2023 № 6 Електротехніка і Електромеханіка

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/70054

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 15

Optimal hybrid photovoltaic distributed generation and distribution static synchronous compensators planning to minimize active power losses using adaptive acceleration coefficients particle swarm optimization algorithms
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Labed, Mohamed Amir; Zellagui, Mohamed; Benidir, M.; Sekhane, Hocine; Tebbakh, Noureddine
The 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.
Дослідження впливу параметрів сучасних грозозахисних тросів на величину втрат потужності в них для повітряних ліній електропередавання 330-750 кВ
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Красножон, Андрій Васильович; Квицинський, Анатолій Олександрович; Буйний, Роман Олександрович; Діхтярук, Ігор Віталійович; Красножон, О. В.
Досліджено втрати електроенергії в грозозахисних системах повітряних ліній електропередавання напругою 330-750 kV з грозозахисними тросами, що містять вбудований оптоволоконний кабель. Показано, що ці втрати є значними, залежать від взаємного розташування фаз та тросу, навантаження лінії за струмом та параметрів самого тросу (співвідношення його активного та реактивного опорів) і можуть становити від 1,6 kW/km для ліній 750 kV до сотень W/km для ліній 330 kV. Визначено, що грозозахисні троси з погонним активним опором в діапазоні від 0,32 Ω/km до 1,5 Ω/km будуть мати втрати, близькі до максимальних. Вперше рекомендовано використовувати грозозахисні троси, які містять вбудований оптоволоконний кабель, з погонним активним опором не більше 0,25 Ω/km, що дозволить зменшити втрати потужності та підвищити енергоефективність повітряних ліній електропередавання 330-750 kV.
Estimation of electrical resistivity of conductive materials of random shapes
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Gans, S.; Molnár, J.; Kováč, D.
Electrical resistivity is an important material characteristic in the field of electrical engineering and material science. There are several methods that can be used to measure resistance, like the 4-wire method which relates the resistance to a voltage drop at a given current flow, but to define the resistivity from the resistance value requires an analytical expression for the given system which requires a sufficient mathematical apparatus for describing complicated shapes. Therefore we use finite element method computations to compute the resistivity of a metal material. This approach has been already used for different materials like concrete and aluminum in the past. We then compare this method with an analytical expression that due to intuition could approximate the solution sufficiently. After that, the same material is used again to test the electrical isotropy of the sample. Novelty. A method is developed by combining the results of experimental studies and the results of mathematical modelling of the process of determining the electrical conductivity of metals. The goal is to describe and employ a method of measuring the electrical resistivity of metal objects of random shapes. Using this method, it is possible to measure the resistivity of materials without the need to manufacture them into wires or ribbons. Methods. The solution to the problem was carried out by the finite element method via the COMSOL Multiphysics 5.6 simulation program in a cartesian coordinate system and the resistance between two points of the metal sample was measured by the 4-wire method. Results. A similar resistance value was obtained when the measuring terminals were placed in different places. The difference between them was within 1,5 % and the obtained values were close to the values given by the literature for the electrical resistivity of electrical steels. Terminal size influences the measured conductivity and a max error of 5,2 % was estimated. Practical value. A method of estimating the resistivity of materials without the need to manufacture them into specific shapes, like wires or ribbons, for which analytical expressions between resistivity and resistance are easily derived.
Взаємний вплив збуджуючих та індукованих струмів у системі "круговий соленоїд – масивний провідник"
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Батигін, Юрій Вікторович; Єрьоміна, Олена Федорівна; Шиндерук, Світлана Олександрівна; Чаплигін, Євген Олександрович
В роботі одержано аналітичні вирази для кількісного аналізу результатів взаємного впливу збуджуючих та індукованих струмів і числові оцінки їх співвідношення в залежності від геометричних характеристик індукторної системи. Аналіз результатів взаємного впливу проведено на прикладі широко поширеної індукторної системи, де плоский круговий соленоїд є розташованим над поверхнею ідеалізованого масивного провідника, що подається моделлю з нескінченою електропровідністю. Показано, що вплив індукованого струму на струм у соленоїді зростає при зменшенні відстані між соленоїдом та поверхнею масивного провідника і збільшенні ширини обмотки соленоїда, що вимагає підвищення амплітуди збуджуючого струму для збереження заданої величини магнітного потоку в системі.
Особливості роботи імпульсних регуляторів в режимі передавання максимальної потужності, за наявності акумулятора на їх виході
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Ромашко, Володимир Якович; Батрак, Лариса Миколаївна; Абакумова, Олена Олегівна
Для ефективного використання нетрадиційних та відновлюваних джерел електричної енергії необхідно забезпечувати їх роботу в точці максимальної потужності, що можливо при рівності опору навантаження та вихідного опору джерела. Для узгодження опору навантаження з вихідним опором джерела між джерелом та навантаженням підключають узгоджувальний імпульсний регулятор. Досить часто кількість енергії, що отримують від подібних джерел, залежить від зовнішніх умов. Щоб забезпечити більш рівномірне надходження електричної енергії до навантаження, на виході імпульсного регулятора підключають акумулятор, що працює в буферному режимі. За таких умов навантаженням імпульсного регулятора є акумулятор, а роль навантаження джерела живлення виконуватиме вхідний опір регулятора. Цей опір залежить від величини напруги на акумуляторі, типу імпульсного регулятора та режиму його роботи. У таких випадках режим відбору максимальної потужності джерела може бути забезпечений шляхом вибору відповідного режиму роботи імпульсного регулятора. Метою роботи є аналіз умов та визначення режимів, за яких забезпечується передача від джерела в акумулятор максимально можливої кількості електричної енергії, а також особливостей роботи імпульсного регулятора у зазначеному режимі. З цією метою було визначено та проаналізовано регулювальні характеристики імпульсних регуляторів підвищувального та понижувального типів з урахуванням наявності акумулятора на їх виході. Враховуючи, що у режимі передавання максимальної потужності вихідний опір джерела та опір навантаження є величинами одного порядку, при визначенні регулювальних характеристик враховувався внутрішній опір джерела. В результаті аналізу отриманих регулювальних характеристик було визначено умови, за яких забезпечується передавання енергії від джерела до акумулятора, а також визначено параметри режиму роботи імпульсного регулятора, за яких від джерела електричної енергії буде відбиратися максимальна потужність. Оригінальністю роботи є врахування внутрішнього опору джерела електричної енергії при визначенні регулювальних характеристик імпульсних регуляторів. Одержані результати дали можливість вказати доцільний діапазон напруг акумулятора для різних типів імпульсних регуляторів, а також дати практичні рекомендації щодо вибору режиму роботи імпульсного регулятора у залежності від його типу, а також величини напруги на акумуляторі.
Performance investigations of five-level reduced switches count Η-bridge multilevel inverter
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Parimalasundar, Ezhilvannan; Muthukaruppasamy, S.; Dharmaprakash, R.; Suresh, Krishnan
This research paper describes a simple five-level single-phase pulse-width modulated inverter topology for photovoltaic grid applications. Multilevel inverters, as opposed to conventional two-level inverters, include more than two levels of voltage while using multiple power switches and lower-level DC voltage levels as input to produce high power, easier, and less modified oscillating voltage. The H-bridge multilevel inverter seems to have a relatively simple circuit design, needs minimal power switching elements, and provides higher efficiency among various types of topologies for multi-level inverters that are presently accessible. Nevertheless, using more than one DC source for more than three voltage levels and switching and conduction losses, which primarily arise in major power switches, continue to be a barrier. The novelty of the proposed work consists of compact modular inverter configuration to connect a photovoltaic system to the grid with fewer switches. Purpose. The proposed system aims to decrease the number of switches, overall harmonic distortions, and power loss. By producing distortion-free sinusoidal output voltage as the level count rises while lowering power losses, the constituted optimizes power quality without the need for passive filters. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with gating pulses and various pulse width modulation technique. Results. With conventional topology, total harmonic distortion, power switches, output voltage, current, power losses, and the number of DC sources are investigated. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely useful for deploying photovoltaic-based stand-alone multilevel inverters in grid applications.
Integrated through-silicon-via-based inductor design in buck converter for improved efficiency
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Namoune, A.; Taleb, Rachid; Mansour, N.; Benzidane, M. R.; Boukortt, A.
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.
Активний випрямляч з фіксованою частотою модуляції та векторною системою управління в режимі двонаправленого потоку енергії
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Крилов, Денис Сергійович; Холод, Ольга Ігорівна
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 усереди ні 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.
Вольт-амперні характеристики одноступеневих магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів з відмітною структурою перетворювальної ланки у вхідному контурі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Христо, О. І.
У роботі проведено експериментальне дослідження одноступеневих магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів з відмітною структурою зарядно-розрядного перетворювача у вхідному контурі. Наведено електричні параметри кожної схеми, відмічено фізичні й конструктивні особливості комутуючого дроселя вихідної ланки компресії імпульсів, та описано технічні засоби проведення експерименту. Отримано замкнуті вольт-амперні характеристики комутуючого дроселя, відповідно до яких проведено числові розрахунки інтегральних магнітних та енергетичних характеристик запропонованих моделей. Виведено аналітичні вирази для опису динаміки магнітної індукції в осерді дроселя за часом. На основі кривої гістерезису осердя роз'яснено обмінні процеси передачі енергії між джерелом живлення та комутуючим дроселем. Розглянуто енергетичні характеристики магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів в залежності від струму підмагнічування. Пояснено особливості заряду повздовжньої ємності у схемі з паралельною перетворювальною ланкою, що відбувається одночасно у двох суміжних колах. Отримано залежності споживаної потужності від напруги джерела живлення та виконано аналіз цих характеристик за різним співвідношенням між повздовжньою та поперечною ємністю суміжних ланок компресії імпульсів. Результати досліджень можуть бути застосовані при розробці низьковольтних магнітно напівпровідникових генераторів імпульсів з поліпшеними енергодинамічними параметрами.
Open circuit fault diagnosis for a five-level neutral point clamped inverter in a grid-connected photovoltaic system with hybrid energy storage system
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Abdellah, A.; Larbi, M'hamed; Toumi, D.
Recently, the number of high and medium voltage applications has increased dramatically. The connection between these different applications requires series-parallel combinations of power semiconductors. Multilevel converter topologies provide major advantages to these applications. In this paper, a grid-connected photovoltaic system with a hybrid energy storage systemusing a five-level neutral point clamped inverter is studied. Although the multilevel inverter has many advantages over the two-level inverter, it has a high probability of experiencing an open circuit fault. In this context, the five-level inverter has 24 controllable switches, one of which may experience an open circuit fault at any time. Therefore, it plays an important part in the reliability and probustness of the whole system. The novelty of this paper presents an approach to accurately detect the open circuit fault in all insulated gate bipolar transistors of a five-level neutral point clamped inverter in a photovoltaic power generation application with a hybrid energy storage system. Purpose. Before using fault-tolerant control to ensure service continuity, fault diagnosis techniques must first be used, which are the crucial phase of reliability. Methods. A detection method based on the maximum and minimum error values is proposed. These errors are calculated using the expected and measured line-to-line pole voltages. Results. The open circuit fault detection method is implemented using MATLAB/Simulink. Simulation results showed the accuracy of detecting the open circuit fault in all insulated gate bipolar transistors in a short time. Moreover, this method is adaptable to several applications and is also robust to transient regimes imposed by solar irradiation and load variations.