Parameter Estimation of Electric Power Transformers Using Coyote Optimization Algorithm With Experimental Verification

Abstract

In this work, the Coyote Optimization Algorithm (COA) is implemented for estimating the parameters of single and three-phase power transformers. The estimation process is employed on the basis of the manufacturer's operation reports. The COA is assessed with the aid of the deviation between the actual and the estimated parameters as the main objective function. Further, the COA is compared with well-known optimization algorithms i.e. particle swarm and Jaya optimization algorithms. Moreover, experimental verifications are carried out on 4 kVA, 380/380 V, three-phase transformer and 1 kVA, 230/230 V, single-phase transformer. The obtained results prove the effectiveness and capability of the proposed COA. According to the obtained results, COA has the ability and stability to identify the accurate optimal parameters in case of both single phase and three phase transformers; thus accurate performance of the transformers is achieved. The estimated parameters using COA lead to the highest closeness to the experimental measured parameters that realizes the best agreements between the estimated parameters and the actual parameters compared with other optimization algorithms.INDEX TERMS Coyote, PSO, Jaya, single-phase transformer, transformer equivalent circuit.

Estimación de parámetros entransformadores monofásicos empleandomedidas de tensión y corriente

“…El componente eléctrico que permitió configurar el suministro de energía eléctrica en señal alterna es el transformador [4], que tiene como función principal el cambio del nivel de tensión tanto a salida de los generadores como para disminuir los niveles de tensión que suministrará energía a los usuarios finales [5]. El transformador es la máquina eléctrica más eficiente, y por los valores de los parámetros eléctricos derivados de su forma constructiva, la eficiencia alcanza sus valores máximos con una cargabilidad superior al 60 %.…”

“…La ventaja fundamental es que estas medidas pueden ser tomadas en el sitio de instalación del trasformador y no requiere de interrupciones del servicio ni traslado del dispositivo a laboratorios especializados [13]. En este sentido, la motivación fundamental de este trabajo radica en la posibilidad de entregar a las empresas distribuidoras de energía herramientas útiles y de fácil implementación para actualizar los modelos eléctricos de los transformadores que están conectados a sus redes [5].…”

“…Los resultados experimentales ratifican la precisión de la metodología propuesta. Otros enfoques basados en técnicas metaheurísticas han sido propuestos en la literatura especializada, siendo comunes los algoritmos de enjambre de partículas y genéticos [16], así como algoritmos imperialistas y algoritmos gravitacionales [5], entre otros. Estos enfoques son importantes, ya que se centran en la programación secuencial para resolver el problema de estimación paramétrica y garantizan soluciones de buena calidad con fácil implementación en software libre.…”

“…Es importante mencionar que el mayor error de estimación en los modelos anteriormente descritos siempre está relacionado con la rama de magnetización, ya que ésta tiene magnitudes usualmente grandes, con lo cual diferencias de kΩ interfieren de manera insignificante en el resultado final de minimización [5]; a pesar de éstas diferencias de estimación, el comportamiento eléctrico del sistema se considera adecuado ya que los errores entre las variables eléctricas de entrada y salida (i.e., voltajes y corrientes es mejor al 1 %) [4]. Por otro lado, a diferencia de los trabajos anteriores, los cuales se concentran en el ajuste de técnicas de optimización combinatorial para la solución del modelo de PNL resultante del circuito equivalente del trasformador, en este trabajo se propone la descripción detallada del modelo matemático del problema en variable compleja y su equivalente en variable real a manera de tutorial considerando como aporte la inclusión de la relación resistencia-reactancia típicamente reportada por los fabricantes de transformadores de distribución.…”

“…Dado que el problema de estimación paramétrica en transformadores de distribución considerando medidas de tensión y corriente se centra en conocer los cuatro parámetros del circuito equivalente de la Figura 2, es decir, resistencias y reactancias equivalente, se propone como función objetivo la minimización del error medio cuadrático ( ) para cada una de las variables medidas [7]. Nótese que que está función representa de manera adecuada la estimación paramétrica, ya que es convexa (óptimo global cuando = 0), por lo cual ha sido ampliamente empleada en la literatura especializada para este tipo de problemas en máquinas eléctricas [5]. La función objetivo del problema se presenta en la Ecuación (1).…”