فهرست مطالب

مهندسی برق و الکترونیک ایران - سال شانزدهم شماره 1 (بهار 1398)

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال شانزدهم شماره 1 (بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/02/11
  • تعداد عناوین: 13
|
  • حمید کریمی*، شهرام جدید صفحات 1-10
    در این مقاله یک طرح قیمت گذاری زمان حقیقی جدید برای برنامه های پاسخگویی بار ارائه شده است. نهاد LSE (Load Serving Entity) مسئول تامین انرژی مورد نیاز مصرف کنندگان دارای انواع بارهای انعطاف پذیرالکتریکی، غیرقابل انعطاف الکتریکی و بارهای حرارتی می باشد. این نهاد با توجه به شرایط بهره برداری شبکه و عدم قطعیت منابع تجدیدپذیر یک برنامه پاسخگویی بار مبنی بر قیمت را طراحی می کند. بارهای غیرقابل انعطاف الکتریکی و حرارتی قادر به شرکت در طرح پیشنهادی نبوده و مطابق قیمت بازار خرده فروشی هزینه های خود را پرداخت می کنند. در حالیکه بارهای انعطاف پذیرالکتریکی توانایی شرکت در طرح پیشنهادی را دارند. بارهای الکتریکی انعطاف پذیرمصرف کنندگان بوسیله جمع کننده های پاسخگویی بار جمع آوری می شود و جمع کننده های پاسخگویی بار به نمایندگی از مجموعه ای از بارهای انعطاف پذیرالکتریکی در این طرح مشارکت می کنند. مزیت طرح پیشنهادی این است که طرح ارائه شده کاهش هزینه را برای مصرف کنندگانی که در این طرح شرکت می کنند تضمین می کند. همچنین این طرح باعث بهبود ویژگی های منحنی مصرف همچون ضریب بار می گردد. طرح پیشنهادی با استفاده از بهینه سازی دو سطحی و با هدف حداکثر نمودن همزمان سود LSE و مصرف کنندگان ارائه و بوسیله نرم افزار GAMS حل شده است.
    کلیدواژگان: پاسخگویی بار، نهاد خدمت رسان بار، عدم قطعیت، بارهای انعطاف پذیرو غیرقابل انعطاف الکتریکی، بارهای حرارتی، بهینه سازی دو سطحی
  • حامد قنواتی، علیرضا جلیلیان* صفحات 11-19
    ارزیابی سهم جریان هارمونیکی مختلط هر توربین بادی در محل اتصال یک مزرعه بادی به شبکه (انتشار اولیه) در این مقاله ارائه شده است. بعلاوه، سهم اعوجاج ولتاژ هارمونیکی پس زمینه شبکه بر اعوجاج جریان هارمونیکی (انتشار ثانویه) هر توربین نیز ارزیابی شده است. هر دو ارزیابی بر اساس توابع انتقال اولیه و ثانویه و مدل سازی اجزای مزرعه بادی در حوزه فرکانس ارائه شده است. به منظور افزایش دقت این توابع انتقال، هنگام مطالعه اثر تجمیع انتشارهای جریان هارمونیکی مختلط، امپدانس توربین بادی نیز باید در توابع انتقال گنجانده شود. بنابراین، مدل جدیدی از توابع انتقال انتشار اولیه و ثانویه برای یک توربین بادی نوع 3 به منظور مطالعه اثر تجمیع جریان های هارمونیکی در یک مزرعه بادی پیشنهاد شده است. این مدل مبتنی بر مدل سازی متوسط مبدل های پشت -به- پشت یک ژنراتور القایی دوسو-تغذیه، برای استخراج امپدانس برآیند یک توربین بادی در محدوده کاری خطی آن است. با اعمال این امپدانس به مدل توابع انتقال، اگر توربین ها جریان را با دامنه و زاویه فاز یکسان منتشر کنند، انتشار اولیه برآیند با مقداری کمتر از تعداد توربین ها، و اگر توربین ها جریان را با دامنه یکسان و توزیع یکنواخت زاویه فاز منتشر کنند، انتشار اولیه برآیند با مقداری کمتر از جذر تعداد توربین ها تجمیع یافته و از قانون جذر مجموع مربعات پیروی نخواهد کرد.
    کلیدواژگان: انتشار اولیه و ثانویه، تابع انتقال، تجمیع هارمونیک ها، تشدید، حوزه فرکانس، ژنرانور القایی دوسو-تغذیه، مدل سازی متوسط
  • امیربهادر امیری*، محسن قاینی صفحات 21-29
    احداث ایستگاه های شارژ سریع یکی از موضوعات مهم در شبکه های هوشمند با نفوذ بالای خودروهای برقی است. همچنین یکی از مباحث مهم در شارژرهای سریع، انتخاب روش مناسب برای شارژ است. در این مقاله با تعریف یک مساله بهینه سازی با هدف کاهش زمان شارژ، سطوح بهینه شارژ با روش جریان چند پله ای با استفاده از الگوریتم ژنتیک بدست آمده است. یکی دیگر از پارامترهای مهم در طراحی ایستگاه، تعیین تعداد واحدهای شارژ جهت استفاده حداکثری از ظرفیت برق ورودی است. در این مقاله برای اولین بار موضوع هماهنگی شارژرها به منظور حداکثر کردن تعداد واحدهای شارژ به ازای یک ظرفیت برق معین و در نتیجه کاهش زمان شارژ خودروها پیشنهاد شده است. با توجه به تغییر سطح جریان شارژ در طول زمان شارژ (کاهش پله ای)، در این مقاله پیشنهاد شده است که می توان با ظرفیت برق کمتری شارژرها را برای کار هماهنگ کرد یا در همان ظرفیت آمپر ایستگاه، تعداد واحدهای شارژ می تواند افزایش یابد تا زمان شارژ خودروها کاهش داده شود. در این شرایط شارژرها نمی توانند همزمان شروع به کار کنند و مساله هماهنگی بین شارژرها جهت ایجاد اختلاف زمانی و تعیین زمان شروع به کار هر واحد مطرح می شود. نتایج شبیه سازی انجام شده در محیط نرم افزار مطلب نشان می دهد که با تعریف مساله هماهنگی بین شارژرها، به ازای یک ظرفیت آمپر مشخص برای ایستگاه تعداد واحدهای شارژ قابل افزایش بوده و زمان انتظار و شارژ خودروها در ایستگاه کاهش می یابد. همچنین درصورتیکه تعداد واحد شارژ ثابت در نظر گرفته شود، با ظرفیت برق ورودی کمتری آمپر مورد نیاز شارژرها تامین می گردد.
    کلیدواژگان: خودروی الکتریکی، ایستگاه شارژ سریع، جریان ثابت چند پله ای، واحد شارژ، هماهنگی شارژرها
  • فرشید ورشوساز*، مجید معظمی، بهادر فانی صفحات 31-39
    ظرفیت توان‏ ایستگاه‏های شارژ خودروهای الکتریکی با نصب آرایه های خورشیدی بر روی سقف آنها قابل افزایش است. در چنین ایستگاه‏ شارژی انتقال توان در صورت نیاز می‏تواند دو طرفه باشد. در این مقاله یک روش جدید با استفاده از تئوری صف و جنگل تصادفی برای محاسبه توان خالص ایستگاه‏ شارژ با توجه به تصادفی بودن سطح شارژ خودروهایی که وارد آن می‏شوند ارائه شده ‏است. با توجه به محدود بودن زمان تخمین، برای مدلسازی ورود و خروج خودروها از سیستم صف با ورودی محدود و ظرفیت محدود استفاده شده و رابطه‏ای برای محاسبه زمان خدمات متناسب با سطح شارژی که خودروهای الکتریکی در آن وارد ایستگاه‏ شارژ می‏شوند ارائه شده‏ است. برای وارد کردن تاثیر سقف‏های فوتوولتاییک در ظرفیت ایستگاه‏ شارژ از یک روش تخمین توان ماکزیمم آرایه‏های فوتوولتاییک با استفاده از روش جنگل تصادفی استفاده شده ‏است. عملیات شارژ و دشارژ برای خودروهای الکتریکی نیسان و تسلا با نوشتن یک لیست حق تقدم انجام شده‏ و در روند شبیه‏سازی ‏بازده واقعی اینورتر در سطح شارژ دوم در نظر گرفته شده ‏است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی یک مدل دقیق و کارآمد برای برنامه ریزی و تخمین ظرفیت پارکینگ های خودروهای الکتریکی با سقف فتوولتاییک می باشد.
    کلیدواژگان: ایستگاه شارژ، آرایه خورشیدی، شبکه توزیع برق، زمان خدمات، نظریه صف، مدل صف با ورودی محدود، مدل صف با ظرفیت محدود، جنگل تصادفی
  • یزدان باتمانی*، مهران تخت آبنوس صفحات 41-49
    در این مقاله، با استفاده از روش معادله ریکاتی وابسته به حالت(SDRE)، رویتگر-کنترلگر زیربهینه ای برای یک ریزشبکه DC منفصل از شبکه طراحی می شود. اهداف مورد نظر، کنترل ولتاژهای خروجی سلول خورشیدی، باتری، بانک خازنی و باس بار DC و امکان تشخیص به موقع خطاهای احتمالی می باشند. در فرایند طراحی رویتگر-کنترلگر SDRE، از یک مدل غیرخطی برای مدل سازی رفتار دینامیکی ریزشبکه در شرایط کاری مختلف استفاده می شود. عملکرد ریزشبکه مورد مطالعه در حضور عدم قطعیت در پارامترهای سیستم و نویز اندازه گیری مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی های انجام شده، حاکی از توانایی بالای روش پیشنهادی در تشخیص به موقع خطا، عدم تشخیص اغتشاش به عنوان خطا و همچنین عملکرد موثر و مقاوم کنتر لگر پیشنهادی حتی در حضور اغتشاشات وارده به سیستم است.
    کلیدواژگان: ریزشبکه، رویتگر SDRE، کنترلگر SDRE، تشخیص خطا
  • مرتضی افراسیابی*، اسماعیل رک رک صفحات 51-62
    امروزه افزایش بارهای غیرخطی سبب افزایش هارمونیک ها در سطح شبکه های توزیع شده است. خازنهای اصلاح ضریب قدرت و همچنین خازن های ذاتی کابلهای قدرت، مشکلات هارمونیکی را بیشتر می کنند. منابع تولید پراکنده می توانند با کنترل مناسب به بهبود کیفیت توان، جبرانسازی هارمونیک ها و نامتعادلی ولتاژ کمک کنند. تاکنون تحقیقات زیادی در زمینه شناسایی هارمونیک ها و جبرانسازی آنها توسط DGها انجام شده است. این مقاله یک روش کنترلی سلسله مراتبی را توسط DGهای اینورتری جهت جبرانسازی اغتشاشهای ولتاژ در شین بارهای حساس پیشنهاد می کند که شامل دو سطح کنترلی اولیه و ثانویه می باشد. کنترل ثانویه آن، یک روش جبرانسازی غیریکنواخت هارمونیک و عدم تعادل ولتاژ را بصورت مناسب و بر اساس میزان تاثیر DGها در رزنانسهای هارمونیکی، ارائه می دهد. با انجام آنالیز امپدانس مودال شبکه و نتایج بدست آمده از تحلیل، ظرفیت رزروDGها با ضرایب مشارکت بالاتر، برای جبرانسازی هارمونیکها استفاده می شود وDGها با ضرایب مشارکت کمتر، جهت جبرانسازی عدم تعادل ولتاژ بکار گرفته می شوند. کنترل اولیه نیز شامل کنترل کننده های جریان، مقاومت مجازی میراساز و کنترل کننده میزان بار جبرانسازی DGها می باشد. در نهایت نتایج شبیه سازی تاثیر سیستم کنترلی پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: کیفیت توان، منابع تولید پراکنده، اینورتر واسط، امپدانس مودال، میراسازی هارمونیک، عدم تعادل ولتاژ
  • یزدان باتمانی*، شهاب الدین نجفی صفحات 65-76
    در این مقاله،یک کنترل کننده داخلی یکپارچه بهینه برای لایه کنترل اولیه ریزشبکه هایAC طراحی می شود. وظیفه اصلی لایه کنترل اولیه حفظ پایداری و تسهیم توان مناسب در ریزشبکه می باشد. در اکثر پژوهش های انجام شده در این حوزه،جهت طراحی کنترل کننده داخلی از کنترل کننده های غیر بهینه در لایه کنترل اولیه استفاده شده است. از طرفی، می توان با اندازه گیری دقیق، یک مدل کامل و نسبتا دقیق از ریزشبکه بدست آورد. بنابراین، می توان از این مزیت بهره گرفت و در طراحی، از روش های کنترل بهینه مبتنی بر مدل استفاده کرد. در روش ارائه شده در این مقاله، یک کنتر ل کننده یکپارچه بهینه مبتنی بر مدل جهت کنترل همزمان ولتاژ و جریان ریزشبکه طراحی می شود که با استفاده از آن شاخص عملکردی که معرف انرژی می باشد، کمینه می شود. به منظور بررسی عملکرد کنترل کننده ارائه شده، این کنترل کننده در محیط سیمولینک به یک ریزشبکه شامل دو DG اعمال شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عملکرد مناسب این کنترل کننده را در مقایسه با برخی از روش های مرسوم نشان می دهند.
    کلیدواژگان: ریزشبکه، کنترل سلسله مراتبی، کنترل اولیه بهینه، تسهیم توان
  • امین مکاری بوالحسن*، نوید تقی زادگان کلانتری، سجاد نجفی روادانق صفحات 77-89
    این مقاله به ارائه روش بهینه برای حذف بار فرکانسی بر اساس نرخ تغییرات فرکانس بارها  در شبکه های توزیع جزیره شده پرداخته است. روش ارائه شده با بهره جویی از تابع هزینه مربوطه، به کمتر کردن مقدار متوسط جریمه پرداختی از طرف اپراتور مستقل شبکه پرداخته است. کارکرد جزیره ای شبکه توزیع بعد از ایجاد خطا در شبکه فوق توزیع و جدا شدن از شبکه بالادست در شرایط اضطرار به وقوع می پیوندد که از مواردی است که اخیرا مورد توجه بسیار قرار گرفته است. بهره جویی از تجهیزات هوشمند نصب شده جهت اندازه گیری و ارسال اطلاعات مربوط به توان، فرکانس، تغییرات فرکانس، دامنه ولتاژ و وضعیت بریکرهای مربوط به ژنراتورها باعث می شود تا بتوان حفاظتی مناسب برای شبکه جزیره شده در نظر گرفته شود. حذف بار فرکانسی در جهت بهبود فرکانس شبکه به دلیل ایجاد عدم تعادل در شبکه به کار گرفته میشود. در این مقاله سعی بر آن شده است تا با استفاده کردن از دو ماژول کنترلی پیشنهادی، حذف بار بهینه ای با در نظر گرفتن کمترین جریمه پرداختی انجام گردد. روش ارائه شده در این مقاله در شبکه نمونه 14 باسه دانمارک مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: حذف بار فرکانسی، نرخ تغییر فرکانس بار، ریز شبکه، اپراتور مستقل شبکه
  • حسین نصرت پور*، علی زنگنه صفحات 91-101
    در این مقاله یک روش خودترمیمی و بازیابی شبکه توزیع هوشمند مبتنی بر نظریه گراف و برش های اساسی ارایه شده است. در نظریه گراف پیشنهادی به منظور خودترمیمی شبکه پس از وقوع خطا، شبکه بالادست و ریزشبکه های موجود همگی به صورت یک گره مشترک مادر معادل سازی می شوند. سپس با زدن برش اساسی روی خطی که دچار خطا شده، خطوط مانوری که در مسیر برش اساسی قرار می گیرند به عنوان راه حل بازیابی برای شبکه های منتخب انتخاب می شوند. پس از انتخاب شبکه های منتخب با حداقل تعداد کلیدزنی، با انجام یک پخش بار سه فاز نامتعادل اطمینان می شود که ساختار جدید شبکه محدودیتی را نقض نمی کند. در صورت نقض محدودیت های فنی شبکه، طرح های منتخب با کلیدزنی متفاوت و یا افزایش تعداد کلیدزنی بررسی و درنهایت طرحی که شرایط بارپذیری بیشتر و نامتعادلی ولتاژ کمتری را در شبکه موجب می شود، انتخاب می گردد. مدل پیشنهادی در دو حالت حضور و عدم حضور ریزشبکه ها بررسی شده است. نتایج شبیه سازی در نرم افزار MATLAB و بر روی یک سیستم توزیع نمونه عملکرد خوب مدل پیشنهادی را نشان می دهد. استفاده از نظریه گراف در مقایسه با روش های جستجوی تصادفی موجب کاهش تعداد کلید زنی و زمان اجرای برنامه شده است.
    کلیدواژگان: بازیابی سیستم توزیع، بازیابی بار، نظریه گراف، جستجوی درخت پوشا، خودترمیمی
  • علیرضا حسن نژاد مرزونی*، علیرضا ذکریازاده صفحات 103-117
    جایابی دستگاه های اندازه گیری یکی از نیازمندی های سیستم های توزیع و یکی از کاربردهای مهم تخمین حالت سیستم می باشد. در این مقاله مسئله جایابی دستگاه های اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو  با روش چند هدفه مدل سازی و بهینه سازی شده است. اهداف این مسئله شامل یافتن مصالحه بین استفاده از کمترین تعداد دستگاه اندازه گیری، افزایش دقت در خروجی تخمین حالت برای اندازه و زوایای ولتاژ شینه ها، بهبود کیفیت تخمین حالت و کاهش هزینه نهایی شبکه است. این هزینه ها با در نظر گرفتن مقدار تلفات خط، ظرفیت توان عبوری خط، تعداد خطوط متصل به خط موردنظر و تعداد تغییر جهت شارش توان خط می باشد. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم MOEA/D بر روی سیستم توزیع شعاعی 33 شینه IEEE  و برای مقایسه و تحلیل بیشتر، بر روی شبکه توزیع آزمایشی 123 شینه IEEE نیز انجام شده است. مسئله تخمین حالت نیز با استفاده از الگوریتم تجمع ذرات بهینه سازی شده است. با کمک شبیه سازی مونت کارلو و ایجاد شرایط مختلف برای شبکه، نتایج به دست آمده مقاوم بودن این روش را تضمین نمود.
    کلیدواژگان: جایابی دستگاه های اندازه گیری، شبکه توزیع شعاعی، تخمین حالت در سیستم های توزیع، بهینه سازی چند هدفه، کیفیت جایابی، شبیه سازی مونت کارلو
  • علی سرای لو*، سید مسعود برکاتی صفحات 119-131
    امروزهاینورتر های چند سطحی آبشاری شبه منبع امپدانسی(qZS-CMI) به طور گسترده ای در صنعت الکترونیک قدرت مورد توجه قرار گرفته اند. اگر چه این اینورتر ها دارای مزیت های فراوانی می باشند، اما مشکلاتی هم همانند جریان نشتی درسیستم های فتوولتائیک و محدودیت عملی در افزایش بهره ولتاژ دارند. جهت رفع این مشکلات در اینمقاله، ساختار جدید اینورتر چند سطحی آبشاری شبه منبع امپدانسی با استفاده از ترانسفورماتور فرکانس بالا پیشنهاد شده است. ساختار پیشنهادی قابلیت تولید ولتاژبالا برای کاربرد های توان بالا یا متوسط را دارد. استفاده از ترانسفورماتور فرکانس بالا در ساختار پیشنهادی، منجر به ایجاد ایزولاسیون الکتریکی بین ورودی و خروجی، افزایشولتاژ خروجی، افزایش قابلیت اطمینان سیستم و کاهش تداخل الکترومغناطیسی می شود.ساختار پیشنهادیدر مقایسه با qZS-CMI که بهره ولتاژ آن هایکسان است، دارای تنش ولتاژی کمتر بر رویعناصر نیمه هادی می باشد و همچنین دارای بهره ولتاژ و شاخص مدولاسیون بزرگتری می باشد. برای کنترل خاموش و روشن شدن کلید ها از مدولاسیون پهنای پالس سینوسی شیفت فاز بهبود یافته با تزریق هارمونیک سوم که باعث افزایش شاخص مدولاسیون بیشتر از یک و بهبود کیفیت توان خروجی اینورتر می شود، استفاده می شود. شبیه سازی ساختار پیشنهادی در محیط نرم افزار متلب انجام شده است. نتایج حاصل از تحلیل و شبیه سازی، عملکرد بهتر اینورتر پیشنهادی را نسبت به ساختار های مذکور نشان می دهد.
    کلیدواژگان: اینورتر چند سطحی آبشاری، اینورتر شبه منبع امپدانسی، ترانسفورماتور فرکانس بالا، مدولاسیون پهنای پالس سینوسی شیفت فاز بهبود یافته، تزریق هارمونیک سوم
  • حسین اژدرفائقی بناب*، محمدرضا بنایی، سجاد نجفی روادانق صفحات 133-146
     در بعضی از کاربردهای صنایع مختلف مانند سلول های پیل سوختی، برای افزایش ولتاژ می بایست از مبدل های dc-dc با ضریب بهره بالا استفاده شود ولی مبدل های مرسوم نمی توانند بهره ولتاژ بالایی را با افزایش چرخه کاری داشته باشند و بازده این مبدل ها با مقاومت های معادل پارازیتی محدود می شود. به این دلیل در این مقاله یک مبدل dc-dc تک کلیده جدید بدون ترانسفورماتور با ضریب بهره بالا و تنش ولتاژ کاهش یافته در دو سر عناصر نیمه هادی پیشنهاد می شود. بهره ولتاژ مبدل پیشنهادی از مبدل های مرسوم بالاتر می باشد. در این مبدل تنش ولتاژ کلید قدرت پائین بوده که اجازه انتخاب ماسفت با ولتاژ نامی پائین به منظور کاهش تلفات هدایتی و کلیدزنی را می دهد و تنش ولتاژ پائین در دو سر دیود اجازه استفاده از دیود سریع برای جلوگیری از ایجاد جریان برگشتی دیود را می دهد . مبدل پیشنهادی در دو رژیم هدایت پیوسته و ناپیوسته می تواند کار کند. در این مقاله مدهای کاری مختلف مبدل پیشنهادی، محاسبات مربوط به بهره، جریان های عبوری از عناصر و بازده ارائه می شود. برای اثبات عملکرد صحیح مبدل پیشنهادی نتایج شبیه سازی در محیط نرم افزار PSCAD و نیز نتایج عملی ارائه می شود.
    کلیدواژگان: سلول های پیل سوختی، بهره ولتاژ، چرخه کاری، تنش ولتاژ
  • یوسف عزیزی*، نادر کمجانی، محمد امین چایچی زاده صفحات 147-154
    در این مقاله طراحی، شبیه سازی و ساخت آنتن فابری پرو تشدیدی با قطبش دایروی راستگرد در فرکانس GHz 5/14 ارائه می شود . بر مبنای روش خط انتقال رولایه آنتن به گونه ای طراحی شده است که به طور همزمان افزایش بهره و قطبش دایروی موج را تحقق می بخشد. رولایه پیشنهادی شامل حلقه مربعی و خطوط خمیده به ترتیب در سطوح بالا و پایین می باشد. به منظور تحقق شرط تشدید مولفه های متعامد میدان الکتریکی و دستیابی به قطبش دایروی، در صفحه زمین آنتن از شکاف مستطیلی استفاده شده است. ابعاد شکاف ها به گونه ای است که عملکرد صفحه زمین به صفحه زمین ایده آل نزدیک تر بوده و انتقال توان شکاف ها ناچیز باشد تا گلبرگ پشتی آنتن کم باشد. آنتن منبع، یک آنتن پچ با قطبش خطی بوده که جهت تولید مولفه های متعامد میدان الکتریکی به میزان 43 چرخیده است. آنتن دارای dB16 بهره بوده و پهنای باند 2VSWR< و dB 3AR< آنتن به ترتیب 7/1% و 7% می باشد. آنتن با ابعاد mm295×95 (λ4×λ4) ساخته شده و تطابق خوبی میان نتایج شبیه سازی و ساخت وجود دارد.
    کلیدواژگان: آنتن فابری پرو، رولایه، روش خط انتقال، قطبش دایروی
|
  • Hamid Karimi*, Shahram Jadid Pages 1-10
    In this paper, a novel real time pricing design is presented for Demand Response (DR) programs. A Load Serving Entity (LSE) is responsible to provide energy for flexible loads, inflexible loads and thermal loads. The LSE consider operation conditions of system and uncertainty of renewable energy resources and it designs a Real Time Price (RTP) demand response. The inflexible and thermal loads cannot participate in this model and the costumers who using these loads, pay their costs according to the retail market price. On other hand, the flexible loads can be participated in this proposed model. It’s assumed that flexible loads of customers are aggregated by several aggregators which took part in this model. The advantage of proposed model is that it ensures cost saving for customers. Numerical results show that proposed model increases LSE’s profit, decreases the costumer’s payment and improves characteristics load curve such as load factor. The presented model is formulated as a bi level program which it maximize the profit of the LSE and utility of the customers. This problem is solved by using GAMS software.
    Keywords: Demand Response, Load Serving Entity, Uncertainty, Flexible, Inflexible Loads, Thermal loads, Bi- Level Program
  • Hamed Ghanavati, Alireza Jalilian* Pages 11-19
    Assessment of complex harmonic current contribution of each wind turbines at connection point of a wind farm to the grid (primary emission) is presented in this paper. Moreover, contribution of grid background harmonic voltage distortion on harmonic current distortion (secondary emission) of each turbine is also evaluated. Both assessments are represented based on primary and secondary transfer functions and modeling of wind farm components in frequency domain. In order to increase the accuracy of these transfer functions, wind turbine impedance must also be included in transfer functions while studying aggregation effect of complex harmonic current emissions. Accordingly, a new model of primary and secondary emission transfer functions for a type-III wind turbine is proposed to study aggregation effect of harmonic currents in a wind farm. This model is based on average modeling of back-to-back converters of a doubly-fed induction generator, in order to extract total impedance of a wind turbine in its linear working range. By applying this impedance into transfer function models, if turbines emit current with identical magnitude and phase angle, then the total primary emission aggregate less than the number of turbines, and if turbines emit current with identical magnitude but uniform phase angle distribution, then the total primary emission aggregate less than square root of the number of turbines and doesn't follow square root rule.
    Keywords: Average Modeling, Doubly-Fed Induction Generator, Frequency Domain, Harmonic Aggregations, Primary, Secondary Emission, Resonance, Transfer Function
  • Amir Bahador Amiri*, Mohesn Ghayeni Pages 21-29
    Fast charging stations are one of the most important section in smart grids with high penetration of electric vehicles. One of the important issues in fast chargers is choosing the proper method for charging. In this paper, by defining an optimization problem with the objective of reducing the charging time, the optimal charging levels are obtained using a multi-stage current method using a genetic algorithm. Another important parameter in station design is determining the number of charging units to optimize the input power capacity. In this paper, for the first time, a new coordination policy has been proposed in order to increase the number of charging units for a given power capacity and thus reduce the charging time of vehicles. Regarding the change of current during the charging time, it is possible to reduce the chargers for work with less power capacity or at the same capacity, the number of chargers can be increased to reduce the charging time. In this condition, the chargers cannot start to work simultaneously and the proposed coordination between the chargers determine the starting time of chargers. The simulation results in MATLAB environment show that by defining the problem of coordination between the chargers, the number of charging units increases and the waiting time of electric vehicles at station will decreased.
    Keywords: Electric vehicle, Fast charging station, Multi-step charging current, Power capacity, Charge unit, Coordination between chargers
  • Farshid Varshosaz*, Majid Moazzami, Bahador Fani Pages 31-39
    Power capacity of EV charging stations could be increased by installing PV arrays on their rooftops. In these charging stations, power transmission can be two-sided when needed. In this paper a new method based on queuing theory and random forest algorithm proposed to calculate net power of charging station considering random SOC of EV’s. Due to estimation time constraints, a queuing model with limited input and capacity used to model arrival and departure of EV’ and a relationship proportional to SOC of EV’s in which they arrive to the charging station has been suggested. To demonstrate impact of photovoltaic rooftop, a model based on Random Forest suggested for estimation of maximum output power of PV array. In simulation process, charge and discharge operations for Nissan and Tesla EV’s is done by writing a priority list and real efficiency of charger/inverter in AC level II operation conditions. Simulation results show that proposed method is a precise and efficient model for scheduling and capacity estimation of V2G parking lots with PV rooftop.
    Keywords: Charging station, PV array, distribution grid, service time, queuing theory, finite source queue model, finite capacity queue model, random forest
  • Yazdan Batmani*, Mehran Takht Abnus Pages 41-49
    In this paper, using the state-dependent Riccati equation (SDRE) technique, a suboptimal fault-tolerant control scheme is designed for a DC microgrid in the islanded mode. The objectives are the voltages control of the photo-voltaic cell, the battery, the capacitor bank, and the DC bus as well as on time fault detection. In the design procedure of the SDRE observer-controller, a nonlinear mathematical model is utilized to model the behavior of the microgrid in different working conditions. The performance of the microgrid is evaluated in the presence of uncertainties in its parameters and measurement noises. The obtained simulation results show that the proposed method is so effective in the fault detection, not detecting the disturbance instead of fault, and having a robust performance even in the presence of external disturbances.
    Keywords: Microgrid, SDRE observer, SDRE controller, Fault-tolerant control
  • Morteza Afrasiabi*, Esmaeel Rokrok Pages 51-62
    Recently, increasing of non-linear loads in the power distribution network has been increased harmonics in these networks. The harmonics problems get worse and complicated by installation of power factor correction capacitors and filters. But the Distributed Generations (DGs) interface inverters with properly control can help to improve power quality, harmonic compensation and voltage unbalance. Until now, much research has been performed in identifying harmonics and compensation by DGs. This paper presents a hierarchical control method by DGs to compensate voltage disturbances on the Sensitive Load Bus (SLB) in a Micro Grid (MG), which includes two levels of control: primary and secondary. In secondary control has been proposed an appropriate non-uniform compensation method of harmonics and voltage unbalance, based on impact of DGs in the resonance frequencies. With doing analysis of the network modal impedance and its results, the DGs with higher participation factors will have greater duty in compensation of the stimulus harmonics, and the DGs that being less engaged with stimulating of harmonics will have greater portion in compensation of the network voltage unbalance. The primary control also includes current controller, virtual resistance and load compensation controller. The simulation results show the effectiveness of the proposed control system.
    Keywords: Power Quality, Distributed Generation Sources, Interface Inverter, Modal Impedance, Harmonic Mitigation, Voltage Unbalance
  • Yazdan Batmani*, Shahabeddin Najafi Pages 65-76
    In this paper, an optimal integrated inner controller is designed for the microgrid primary control level. The main task of the primary control level is to maintain stability and proper power sharing in microgrids. Non-optimal controllers have been generally used to design the inner controller in this level in the majority of researches. On the other hand, accurate and complete models of microgrids can be obtained. Therefore, it is an advantage to use the model based optimal control approaches. In this paper, an optimal inner controller is designed to simultaneously control of the microgrids voltage and current using a technique called linear quadratic tracking controller (LQT). In order to evaluate the performance of the proposed controller, it is applied to a microgrid including two distributed generators (DGs) in MATLAB/Simulink. Results of the simulations illustrate the proper performance of the controller in comparison with conventional methods.
    Keywords: Microgrid, Hierarchical control, Optimal primary control, Power sharing
  • Amin Mokari Bolhasan*, Navid TaghizadeganKalantari, Sajad NajafiRavadanegh Pages 77-89
    This paper presents an optimal method of frequency load shedding (UFLS) based on the rate of change of frequency of load (ROCOFL) in islanded distribution networks (DN). The proposed method minimizes the average amount of penalties paid by the independent operator of the network by utilizing the relevant cost function. The function of islanded distribution network occurs after an error in the sub-transmission network and separation from the upstream network, in an emergency condition, is one of the most important facts that has been recently addressed. The use of installed intelligent equipment to measure and send information, related to power, frequency, frequency changes, voltage range, and condition of generator switches makes it possible to provide an appropriate protection for the islanded networks. The under frequency load shedding is used to improve the network frequency due to the imbalance in the network. In this paper, it is tried to use the two proposed control modules to eliminate the optimal load with the consideration of the minimum penalty. The method presented in this paper is evaluated in the sample network of 14-bus Danish distribution network.
    Keywords: Under Frequency Load Shedding, Rate of Change of Frequency, Micro Grid, Independent Network Operator
  • Hossein Nosratpoor*, Ali Zanganeh Pages 91-101
    In this paper, a self-healing approach for smart distribution network is presented based on Graph theory and cut sets. In the proposed Graph theory based approach, the upstream grid and all the existing microgrids are modeled as a common node after fault occurrence. Thereafter, the maneuvering lines which are in the cut sets are selected as the recovery path for alternatives networks by making cut sets of the faulted line. After forming the candidate networks with the minimum number of switching, an unbalanced three phase power flow is performed to be assured that the new network configuration does not violate technical constraints. In the case of the constraints violation, the other candidate networks with the same number of switching or more are assessed to find a proper scheme with high loadability and low voltage unbalance values. The proposed approach is scrutinized in two different case studies: with and without microgirds connection to the distribution network. The simulation results applied on a typical distribution network in the MATLAB software show the valuable performance of the proposed approach. The using of the Graph theory has reduced the number of switching and excitation time in comparison with evolutionary search approaches.
    Keywords: Distribution system restoration, Load restoration, Graph theory, Spanning tree search, Self-healing
  • Alireza Hassannejad Marzouni*, Alireza Zakariazadeh Pages 103-117
    Allocation of measurement devices is a necessity of distribution system which is an application of state estimation. In this paper, the problem of active and reactive measurement devices is modeling using a multi-objective method. The objectives of the problem are to minimize the use of measurement devices, increase in state estimation output, improve the state estimation quality and reduce costs. The costs are calculated based on line loss, line capacity, lines connected to the specific line and the change in line flow direction. The Multi-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition (MOEA/D) is used to optimize the measurement devices allocation within the problem of distribution system state estimation. The simulation and optimization is tested on IEEE 33-busand IEEE 123-bus radial networks and state estimation problem is optimized by particle swarm optimization (PSO) algorithm. The Monte Carlo simulation is used to develop some conditions for network to guarantee the robustness of the proposed method.
    Keywords: measurement allocation, distribution system state estimation, radial network, multi-objective optimization
  • Ali Sarailoo*, S.Masoud Barakati Pages 119-131
    In this paper, a new structure of HFTI-qZS-CMI has been proposed. The proposed structure is capable of generating high-voltage for medium to high power applications. By adding a switch, a capacitor and a high-frequency transformer and also eliminating an inductor from each qZS-CMI cell, the HFTI-qZS-CMI structure will be created. Using the high-frequency transformer in the proposed structure, leads to electrical isolation between the input and the output, increase or decrease the output voltage, increase the system reliability and reduce the electromagnetic interference. The number of elements in the proposed structure is less than three stage cascade multilevel inverter. Moreover, in comparison to the qZS-CMI with the same input and output voltages, it has lower voltage stress on the diode and the switches as well as higher boost factor and larger modulation index.To control the on and off state of the switches, the Improved phase-shifted sinusoidal pulse width modulation with third harmonic injection is used which increases the modulation index more than one and improve the quality of inverter output power. The proposed structure simulation has been carried out in MATLAB / SIMULINK software. The results of analysis and simulation show better performance for the proposed inverter comparing to other structures.
    Keywords: Cascade Multilevel Inverter, Quasi Z-Source, High Frequency Transformer, Improved Phase Shifted Sinusoidal Third Harmonic Injection Pulse Width Modulation
  • H.A. Faeghi Bonab*, M.R. Banaei, S.N. Ravadanegh Pages 133-146
    In some industries applications such as fuel cells, we must use a high voltage gain dc-dc converters for increasing voltage, but, the conventional converters cannot provide the high voltage gain with increasing duty cycle and the converters efficiency is limited by the equivalent series resistances. For this reason, in this paper, a single switch transformerless high step-up dc-dc converter with reduced voltage stress on the semiconductors is proposed. The proposed converter voltage gain is higher than the conventional converters. In this converter, the power switch voltage stress is low which allows to choose lower voltage rating MOSFETs to reduce both switching and conduction losses and Low voltage stress on the diodes allows the use of Schottky rectifiers for alleviating the reverse-recovery current. The proposed converter can be operated in the continuous conduction mode (CCM) and the discontinuous conduction mode (DCM). In this paper, different operation modes of the proposed converter, calculation of the voltage gain, the currents that flow through the components and efficiency are presented. To verify the operation of the proposed converter, simulation results via PSCAD software are provided.
    Keywords: Fuel cells, voltage gain, duty cycle, voltage stress
  • Y. Azizi*, N. Komjani, M.A. Chaychizadeh Pages 147-154
    This paper deals with the design and simulation of a RHCP Fabry-Perot antenna for 14.5 GHz. Based on transmission line model, partially Reflecting Surface (PRS) was designed so thatgain enhancement and circular polarization simultaneously obtained. PRS consist of a square loop and meander-line at the top and bottom respectively. In order to achieve the resonance condition in orthogonal components of the electric field at the cavity ,rectangular slot used as a unit cell in ground plan. The dimensions of the slots are appropriate so that the slot unit cell is closer to the ideal ground plan and slots radiations are negligible. Coaxial cable feed the rectangular patch as a source radiator while rotation implemented to the patch for producing orthogonal field component. Suggested antenna has a 16dBi broadside gain and return loss and AR bandwidth of 1.7% and 7% respectively. Antenna was fabricated that had a 4λ×4λ size and measured results are presented that shows good design.
    Keywords: Fabry-Perot Antenna, Partially reflecting Surface, Transmission Line Model, Circular Polarization