https://repository.utm.md/handle/5014/28565 2026-04-20T20:47:46Z https://repository.utm.md/handle/5014/28587 Universal continuous model of active power factor correctors AMELINA, M.; AMELIN, S.; YAKIMENKO, I. The purpose of the work is to develop continuous mathematical models of power factor correctors for switch-mode power supplies. The models are designed to solve optimization problems aimed at increasing the energy efficiency of these devices. This goal was achieved by developing a universal continuous averaged model of switch-mode voltage converters, which are an integral part of any active power factor corrector. State-space averaging method was proposed for constructing such a universal model. It has been shown that such a model adequately reproduces the processes in any of the main types of DC-DC voltage converters. The possibility of constructing a mathematical model of an active power factor corrector based on the proposed universal model of a DC-DC voltage converter is substantiated. The features of the structures of active power factor correctors for switching power supplies are considered and the problems that arise when studying their energy efficiency are shown. By simulation in the time domain with using the constructed model, diagrams of transients of the power factor corrector during load and primary network voltage disturbances are obtained. The most important result is the creation of a universal continuous mathematical model of switching voltage regulators. This model, unlike previously proposed models, is suitable for use in the analysis, modeling and design of any power factor correctors without the need to modify it in each specific case. The significance of the results obtained lies in accelerating the design process of active power factor correctors built on the basis of any type of pulsed DC-DC voltage converters. The developed model is intended for use in the Micro-Cap electronic circuit analysis program. However, since it is ultimately a software module in the SPICE language, this model can be used in many circuit analysis programs that support this language.; Scopul lucrării este elaborarea modelelor matematice continue ale corectoarelor de factor de putere pentru comutarea surselor de alimentare. Modelele sunt concepute pentru a rezolva probleme de optimizare care vizează creșterea eficienței energetice a acestor dispozitive. Acest obiectiv a fost atins prin crearea unui model matematic universal continuu de regulatoare de tensiune de comutare, care sunt parte integrantă a oricărui corector de factor de putere activ. Se propune o metodă pentru construirea unui astfel de model universal folosind metoda medierii în spațiul de stat. Se arată că un astfel de model reproduce în mod adecvat procesele în oricare dintre principalele tipuri de regulatoare de tensiune constantă de comutare. Cel mai important rezultat este crearea unui model matematic continuu universal al regulatoarelor de tensiune de comutare, care, spre deosebire de modelele propuse anterior, este potrivit pentru utilizarea în analiza, modelarea și proiectarea oricăror corectori ai factorilor de putere fără a fi necesară modificarea modelului în fiecare caz concret. Semnificația rezultatelor obținute constă în accelerarea procesului de proiectare a corectoarelor de factor de putere activă construite pe baza oricărui tip de regulatoare de tensiune constantă în comutație. Modelul elaborate este destinat utilizării în programul de modelare a circuitelor Micro-Cap. Cu toate acestea, deoarece este în cele din urmă un modul software în limbajul SPICE, acest model poate fi utilizat în multe programe de analiză a circuitelor care acceptă acest limbaj.; Целью работы является разработка непрерывных математических моделей корректоров коэффициента мощности импульсных источников электропитания. Модели предназначены для решения оптимизационных задач, направленных на повышение энергоэффективности этих устройств. Поставленная цель была достигнута за счет создания универсальной непрерывной математической модели импульсных регуляторов напряжения, являющихся составной частью любого активного корректора коэффициента мощности. Предложен способ построения такой универсальной модели с использованием метода усреднения в пространстве состояний. Показано, что такая модель адекватно воспроизводит процессы в любом из основных типов импульсных регуляторов постоянного напряжения. Показана возможность построения математической модели активного корректора коэффициента мощности на основе предложенной универсальной модели преобразователя постоянного напряжения. Рассмотрены особенности структур активных корректоров коэффициента мощности для импульсных источников питания и показаны проблемы, возникающие при исследовании их энергоэффективности. Рассмотрены особенности анализа режимов работы активных корректоров коэффициента мощности, построенных на основе различных типов импульсных регуляторов постоянного напряжения. Продемонстрированы способы коррекции системы автоматического регулирования, входящей в состав корректоров коэффициента мощности. Для одного из типов корректоров приведены частотные характеристики тракта регулирования тока и зависимость значения коэффициента мощности от внешних параметров. Получены временные диаграммы переходных процессов корректора при возмущении нагрузки и напряжения первичной сети. Наиболее важным результатом является создание универсальной непрерывной математической модели импульсных регуляторов напряжения, которая в отличие ранее предложенных моделей пригодна для использования при анализе, моделировании и проектировании любых корректоров коэффициента мощности без необходимости доработки модели в каждом конкретном случае. Значимость полученных результатов состоит в ускорении процесса проектирования активных корректоров коэффициента мощности, построенных на основе любого типа импульсных регуляторов постоянного напряжения. Разработанная модель предназначена для использования в программе схемотехнического моделирования Micro-Cap. Однако, поскольку она в конечном итоге представляет собой программный модуль на языке SPICE, то эту модель можно использовать во многих программах схемотехнического анализа, поддерживающих этот язык. 2024-01-01T00:00:00Z https://repository.utm.md/handle/5014/28586 Synthesis of the spatial arrangement of magnetic field sensors for active magnetic field shielding systems of overhead power lines KUZNETSOV, B.I.; NIKITINA, T.B.; BOVDUI, I.V.; VOLOSHKO, O.V.; KOLOMIETS, V.V.; KOBYLIANSKYI, B.B. The purpose of the work is to develop a synthesis method for the spatial and angular arrangement of magnetic field sensors in order to ensure maximum efficiency of a robust system for active shielding of the magnetic field generated by overhead power lines, and to reduce the sensitivity of the synthesized system to initial uncertainties in changes in the level of the initial magnetic field, as well as system parameters while working. To achieve this goal, the spatial location coordinates and angular position of all magnetic field sensors, controller parameters, and gain vector for the compensating windings are determined. A synthesis of the spatial location and angular position of magnetic field sensors is created to solve a minimax vector optimization problem in which the vector objective function is calculated based on the Biot-Savart’s law. Solution of the minimax vector optimization problem, calculated on the basis of optimization algorithms for a multi-swarm of particles from Pareto-optimal solutions, taking into account the parameters of binary relations. Significant results obtained on the basis of the developed synthesis method are the effectiveness of a robust active shielding system for magnetic fields generated, as a consequence, by power lines with a synthesized spatial arrangement and angular position of magnetic field sensors obtained in the process of theoretical and experimental research. The significance of the results lies in the fact that practical recommendations are given for the reasonable choice of spatial location and angular position of magnetic field sensors, the spatial arrangement of shielding windings of a robust magnetic field shielding system for various characteristics of power lines.; Scopul lucrării este de a dezvolta o metodă de sintetizare a aranjamentului spațial și a poziției unghiulare a senzorilor de câmp magnetic pentru a asigura eficiența maximă a unui sistem robust de ecranare activă a câmpului magnetic generat de liniile electrice aeriene și pentru a reduce sensibilitatea sintetizată. sistem la incertitudinile inițiale și modificările parametrilor sistemului în timpul funcționării. Pentru a atinge acest obiectiv sunt determinate coordonatele locației spațiale și poziția unghiulară a tuturor senzorilor de câmp magnetic și câștigurile controlerului pentru înfășurările de compensare. Sinteza locației spațiale și a poziției unghiulare a senzorilor de câmp magnetic se reduce la rezolvarea unei probleme de optimizare vectorială minimax, în care funcția obiectiv vectorială este calculată pe baza legii Biot-Savart. Soluția problemei de optimizare vectorială minimax este calculată pe baza algoritmilor de optimizare a particulelor multiroi din soluții Pareto-optime ținând cont de relațiile de preferință binare. Cele mai importante rezultate obținute pe baza metodei de sinteză dezvoltate sunt studiile teoretice și experimentale ale eficacității unui sistem robust de ecranare activă a câmpului magnetic generat de diverse linii electrice aeriene, cu locații spațiale sintetizate și poziții unghiulare ale senzorilor de câmp magnetic. Semnificația rezultatelor obținute constă în faptul că se dau recomandări practice pentru alegerea rezonabilă a locației spațiale și a poziției unghiulare a senzorilor de câmp magnetic, aranjarea spațială a înfășurărilor de ecranare a unui sistem robust de ecranare a câmpului magnetic creat de diverse linii electrice aeriene. S-a arătat posibilitatea reducerii câmpului magnetic inițial la nivelul standardelor sanitare.; Целью работы является разработка метода синтеза пространственного расположения и углового положения датчиков магнитного поля для обеспечения максимальной эффективности робастной системы активного экранирования магнитного поля, генерируемого воздушными линиями электропередачи, и снижения чувствительности синтезируемой системы к исходным неопределенностям и изменениям параметров системы в процессе работы. Для достижения этой цели определяются координаты пространственного расположения и угловое положение всех датчиков магнитного поля и коэффициентов усиления контроллеров для компенсирующих обмоток. Синтез пространственного расположения и углового положения датчиков магнитного поля сводится к решению минимаксной векторной задачи оптимизации, в которой векторная целевая функция рассчитывается на основе закона Био-Савара. Решение минимаксной задачи векторной оптимизации рассчитывается на основе алгоритмов оптимизации мультироем частиц из Парето-оптимальных решений с учетом бинарных отношений предпочтения, на основе стохастических нелинейных алгоритмов Архимеда. Вектор целевой функции задачи минимаксной оптимизации и ограничений вычисляется на основе закона Био–Савара. Важнейшими результатами, полученными на основе разработанного метода синтеза, являются полученные в процессе теоретических и экспериментальных исследований значения эффективности робастной системы активного экранирования магнитного поля, генерируемого различными воздушными линиями электропередачи, с синтезированными пространственными расположениями и угловыми положениями датчиков магнитного поля. Значимость полученных результатов заключается в том, что даны практические рекомендации по обоснованному выбору пространственного расположения и углового положения датчиков магнитного поля, пространственного расположения экранирующих обмоток робастной системы экранирования магнитного поля, создаваемого различными воздушными линиями электропередачи. Экспериментально показано, что с помощью синтезированного пространственного расположения и углового положения датчиков МП в САЭ МП возможно снизить уровень исходного МП до безопасного для населения уровня МП с индукцией в 0,5 мкТл. 2024-01-01T00:00:00Z https://repository.utm.md/handle/5014/28585 Optimization of Mixed Fluid Cascade natural gas liquefaction plant feed stream pressure IKONNIKOVA, A.YU.; BARANOV, A.YU.; KRAVCHENKO, D.V.; SEREDENKO, E.S. This paper presents the results of a study on optimising the feed stream pressure of the Mixed Fluid Cascade natural gas liquefaction cycle. The objective is to optimise the pressure of the feed stream to distribute heat effectively over the cooling stages and reduce the energy cost of the cycle. To achieve the goal, the following tasks have been done: constructing the mathematical model of the cycle, performing the calculation experiment for different values of the feed stream pressure to determine energy characteristic values, and determining the optimal values of feed stream pressure. The flow characteristics of the working substances in the cycle are determined based on the Peng–Robinson–Stryjek–Vera equations of state and Benedict–Webb–Rubin. The mass flow of the working substance is calculated for each cycle's stage heat load, at both constant and different values of the working point temperatures. The distribution of heat load for liquefying 1 kg of natural gas by stages is displayed, and achievable working point temperatures of the feed flow are determined. The energy consumed by the compressor units and the amount of compression heat dissipated are calculated. The study's main finding is that the optimal feed pressure in the Mixed Fluid Cascade cycle is higher than the standard pressure. The significance of the obtained results lies in the significant reduction of energy costs of the Mixed Fluid Cascade cycle at a feed stream pressure of 13 MPa.; Această lucrare prezintă rezultatele unui studiu privind optimizarea presiunii fluxului de alimentare a ciclului de lichefiere a gazelor naturale în cascadă de fluide mixte. Obiectivul este de a optimiza presiunea fluxului de alimentare pentru a distribui eficient căldura pe etapele de răcire și pentru a reduce costul energiei ciclului. Pentru atingerea scopului, au fost realizate următoarele sarcini: construirea modelului matematic al ciclului, efectuarea experimentului de calcul pentru diferite valori ale presiunii fluxului de alimentare pentru a determina valorile caracteristice energetice și determinarea valorile optime ale presiunii curentului de alimentare. Caracteristicile de curgere ale substanțelor de lucru în ciclu sunt determinate pe baza ecuațiilor de stare PengRobinson–Stryjek–Vera și Benedict–Webb–Rubin. Debitul masic al substanței de lucru este calculat pentru sarcina termică a fiecărei etape a ciclului, atât la valori constante, cât și la valori diferite ale temperaturilor punctului de lucru. Este afișată distribuția încărcăturii termice pentru lichefierea a 1 kg de gaz natural pe trepte și se determină temperaturile de lucru realizabile ale fluxului de alimentare. Se calculează energia consumată de unitățile compresoare și cantitatea de căldură de compresie disipată. Principala constatare a studiului este că presiunea optimă de alimentare în ciclul Mixed Fluid Cascade este mai mare decât presiunea standard. Semnificația rezultatelor obținute constă în reducerea semnificativă a costurilor energetice ale ciclului Mixed Fluid Cascade la o presiune a fluxului de alimentare de 13 MPa.; В работе представлены результаты исследования по оптимизации давления сырьевого потока цикла ожижения природного газа Mixed Fluid Cascasde. Целью данной работы является оптимизация давления сырьевого потока ожижаемого газа в цикле Mixed Fluid Cascade, обеспечивающая эффективное распределение тепловой нагрузки по ступеням охлаждения и снижение общих энергетических затрат цикла. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: построение математической модели цикла, проведение вычислительного эксперимента для различных значений давления потока сырья с определением значениях энергетических характеристик цикла, определение оптимальных значений давлений сырьевого потока. В рамках исследования смоделирован цикл Mixed Fluid Cascade. Свойства потоков рабочих веществ цикла определены на основании уравнений состояния Пенга–Робинсона в модификации Стрижека–Веры и Бенедикта–Вебба–Рубина. Для каждой ступени цикла рассчитаны тепловая нагрузка, массовый расход рабочего вещества при значениях давления сырьевого потока от 5 МПа до 25 МПа при постоянных значениях температур рабочих точек. Показано распределение общей тепловой нагрузки на ожижение 1 кг природного газа по ступеням. Рассчитаны достижимые температуры рабочих точек потока природного газа при постоянстве расходов рабочих веществ, соответствующих стандартному варианту цикла. Полученные значения использованы для определения энергетических затрат цикла. Определено количество энергии, потребляемое компрессорными установками ступеней и количество отводимой теплоты сжатия. В результате выявлено наличие оптимальных значений давления сырьевого потока, соответствующих минимальным энергетическим затратам на ожижение природного газа. Наиболее важным результатом исследования является определение оптимального значения давления сырьевого потока цикла Mixed Fluid Cascade, превышающее стандартное. Значимость полученных результатов состоит в значительном снижении энергетических затрат цикла Mixed Fluid Cascade при давлении сырьевого потока 13 МПа. Обоснована целесообразность применения дополнительного дожатия сырьевого пока газа в цикле Mixed Fluid Cascade. Предложены решения по оптимизации работы цикла. 2024-01-01T00:00:00Z https://repository.utm.md/handle/5014/28584 Improved clamped Z-source converter with optimized maximum power point tracker for hybrid renewable energy systems based energy management system SARANYA, M.; GIFTSON, S.G. In light of the intermittent and seasonal nature of wind and solar energy, electrical systems are becoming more problematic to operate. The purpose of the work is to establish an energy storage system that helps to minimize such operational challenges, which are essential to improve grid stability and reliability. The tasks solved in the article to achieve the given goal are the following: incorporating an energy management system with the aid of improved converter and optimized maximum power point (MPPT) for (Photovoltaic) PV and PMSG (permanent magnet synchronous generator) based wind system. On comparing with conventional Z-source converters, a novel improved clamped Z-source converter, which is utilized in this work has high efficiency with low THD and it has the capacity to protect electrical circuits against damage caused by short circuits, overcurrent and overvoltage. The Pulse Width Modulation (PWM) rectifier is implemented to convert AC-DC supply obtained from the PMSG wind system. Firefly optimization with an aid of Radial Basis Function Neural Network (RBFNN) technique is employed as an MPPT system for extracting optimal power from photovoltaic system. The excess energy obtained from the hybrid sources are stored in the battery and it is controlled by the recurrent neural network (RNN) with the bidirectional converter. The overall developed system is executed in MATLAB software and the most important outcomes are demonstrated in terms of high efficiency with 91.2%, high tracking efficiency of 98.54% and reduced THD of 2.45% respectively. The significance of results obtained in this research lies in the advancement of renewable energy integration technologies. By overcoming the challenges associated with intermittent energy sources, the developed system contributes to the improvement of grid stability and reliability.; Datorită naturii intermitente și sezoniere a energiei eoliene și solare, operarea sistemelor electrice devine din ce în ce mai dificilă. Integrarea sistemelor de stocare a energiei poate minimiza aceste probleme operaționale pentru a îmbunătăți stabilitatea și fiabilitatea rețelei. În acest sens, lucrarea propusă implementează un sistem de management al energiei folosind un convertor avansat și un sistem optimizat de control al punctului de putere maximă pentru sisteme fotovoltaice și eoliene bazat pe un generator sincron cu magnet permanent. Un convertor de impedanță de limitare a sursei Z nou și îmbunătățit este utilizat pentru a crește puterea de ieșire a sistemului fotovoltaic și pentru a asigura o eficiență ridicată, iar un redresor cu modulație de lățime a impulsurilor (RMI) este utilizat pentru a converti puterea AC în DC de la sistemul de energie eoliană. Optimizarea prin metoda ”flacărăfluturaș” cuplată cu funcția de bază radială rețeaua neuronală este utilizată ca sistem de urmărire pentru a optimiza punctul de putere maximă pentru a obține puterea optimă din sistemul fotovoltaic. Excesul de energie obținut din surse hibride de energie regenerabilă este stocat într-o baterie și controlat de o rețea neuronală recurentă folosind un convertor bidirecțional. Semnificația rezultatelor obținute este îmbunătățirea calității tensiunii de ieșire a sistemului de alimentare, reducerea coeficientului de distorsiune neliniară și creșterea eficienței conversiei.; Ввиду прерывистого и сезонного характера ветровой и солнечной энергии эксплуатация электрических систем становится все более проблематичной. Интеграция систем хранения энергии позволяет свести к минимуму подобные эксплуатационные проблемы, что необходимо для повышения стабильности и надежности электросети. В связи с этим в предлагаемой работе реализована система управления энергопотреблением с помощью усовершенствованного преобразователя и оптимизированной системы управления точкой максимальной мощности для фотоэлектрической и ветровой систем на базе синхронного генератора с постоянными магнитами). Для увеличения выходной мощности фотоэлектрической системы и обеспечения ее высокого КПД используется новый улучшенный импедансный преобразователь с ограничивающим Z-источником, а для преобразования переменного тока в постоянный, получаемого от энергосистемы с ветрогенератором, применяется выпрямитель с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ). В качестве следящей системы для оптимизации точки максимальной мощности для получения оптимальной мощности от фотоэлектрической системы используется оптимизация с помощью метода "пламя-светлячок" совместно с использованием нейронной сети с радиальной базисной функцией. Избыточная энергия, полученная от гибридных источников возобновляемой энергии, накапливается в аккумуляторе и управляется рекуррентной нейронной сетью с помощью двунаправленного преобразователя. Значимость полученных результатов состоит в повышении качества выходного напряжения энергосистемы, снижения коэффициента нелинейных искажений и повышения КПД преобразования. 2024-01-01T00:00:00Z