Published January 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Fine Tuning of On-Board Traction Converters for High-Speed Electric Multiple Units at Depot

Creators

  • 1. Mahidol University
  • 2. Chulalongkorn University
  • 3. King Mongkut's University of Technology North Bangkok

Description

This article presents a meticulous exploration of on-board traction converters deployed in Electric Multiple Units (EMUs). The study involves the development of a comprehensive traction converter and control system, encompassing essential elements such as transformers, front-end rectifiers, and DC link capacitors. The precise control of the front-end rectifier's switching states is crucial for achieving high-quality power. A new application of the advanced Hybrid Particle Swarm Optimization (Hybrid PSOS) technique for the optimization of controller parameters is presented. This parameter tuning process aims to minimize the integral time absolute error (ITAE), a critical metric governing the regulation of DC-link capacitor voltage. Simulation results showcase the impressive attributes of on-board traction converters, including low harmonic content, a high-power factor, and stable DC voltage. Additionally, a rigorous comparative analysis is conducted between Hybrid PSOS and other established algorithms like Symbiotic Organisms Search (SOS) and Particle Swarm Optimization (PSO). Hybrid PSOS traction unit outperforms SOS and PSO, with a minimal overshoot of 1.3401%, faster settling time of 0.2413 seconds, compared to SOS (0.3884 seconds) and PSO (0.5531 seconds). Total Harmonic Distortion (THD) for secondary line currents, the values are 12.48% for PSO, 2.17% for SOS, and 1.08% for Hybrid PSOS. Hybrid PSOS consistently demonstrates its superiority, significantly enhancing system performance and stability. This research underscores the substantial potential of on-board traction converters, emphasizing their role in facilitating efficient and stable electric multiple unit (EMU) operations.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تقدم هذه المقالة استكشافًا دقيقًا لمحولات الجر على متن الطائرة المنتشرة في الوحدات الكهربائية المتعددة (EMUs). تتضمن الدراسة تطوير محول جر شامل ونظام تحكم، يشمل عناصر أساسية مثل المحولات ومقومات الواجهة الأمامية ومكثفات وصلة التيار المستمر. يعد التحكم الدقيق في حالات تبديل مقوم الواجهة الأمامية أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق طاقة عالية الجودة. يتم تقديم تطبيق جديد لتقنية تحسين سرب الجسيمات الهجينة (Hybrid PSOS) المتقدمة لتحسين معلمات وحدة التحكم. تهدف عملية ضبط المعلمات هذه إلى تقليل الخطأ المطلق للوقت المتكامل (ITAE)، وهو مقياس حاسم يحكم تنظيم جهد مكثف وصلة التيار المستمر. تعرض نتائج المحاكاة السمات المثيرة للإعجاب لمحولات الجر على متن الطائرة، بما في ذلك المحتوى التوافقي المنخفض، وعامل الطاقة العالية، وجهد التيار المستمر المستقر. بالإضافة إلى ذلك، يتم إجراء تحليل مقارن دقيق بين عمليات دعم السلام الهجينة والخوارزميات الأخرى المعمول بها مثل البحث عن الكائنات الحية التكافلية (SOS) وتحسين سرب الجسيمات (PSO). تتفوق وحدة جر PSOS الهجينة على SOS و PSO، مع حد أدنى للتجاوز يبلغ 1.3401 ٪، ووقت استقرار أسرع يبلغ 0.2413 ثانية، مقارنة بـ SOS (0.3884 ثانية) و PSO (0.5531 ثانية). التشوه التوافقي الكلي (THD) لتيارات الخط الثانوي، والقيم هي 12.48 ٪ لـ PSO، و 2.17 ٪ لـ SOS، و 1.08 ٪ لـ PSOS الهجينة. تُظهر عمليات دعم السلام الهجينة باستمرار تفوقها، مما يعزز بشكل كبير أداء النظام واستقراره. يؤكد هذا البحث على الإمكانات الكبيرة لمحولات الجر على متن الطائرة، مع التأكيد على دورها في تسهيل عمليات الوحدات الكهربائية المتعددة (EMU) الفعالة والمستقرة.

Translated Description (French)

Cet article présente une exploration méticuleuse des convertisseurs de traction embarqués déployés dans les unités multiples électriques (UME). L'étude implique le développement d'un convertisseur de traction complet et d'un système de contrôle, englobant des éléments essentiels tels que des transformateurs, des redresseurs frontaux et des condensateurs de liaison CC. Le contrôle précis des états de commutation du redresseur frontal est crucial pour obtenir une puissance de haute qualité. Une nouvelle application de la technique avancée Hybrid Particle Swarm Optimization (Hybrid PSOS) pour l'optimisation des paramètres du contrôleur est présentée. Ce processus de réglage des paramètres vise à minimiser l'erreur intégrale absolue dans le temps (ITAE), une mesure critique régissant la régulation de la tension du condensateur de liaison CC. Les résultats de la simulation montrent les attributs impressionnants des convertisseurs de traction embarqués, notamment un faible contenu harmonique, un facteur de puissance élevé et une tension CC stable. De plus, une analyse comparative rigoureuse est menée entre les OSP hybrides et d'autres algorithmes établis tels que la recherche d'organismes symbiotiques (SOS) et l'optimisation de l'essaim de particules (PSO). L'unité de traction hybride PSOS surpasse SOS et PSO, avec un dépassement minimal de 1,3401%, un temps de stabilisation plus rapide de 0,2413 seconde, par rapport à SOS (0,3884 seconde) et PSO (0,5531 seconde). Distorsion harmonique totale (THD) pour les courants de ligne secondaire, les valeurs sont de 12,48 % pour les PSO, de 2,17 % pour les SOS et de 1,08 % pour les PSO hybrides. Les OSP hybrides démontrent constamment leur supériorité, améliorant considérablement les performances et la stabilité du système. Cette recherche souligne le potentiel substantiel des convertisseurs de traction embarqués, en soulignant leur rôle dans la facilitation des opérations d'unités multiples électriques (UEM) efficaces et stables.

Translated Description (Spanish)

Este artículo presenta una exploración meticulosa de los convertidores de tracción a bordo desplegados en unidades eléctricas múltiples (EMU). El estudio implica el desarrollo de un convertidor de tracción integral y un sistema de control, que abarca elementos esenciales como transformadores, rectificadores frontales y condensadores de enlace de CC. El control preciso de los estados de conmutación del rectificador frontal es crucial para lograr una potencia de alta calidad. Se presenta una nueva aplicación de la técnica avanzada Hybrid Particle Swarm Optimization (Hybrid PSOS) para la optimización de los parámetros del controlador. Este proceso de ajuste de parámetros tiene como objetivo minimizar el error absoluto de tiempo integral (ITAE), una métrica crítica que rige la regulación de la tensión del condensador del enlace de CC. Los resultados de la simulación muestran los impresionantes atributos de los convertidores de tracción a bordo, que incluyen un bajo contenido de armónicos, un factor de alta potencia y un voltaje de CC estable. Además, se realiza un riguroso análisis comparativo entre los PSO híbridos y otros algoritmos establecidos como Symbiotic Organisms Search (SOS) y Particle Swarm Optimization (PSO). La unidad de tracción híbrida PSOS supera a SOS y PSO, con un rebasamiento mínimo de 1.3401%, un tiempo de asentamiento más rápido de 0.2413 segundos, en comparación con SOS (0.3884 segundos) y PSO (0.5531 segundos). Distorsión armónica total (ThD) para corrientes de línea secundaria, los valores son 12.48% para PSO, 2.17% para SOS y 1.08% para PSO híbridas. Las PSO híbridas demuestran constantemente su superioridad, mejorando significativamente el rendimiento y la estabilidad del sistema. Esta investigación subraya el potencial sustancial de los convertidores de tracción a bordo, enfatizando su papel en la facilitación de operaciones eléctricas de unidades múltiples (EMU) eficientes y estables.

Files

10419339.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:bab64dbd0afa007c4802c0d1ac9ed36c
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الضبط الدقيق لمحولات الجر على متن الطائرة للوحدات الكهربائية المتعددة عالية السرعة في المستودع
Translated title (French)
Réglage fin des convertisseurs de traction embarqués pour les unités multiples électriques à grande vitesse au dépôt
Translated title (Spanish)
Ajuste fino de los convertidores de tracción a bordo para unidades eléctricas múltiples de alta velocidad en el depósito

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391547610
DOI
10.1109/access.2024.3362242

Is supplement to
https://openalex.org/W4321062126 (Other)
https://openalex.org/W4290391210 (Other)
https://openalex.org/W2579953099 (Other)
https://openalex.org/W2396484480 (Other)
https://openalex.org/W2117042842 (Other)
https://openalex.org/W2115100193 (Other)
https://openalex.org/W2105205629 (Other)
https://openalex.org/W2103227324 (Other)
https://openalex.org/W2059654856 (Other)
https://openalex.org/W1590159885 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1971839874
  • https://openalex.org/W2034691133
  • https://openalex.org/W2066184070
  • https://openalex.org/W2091638274
  • https://openalex.org/W2096166399
  • https://openalex.org/W2151554678
  • https://openalex.org/W2338815590
  • https://openalex.org/W2460271777
  • https://openalex.org/W2527204543
  • https://openalex.org/W2543580944
  • https://openalex.org/W2559811587
  • https://openalex.org/W2776379598
  • https://openalex.org/W2781827075
  • https://openalex.org/W2799413603
  • https://openalex.org/W2800209721
  • https://openalex.org/W2803623385
  • https://openalex.org/W2809594889
  • https://openalex.org/W2909078590
  • https://openalex.org/W2919223545
  • https://openalex.org/W2946642221
  • https://openalex.org/W3006163203
  • https://openalex.org/W3127304285
  • https://openalex.org/W3138001787
  • https://openalex.org/W3203265419
  • https://openalex.org/W4312812186
  • https://openalex.org/W4366175385