سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه کاشان

انصاری, محمدرضا, موسوی قهفرخی, سید محمدصادق, صفایی, شیلا. (1401). ارائۀ یک فیلتر فعال موازی بهینه‌شده برای بهبود کیفیت توان در یک کارخانۀ فولاد مبتنی بر تئوری P-Q توسعه‌یافته. سامانه مدیریت نشریات علمی, 11(3), 78-91. doi: 10.22052/11.3.3
محمدرضا انصاری; سید محمدصادق موسوی قهفرخی; شیلا صفایی. "ارائۀ یک فیلتر فعال موازی بهینه‌شده برای بهبود کیفیت توان در یک کارخانۀ فولاد مبتنی بر تئوری P-Q توسعه‌یافته". سامانه مدیریت نشریات علمی, 11, 3, 1401, 78-91. doi: 10.22052/11.3.3
انصاری, محمدرضا, موسوی قهفرخی, سید محمدصادق, صفایی, شیلا. (1401). 'ارائۀ یک فیلتر فعال موازی بهینه‌شده برای بهبود کیفیت توان در یک کارخانۀ فولاد مبتنی بر تئوری P-Q توسعه‌یافته', سامانه مدیریت نشریات علمی, 11(3), pp. 78-91. doi: 10.22052/11.3.3
انصاری, محمدرضا, موسوی قهفرخی, سید محمدصادق, صفایی, شیلا. ارائۀ یک فیلتر فعال موازی بهینه‌شده برای بهبود کیفیت توان در یک کارخانۀ فولاد مبتنی بر تئوری P-Q توسعه‌یافته. سامانه مدیریت نشریات علمی, 1401; 11(3): 78-91. doi: 10.22052/11.3.3

ارائۀ یک فیلتر فعال موازی بهینه‌شده برای بهبود کیفیت توان در یک کارخانۀ فولاد مبتنی بر تئوری P-Q توسعه‌یافته

مهندسی و مدیریت انرژی
مقاله 7، دوره 11، شماره 3، آبان 1400، صفحه 78-91    اصل مقاله (955.33 K)
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22052/11.3.3
نویسندگان
محمدرضا انصاری* 1؛ سید محمدصادق موسوی قهفرخی1؛ شیلا صفایی2
1مرکز آموزش عالی شهرضا، دانشگاه اصفهان
2گروه مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد سمیرم
چکیده
امروزه مسئلۀ کیفیت توان، پارامتری مهم برای مصرف‌کنندگان انرژی الکتریکی به‌ حساب می‌آید. المان‌های غیرخطی همچون تجهیزات الکترونیک قدرت، کوره‌های قوس الکتریکی، دستگاه‌های فرکانس‌بالا و...) دلیل اصلی وجود مشکلات مربوط به کیفیت توان و ایجاد هارمونیک در شبکه است. در این مقاله، یک روش جدید برای بهبود کیفیت توان در یک کارخانۀ فولاد ارائه شده است. در این روش، برای حذف هارمونیک‌های جریان و ولتاژ که کوره‌های القایی در یک کارخانۀ فولاد ایجاد می‌کنند، از یک فیلتر فعال موازی استفاده شده است. برای بهبود عملکرد فیلتر فعال موازی یک کنترل‌کنندۀ جدید که بر اساس تئوری P-Q  و کنترل‌کنندۀ PID طراحی گردیده، پیشنهاد شده است. همچنین در راستای افزایش عملکرد مناسب فیلتر و بهبود شاخص‌های کیفیت توان، از یک روش بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم بهینه‌سازی گرگ‌های خاکستری اصلاح‌شده برای تنظیم پارامترهای کنترل‌کننده استفاده گردیده است. با شبیه‌سازی یک کارخانۀ فولاد 10 باسه شامل 6 کورۀ القایی و استفاده از فیلتر فعال موازی ارائه‌شده در محیط نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK و آنالیز شاخص‌های هارمونیکی، کارایی ساختار پیشنهادی در افزایش کیفیت توان شبکه قدرت نشان داده شده است.
کلیدواژه‌ها
کیفیت توان؛ فیلتر فعال موازی؛ تئوری P-Q توسعه‌یافته؛ کنترل‌کنندۀ PID؛ الگوریتم گرگ‌های خاکستری؛ کارخانۀ فولاد
مراجع
  • [1] Rao, P.B.K. and Rani, P.E., "Comparison of Shunt Active Power Filter with Different Control Algorithms Using Particle Swarm Optimization Technique", International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 5, No. 7, pp.14070-14081, 2016.
  • [2] Solis-Munoz, F.J., Osornio-Rios, R.A., Romero-Troncoso, R.J. and Jaen-Cuellar, A.Y., "Differential Evolution Implementation for Power Quality Disturbances Monitoring using Open CL", Advances in Electrical and Computer Engineering, Vol. 19, No. 2, pp.13-22, 2019.
  • [3] Silva, L.G., Silva, A.A.P. and Almeida-Filho, A.T., "Allocation of Power Quality Monitors using the P-median to Identify Non-Technical Losses", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 31, No. 5, pp. 2242-2249, 2016.
  • [4] Pana, A., Baloi, A. and Matei, F.M., "From the Balancing Reactive Compensator to the Balancing Capacitive Compensator", Energies, 11, No. 8, pp. 1-24, 2018.
  • [5] Yilmaz, I., Durna, E. and Ermiş, M., "Design and Implementation of a Hybrid System for the Mitigation of PQ Problems of Medium-Frequency Induction Steel-Melting Furnaces", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 52, No. 3, pp. 2700-2713, 2016.
  • [6] Swain, S.D., Ray, P.K. and Mohanty, K.B., "Improvement of Power Quality using a Robust Hybrid Series Active Power Filter", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 32, No. 5, 3490-3498, 2017.
  • [7] Tareen, W.U.K. and Mekhielf, S., "Three-Phase Transformer less Shunt Active Power Filter With Reduced Switch Count for Harmonic Compensation in Grid-Connected Applications", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 6, pp. 4868-4881, 2018.
  • [8] Hu, H., Shao, Y., Tang, L., Ma, J., He, Z. and Gao, S., "Overview of Harmonic and Resonance in Railway Electrification Systems", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 54, No. 5, pp. 5227-5245, 2018.
  • [9] Jaraut, P., Rawat, M. and Ghannouchi, F.M., "Harmonically Related Concurrent Tri-Band Behavioral Modeling and Digital Predistortion", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 66, No. 6, pp. 1073-1077, 2019.
  • Yong, J. and Xu, W., "A Method to Estimate the Impact of Harmonic and Unbalanced Currents on the Capacity of Concentric Neutral Cables", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 31, No. 5, pp. 1971-1979, 2016.
  • Azizian Fard, M., Farrag, M.E., McMeekin, S.G. and Reid, A.J., "Partial Discharge Behavior under Operational and Anomalous Conditions in HVDC Systems", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 24, No.3, pp. 1494-1502, 2017.
  • Yang, C., Zhang, Y. and Qiu, H., "Influence of Output Voltage Harmonic of Inverter on Loss and Temperature Field of Permanent Magnet Synchronous Motor", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 55, No. 6, pp. 1-5, 2019.
  • Dao, T. and Phung, B.T., "Effects of Voltage Harmonic on Losses and Temperature Rise in Distribution Transformers", IET Generation, Transmission & Distribution, Vol. 12, No. 2, pp. 347-354, 2018.
  • Cui, H., Song, W., Fang, H., Ge, X. and Feng, X., "Resonant Harmonic Elimination Pulse Width Modulation-based High-Frequency Resonance Suppression of High-Speed Railways", IET Power Electronics, Vol. 8, No. 5, 735–742, 2015.
  • Jedrzejczak, J., Anders, G.J., Fotuhi-Firuzabad, M., Farzin, H. and Aminifar, F., "Reliability Assessment of Protective Relays in Harmonic Polluted Power Systems", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 32, No. 1, pp. 556-564, 2017.
  • Abu-Rub, H.,Malinowski, M. and Al-Haddad, K., "Power Electronics for Renewable Energy Systems, Transportation and Industrial Applications, chapter: Active Power Filter", Wiley-IEEE Press, Edition: 1, 2014.
  • Cortes, B., Araujo, L.R. and Penido, D.R.R., "Passive Filters Design Applied to an Electrical Submersible Pump System", IEEE Latin America Transactions, Vol. 16, No. 7, pp. 1992-1999, 2018.
  • Oruganti, V.S.R.V., Bubshait, A.S., Dhanikonda, V.S.S.S.S. and Simoes, M.G., "Real-Time Control of Hybrid Active Power Filter using Conservative Power Theory in Industrial Power System", IET Power Electronics, Vol. 10, No. 2, pp. 196-207, 2017.
  • Harirchi, F. and Simoes, M.G., "Enhanced Instantaneous Power Theory Decomposition for Power Quality Smart Converter Applications", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 11, pp. 9344-9359, 2018.
  • Sezgin, E. and Salor, O., "Analysis of Power System Harmonic Subgroups of the Electric Arc Furnace Currents Based on a Hybrid Time-Frequency Analysis Method", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 55, No. 4, pp. 4398-4406, 2019.
  • Hou, S.,Fei, J.,Chen, C. and Chu, Y., "Finite-Time Adaptive Fuzzy-Neural-Network Control Of Active Power Filter", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 34, No. 10, pp. 10298-10313, 2019.
  • Vahedi, H., Shojaei, A.A., Louis-A. Dessaint, L.A. and Al-Haddad, K., "Reduced DC-Link Voltage Active Power Filter Using Modified PUC5 Converter", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 2, pp. 943-947, 2018.
  • Tarisciotti, L., Formentini, A., Gaeta, A., Degano, M., Zanchetta, P., Rabbeni, R. and Pucci, M., "Model Predictive control for Shunt Active Filters with Fixed Switching Frequency", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 53, No. 1, pp. 296-304, 2017.
  • Panigrahi, R. and Subudhi, B., "Performance Enhancement of Shunt Active Power Filter using a Kalman Filter based H∞ Control Strategy", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 32, No. 4, pp. 2622–2630, 2017.
  • Geng, H., Zheng, Z., Zou, T., Chu, B. and Chandra, A., "Fast Repetitive Control with Harmonic Correction Loops for Shunt Active Power Filter Applied in Weak Grid", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 55, No. 3, pp. 3198-3206, 2019.
  • Pandove, G. and Singh, S., "Robust Repetitive Control Design for 3P4W Shunt Active Power Filter", IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 15, No. 5, pp. 2810-2818, 2019.
  • Yang, L. and Yang, J., "A Robust Dual-Loop Current Control Method with a Delay-Compensation Control Link for LCL-Type Shunt Active Power Filters", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 34, No. 7, pp. 6183-6199, 2019.
  • Carlos, G.A.A., Jacobina, C.B.A., Mello, J.P.R.A. and dos Santos, E.C., "Shunt Active Power Filter Based on Cascaded Transformers Coupled With Three Phase Bridge Converters", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 53, No. 5, pp. 4673-4681 , 2017.
  • Nademi, H., Burgos, R. and Soghomonian, Z., "Power Quality Characteristics of a Multilevel Current Source with Optimal Predictive Scheme from More-Electric-Aircraft Perspective", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 67, No. 1, pp. 160-170, 2018.
  • Fabricio, E.L.L., Junior, S.C.S., Jacobina, C.B. and Correa, M.B.R., "Analysis of Main Topologies of Shunt Active Power Filters Applied to Four-Wire Systems", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 3, pp. 2100-2112, 2018.
  • Shukla, S., Mishra, S., Singh, B. and Kumar, S., "Implementation of Empirical Mode Decomposition Based Algorithm for Shunt Active Filter", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 53, No. 3, pp. 2392-2400, 2017.
  • Chittora1, P., Singh, A. and Singh, M., "Gauss–Newton-based Fast and Simple Recursive Algorithm for Compensation using Shunt Active Power Filter", IET Generation, Transmission & Distribution, Vol. 11, No. 6, pp. 1521-1530, 2017.
  • Sasaki, H. and Machida, T., "A New Method to Eliminate AC Harmonic Currents by Magnetic Flux Compensation-Considerations on Basic Design", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-90, No. 5, pp. 2009-2019, 1971.
  • Wu, T.F.,Hsieh, H.C.,Hsu, C.W. and Chang, Y.R., "Three-Phase Three-Wire Active Power Filter with D-Σ Digital Control to Accommodate Filter Inductance Variation", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 4, No. 1, 2016.
  • Asiminoaei, L., Blaabjerg, F., Hansen, S. and Thogersen, P., "Adaptive Compensation of Reactive Power with Shunt Active Power Filters", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 44, No. 3, 2008.
  • محمدی، حمیدرضا، حاجی اکبری فینی، مسعود، «ارائۀ روش کنترلی جدید برای فیلترهای اکتیو موازی در سیستم‌های سه‌فاز چهارسیمه به‌منظور جبران‌سازی هارمونیک‌ها، نامتعادلی و توان راکتیو»، مهندسی و مدیریت انرژی، سال چهارم، شماره دوم، صفحه 2-9، 1393.
  • Akagi, H., Kanazawa, Y. and Nabae, A., "Generalized Theory of the Instantaneous Reactive Power in Three Phase Circuits", IPEC 83-int Power Electronics Conf. Tokyo Japan, pp.1375-1386, 1983.
  • Akagi, H., Kanazawa, Y. and Nabae A., "Instantaneous Reactive Power Compensator Comprising Switching Devices without Energy Storage Components", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 20, No. 3, pp. 625-630, 1984.
  • Pradhan, M. and Mishra, M.K., "Dual P-Q Theory based Energy Optimized Dynamic Voltage Restorer for Power Quality Improvement in Distribution System", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 66, No. 4, pp. 2946-2955, 2019.
  • Carne, G.D., Langwasser, M., Zhu, R. and Liserre, M., "Smart Transformer-Based Single Phase-to-Neutral Fault Management", IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 34, No. 3, pp. 1049-1059, 2019.
  • Tuyen, N.D. and Fujita, G., "PV-APF Combination Supplies Power to Nonlinear Load and Compensates Utility Current", IEEE Power and Energy Technology Systems Journal, Vol. 2, No. 1, pp. 32-42, 2015.
  • Shah, P., Hussain, I., Singh, B., Chandra, A. and Al-Haddad, K., "GI based Control Scheme for Single Stage Grid interfaced SECS for Power Quality Improvement", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 2, No. 1, pp. 869-881, 2018.
  • Mirjalili, S.A., Mirjalili, S.M. and Lewis, A., "Grey Wolf Optimizer", Advances in Engineering Software, Vol. 69, pp. 46-61, 2014.
  • Zamora, I., Albizu, I., Mazon, A.J., Sagastabeitia, K.J. and Fernandez, E., "Harmonic Distortion in an Steel Plant with Induction Furnaces", Department of Electrical Engineering University of the Basque Country Alda. Urquijo s/n, 48013 Bilbao (Spain), 2003.
  • "519-2014- IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems", IEEE, 2014.
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 1,080
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 593