فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال پانزدهم شماره 3 (پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/07/03
  • تعداد عناوین: 12
|
  • رضا بخردیان، مهدی داورپناه *، یاشار کر، مجید صنایع پسند صفحات 1-12

    کوره قوس الکتریکی دارای توان مصرفی متغیر با زمان است که باعث ایجاد نوسانات مکانیکی در مولد های سنکرون مقیاس کوچک مجاور و در نتیجه کاهش عمر آن می شود. در این مقاله، در ابتدا مدلی مناسب برای کوره قوس الکتریکی ارائه می شود و با استفاده از داده های اندازه گیری شده واقعی نیز صحت سنجی می گردد. در ادامه یک سیستم توزیع واقعی متشکل از مولد سنکرون مقیاس کوچک، که بارهای صنعتی از جمله کوره قوس الکتریکی را تغذیه می کند، بر اساس شبیه سازی حوزه زمان مورد آنالیز و بررسی قرار می گیرد. با استفاده از مطالعات تحلیلی و نتایج شبیه سازی، مقدار مناسب برای پارامترهای کنترل کننده محرک اولیه به گونه ای تعیین می شوند که نوسانات مکانیکی مولد سنکرون مقیاس کوچک ناشی از کوره قوس الکتریکی کاهش یابد. بعلاوه، پاسخ حالت گذرای مولد سنکرون مقیاس کوچک نیز در تنظیم مناسب پارامترهای مذکور در نظر گرفته شده است. در نهایت مقاوم و موثر بودن پارامترهای پیشنهادی با استفاده از داده های اندازه گیری واقعی سنجیده می شود.

    کلیدواژگان: کوره ی قوس الکتریکی، ژنراتور سنکرون مقیاس کوچک، تغییر گشتاور ژنراتور، کنترل ریزشبکه
  • حمیدرضا تودجی صفحات 13-21
    کوره های قوس الکتریکی مصرف کنندگانی بزرگ، غیرخطی و متغیر با زمان بوده و با ایجاد مشکلاتی نظیر هارمونیک، فلیکر، نامتعادلی و ضریب قدرت پایین، کیفیت توان شبکه را تحت تاثیر قرار می دهند. در این مقاله، برای بهبود کیفیت توان و افزایش کارایی سیستم کنترل کوره قوس الکتریکی از یکپارچه ساز جامع کیفیت توان (UPQC [i]) استفاده شده است. کاهش هارمونیک های تزریقی به شبکه، بهبود ضریب قدرت و متعادل سازی جریان، برخی از مزایای استفاده از این جبرانساز می باشد. جبرانساز پیشنهادی، تنظیم جریان هر فاز کوره قوس در مقدار بهینه را با سرعت و دقت زیادتری نسبت به سیستم کنترل مکانیکی مرسوم الکترودها انجام داده و عملکرد این سیستم مکانیکی را محدود به شرایط اتصال کوتاه ادامه دار و نیز روشن کردن قوس خاموش شده می کند. به علاوه، محدودکردن سریع جریان اتصال کوتاه کوره قوس و نیز کنترل پیوسته ولتاژ قوس توسط سیستم پیشنهادی، امکان جایگزینی ترانسفورمرهای گرانقیمت کوره قوس با ترانسفورمرهای ارزان تر را فراهم می آورد. همچنین به دلیل اتصال مبدل های سری و موازی جبرانساز پیشنهادی از طریق ترانسفورمرهای کاهنده به سمت فشار ضعیف ترانسفورمر کوره قوس، می توان از کلیدهای نیمه هادی موجود استفاده نمود. در این مقاله، مزایای سیستم پیشنهادی توسط نتایج شبیه سازی یک سیستم نمونه تحت شرایط مختلف در نرم افزار MATLAB تایید می گردد.
    کلیدواژگان: کوره قوس الکتریکی، سیستم مکانیکی کنترل الکترود، کیفیت توان، یکپارچه ساز جامع کیفیت توان (UPQC)
  • داود عزیزیان صفحات 23-32
    ترانسفورماتورهای چند سیم پیچه به طورعمده ای در صنایع ریلی و کارخانه های فولادسازی مورد استفاده قرار می گیرند. ترانسفورماتورهای مورداستفاده در این سیستم ها دارای ساختار ویژه ای (دوطبقه) بوده و از لحاظ حرارتی و مغناطیسی مشکلات و پیچیدگی هایی را به همراه دارند. با توجه به ساختار ویژه ترانسفورماتور چند سیم پیچه دوطبقه، تحلیل حالت گذرای حرارتی سیم پیچی های این ترانسفورماتور از درجه اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این مقاله ابتدا یک مدل مبتنی بر روش تفاضلات محدود جهت مدل سازی ریاضی رفتار حرارتی سیم پیچی ها در شرایط گذرا معرفی شده است. با تایید صحت مدل سازی با کمک نتایج تجربی، یک بارگیری نمونه به ترانسفورماتور دوطبقه نوعی اعمال و درجه حرات سیم پیچی های آن در زمان های مختلف نمونه برداری می شود. در ادامه با ارائه مدل هایی مبتنی بر شبکه های عصبی مصنوعی و آموزش آن ها با کمک داده های حرارتی به دست آمده در قسمت اول مقاله، مدل هایی دینامیک جهت مطالعه رفتار حرارتی سیم پیچی های ترانسفورماتور چندسیم پیچه دوطبقه پیشنهاد می شود. چنانچه نشان داده شده است، مدل های ارائه شده بر مبنای شبکه های عصبی، از دقت بالایی جهت مدل سازی حالت گذرای حرارتی در ترانسفورماتور دوطبقه برخوردارند.
    کلیدواژگان: ترانسفورماتور چند سیم پیچه، ساختار دوطبقه (سیم پیچی های مجزا)، مدل سازی حرارتی گذرا، روش تفاضلات محدود، شبکه های عصبی مصنوعی _
  • حمید جهانگیر ، اصغر اکبری ازیرانی، پیتر ورله صفحات 33-43
    اخیرا آشکارسازی تخلیه جزئی به روش UHF در ترانسفورماتورهای فشار قوی توجه زیادی به خود جلب کرده است. در مورد ترانسفورماتورهای موجود در شبکه قدرت، تنها راه دریافت سیگنال های UHF از طریق پروب هایی است که از طریق شیر تخلیه روغن نصب می شوند. با اینکه این پروب ها بصورت تجاری نیز ساخته شده اند، اطلاعات کمی در مورد مشخصات و ویژگی های این پروب ها در آشکارسازی تخلیه جزئی در دسترس است. در این مقاله ویژگی های این پروب ها به عنوان یک آنتن UHF شامل فرکانس مناسب آشکارسازی، تاثیر محل نصب پروب، الگوی تشعشعی، پلاریزاسیون و تاثیر عمق نفوذ پروب بر آشکارسازی تخلیه جزئی با استفاده از حجم وسیعی از داده های اندازه گیری شده و شبیه سازی های الکترومغناطیسی مورد بررسی قرار می گیرد. بسیاری از پارامترهای مورد بررسی برای اولین بار در زمینه آشکارسازی تخلیه جزئی به روش UHF مطرح شده اند. پس از آشنایی با پارامترهای موثر، وضعیت بهینه هر پارامتر برای اندازه گیری ارائه می شود. بکارگیری نتایج ارائه شده در این مقاله منجر به جلوگیری از اندازه گیری و تحلیل نادرست تخلیه جزئی و تصمیم گیری اشتباه در مورد وضعیت عایقی ترانسفورماتور قدرت می گردد.
    کلیدواژگان: پروب های UHF، تخلیه جزئی، ترانسفورماتور قدرت، ویژگی های آنتن _
  • مرتضی شعبان زاده ، محمدکاظم شیخ الاسلامی، محمودرضا حقی فام صفحات 45-58
    منابع انرژی پراکنده (DER) با محوریت مولدهای تجدیدپذیر نقش مهمی را در شبکه های توزیع فعال که مباحث زیست محیطی یکی از دغدغه های آن محسوب می شود، ایفا می کنند. کوچک بودن مقیاس این نوع منابع و تولید نایقین واحدهای تجدیدپذیر از مهم ترین چالش های عدم حضور این واحدها در بازارهای عمده فروشی برق می باشند. بر اساس مفهوم نیروگاه مجازی (VPP) ، امکان یکپارچه سازی و تجمیع منابع ناهمگون DER محقق می شود ضمن اینکه پوشش ریسک های مرتبط با عدم قطعیت تولید اعضای ائتلاف VPP ممکن می گردد. همچنین، هماهنگی یکپارچه منابع DER تحت نیروگاه مجازی نسبت به حالتی که این منابع به طور مجزا در تعاملات تجاری حضور پیدا می کنند، باعث ایجاد سود مازاد می گردد. در این مقاله، در ابتدا نحوه مدل سازی ریاضی هر یک از اعضای تشکیل دهنده ائتلاف VPP و مشارکت مجموعه ی آن ها در بازار روزفروش برق ارائه می گردد. در ادامه، چگونگی تشکیل ائتلافی بزرگتر میان VPP و تجمیع کننده بار و مشارکت یکپارچه این دو نهاد تجاری در بازار روزفروش و بازار زمان-حقیقی مورد تحلیل قرار می گیرد. در نهایت با ارائه یک مورد مطالعاتی، میزان سودبخشی حاصل از تشکیل چنین ائتلافی در شبکه های توزیع فعال نشان داده خواهد شد.
    کلیدواژگان: یروگاه مجازی، شبکه توزیع فعال، تجمیع کننده بار، شرکت ائتلافی، بازار زمان-حقیقی، برنامه ریزی تصادفی _
  • مریم اخوان حجازی ، علی محمد حریری، رضا گلردی صفحات 59-69
    ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع یکی از مهم ترین چالش هایی است که طراحان سیستم با آن مواجه هستند. در این مقاله به ارزیابی قابلیت اطمینان یک شبکه توزیع شامل تولیدات پراکنده با استفاده از روش مونت کارلو پرداخته شده است. این شبکه توزیع شامل تولیدات پراکنده ای نظیر سیستم فتوولتائیک، توربین بادی و موتور رفت وبرگشتی گازسوز است. از توزیع نرمال برای شبیه سازی مدل احتمالی سیستم فتوولتائیک، از توزیع ویبول برای شبیه سازی توان خروجی توربین بادی و از موتور رفت وبرگشتی گازسوز نیز برای تامین پیک بار استفاده شده است. برای ارزیابی قابلیت اطمینان شبکه های توزیع شامل سیستم فتوولتائیک و توربین بادی که دارای خروجی تصادفی هستند، از روش های احتمالی استفاده شده است. در این مقاله از روش شبیه سازی مونت کارلو با معیار بی نظمی استفاده شده است. برای ارزیابی قابلیت اطمینان،شبکه آزمایشی بیلینتون 2 (RBTS BUS 2) در نرم افزار متلب مدل شده است که به آن سیستم فتوولتائیک، توربین بادی و موتور رفت وبرگشتی گازسوز نیز اضافه شده و شاخص های قابلیت اطمینان نظیرSAIFI، SAIDI، CAIDI و غیره با استفاده از معیار بی نظمی محاسبه شده اند. با استفاده از معیار بی نظمی، فیدرهای با مشترکین پراهمیت ارزش بیشتری پیدا کرده و شاخص های قابلیت اطمینان سیستم بهبود یافته اند.
    کلیدواژگان: تولیدات پراکنده، بی نظمی، روش شبیه سازی مونت کارلو، شاخص های قابلیت اطمینان، شبکه توزیع، قابلیت اطمینان
  • امیرحسین ناظری اردکانی *، علی اصغر خدادوست آرانی، محمد باقر منهاج، مهدی کراری صفحات 71-81

    در این مقاله ابتدا از یک مدل پاسخ فرکانسی که تاثیر تغییرات تولید خروجی واحد های موجود در ریزشبکه نمونه مستقل از شبکه اصلی را روی تغییرات فرکانس نشان می دهد، استفاده شده است و برای واقعی تر شدن مدل پاسخ فرکانسی مورد نظر، عوامل غیرخطی مانند بلوک های تاخیر زمانی و باندهای مرده و محدودکننده هایی نیز به مدل مورد نظر اضافه شده است. برای حفظ فرکانس در مقدار نامی خود از یک کنترل کننده قبل از دیزل ژنراتور استفاده شده است تا بتواند توان خروجی دیزل را متناسب با تغییرات افزایشی و کاهشی بار مصرف کنندگان که به صورت پله ای و ناگهانی رخ می دهد، به خوبی تنظیم نماید. ابتدا یک کنترل کننده PI کلاسیک برای ژنراتور دیزل طراحی شده است. برای بهبود کنترل فرکانس در حضور عوامل غیرخطی، یک کنترل کننده PI فازی برای ریزشبکه طراحی شده تا عملکرد نسبتا مناسب تری را داشته باشد و برای بهبود عملکرد کنترل کننده PI فازی مورد نظر دو سیستم فازی هوشمند به کنترل کننده PI فازی اضافه شده تا کنترل کننده PI فازی مورد نظر را متناظر با میزان تغییرات بار و فرکانس به صورت آنلاین بروز کند تا عملکرد به مراتب بهتری را نسبت به دو کنترل کننده قبل داشته باشد. همچنین پارامترهای قابل تنظیم کنترل کننده PI فازی در اینجا با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) بهینه شده است تا بتوان به پاسخ بهینه کنترل کننده PI فازی دست یافت. نتایج شبیه سازی ها، کارایی کنترل کننده هوشمند فازی پیشنهادی طراحی شده را در شرایط مختلف عملکردی ریزشبکه به خوبی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل کننده فازی هوشمند خودتنظیم، فرکانس، ریزشبکه، PSO، عوامل غیرخطی
  • فرخ امینی فر ، متین فرهومندی صفحات 83-91
    حفظ امنیت سیستم های زیرساختی مانند شبکه های برق در برابر وقوع حوادث عادی که با اثر کم و البته احتمال زیاد رخ می دهند، از دیرباز مدنظر طراحان و بهره برداران این سیستم ها بوده است. اما، عملکرد این سیستم ها همچنان با وقوع اغتشاشات شدید به شدت مختل می گردد. بنابراین ضروری است که هم در مرحله طراحی و هم در مرحله بهره برداری از این سیستم ها، رفتار سیستم در شرایط وقوع حوادث شدید مطالعه شده و در صورت نیاز تمهیدات لازم جهت رفع کاستی ها اندیشیده شود. این رفتار به عنوان یک ویژگی جدید با نام تاب آوری یک سیستم زیرساختی شناخته می شود. تاب آوری به عملکرد زمانی یک سیستم شامل استقامت، آسیب پذیری و برگشت پذیری در شرایط وقوع یک اغتشاش شدید اشاره دارد. این مقاله مفاهیم و مبانی ارزیابی تاب آوری را تبیین نموده و تفاوت های اساسی آن را با مفاهیم شناخته شده تری مانند امنیت و قابلیت اطمینان تشریح می نماید. با توجه به افزایش نرخ وقوع حوادث طبیعی که از نوع حوادث با اثر زیاد و احتمال کم قلمداد می شوند و اثرات فاجعه بار خاموشی های هرچند کوتاه مدت، مطالعات تاب آوری بایستی به عنوان یک ضرورت در برنامه های عملیاتی نهادهای مرتبط قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تاب آوری، حوادث با اثر زیاد و احتمال کم، استقامت، برگشت پذیری
  • فاطمه جهانبانی ، مرتضی محمدی اردهالی صفحات 93-104
    یکپارچه سازی توان تولیدی باد در یک سیستم تولید الکتریکی باعث ایجاد نوسانات و عدم قطعیت خواهد شد که باید در فرآیند برنامه ریزی توسعه تولید (GEP) در نظر گرفته شود. هدف این مطالعه، مدل سازی مسئله GEP با یکپارچه سازی توان تولیدی بادی با معرفی و پیشنهاد مدل فازی-احتمالاتی به منظور در نظرگرفتن نوسانات و عدم قطعیت موجود در توان تولیدی باد می باشد. به منظور اعتبارسنجی و بهینه سازی مسئله GEP، از الگوریتم ژنتیک، جستجوی گرانشی و جستجوی گرانشی بهبود یافته (IGSA) برای یک سیستم نمونه استفاده شده که IGSA به بهترین پاسخ دست یافته است. برای مدل کردن توان تولیدی باد مدل سازی فازی-احتمالاتی معرفی و پیشنهاد گردیده است که در آن، از الگوریتم خوشه بندی k-means استفاده شده که تعداد خوشه های مناسب مبتنی بر روش معیار اطلاعات بیزین انتخاب شده اند و سپس اعداد فازی به هر مرکز خوشه اختصاص داده شده است. نتایج نشان می دهد که در نظر گرفتن نوسانات و عدم قطعیت در توان تولیدی باد ترکیب بهینه واحدهای تولید متناظر با مقادیر هزینه کل (TC) را تغییر می دهد به گونه ای که با کاهش درصد سهم نیروگاه های بادی نصب شده به دلیل کاهش توان تولیدی باد مقدار هزینه TC افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: انرژی باد، برنامه ریزی توسعه تولید، روش برش آلفا، معیار اطلاعات بیزین، مدل فازی-احتمالاتی، الگوریتم جستجوی گرانش بهبودیافته
  • سجاد مهربخش دوگاهه ، آلفرد باغرامیان، سید سعید محتوی پور صفحات 105-112
    عمدتا اینورترهای بدون ترانسفورماتور برای سیستم های فتوولتائیک متصل شده به شبکه، به خاطر بازدهی بالاتر، وزن پایین تر، اندازه کوچک تر و کاهش هزینه نصب و بهره برداری نسبت به سیستم هایی با حضور ترانسفورماتور بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند. تلفات کلید زنی تحت این شرایط می تواند با کمک کلیدزنی در ولتاژ صفر (ZVS [i]) در ساختار اینورتر تمام پل، در هنگام روشن و خاموش شدن کلید به حداقل برسد. برای دستیابی به اهداف ذکرشده، یک ساختار تمام پل در این مقاله پیشنهاد شده،که در آن اصول عملکردی و تاثیر خازن های متصل شده به کلیدها برروی ولتاژ، با جزئیات مد نظر قرار گرفته شده است. علاوه براین، راندمان سیستم طراحی شده با استفاده از کلیدزنی در ولتاژ صفر و تثبیت ولتاژ ورودی توسط خازن بهبود قابل ملاحظه ای یافته است. فرکانس کلیدزنی نسبتا کم علاوه بر افزایش بازدهی اینورتر باعث بهبود در اندازه آن نیز شده است. در نهایت، ساختار پیشنهاد شده با ساختارهای دیگر بدون ترانسفورماتور از نقطه نظر راندمان اخذ شده، مقایسه شده است. نتایج حاصله حاکی از بهبود عملکرد اینورتر و شرایط کلیدزنی نرم در مدل پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: جریان نشتی، فتوولتاییک، اینورتر بدون ترانسفورماتور، ولتاژ مد مشترک، بازدهی اینورتر، کلیدزنی ولتاژ صفر
  • محمد پهلوان دوست ، محمد روح الله یزدانی صفحات 113-123
    در این مقاله یک مبدل افزاینده DC-DC رزونانسی جدید بدون استفاده از سوئیچ کمکی معرفی شده است. تمام المان های کلیدزنی در مبدل پیشنهادی تحت شرایط جریان صفر (ZCS) روشن و خاموش می شوند. مدار کمکی مبدل بسیار ساده بوده و از یک سلف و خازن رزونانسی تشکیل شده است. سلف اصلی مبدل بوست نیز در این مبدل به طور چشم گیری کوچکتر شده است. با توجه به عدم نیاز به سوئیچ کمکی، مدار کنترل مبدل بسیار ساده است و هیچ گونه استرس ولتاژ اضافی بر روی سوئیچ و دیود مبدل وجود ندارد. تحلیل های تئوری مدار در وضعیت هدایت ناپیوسته ارائه شده و به وسیله نتایج شبیه سازی در نرم افزار مورد ارزیابی قرار می گیرد. علاوه بر آن، منحنی بازده مبدل رزونانسی پیشنهاد یارایه می شود و با مبدل مشابه سوئیچینگ سخت مقایسه می شود که بیانگر بهبود بازده در مبدل پیشنهادی است. همچنین EMI هدایتی مبدل ارزیابی شده و با یک مبدل افزاینده سوئیچینگ نرم دیگر مقایسه می شود.
    کلیدواژگان: تداخل الکترومغناطیسی، مبدل سوئیچینگDC-DC، سوئیچینگ نرم، سوئیچینگ تحت جریان صفر (ZCS)، مبدل رزونانسی
  • ابراهیم بابایی ، زهرا سعادتی زاده صفحات 125-134
    در این مقاله یک مبدلdc-dc دو طرفه غیر ایزوله تک ورودی-چند خروجی و یا چند ورودی-تک خروجی با قابلیت کلیدزنی نرم پیشنهاد می شود. به دلیل استفاده از یک سلف تزویج در طبقه ورودی هر نیم پل، شرایط ریپل صفر جریان ورودی برای هر طبقه ورودی برقرار می شود. در این مقاله مبدل به صورت پنج درگاهه بررسی می شود. می توان تعداد ورودی ها را تا سطح ولتاژ مختلف افزایش داد. با توجه به ویژگی دو طرفه بودن هر کدام از طبقه های موجود، می توان مبدل را به هر دو صورت افزاینده و یا کاهنده بهره برداری کرد. در مقایسه با مبدل های چند درگاهه مرسوم این مبدل دارای قابلیت کلیدزنی نرم و ریپل جریان ورودی صفر است. در این مقاله پس از تحلیل مبدل پیشنهادی از آن برای استخراج حداکثر توان آرایه ی فتوولتائیک تحت شرایط محیطی متغیر (تغییر پله ای تابش) استفاده می شود. برای تایید عملکرد کلیدزنی نرم کلیدها حین استخراج حداکثر توان فتوولتائیک از نتایج شبیه سازی در محیط نرم افزار PSCAD استفاده می شود.
    کلیدواژگان: مبدل dc-dcدو طرفه غیر ایزوله چند درگاهه، ردیابی حداکثر توان
|
  • Reza Bekhradian, Mahdi Davarpanah, Yashar Kor, Majid Sanaye, Pasand Pages 1-12

    Electrical Arc Furnace (EAF) consumes time-varying power. This causes mechanical torque variations in nearby small scale synchronous generators (SSSGs) and reduces their life expectancy. In this paper, an appropriate EAF model is provided and is verified by field measurements. Moreover, an actual distribution system to which an SSSG is connected to supply industrial loads including an EAF is investigated based on time-domain simulation studies. Analytical and simulation-based studies are accomplished to determine proper SSSG controller parameters to mitigate the mechanical oscillations caused by EAF. In addition, SSSG transient performance is considered to appropriately adjust the controller parameters. Robustness and effectiveness of the proposed controller parameters are investigated using field measured EAF current signals.

    Keywords: Electrical Arc Furnace (EAF), generator torque variations, micro grid control, small scale synchronous generator (SSSG)
  • Hamidreza Toodeji Dr. Pages 13-21
    Electrical Arc Furnace (EAF) is large, nonlinear and time-varying load that affects power quality of the power system by producing many problems such as harmonics, flicker, current unbalance and low power factor. This paper proposes a modified Unified Power Quality Conditioner (UPQC) to reduce power quality problems of EAF and enhance its controllability. Harmonic reduction, power quality improvement and current balancing are some of the advantages of proposed system. Moreover, it can rapidly and precisely regulate the current of each phase at its optimal value, restrict the lasting short circuit currents and ignite distinguished arcs. In addition, fast restriction of short circuit currents as well as control of arc voltage by the proposed UPQC gives the opportunity of substituting special heavy-duty furnace transformers with more simple ones. Besides, connection of converters at the low voltage side of furnace transformer through two step-down injection transformers reduces the nominal rating of solid-state switches to the available ones. In this paper, the advantages of proposed system are verified by simulation of a test system in the MATLAB under various conditions.
    Keywords: Electrical Arc Furnace (EAF), Electrode Regulation System, Power Quality, Unified Power Quality Conditioner (UPQC)
  • Davood Azizian Pages 23-32
    Nowadays, multi-winding transformers are widely used in traction systems and steel manufacturer. Multi-winding transformer that is used in these systems has especial geometry (that is usually called as split-winding transformer) and encounters with serious magnetic and thermal difficulties. According to the special geometry of split-winding transformer, studding the transient thermal behavior of their windings is very important. In this paper, a finite difference based method is introduced for mathematical modeling of windings' thermal behavior in transient state. After validating the mathematical model with experimental results, a typical loading is applied to the split-winding transformer and windings' temperatures are sampled in different time periods.Afterwards, by introducing artificial neural networks and training their parameters with thermal data gathered in the first section of the paper, two novel dynamic models have been proposed for windings thermal analysis in the split-winding transformer. As it has been shown, the introduced neural network based thermal models have good precision in transient thermal modeling of split-winding transformer.
    Keywords: Multi-Winding Transformer, Split-Winding, Transient Thermal Modeling, Finite Difference Method
  • Hamid Jahangir , Asghar Akbari Azirani , Peter Werle Pages 33-43
    Recently, UHF partial discharge (PD) detection on power transformers attracts lots of attentions. For the transformers already installed in power network, the UHF signals can be captured only by UHF probes installed through oil drain valve. Although UHF probes are commercially produced, there are a lot of missing information on characteristics and features of these probes for PD detection. In this paper, a detailed study on characteristics of UHF probe including proper detection frequency range, radiation pattern, polarization, influence of position of probe and insertion depth of probe on captured PD signals is presented using an exhaustive laboratory measurements and electromagnetic simulation works. Most of parameters are introduced for the first time in application of UHF PD detection in power transformers. After providing UHF probe characteristics, optimize situation of each parameter is presented. Using the information given in this paper, prevents incorrect detection and analyzing of PD and wrong decision about insulation status of power transformer
    Keywords: UHF probes, Partial discharge, Power transformers, Antenna characteristics
  • Morteza Shabanzadeh , Mohammad, Kazem Sheikh, El, Eslami , Mahmoud, Reza Haghifam Pages 45-58
    Distributed Energy Resources (DERs) play a key role in the Active Distribution Networks (ADNs) with environmental concerns. Their small scales and the uncertainty pertaining to intermittent generation of renewable resources are the major challenges of participating in the wholesale electricity markets. Based on the concept of Virtual Power Plant (VPP), the aggregation of heterogeneous DERs is possible and the associated risks of their uncertain generation or consumption can be also hedged. Moreover, the coordination of DERs under the umbrella of VPP yields a surplus profit in comparison with the profits made by uncoordinated DERs. In this paper, the mathematical modeling of each member of the VPP and the way of its involvement in the pool are first presented. Then, the coalition forming of a VPP with a Load Aggregator (LA) and their simultaneous participation in both the day-ahead and real-time markets are analyzed. Finally, the profitability of such bigger coalition in ADN is demonstrated via a comprehensive case study.
    Keywords: Virtual Power Plant, Active Distribution Network, Load Aggregator, Coalition Company, Real-time Market, Stochastic Programming
  • Maryam Akhavan Hejazai , Ali Mohammad Hariri , Reza Gelardi Pages 59-69
    The reliability assessment of distribution networks is one of the most important issues which the designers are challenging. In this paper, reliability assessment of a distribution network that include distributed generation is studied using Monte Carlo method. There are photovoltaics (PVs), wind turbines (WTs) and gas reciprocating engine (GREs) in this distributed generation. Normal and Weibull distribution have been used for simulation of PV probability model and WT output power respectively and GRE is used for peak load. Probability model is utilized because PV and WT system have random nature. In this paper, Monte Carlo method is implemented using Entropy criterion. Roy Billinton Test System 2 (RBTS 2) is used for reliability assessment in Matlab software which PV, WT and GRE are added to it and reliability indices such as system average interruption duration index (SAIDI), system average interruption frequency index (SAIFI) and customer average interruption duration index (CAIDI) are calculated.Using Entropy Index, feeders with more valuable customer get more importance and reliability indices are improved.
    Keywords: Reliability, Distributed Generations, Entropy, Monte Carlo Simulation, Reliability Indexes, Distribution System
  • Amirhossein Nazeri Ardekani, Ali asghar Khodadoost Arani, Mohammad Bagher Menhaj, Mehdi Karrari Pages 71-81

    In this paper, a model of frequency response has been used which shows the effect of output power of distributed generation on microgrid frequency. To have better assessment, nonlinear conditions are considered. These nonlinear conditions are delays, dead bands and limiters. A diesel generator controls the Microgrid frequency. It can control frequency influenced by step changing in load. A PI controller on diesel has been set. To improve the frequency a fuzzy PI is proposed in this paper. The Fuzzy PI is optimized using PSO. To verify results of conventional PI and optimized one, a simulation using MATLAB/Simulink software is presented.

    Keywords: Fuzzy Controller, Frequency, Microgrid, PSO, Nonlinear Conditions
  • Farrokh Aminifar , Matin Farhoumandi Pages 83-91
    Security assurance of infrastructural systems such as electric power grids against regular incidents,which havelow-impact and high probability, has been concerned by designers and operators from the past.However, performance of these systems is still severely disturbed by extreme events.Accordingly, it isin essence to study the system behaviorduring severeincidents in both design and operation stages and take required considerations to overcome shortcomings if needed. This behavior is known as a new feature referred to as resilience of an infrastructural system.Resilience denotes thetemporal performance including robustness, vulnerability, and recoverability of a system in a severe disturbance condition.This paper explains the concepts and fundamentals of resilience assessment and clarifies the main differences of this notion with more well-known concepts such as security and reliability.Due to the increased incidence rate of natural events, which are categorized within high impact and low probability incidents, and the disastrous impacts of even short blackouts, resilience studies should be included as a necessity in the operational plans of respective utilities.
    Keywords: Resiliency, High-Impact Low-Probability (HILP) Events, Robustness, Recoverability
  • Fatemeh Jahanbani , Morteza Mohammadi Ardehali Dr. Pages 93-104
    Wind Power generation integrated in electrical power system can cause of variation and uncertainty which must be considered in process of generation expansion planning (GEP). The goal of this study is to model the GEP problem integrated with wind power generation and introduce the fuzzy-probability model to consider variation and uncertainty of wind power generation. To verify and optimize the GEP problem, genetic algorithm, gravitational search algorithm, and improved gravitational search algorithm (IGSA) are applied for a test system which IGSA achieved the best answer. For wind power generation modeling, fuzzy-probability model is introduced and it is proposed to use k-means clustering algorithm to find the best number of clusters based on Bayesian information criterion and then fuzzy numbers are assigned for each cluster. Based on the simulation results, it is concluded that considering the variation and uncertainty of wind power generation in the GEP model will change the optimal combination of generation units corresponding to optimal total cost (TC) while with decreasing in share percentage of installed wind units, because of decreasing in wind power generation, TC value will be increased.
    Keywords: Electrical Arc Furnace (EAF), generator torque variations, micro grid control, small scale synchronous generator (SSSG)
  • Sajad Mehrbakhsh Dogahe , Alfred Baghramian Dr., Seyyed Saeed Mohtavipour Pages 105-112
    Transformerless topologies are widely preferred to use in the grid connected photovoltaic (PV) generation system due to higher efficiency, lower cost and lower weight in comparison with other topologies employing transformer. In this paper, switching losses is minimized by incorporating Zero Voltage Switching (ZVS) in a full-bridge topology, at switch turn-on and an adaptive Variable dead-time Control at switch turn-off. To reach this aim, a full-bridge inverter is presented in detail by considering the effect of capacitors connected to switches on the efficiency. Furthermore, the system efficiency is significantly improved byzero voltage switching and stabilize input voltage by capacitor. Under this circumstance, inverter can be physically smaller with higher efficiency due to the low inverter switching frequency. To provide more investigation, the proposed topology is also compared with other transformerless topologies from frequency point of view. Simulation results show the effectiveness of the proposed topology under soft-switching condition
    Keywords: Leakage current, Photovoltaic, Transformerless inverter, Common mode voltage, Inverter efficiency, Zero voltage switching
  • Mohammad Pahlavandoost , Mohammad Rouhollah Yazdani Pages 113-123
    In this paper, a new step-upresonant DC-DC converter without an auxiliary switch is introduced. All the switching elements act under zero current switching condition at turn-on and turn-off instants. The proposed converter has a simple auxiliary circuit including an inductor and a capacitor. In addition, the size of the main inductor is considerably reduced because it acts as a resonant inductor. There is no extra voltage stress on the switch. Theoretical analysis of the proposed converter for Deep-DCM operation is presented and verified by simulation results. In addition, the efficiency of the proposed converter is presented and compared to its hard switching counterpart.Also, the conducted electromagnetic interference (EMI) of the proposed converter is simulated and compared to another soft switching boost converter.
    Keywords: DC-DC Switching Converter, Electromagnetic Interference (EMI), Resonant Converter, Soft Switching, Zero current switching (ZCS)
  • Ebrahim Babaei , Zahra Saadatizadeh Pages 125-134
    In this paper, a non-isolated multi-port zero-voltage-switching bidirectional dc-dc converter is proposed. Free ripple condition of input currents is obtained by using coupled inductors in any stages. Proposed converter is analyzed as a five port converter. It is possible to increase number of input sources up to as a kind of port converter. The proposed converter can be used in both boost and buck operating moods. It can solve the drawbacks of conventional multi-port converters such as hard switching and large ripple of input currents. At end it is used for extracting maximum power of a photovoltaic module in presence of step variation of solar irradiance. Finally, the accuracy of zero valtage switching performance of the proposed converter in a photovoltaic system is verified thruogh the simulation results in PSCAD/EMTDC software.
    Keywords: Non isolated multi-port bidirectional dc–dc converter, Maximum Power Point Tracking (MPPT)