reference voltage adjusts in real-time based on changes in environmental conditions, allowing for more precise and stable MPPT performance. The purpose of this paper is to design and validate the effectiveness of a T2FLC-based MPPT technique for PV systems. This approach seeks to enhance power extraction efficiency in response to dynamic environmental factors such as changing irradiance and temperature. The methods used in this study involve the implementation of T2FLC to adjust the duty cycle of a DC-DC converter for continuous and precise MPPT. The system was simulated under various environmental conditions, comparing the performance of T2FLC against T1FLC. The results show that the T2FLC MPPT system significantly outperforms traditional methods in terms of tracking speed, stability, and power efficiency. T2FLC demonstrated faster convergence to the MPP, reduced oscillations, and higher accuracy in rapidly changing environmental conditions. The findings of this study confirm the practical value of T2FLC logic in improving the efficiency and stability of PV systems, making it a promising solution for enhancing renewable energy technologies. References 33, tables 4, figures 10.Вступ. Фотоелектричні (PV) системи відіграють вирішальну роль у перетворенні сонячної енергії в електрику, але їхня ефективність сильно залежить від факторів навколишнього середовища, таких як освітленість та температура. Для оптимізації вихідної потужності використовують методи відстеження точки максимальної потужності (MPPT). У цій статті наведено новий підхід з використанням контролера нечіткої логіки типу 2 (T2FLC) для MPPT у PV системах. Новизна запропонованої роботи полягає у розробці T2FLC, який забезпечує покращену адаптивність за рахунок управління вищим ступенем невизначеності; ми представляємо оригінальний метод, який обчислює помилку між вихідною напругою та динамічно отриманою опорною напругою, яка виходить за допомогою математичного рівняння. Ця опорна напруга регулюється в режимі реального часу на основі змін умов довкілля, що дозволяє забезпечити більш точну та стабільну роботу MPPT. Метою статті є розробка та перевірка ефективності методу MPPT на основі T2FLC для PV систем. Цей підхід спрямований на підвищення ефективності отримання енергії у відповідь на динамічні фактори навколишнього середовища, такі як зміна освітленості та температури. Методи, що використовуються у цьому дослідженні, включають реалізацію T2FLC для регулювання робочого циклу DC-DC-перетворювача для безперервного та точного MPPT. Система була змодельована у різних умовах навколишнього середовища, порівнюючи продуктивність T2FLC та T1FLC. Результати показують, що система MPPT T2FLC значно перевершує традиційні методи з погляду швидкості відстеження, стабільності та енергоефективності. T2FLC продемонструвала більш швидку збіжність до MPP, знижені коливання та більш високу точність у швидко мінливих умовах довкілля. Результати цього дослідження підтверджують практичну цінність логіки T2FLC для підвищення ефективності та стабільності PV систем, що робить її перспективним рішенням для покращення технологій відновлюваної енергії. Бібл. 33, табл. 4, рис. 10
Розподіли об’ємів складових плазмових каналів розрядних струмів між гранулами металів у робочих рідинах
Get PDFIntroduction. Expanding the capabilities of a number of modern technologies and improving quality of their products require detailed spark and plasma erosion processes control in metal granules layers (MGL). Problem. Traditional measurement of exclusively electrical parameters of these processes, even in the case of multi-electrode systems, provides only a general vision, not allowing monitoring processes in individual plasma channels. Optical control methods make it possible to simultaneously have information about almost every plasma channel in the MGL. The aim of the article is to study the characteristic components of plasma channels arising as a result of the flow of discharge currents in the MGL and to establish the laws of distribution of their volumes and their ratios. Methodology. During the experiments, photographs of plasma channels resulting from the flow of discharge current pulses between Al granules immersed in distilled water were obtained. Using the specialized ToupView program, the volumes of equivalent ellipsoids of rotation, approximating the colored halos and white cores of the plasma channels were determined. Discrete distributions of the volumes of the halo and cores of plasma channels, as well as their ratios were constructed both with and without procedures for screening out «anomalous» results. The efficiency of approximation of discrete distributions obtained in practice by continuous theoretical distributions Weibull, Rosin-Rammler and log-normal was estimated. Results. It is shown that of all the considered theoretical distributions of halo and cores of plasma channels volumes, as well as their ratios, the most adequate is the log-normal one. Originality. For the first time distributions of volumes of halo and cores of plasma channels were studied and their comparative analysis with the size distributions of erosion particles and dimples on the surface of Al granules was given. Practical significance. Taking into account the new obtained results, a technique for constructing distributions of volumes of halo and cores of plasma channels and determining their parameters has been developed. References 53, figures 7, tables 5.Вступ. Розширення можливостей та підвищення якості продукції іскроерозійних технологій потребує залучення не тільки електричних, а і оптичних методів контролю процесів. Проблема. Створення методів керування властивостями іскроерозійних частинок на основі даних оптичних вимірювань потребує вирішення декількох науково-практичних задач. Мета. Визначення законів розподілу об’ємів кольорових гало та білих іскрових ядер плазмових каналів, які виникають у шарі гранул металів в результаті протікання імпульсних розрядних струмів. Методологія. Аналіз якості апроксимації отриманих в ході експериментів розподілів об’ємів складових плазмових каналів низкою теоретичних розподілів. Отримані результати. Найбільш адекватним серед усіх розглянутих теоретичних законів, що описують розподіли об’ємів гало і ядер плазмових каналів, а також їхніх відношень, є логарифмічно-нормальний. Оригінальність. Вперше досліджено розподіли об’ємів гало і ядер плазмових каналів та наведено їх порівняльний аналіз з розподілами розмірів ерозійних частинок і лунок на поверхні гранул Al. Практична значимість. Розроблено методику побудови розподілів об’ємів гало і ядер плазмових каналів. Бібл. 53, рис. 7, табл. 5