An optimized FO-PID controller and predictive current control of the APF connected AWPS for power quality improvement

• Autorzy: Hamouda Noureddine , Babes Badreddine , Kahla Sami , Hamouda Cherif , Uwe Rädel

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.05.19

Warianty tytułu

PL

Zoptymalizowany kontroler FO-PID i predykcyjna kontrola prądu podłączonego APF AWPS w celu poprawy jakości energii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with the design of a new topology of arc welding power supply (AWPS) based on an active power filter (APF) suitable to feed an arc welding machine. The principal task of this welding topology is to ensure a good welding process and ensure a unity power factor correction (PF), on the grid side, an active power filter (APF) is connected in parallel between the three-phase full bridge diode rectifier and the grid. The utility of the APF is to provide a unity power factor correction of arc welding power supply (AWPS). The predictive current control (PCC) and self-tuning filter (STF) are used to control the APF. On the arc welding machine side, an optimized FO-PID controller is used to control the welding current and voltage, by controlling the full bridge buck circuit, which offers many exceptional features, like a rapid response to load and grid voltage variations, and inherent short-circuit current limit which results in an improved welding performance and weld bead quality. the performance of the proposed configuration is examined in regards to its power quality given by reading the total harmonic distortion (THD) of the grid current is 3.47%, ensuring the best regulation of the DC-link voltage of APF, and providing a good tuning of the welding voltage and current. The parameters of the FO-PID controller are extracted by a Grey Wolf Optimization approach (GWO). Simulation results are noticed as satisfactory and prove the stability, accuracy, and dynamic response of the synthesized optimized regulating system.

PL

Artykuł dotyczy zaprojektowania nowej topologii zasilania spawarki łukowej (AWPS) opartej na aktywnym filtrze mocy (APF) odpowiednim do zasilania spawarki łukowej. Podstawowym zadaniem tej topologii spawania jest zapewnienie dobrego procesu spawania i zapewnienie jednościowej korekcji współczynnika mocy (PF), po stronie sieci aktywny filtr mocy (APF) jest włączony równolegle pomiędzy trójfazowy prostownik diodowy pełnomostkowy i siatkę. Użyteczność APF polega na zapewnieniu jednościowej korekcji współczynnika mocy zasilacza do spawania łukowego (AWPS). Predykcyjne sterowanie prądem (PCC) i samodostrajający się filtr (STF) służą do sterowania APF. Po stronie spawarki łukowej zoptymalizowany kontroler FO-PID służy do sterowania prądem i napięciem spawania poprzez sterowanie obwodem pełnego mostka buck, który oferuje wiele wyjątkowych funkcji, takich jak szybka reakcja na zmiany obciążenia i napięcia sieci oraz nieodłączne ograniczenie prądu zwarciowego, co skutkuje lepszą wydajnością spawania i jakością spoiny. wydajność proponowanej konfiguracji jest badana pod kątem jakości zasilania podanej przez odczyt całkowitego zniekształcenia harmonicznego (THD) prądu sieciowego wynoszącego 3,47%, co zapewnia najlepszą regulację napięcia obwodu pośredniego APF i zapewnia dobre dostrojenie napięcia i prądu spawania. Parametry regulatora FO-PID są pozyskiwane metodą optymalizacji Gray Wolf (GWO). Wyniki symulacji oceniane są jako zadowalające i świadczą o stabilności, dokładności i dynamicznej odpowiedzi zsyntetyzowanego zoptymalizowanego układu regulacyjnego.

Słowa kluczowe

EN

arc welding power supply; active power filter; predictive current control; fractional order PID controller; gray wolf optimization

PL

zasilanie zgrzewarki; filtr aktywny; sterowanie z prognozą prądu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 5
• Strony: 102--107
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hamouda Noureddine

• Research Center in Industrial Technologies (CRTI), P.O.Box64, Cheraga16014 Algiers, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-8489-2135

autor

Babes Badreddine

• Research Center in Industrial Technologies (CRTI), P.O.Box64, Cheraga16014 Algiers, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-9256-2021

autor

Kahla Sami

• Research Center in Industrial Technologies (CRTI), P.O.Box64, Cheraga16014 Algiers, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-7596-3739

autor

Hamouda Cherif

• ALCIOM Company, Yvelines, 3 rue des vignes78220 Yvelines,France

autor

Uwe Rädel

• Technisch Universität Ilmenau, Max-Planck Ring 14, 98693 Ilmenau,German

Bibliografia

• [1] IEC 60974-1., Arc Welding Equipment, Welding power sources,2005.
• [2] Paul A.K., Power electronics help reduce diversity of arc welding process for optimal performance, in Proc. of Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES) & 2010 Power India, 2010, 1-7.
• [3] Schupp J., Fischer w., Mecke H., Welding arc control with power electronics, in Proc. Of Power Electronics and Variable Speed Drives, 2000. 443-450.
• [4] Akagi H., Trends in Active Power Line, IEEE Transactions on Power Electronics, 9 (1994), No. 3, 263-268.
• [5] Narula S., Singh B., Bhuvaneshwari G., Improved power quality based welding power supply with Over current handling capability, IEEE Transactions on Power Electronics, 31(2016), No.4, 2850-2859.
• [6] Wang J-M., Wu S-T., Yen S-C., Chiu H-J., A simple inverter for arc welding machines with current doubler rectifier, IEEE TransInd Electron, 58(2010), No.5, 278–81.
• [7] Podnebenna, S. K., Burlaka, V. V., Gulakov, S. V., Three-Phase Power Supply For Resistance Welding Machine With Corrected Power Factor, Naukovyi visnyk Natsionalnoho hirnychoho universytetu, 4 (2017), 67–72.
• [8] Narula S., Singh B. , Bhuvaneswari G., Pandey R., Improved power quality bridgeless converter-based SMPS for arc welding, IEEE Transactions on Industrial Electronics,64(2017), No.1, 275-284.
• [9] Wang J-M., S-T Wu., A novel inverter for arc welding machines, IEEE Trans Ind Electron,99(2014), No.1, 1–19.
• [10] Navarro-Crespin. Lopez A., Casanueva V. M., Azcondo F. J., Digital control for an Arc welding machine based on resonant (2013).
• [11] Altanneh N. S., Uslu A., Aydemir, M. T., Design of A Series Resonant Converter GMAW Welding Machine by Using the Harmonic Current Technique for Power Transfer, Electronics, 8 (2019).No.2, 205.
• [12] Czarnecki L.S. , Instantaneous reactive power p-q theory and power properties of three-phase systems, IEEE Transactions on Power Delivery, 21(2006), No. 1, 362-367.
• [13] Birik S., Redif S., Khadem S. k., Basu M., Improved harmonic suppression efficiency of single-phase APFs in distorted distribution systems, International Jouranl of Electronics, 103(2016), No. 2, 232-246.
• [14] Hamouda N., Babes B., Kahla S., Hamouda C., Boutaghane A., Particle Swarm Optimization of Fuzzy Fractional PDµ+I Controller of a PMDC Motor for Reliable Operation of Wire Feeder Units of GMAW Machine, Przegląd Elektrotechniczny, 96(2020), nr 12, 40-46.
• [15] Podlubny I., Fractional order system and PIλDµ controller, IEEE Transaction on Automatic Control, 44 (1999), No.1, 208-214.
• [16] Hamouda N., Benalla H., Hemsas K., Babes B., Petzoldt J., Ellinger T., Hamouda C., Type-2 Fuzzy Logic Predictive Control of a Grid Connected Wind Power Systems with Integrated Active Power Filter Capabilities, Journal of Power Electronics, 17(2017), No. 6, 1587-1599.
• [17] Hamouda N., Babes B., Kahla S., Soufi Y., Real Time Implementation of Grid Connected Wind Energy Systems: Predictive Current Controller, in Proc. Of The 2019 1st International Conference on Sustainable Renewable Energy Systems and Applications, Algeria, 2019, 1-6
• [18] Babes B., Albalawi F., Hamouda N., Kahla S., Ghoneim S. S.M., Fractional-Fuzzy PID Control Approach of Photovoltaic Wire Feeder System (PV-WFS): Simulation and HIL-Based Experimental Investigation," in IEEE Access, 9 (2021), 159933-159954
• [19] Hamouda N., Babes B., Kahla S., Beddara A., Aissa O., Boutaghane A., ANFIS Controller Design Using PSO Algorithm for MPPT of Solar PV System Powered Brushless DC Motor Based Wire Feeder Unit, in Proc.Of 2020 International Conference on Electrical Engineering (ICEE) 2020, Istanbul, Turkey.2020,1-6.
• [20] Faris H., Aljarah I., Al-Betar M.A., Mirjalili S., Grey wolf optimizer: a review of recent variants and applications, Neuralcomputing and applications, 30(2018),No. 2, 413-435.
• [21] Mostefai M., Miloudi A., Miloud Y., Parameters Estimation of Photovoltaic Module Using Grey Wolf Optimization Method, Przegląd Elektrotechniczny, 97(2021), nr 2,118-122.
• [22] Dimi-Shahraki M.H., Taghian S., Mirjalili S., An improved grey wolf optimizer for solving engineering problems, Expert Systems with Applications, 166 (2021), No. 1, 113917.