فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال چهاردهم شماره 4 (پیاپی 41، زمستان 1395)

  • الف - مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1395/12/25
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مجتبی حیدری، علی یزدیان ورجانی صفحات 247-261
    اخیرا استفاده از مبدل های کلید کاهش یافته در سیستم های الکترونیک قدرت به خاطر مزایای متعدد آنها شامل قیمت پایین تر، وزن و حجم کمتر و همچنین قابلیت اطمینان بالاتر، روند رو به رشدی داشته است. در این مقاله یک ساختار کلید کاهش یافته جدید به عنوان یک مبدل ac/ac سه فاز به سه فاز پیشنهاد می شود. این مبدل تنها از شش کلید فعال و شش دیود استفاده می کند و در میان تمام مبدل های ac/ac سه فاز به سه فاز که پیش از این در مقاله ها ارائه شده است دارای کمترین تعداد کلید های فعال می باشد. از مشخصه های این مبدل می توان به ورودی و خروجی سینوسی، ضریب توان واحد و THD پایین جریان شبکه اشاره کرد. کاهش تعداد کلید ها در سیستم پیشنهادی علاوه بر کاهش تعداد مدارهای راه انداز و سیستم خنک کنندگی کلیدها، باعث کاهش قیمت تمام شده به خصوص در کاربردهای با ولتاژ و توان متوسط و پایین می شود. در این مقاله طرح مدولاسیون مبدل پیشنهادی و روش های کنترل بخش های یکسوساز و اینورتر آن ارائه می شود. علاوه بر این، تحلیل تعیین ظرفیت بهینه خازن های dc به منظور کاهش ضربان ولتاژ خط dc، متعادل شدن جریان شبکه و کاهش THD آن انجام گرفته است. نتایج شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی صحت عملکرد ساختار پیشنهادی را در حالت ماندگار و گذرا تایید می کند.
    کلیدواژگان: سیستم ac، ac سه فاز به سه فاز، مبدل کلید کاهش یافته، بهینه کردن ظرفیت خازن های خط DC، کاهش ضربان ولتاژ خط DC، مبدل B4
  • جواد مدرسی، اسکندر قلی پور، امین خدابخشیان صفحات 262-270
    بارزدایی، آخرین واکنش برای کنترل و پایداری سیستم قدرت در هنگام وقوع اغتشاش است. تعیین محل و مقدار بارزدایی از مسایلی است که همواره گریبان گیر بهره برداران سیستم قدرت بوده است. در این مقاله روش جدیدی برای تعیین باس مناسب جهت انجام بارزدایی ولتاژی پیشنهاد می شود. در روش پیشنهادشده بر خلاف روش های پیشین از دو شاخص حساسیت ولتاژ نسبت به توان اکتیو و توان راکتیو بارها استفاده می شود تا باس مناسب جهت بارزدایی ولتاژی مشخص شود. در نظر گرفتن توان راکتیو بارها در فرایند تعیین باس مناسب برای بارزدایی ولتاژی باعث قطع توان راکتیو بیشتر در پله های ابتدایی بارزدایی ولتاژی شده و پروفیل ولتاژ بهبود می یابد. در نتیجه، توان اکتیو کمتری توسط بارزدایی ولتاژی قطع می شود. روش پیشنهادی به همراه روش مبتنی بر حساسیت ولتاژ نسبت به توان اکتیو در شبکه تست 118باسه IEEE و شبکه 39باسه New England پیاده سازی می شوند تا درستی روش پیشنهادشده مورد بررسی قرار گیرد. نتایج حاصل نشان دهنده برتری روش پیشنهادی نسبت به روش حساسیت ولتاژ نسبت به توان اکتیو است.
    کلیدواژگان: بارزدایی ولتاژی، باس موثر، توان راکتیو، حساسیت ولتاژ، پایداری ولتاژ
  • فرامرز فقیهی، سودابه سلیمانی، محمدرضا ملازاده شاهرودی صفحات 271-280
    در این مطالعه، یک روش کنترلی سیستم واسط تزریق توان منابع انرژی های تجدیدپذیر به شبکه بر مبنای الگوریتم کمترین مربعات بازگشتی- چندخروجی توسعه یافته و با در نظر گرفتن ملاحظات مدیریت توان اکتیو و کاهش مولفه های هارمونیکی، نامتعادلی و راکتیو جریان ارائه می شود. روش پیشنهادی با شبیه سازی در محیط نرم افزار MATLAB مورد ارزیابی قرار می گیرد. ابتدا یک سیگنال سه فاز هارمونیکی نامتعادل مصنوعی تولید و به چند تخمین گر مختلف ارسال و خروجی آنها با هم مقایسه می شود. نتایج به دست آمده، بیان کننده کارایی مناسب ساختار پیشنهادی در استخراج مولفه های متقارن هارمونیکی اکتیو در مقایسه با سایر روش های متداول است. همچنین عملکرد دینامیکی آن در دنبال کردن تغییرات جریان بار با به کارگیری آن در سیستم کنترلی یک سیستم واسط انرژی منبع تولید پراکنده نشان می دهد که علاوه بر مدیریت توان اکتیو تزریقی به شبکه، کاهش هم زمان مولفه های هارمونیکی، نامتعادلی و راکتیو جریان به خوبی انجام می شود.
    کلیدواژگان: روش EMO، RLS، کنترل توان اکتیو تزریقی، کیفیت توان، مولفه های متقارن هارمونیکی، واسط منابع انرژی های تجدیدپذیر
  • صباح دانیار، الهه نوروزی صفحات 281-288
    با توجه به کاربرد وسیع حفاظت جهتی در شبکه های فوق توزیع و انتقال، در این مقاله یک الگوریتم جدید برای تعیین جهت خطا در خطوط انتقال پیشنهاد شده است. این الگوریتم دارای ناحیه مرده نمی باشد و همچنین برای انواع خطاهای داخلی و خارجی و بدون توجه به محل خطا نیز به درستی عمل می کند. این عملکرد صحیح تحت شرایط خطاهای نزدیک رله نیز صادق است. الگوریتم در تشخیص خطا سریع عمل کرده و جهت درست خطا را در شرایط مختلفی از قبیل اشباع CT، نوسانات توان و وجود منابع قوی و ضعیف تشخیص می دهد. همچنین مقاومت خطا و زاویه شروع خطا نیز تاثیری در عملکرد صحیح الگوریتم ندارد. فرکانس نمونه برداری پایین الگوریتم پیشنهادی به آن قابلیت پیاده سازی صنعتی می دهد. جهت ارزیابی الگوریتم، شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار EMTP-RV انجام گرفته است. الگوریتم توسط داده های میدانی استخراج شده از پست 230kV مانشت، واقع در استان ایلام نیز اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی دارای سرعت و قابلیت اطمینان مناسبی می باشد.
    کلیدواژگان: اشباع CT، حفاظت دیجیتال، رله جهتی، مولفه توالی مثبت، ناحیه مرده
  • سیدعلی سیدی سعادتی، ابوالفضل حلوایی نیاسر صفحات 289-297
    این مقاله به طراحی تحلیلی، بهینه سازی و شبیه سازی به روش اجزای محدود یک موتور سنکرون آهن ربای دایم از نوع شارمحور با سرعت بسیار بالا می پردازد. این موتور دارای توان نامی تقریبی نیم اسب بخار و سرعت 60.000 دور بر دقیقه بوده که در برخی از کاربردهای صنعتی خاص مورد استفاده قرار می گیرد. بر حسب مشخصات نامی مورد نظر برای موتور با استفاده از روابط تحلیلی طراحی موتورهای سنکرون آهن ربای دایم، محاسبات اجزای مختلف موتور شامل مشخصات ابعادی، مغناطیسی و جنس مواد با جزئیات کامل تشریح می شوند. در ادامه و با توجه به کاربرد خاص این موتور که در آن دست یابی به گشتاور مورد نیاز با حداقل جریان و تلفات مسی مورد نظر است، ابعاد و مشخصات موتور به روش بهینه سازی و با استفاده از الگوریتم ژنتیک و با تابع هدف نسبت گشتاور به جریان تعیین می گردند. الگوریتم بهینه سازی، مقادیر بهینه فاصله هوایی، چگالی شار آهن ربای دایم، چگالی جریان خطی و تعداد دورهای سیم پیچ استاتور را تعیین می کند. جهت صحه گذاری طراحی های تحلیلی و بهینه سازی انجام شده، مدل اجزای محدود سه بعدی موتور در نرم افزار ماکسول ایجاد می گردد و عملکرد موتور تحت شبیه سازی های مگنتواستاتیک و گذرا بررسی می گردد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی اجزای محدود بر نتایج طراحی تحلیلی صحه می گذارند. همچنین این نتایج بر موثربودن روش بهینه سازی ارائه شده بر کاهش تلفات اهمی دلالت دارند و تطابق بسیار مناسبی بین نتایج هر دو روش تحلیل برای مقادیر به دست آمده گشتاور، بهره موتور و چگالی شار وجود دارد.
    کلیدواژگان: موتور سنکرون آهن ربای دایم، سرعت بالا، موتور شار محور (دیسکی)، طراحی تحلیلی، تحلیل اجزای محدود سه بعدی، الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی
  • محمدرضا علیزاده پهلوانی، یوسف شهبازی آیت، ابوالفضل واحدی صفحات 298-304
    این مقاله یک طراحی بهبودیافته از ماشین سنکرون مغناطیس دایم شارمحوری (AFPM) را با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) ارائه می دهد که در آن محدودیت های عملی لحاظ شده است. ابتدا روابط طراحی ارائه شده و یک نمونه ماشین AFPM با توان 20 کیلووات طراحی شده و سپس با استفاده از الگوریتم PSO چگالی توان خروجی بهبود یافته است. مقایسه ای میان ماشین بهبودیافته و یک نمونه ساخته شده صورت گرفته است. ماشین بهبودیافته دارای چگالی توان بیشتری نسبت به نمونه موجود ساخته شده می باشد. در ادامه تحقیق با استفاده از روش های تحلیلی بر اساس معادلات ماکسول چگالی شار مغناطیسی در ناحیه فاصله هوایی محاسبه شده که نتایج تحلیلی توافق بسیار خوبی با نتایج ناشی از نرم افزار المان محدود دارد و می توان با استفاده از این روش، چگالی شار مغناطیسی و نیروی محرکه القایی ماشین الکتریکی را در زمان بسیار کمتری نسبت به نرم افزار المان محدود محاسبه نمود.
    کلیدواژگان: طراحی بهبودیافته، ماشین مغناطیس دایم، ماشین شارمحور TORUS، NS
  • محمدرضا علیزاده پهلوانی، یوسف شهبازی آیت، ابوالفضل واحدی صفحات 305-310
    در این مقاله یک روش تحلیلی شبه سه بعدی برای محاسبه چگالی شار مغناطیسی بی باری ماشین شارمحور آهن ربای دایم ارائه شده است. این روش به صورت ترکیبی از حل تحلیلی دوبعدی میدان مغناطیسی و استفاده از یک تابع اصلاح برای لحاظ اثر شعاعی ماشین بر روی توزیع میدان مغناطیسی می باشد. تابع اصلاح به صورت تحلیلی و با استفاده از پرمانس های فاصله هوایی و پرمانس های نشتی به دست آمده است. این روش تحلیلی دارای زمان محاسباتی بسیار کمتری نسبت به نرم افزارهای المان محدود می باشد و از این رو می تواند در طراحی و بهینه سازی ماشین های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد. در نهایت اعتبارسنجی نتایج روش تحلیلی ارائه شده با استفاده از تحلیل افزار المان محدود انجام شده است.
    کلیدواژگان: ماشین های شارمحور، آهن ربای دایم، میدان های مغناطیسی، روش تحلیلی، معادلات ماکسول
  • مهرداد تاکی، رضا مهین زعیم صفحات 311-317
    در این مقاله روشی برای مخابره مطمئن اطلاعات (با احتمال خطای متمایل به صفر) در یک لینک مخابراتی بی سیم ارائه می شود که در آن برای مقابله با اثرات فیدینگ و چندمسیرگی از کدینگ و مدولاسیون وفقی (AMC) استفاده شده است. با استفاده از روش های کدینگ متداول حد کمی از احتمال خطا در سیستم باقی می ماند که به صفر رساندن آن مستلزم استفاده از توان ارسالی بسیار زیاد و یا کلمات کد به طول بی نهایت است و در عمل ممکن نیست. وظیفه از بین بردن میزان خطای باقیمانده بر عهده سیستم بازارسال خودکار (ARQ) است. البته اگر کدینگ تصحیح خطای مورد استفاده ضعیف باشد تعداد بازارسال های مورد نیاز زیاد خواهد بود و این امر گذردهی سیستم را به شدت خراب می کند. در این مقاله روشی برای ترکیب بهینه روش تصحیح خطا در تطبیق لینک و روش تشخیص خطا و بازارسال ارائه می شود. از طرف دیگر به علت متغیر با زمان بودن کانال ها و خطاهای تخمین و چندی سازی (Quantization)، در عمل وضعیت دقیق لینک برای تنظیم نرخ ارسال در اختیار نیست. در این مقاله، روش جدیدی برای تطبیق لینک بر مبنای وضعیت لینک غیر ایده آل نیز ارائه می شود. بررسی های عددی کارامدی روش طراحی شده را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: تطبیق لینک گسسته، کدینگ و مدولاسیون وفقی (AMC)، بازارسال خودکار (ARQ)، مخابره مطمئن
|
  • M. Heydari*, A. Yazdianvarjani Pages 247-261
    Reducing the number of semiconductor switches in power electronic converters has been a continuing effort in recent years as a measure to enhance the system reliability and to decrease its size, weight, and component cost. For these reasons, a new reduced switch count three-phase ac/ac converter is being proposed. Being realized by only six active switches and anti-parallel diodes, the proposed converter topology employs the minimum number of semiconductor devices amongst the converters of its kind. It also features unity power factor, regenerative operation, pulse width modulated output voltage, and sinusoidal input current. The reduced number of switches results in a simplified associated gate drive circuit as well as cooling system which, in turn, may cut the overall manufacture cost, especially in low voltage and low power applications. The modulation scheme of the new converter is developed, and a control algorithm is proposed for the converter’s rectifier side. Moreover, an analysis is performed on the dc link capacitor sizing for the purposes of reducing dc link voltage ripple, balancing the input current, and lowering its THD. The simulation and experimental results corroborate the transient and steady state performance of the proposed converter topology.
  • J. Modarresi, E. Gholipour*, A. Khodabakhshian Pages 262-270
    Load shedding is the last line of defense for controlling and stabilizing of the power system in the occurrence of a disturbance. Determining the amount and location of the load shedding are issues that the power system operators always have faced In this paper, a new method is proposed for determining the location of under voltage load shedding (UVLS). The proposed method, unlike the previous UVLS methods, uses two different factors to determine the effective location of UVLS. Considering the load reactive power in the process of determination of the UVLS location leads to disconnecting more reactive power during the initial steps of UVLS. Therefore, less active power sheds by the UVLS. To verify the accuracy of the proposed method, the proposed UVLS method accompanied with the method which uses the sensitivity of voltage with respect to the active power are implemented in IEEE 118-bus test system and New England 39 bus system. The obtained results show the superiority of the proposed method.
  • F. Faghihi*, S. Soleymani, M. Mollazadeh Shahroudi Pages 271-280
    In this paper a control technique for renewable energy resources–grid interface is proposed based on extended multi output-recursive least square (EMO-RLS) algorithm considering active power management and harmonic, unbalanced and reactive current components elimination. The proposed method is evaluated via MATLAB/SIMULINK software. Firstly, an artificial three-phase unbalanced harmonic signal is generated. It will be transmitted to different estimators for their outputs comparison. The results indicate proper performance of the suggested structure for active harmonic symmetrical components analysis in comparison with the other traditional methods. Also, its dynamic operation in tracking of load current variations is evaluated employing EMO–RLS algorithm for control system of a DG source interface. It illustrates the active power injection to the grid is managed, as well as the harmonic, unbalance and reactive current components, are decreased simultaneously.
  • S. Daniar*, E. Norouzi Pages 281-288
    Directional protection is a crucial function in advanced transmission network relays. In this paper, a novel directional algorithm for transmission line protection is presented. Proposed algorithm responds to all kind of faults accurately without any dead zone. In this scheme, discrimination between internal and external faults will be done precisely even for close relay faults. The proposed algorithm utilizes a close form equation achieved by least squares optimization. Directional protection function is carried out based on proposed algorithm under various conditions such as current transformer saturation, power swing and source capacity changes. Moreover, variation on some parameters such as fault inception and fault resistance has only negligible effects on algorithm performance. Due to employing of low sampling frequency, hardware implementation of the proposed algorithm is not complicated. Algorithm performance is evaluated by applying the field data from Manesht 230kV substation located at Ilam province as well as extracted data form EMTP-RV simulations. Simulation results verify the speed and reliability of the proposed algorithm.
  • S. Ali. Seyedi Seadati, A. Halvaei Niasar* Pages 289-297
    This paper proposes to design, optimization and finite element simulation of an axial-flux, super-high speed, permanent magnet motor. The target motor with 0.5 hp rated power at speed of 60,000 rpm is used in a special industrial application. Based on nominal specifications of the motor and using analytical relations of motor design, the design calculations, sizing and motor dimensions are investigated. Due to special application of the target motor that needs to the demanded torque with minimum current and copper losses, the dimensions and design specifications of motor is optimized via genetic algorithm based on a torque per ampere cost function. Optimization algorithm determines the optimum value of airgap, permanent magnet flux density, current density and turns number of stator windings. To demonstrate of analytical design and optimization results, using 3-D model of motor in Maxwell software, finite element analysis are carried out in Magneto-static and Transient modes. The FEM simulation results confirm the analytical design results. Moreover, they show the significant reduction in RMS current and copper loss at rated torque. There is a good agreement between the values of torque, motor efficiency, and flux density resulted from both methods.
  • M. R. Alizadeh Pahlavani*, Y. Shahbazi Ayat, A. Vahedi Pages 298-304
    This paper present an improved design of Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) synchronous machines using PSO algorithm that consider practical limits. At first sizing equations is provided and 20 kW AFPM machine is designed, and then output power density is improved using PSO algorithm. A comparison between improved designed AFPM machine and a prototype constructed machine is performed. Improved machine has more output power density than constructed machine. Then magnetic flux density is calculated based on Maxwell equations analytically. Analytical results have good agreement with finite element method (FEM) results. Use of analytical method takes much less computational time than FEM dose.
  • M. R. Alizadeh Pahlavani*, Y. Shahbazi Ayat, A. Vahedi Pages 305-310
    This paper presents a semi-3D analytical method for calculation of the no-load magnetic flux density in an axial flux permanent-magnet machine. This method is based on a 2-D analytical solution of magnetic field and using modulation function for considering machine’s radial effect on magnetic field distribution. Modulation function is obtained analytical and by use of airgap and leakage permeances. This analytical method takes much less computational time than 3-D finite element method (FEM) does, and is, thus, useful for designing and optimization purposes. Finally, the accuracy of the presented analytical model is validated by comparing its results to corresponding finite-element analysis.
  • M. Taki*, R. Mahin Zaeem Pages 311-317
    In this paper, a new scheme for completely reliable transmission of the information (with an error probability tends to zero) in a wireless communication link will be proposed in which to compensate the effects of fading and multipath, adaptive modulation and coding is used. Obviously, by the practical forward error correction it is impossible to achieve error free communication. Removing the residual error is by an auto-forwarding system. Of course, if error correction coding capability is weak, number of retransmissions will be increased to the much needed and it severely undermines the system throughput. On the other hands, strong error correction capability needs high block length codes and high transmission power which are limited in practice. In this paper, a method for optimum combination of error correction and auto forwarding is provided. In this paper, link adaptation is based on imperfect channel state information. Numerical results demonstrate efficiency of designed method.