فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 38، بهار 1395)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 38، بهار 1395)

  • الف - مهندسی برق
  • 80 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1395/03/20
  • تعداد عناوین: 8
|
  • هادی صادقی، مسعود رشیدی نژاد، امیر عبدالهی صفحه 1
    امروزه بر همگان مبرهن است که تغییرات شرایط آب و هوایی تهدیدی جدی برای رفاه بشر بر روی کره زمین تلقی می شود، از این رو رشد روزافزون تقاضا برای انرژی الکتریکی و وابستگی بخش تولید به منابع سوخت های فسیلی، این بخش را به یکی از مهم ترین حوزه ها برای اعمال محدودیت ها و پیاده سازی راهکارها در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مبدل نموده است. از جمله این راهکارها، تدوین طرح هایی تحت عنوان سیاست های تشویقی است که ترویج منابع انرژی تجدیدپذیر و اعمال محدودیت بر انتشار بخش تولید را دنبال می کنند. در مقاله پیش رو با تکیه بر مفهوم تابع رفاه اجتماعی برگسون- ساموئلسون، اثر افزایش درصد نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر تحت اجرای سیاست های تشویقی در برنامه ریزی بلندمدت توسعه تولید از دیدگاه های مختلفی چون مسایل زیست محیطی، رفاه سرمایه گذاران بخش تولید و رفاه مصرف کنندگان انرژی الکتریکی مورد ارزیابی قرار می گیرد. بدین منظور ابتدا با در نظر داشتن اثر یکی از رایج ترین سیاست ها تحت عنوان سیاست حق انتشار با قابلیت داد و ستد، یک مدل جامع برای برنامه ریزی توسعه تولید از دید یک شرکت تولیدی ارائه می گردد. مدل مزبور در قالب یک مساله غیر خطی آمیخته با اعداد صحیح با استفاده از نرم افزار بهینه سازی گمز، طی دو سناریو حل می گردد. سپس با توجه به استراتژی های بهینه به دست آمده برای توسعه، به بررسی دیدگاه های مطرح شده پرداخته خواهد شد.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی توسعه تولید، برنامه ریزی غیر خطی آمیخته با اعداد صحیح، رفاه اجتماعی، منابع تجدیدپذیر
  • محمد زارع ارنانی، اصغر اکبری ازیرانی صفحه 13
    وقوع خطا و خروج ناگهانی ژنراتورها از مدار می تواند خسارات مالی سختی در پی داشته باشد، بدین سبب روش های مختلف ارزیابی وضعیت ژنراتورها گسترش یافته اند. قصد این مقاله گردآوری اطلاعات مهم ژنراتور و انجام یک تحلیل جامع توسط روش تحلیل سلسله مراتبی است. فرایند تحلیل سلسله مراتبی یک روش تحلیل چندمعیاری است که برای ترکیب نتایج روش های تشخیصی به هنگام و تشخیص محتمل ترین عیب و قسمت معیوب ژنراتور به کار رفته است. در این راستا چندین جدول مقایسه ای تشکیل شده و نهایتا این روند منجر به آشکارسازی محتمل ترین عیب ژنراتور در حال کار خواهد شد. در این مقاله چگونگی طراحی و پیاده سازی ساختار تشخیص عیب LEMS به همراه نتایج شبیه سازی دو ساختار نمونه ای مورد بحث قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: تحلیل سلسله مراتبی، تشخیص عیب، ژنراتور
  • مجید نیری پور، محمد مهدی منصوری صفحه 25
    در شرایط عملکرد عادی یا خطای ژنراتورهای القایی با تغذیه دوگانه، مولفه های فرکانسی مختلفی در هر یک از سیم پیچ های استاتور و روتور یا در بخش مکانیکی می تواند ایجاد گردند که قابل انتقال به طرف های دیگر هستند و می توانند مولفه های فرکانسی دیگری ایجاد کنند. در این مقاله ابتدا روابط تحلیلی دقیقی برای این مولفه های فرکانسی و انتقال آنها به طرف های دیگر بر حسب دامنه و فاز مولفه های فرکانسی ارائه گردیده است که صورت کامل تری از روابط ارائه شده در آخرین مقالات در این زمینه است. سپس مدلی برای ژنراتور تغذیه دوگانه ارائه شده که با دقت خوبی می تواند مولفه های فرکانسی را در بخش های الکتریکی و مکانیکی ژنراتور محاسبه و مدل سازی نماید. در انتها صحت و دقت روابط و مدل ارائه شده با مطالعات موردی صحت سنجی شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل هارمونیکی، مدل هارمونیکی، ژنراتور تغذیه دوگانه
  • محمود نوری، حسین ایمان عینی صفحه 36
    در این مقاله روش کنترل دوحلقه ای برای کنترل اینورتر 400 هرتز معرفی می شود. در حلقه بیرونی از کنترل کننده های تشدیدی برای تنظیم دامنه هارمونیک اصلی و حذف هارمونیک های نامطلوب ولتاژ استفاده می شود. در حلقه داخلی برای پرهیز از ایجاد تاخیر فاز و کاهش پهنای باند از کنترل کننده تناسبی جریان بهره گرفته شده است. در این مقاله برای طراحی ضرایب کنترل کننده های حلقه های داخلی و خارجی، روش دیجیتال ترکیبی در حوزه زمان- گسسته و زمان- پیوسته پیشنهاد شده است. به منظور مجزاسازی سیستم کنترل از ورودی اغتشاش جریان بار و بهبود پاسخ دینامیکی سیستم، بلوک پیش خور به ساختار کنترل دوحلقه ای افزوده شده است. برای پیاده سازی ایمن در برابر نویز بلوک پیش خور، یک مشتق گیر نرم معرفی شده است که به صورت بهینه برای فرکانس 400 هرتز طراحی شده است. شبیه سازی های متعددی به منظور تایید کارایی سیستم کنترل انجام شده که بیان گر عملکرد مطلوب حالت گذرا و ماندگار سیستم است. در انتها نتایج عملی به دست آمده از یک نمونه آزمایشگاهی- صنعتیkVA 20 و مبتنی بر سیستم کنترل دوحلقه ای ارائه می شود.
    کلیدواژگان: اینورتر 400 هرتز، طراحی دیجیتال ترکیبی، کنترل دو حلقه ای، کنترل دیجیتال
  • محمدحسن عامری، علی یزدیان ورجانی، مصطفی محمدیان صفحه 47
    انتقال القایی توان یکی از تکنولوژی های برتر اخیر می باشد که به کمک آن می توان اتصالات الکتریکی را در هنگام انتقال انرژی الکتریکی حذف کرد. کاربردهای متنوعی از این تکنولوژی ارائه شده که یکی از آنها تغذیه بارهای ac در قالب G2V و موتورهای تک فاز است. برای تغذیه بارهای ac، توان خروجی مبدل القایی توان پس از یکسوشدن در اختیار یک اینورتر قرار می گیرد. تبدیل متوالی dc/ac/dc/ac در فرایند انتقال القایی توان سبب کاهش بازده IPT می شود که بخشی از این کاهش بازده ناشی از تلفات کلیدزنی در IPT می باشد. برای ساخت شکل موج ولتاژ ac دلخواه با THD قابل قبول از یک منبع ولتاژ dc، فرکانس کلیدزنی می بایست چندین برابر فرکانس موج مرجع باشد. در این مقاله بر اساس مشخصه بهره- فرکانسIPT ، روش جدید سنتز شکل موج PFSW بر پایه مدولاسیون فرکانس پالس ارائه می شود. روش PFSW تلفات کلیدزنی اینورتر سمت ثانویه را قابل صرف نظر کردن می کند. همچنین نشان داده می شود که روش PFSW علاوه بر کاهش تلفات کلیدزنی، سبب کاهش مجموع توان المان کلیدزنی (TSDP) برای مبدل های سمت ثانویه IPT و افزایش طول عمر مبدل های به کار رفته می شود. در این مقاله صحت ادعای بیان شده از طریق روابط ریاضی و بررسی نتایج نمونه آزمایشگاهی اثبات می شود.
    کلیدواژگان: انتقال القایی توان، مدولاسیون فرکانس پالس، مبدل تک فاز، مدار رزونانس
  • مهدی سیاهی، محمد داودی صفحه 54
    بهساز یکپارچه کیفیت توان (UPQC) متشکل از اینورترهای منبع ولتاژ پشت به پشت، تلفیق فیلترهای اکتیو سری و موازی است که به صورت هم زمان هارمونیک های جریان بار غیر خطی و اغتشاشات ولتاژ شبکه را جبران می کند. برای کارکرد مناسب هر دو مبدل و عبور دوطرفه توان، باید ولتاژ لینک DC حداقل 41/1 برابر ولتاژ خط به خط سمت ولتاژ بالای سیستم یعنی فیلتر اکتیو موازی باشد. یکی از فاکتورهای تعیین کننده قیمت ادوات نیمه هادی، حداکثر استرس ولتاژ قابل تحمل آنها می باشد. با بالابودن ولتاژ لینک DC، استرس ولتاژ کلیدهای سمت مبدل سری افزایش می یابد و برای رفع این نقص، در این مقاله یک شبکه منبع امپدانس به ساختار اینورترهای پشت به پشت رایج در UPQC اضافه می شود که بدین وسیله ولتاژ DC اعمالی به اینورتر فیلتر اکتیو سری را به میزان چشم گیری کاهش داده و هزینه ساخت آن کاهش خواهد یافت. در این ساختار از شبکه منبع امپدانس در یک مبدل AC/DC (فیلتر موازی) برای ایجاد خاصیت باک- بوست استفاده شده است. در عین حال به علت استفاده شبکه منبع امپدانس در فیلتر موازی، زمان مرده لازم برای کلیدزنی این مبدل حذف شده و کیفیت عملکرد و قابلیت اطمینان آن به میزان چشم گیری افزایش خواهد یافت. در این مقاله با شبیه سازی های لازم کارایی ساختار رایج و پیشنهادی با هم مقایسه خواهد شد. برای اثبات کاهش هزینه ساخت در ساختار پیشنهادی از معیار Total Switching Device Power استفاده شده است.
    کلیدواژگان: بهساز یکپارچه توان (UPQC)، اینورترهای پشت به پشت، مبدل منبع امپدانس ترانسفورماتوری
  • مهدی اره پناهی، وحید سنایی تراب صفحه 61
    موتورهای مغناطیس دایم داخلی از یک سو به دلیل ویژگی هایی نظیر بازده بالا و دارابودن نسبت توان به حجم بیشتر در مقایسه با موتورهای القایی و سویچ شونده رلوکتانسی و از سوی دیگر استحکام مکانیکی بهتر و خطر مغناطیس زدایی کمتر نسبت به موتورهای مغناطیس دایم سطحی، یک انتخاب مناسب جهت کاربرد در صنایع حمل و نقل محسوب می شوند. با این وجود همواره کاهش هزینه ساخت این موتورها و افزایش محدوده سرعت تحت توان ثابت (CPSR) همواره یکی از مسایل مورد توجه در طراحی این ماشین ها بوده است. این مقاله یک طراحی بهینه را برای موتور مغناطیس دایم داخلی به منظور دستیابی به CPSR بزرگ و کاهش حجم آهن ربای مصرفی به طور هم زمان ارائه می دهد. بهینه سازی در دو مرحله انجام می شود، در مرحله اول به کمک الگوریتم ژنتیک مقدار CPSR موتور نسبت به طرح اولیه افزایش می یابد و در مرحله دوم با ترکیب دو ایده ساختار آهن رباهای چند تکه شده و استفاده از پل های هوایی غیر متعارف طرحی ارائه می شود که ضمن افزایش مقدار CPSR، حجم آهن ربای مصرفی را نیز کاهش خواهد داد.
    کلیدواژگان: طراحی بهینه، موتور مغناطیس دایم داخلی، تضعیف شار، پل آهنی و پل هوایی
  • محمد محمدی امیری، علی الفت صفحه 67
    در این مقاله یک شبکه همیار که شامل یک منبع، یک رله و یک مقصد می باشد، بررسی می شود. منبع و مقصد سیستم های تک آنتنه هستند ولی رله مجهز به یک سیستم N - آنتنه می باشد و در حالت دیکد و ارسال (DF) عمل می کند. با فرض فاصله زیاد بین منبع و مقصد، از مسیر مسقیم بین آن دو صرف نظر می کنیم. رله با استفاده از روش های پرتودهی پیشنهادشده سیگنال را به سمت مقصد ارسال می کند. این پرتودهی ها با فرض آگاهی رله از دو بیت اطلاعات کوانتیزه شده راجع به فاز تمامی لینک های بین رله و مقصد انجام می گیرد. یک حد بالا برای احتمال خطای بیت سیستم محاسبه خواهد شد و نشان داده می شود که الگوریتم پیشنهادی به مرتبه دایورسیتی کامل دست می یابد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که احتمال خطای بیت الگوریتم پیشنهادی بهتر از چندین الگوریتم شناخته شده است و نیز عملکردی نزدیک به سیستم هایی با فرض های ایده آل دارد.
    کلیدواژگان: پرتودهی، دایورسیتی، رله دیکد و ارسال، شبکه همیار
|
  • H. Sadeghi, M. Rashidinejad, A. Abdollahi Page 1
    Nowadays, it is clear to everyone that climate change has posed a huge threat to human welfare. Hence, the growth of demand for electricity as well as the dependence of power sector to the fossil fuel sources has converted the electrical energy sector into one of the most important areas suitable for applying the restrictions and implementation of the solutions provided to mitigate greenhouse gases. Enacting different incentive-based support schemes pursuing the promotion of renewable energy sources along with emission reduction in power generation sector is treated as one the main provided solutions. In this paper, from various points of view, such as environmental issues, power sector investors’ profit and the surplus of electricity consumers, the effect of renewable penetration rate growth under implementation of incentive-based policies is evaluated in a long-term generation expansion planning framework by employing the concept of Bergson-Samuelson social welfare function. To achieve this aim, first, a comprehensive generation expansion planning model, faced by a generation company, is proposed, as the effect of one on the most popular policies, namely emission trading system, is incorporated into the model. As a mixed integer nonlinear programming problem, the model is solved through two different scenarios using the GMAS optimization package. Then, regarding the obtained optimized expansion strategies, aforementioned viewpoints are assessed.
  • M. Zare Ernani, A. Akbari Azirani Page 13
    Generators failure and generators break down can cause high financial consequences. For this reason, several concepts for the condition monitoring of generators have been developed. The purpose of this article is to collect significant generator data in order to form a comprehensive analysis by analytical hierarchy process (AHP) method. The AHP is a multi-criteria analysis approach, where is used in order to combine the results of online diagnostic methods and draw conclusions on the most probable failure. A fault diagnosis structure has been designed and several comparison charts have been generated. This trend led to the running generator probable failure, to be revealed. In this paper the circumstances of design and implementation of the LEMS structure with two simulation results are described.
  • M. M. Mansouri, M. Nayeripour Page 25
    This paper presents a new exact formulation which models all harmonics in Double Fed Induction Generator (DFIG). In this methodology, the harmonics which originate from rotor side converter, stator side and mechanical part are analyzed and their interactions are considered and a new model is extracted based on frequency components in electrical and mechanical parts. The proposed method expands previous analytical approach and phase angle/amplitude of frequency components take to be account.
    Since this model is derived from time domain relations between frequency components, it can be used in normal and faulty conditions. The proposed model is evaluated by some case study in MATLAB/SIMULINK software.
  • M. Nouri, H. Iman, Eini Page 36
    In this paper dual-loop control method is proposed for control of 400 Hz inverter. Resonant controllers are used in the outer loop to regulate the amplitude of fundamental harmonic and to remove the unwanted harmonics. To avoid phase delay and bandwidth degradation, proportional controller is used as the inner control loop. In this paper, hybrid digital design in discrete- and continuous-time domain is introduced to design the inner and outer control loops. To decouple the control system from the load current disturbances and to improve the dynamic performance, a feed-forward path is added to the dual-loop control structure. To reduce the noise of feed-forward path, a soft-derivative term is introduced which is optimized for 400 Hz frequency. To verify the system performance, several simulations have been carried out which shows satisfactory results under dynamic and steady state conditions. Finally, the experimental results of a 20 kVA hardware prototype is presented to confirm the validity of theoretical and simulation results.
  • M. H. Ameri, A. Yazdian Varjani, M. Mohamadian Page 47
    The electrical connection between the load and source can be eliminated using inductive power transfer. Supplying AC Loads, such as V2G and single phase motors, is one of the many applications of IPT. To supply an AC load, the rectified output power of IPT should be delivered to an inverter. The sequential dc/ac/dc/ac conversions cause IPT efficiency decreases. To make an output AC voltage with acceptable THD, the carrier frequency of the PWM method should be several times the reference frequency which increases the switching loss. In this paper based on IPT gain-frequency characteristics, a new pulse frequency waveform synthesizing method (PFWS) has been presented. This method eliminates secondary inverter switching losses. It is shown that besides loss reduction, synthesized sinusoidal waveform at secondary of IPT, causes the Total Switching Device Power (TSDP) of secondary converters decrease, therefore their lifetime increase. Simulated and experimental results of the developed laboratory model which verify and illustrate the operation of the proposed method are presented.
  • M. Siahi, M. Davoodi Page 54
    Unified Power quality conditioner (UPQC) consists of back to back voltage source inverters. In UPQC combination of parallel and series active power filters are used to compensate for the nonlinear load current harmonics and voltage distortions, simultaneously. For appropriate performance of both converters and bidirectional power flow, the DC link voltage should be at least 1.41 times larger than the line to line voltage in the high voltage part of the system; i.e. the parallel active filter. One of the determining factors for the cost of semiconductors is the maximum tolerable voltage stress. The voltage stress of the series converter increases when the DC link voltage is high. In order to overcome this deficiency, a Z-source network is added to the common structure of back to back invertors in the UPQC. It will reduce the applied DC voltage to the series active power filters significantly and decrease the cost of manufacturing. In this structure, an impedance source network is used in an AC/DC inverter to produce a buck-boost effect. Additionally, dead time has been eliminated through the use of a Z source network in the parallel active filter and thus its performance and reliability has increased impressively. In this paper, a comparison study has been conducted through necessary simulations for the performance evaluation of the common and proposed structures. The total switching device power has been used as a criteria to confirm the manufacturing cost reduction in the proposed structure.
  • M. Arehpanahi, V. Sanaei Page 61
    An interior permanent magnet motor is a good option for traction application related to the induction motor and switched reluctance motor because of high mechanical rigidity and low demagnetization risk. the design of this kind of motor is attractive for engineer despise the implementation cost of them in high constant speed power range (cpsr) is high. in this paper using combination of two ideas i.e. non conventional air bridge and segmented permanent magnet a optimal design has been proposed. in this paper non conventional air bridge is used for reducing the permanent magnet volume. the genetic algorithm has been applied to the goal function. simulation results show the good performance of optimal design related the conventional design.
  • M. Mohammadi Amiri, A. Olfat Page 67
    In this paper, a cooperative network consisting of one source, one relay, and one destination is considered. The source and the destination are both single-antenna systems, while the relay is equipped with N antennas and operates in decode-and-forward (DF) mode. We assume that there is no direct link between the source and the destination. We propose two beamforming methods at the relay to transmit the data to the destination. Beamforming is performed at the relay by the assumption of having two bit quantized information about the phase of all links between the relay and the destination. We derive an upper bound on bit error probability of the system and show that the proposed scheme achieves full diversity order. Simulation results illustrate that performance of the system in terms of bit error probability is better than some well-known scenarios and is close to some scenarios with ideal assumptions.