Wykorzystanie algorytmu populacyjnego do poprawy oddziaływania na sieć układów przekształtnikowych stosowanych w trakcji elektrycznej

• Autorzy: Kulesz B. , Sikora A. , Zielonka A.

Warianty tytułu

EN

Application of population based algorithm for improving the impact of converter devices used in electric traction on power network

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Procedury optymalizacyjne są obecnie standardowo wykorzystywane w projektowaniu transformatorów, jak również do pewnych szczegółowych zagadnień związanych z konstrukcją i eksploatacją transformatorów. W artykule podano krótki przegląd najczęściej używanych procedur wraz z możliwościami ich zastosowania. Zaprezentowano również konkretny przykład zastosowania algorytmu z grupy populacyjnych (ACO-Ant Colony Optimization). Rozważano układ przetwarzania energii z transformatorem wielofazowym i prostownikami diodowymi, stosowany często w trakcji elektrycznej tramwajowej w Polsce. W układzie takim, przy zasilaniu transformatora napięciem odkształconym, rośnie pulsacja napięcia wyprostowanego i pojawiają się dodatkowe harmoniczne tego napięcia. Idea poprawy pulsacji bazuje na zastosowaniu podobciążeniowego przełącznika zaczepów na jednym z wtórnych uzwojeń transformatora dla ustawienia pewnego balansu napięć obu uzwojeń wtórnych. Do obliczenia nastawy przełącznika w konkretnych warunkach zasilania użyto algorytmu mrówkowego. Zaprezentowano porównanie spektrum harmonicznych w napięciu wyprostowanym i prądzie zasilania transformatora dla kilku różnych kształtów napięcia zasilania.

EN

Optimization procedures are nowadays a standard approach in overall transformer design, they also may be utilized for some detailed issues related toconstruction and operation of transformers. An overview of most useful procedures together with examples of their use is given in the paper. Example of applicati on of particle swarm optimization algorithm, namely Ant Colony Optimization is presented. We have discussed energy transformation circuit containing multi-phase transformer and diode rectifiers; this circuit is often used in tram traction substation in Poland. In this circuit, when supply voltage is distorted, pulsation of dc (rectified) voltage is increased and additional voltage higher harmonics start to appear. The concept of improving (i.e. lessening) pulsation in dc voltage is based upon used of on-load tap changer applied to one of transformer’s secondary windings in order to adjust voltage unbalance of secondary delta and wye windings. To calculate settings of tap changer under specified supply conditions we used ACO algorithm. Comparison of harmonic spectra in dc voltage and supply current for several different supply voltage waveforms is given

Słowa kluczowe

PL

trakcja elektryczna; transformator prostownikowy; nierównowaga napięć; optymalizacja; algorytmy populacyjne; napięcie odkształcone

EN

electric traction; rectifier transformer; voltage unbalance; optimization; population-based algorithms; distorted voltage

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 3 (119)
• Strony: 107--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Kulesz B.

• Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Sikora A.

• Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Zielonka A.

• Politechnika Śląska, Gliwice

Bibliografia

• [1]. P. S. Georgilakis, “Spotlight on Modern Transformer Design”, Springer-Verlag London, DOI 10.1007/978-1-84882-667-0, str. 219-261.
• [2]. E. I. Amoiralis, M. A. Tsili, A. G. Kladas, “Transformer Design and Optimization: A Literature Survey”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 24, Issue 4,Oct. 2009, p.1999-2024.
• [3]. J.Smolka, A. J. Nowak, “Shape Optimization of Coils and Cooling Ducts in Dry-Type Transformers Using Computational Fluid Dynamics and Genetic Algorithm”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.47, Issue 6, June 2011, p. 1726-1731.
• [4]. B. Baodong, X. Dexin, C. Jiefan, O. A. Mohammed, “Optimal Transposition Design of Transformer Windings by Genetic Algorithms”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.31, Issue 6, Nov.1995, p. 3572-3574.
• [5]. A.Khatri, H. Malik, O. P. Rahi, “Optimal Designof Power Transformer Using Genetic Algorithm”, 2012 International Conference on Communication Systems and Network Technologies, p. 830-833.
• [6]. R. Poli, “Analysis of the Publications on the Applications of Particle Swarm Optimisation”, Journal of Artificial Evolution and Applications, Vol.2008, doi:10.1155/2008/685175.
• [7]. M. Dorigo “Optimization, Learning and Natural Algorithms” (w jęz. włoskim), rozprawa doktorska, Dipartimento di Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano, Milan (1992)
• [8]. M. D. Toksari, “Ant Colony Optimization for finding the global minimum”, Applied Mathematics and Computation, Vol. 176, Issue 1, May 2006, p. 308–316.
• [9]. E. I. Amoiralis, M. A. Tsili, P. S. Georgilakis, A. G. Kladas, “Ant Colony Solution to Optimal Transformer Sizing”, 2007 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, p. 1-6.
• [10]. M. Fouzaï, T. Zouaghi, “Ant Colony Algorithm Applied to Power Transformer Optimization”, 2013 International Conference on Electrical Engineering and Software Applications, p. 1-5.
• [11]. R. Korab, R. Owczarek, M. Połomski, “Optymalizacja nastaw przesuwników fazowych z wykorzystaniem algorytmu roju cząstek”, Przegląd Elektrotechniczny, R.93, nr 3/2017, str.60-64.
• [12]. J. Du, Y. Feng, G. Wu, P. Li, Z. Mo, Optimal design for rectifier transformer using improved PSO algorithm”, 2010 International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation (ICMTMA), p. 828–831.
• [13]. J. Du, P. Li, G. Wu, H. Bai, J. Shen, “Improved PSO algorithm and its application in optimal designfor rectifier transformer”, 2010 International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems (ICISS),p. 605–608.
• [14]. W.Shurong, C. Duwu, Z. Hongfang, Y. Gang, “Optimization Design of Rectifier Transformer Coil Based on Genetic Algorithm”, The 4th International Power Electronics and Motion Control Conference IPEMC 2004, p.549-552.
• [15]. X. Tao, S. H. Wang, Y. P. H. Fu, D. S.Yuan, S. Wang, “Optimal Design of Rectifier Transformer”, 2015 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices (ASEMD), p.376-377.
• [16]. E. I. Amoiralis, M. A. Tsili, A. G.Kladas, “Global transformer design optimization using deterministic and non-deterministic algorithms”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.50, Issue 1, 2014, p.383-394.
• [17]. V. Sheelvant, R. Kalpana, B. Singh, P. P.Saravana, “Improvement in Harmonic Reduction of a Zigzag Autoconnected Transformer Based 12-Pulse Diode Bridge Rectifier by Current Injection at DC Side”, IEEE Transactions on Industry Applications (Volume: 53, Issue: 6, Nov.-Dec. 2017), p.5634-5644
• [18]. R.Eberhart, J.Kennedy, “A new optimizer using particle swarm theory”. Sixth International Symposium on Micro Machine and Human Science, 1995.
• [19]. A. Sikora, B. Kulesz, „Racjonalne przetwarzanie napięcia - czy budować układy 24-pulsowe?”, Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Komel BOBRME Nr 2/2014, Katowice 2014, str. 29-34.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).