An adaptive controller for power quality control in high speed railway with electric locomotives with asynchronous traction motors

Abstract

Power quality in an electric railway system pertains to the dependability, consistency, and purity of the electrical power provided to different components and systems within the railway infrastructure. Assessing power quality offers considerable opportunities to improve the efficiency of railway systems. Problem. Managing the flow of active and reactive power effectively, decreasing harmonic currents, and addressing the negative sequence component are all critical parts of improving power quality for electrified rail systems. As a result, flexible AC transmission systems are the major means of minimizing or decreasing these difficulties. Purpose. This study describes a half-bridge reactive power railway power conditioner (HB-RPC) with a novel Ynev balancing transformer. HB-RPC is made up of four switching devices and two DC capacitors and the compensator’s stability is determined by the operating voltage of the DC-link. Any variations or imbalances in the DC voltage might cause the compensator to operate in an unstable manner. Novelty. Of a novel balanced transformer with HB-RPC in a high-speed railway system with two scenarios. Methods. The study utilized MATLAB/Simulink software for simulation purposes. The system integrates a fuzzy logic controller (FLC) and a PI controller to optimize DC voltage, ensuring its constancy and balance, with the objective of improving the overall stability of the system. Results. The simulation outcomes illustrate the efficacy of the control approach. Through a comparison of results between scenarios (two and four trains) with the PI-basedHB-RPC and the FLC-based-HB-RPC, the system exhibits enhanced stability for the proposed railway system when employing the FLCbased-HB-RPC, compared to a controller based on PI. Practical value. The proposed configuration elucidates its role in enhancing both the dynamic performance of the system and the power quality of the three-phase rail traction chain.Якість електроенергії в системі електричних залізниць відноситься до надійності, сталості та чистоти електроенергії, що подається різним компонентам та системам залізничної інфраструктури. Оцінка якості електроенергії відкриває значні можливості підвищення ефективності залізничних систем. Проблема. Ефективне керування потоками активноїта реактивноїпотужності, зниження гармонійних струмів та усунення компонента зворотноїпослідовності – все це важливі частини покращення якості електроенергії для електрифікованих залізничних систем. В результаті гнучкі системи передачі змінного струму є основним засобом мінімізації чи зменшення цих труднощів. Мета. Уцьому дослідженні описується напівмостовий стабілізатор реактивної потужності залізниці (HB-RPC) з новим балансуючим трансформатором Ynev. HBRPC складається з чотирьох перемикаючих пристроїв та двох конденсаторів постійного струму, а стабільність компенсатора визначається робочою напругою ланки постійного струму. Будь-які зміни або дисбаланс напруги постійного струму можуть призвести до нестабільної роботи компенсатора. Новизна. Стосується нового балансного трансформатора з HB-RPC у системі високошвидкісних залізниць із двома сценаріями. Методи. У дослідженні використовувалося програмне забезпечення MATLAB/Simulink з метою моделювання. Система поєднує контролер нечіткої логіки (FLC) та ПІ-регулятор для оптимізації напруги постійного струму, забезпечення його сталості та балансу з метою покращення загальної стабільності системи. Результати. Результати моделювання ілюструють ефективність підходу до управління. За допомогою порівняння результатів сценаріїв (два та чотири поїзди) з HB-RPC на основі ПІ та HB-RPC на основі FLC система демонструє підвищену стабільність для запропонованої залізничної системи при використанні HB на основі FLC-RPC, у порівнянні з контролером з застосуванням ПІ. Практична цінність. Запропонована конфігурація пояснює її роль у підвищенні як динамічних характеристик системи, так і якості електроенергіїтрифазного залізничного тягового кола.