فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال نهم شماره 2 (پیاپی 32، تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/04/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سید رضا موسوی اقدم*، سعیده منصوری صفحات 2-17

    طراحی موتورهای القایی سه فاز کارآمد،یک چالش مهم در مهندسی برق است. بنابراین، به طور مداوم تکنیک های طراحی جدیدی معرفی می شوند. از آنجا که طراحی موتورهای القایی با اهداف گوناگونی انجام می شود، یافتن روشی که بتواند تمام اهداف را در بر گیرد مشکل می باشد. یکی از روش های معمول که امروزه برای حل مسائل چند هدفه استفاده می شود، روش های بهینه سازی است. در این مقاله برای طراحی موتورهای القایی قفس سنجابی با هدف افزایش راندمان وکاهش هزینه ها از روش بهینه سازی فراابتکاری استفاده شده است. در این روش مدل سازی موتورالقایی به صورت دقیق انجام شده و برای حل این مسئله بهینه سازی، از روش جدید الگوریتم بهینه سازی چندهدفه اجتماع سالپ(MSSA) استفاده شده است. این الگوریتم از رفتار اجتماعی سالپ ها الهام گرفته شده است. روش پیشنهادی بر روی  یک موتور القایی 5/2 کیلووات و با بازدهی IE2 اعمال شده است. نتایج حاصل از بهینه سازی تک هدفه و چندهدفه نشان می دهدکه طراحی موتورالقایی با دو تابع هدف باعث افزایش راندمان و کاهش هزینه شده است. در ادامه، الگوریتم MSSA با  الگوریتم های ژنتیک مرتب سازی غیرمستقیم(NSGA-II)، الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات چندهدفه (MOPSO) مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد که  الگوریتم MSSA دارای سرعت همگرایی و تعداد مجموعه جواب های بهینه بالایی بوده واین ناشی از عملکرد مناسب این الگوریتم در طراحی بهینه موتورالقایی جهت افزایش راندمان و کاهش هزینه های آن است.

    کلیدواژگان: طراحی بهینه، موتور القایی قفس سنجابی، الگوریتم بهینه سازی، الگوریتم چند هدفه اجتماع سالپ
  • عادل دمشقی، محمدحسین رفان* صفحات 18-33

    پایش وضعیت و عیب یابی توربین باد موجب افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن توربین می شود. مدار باز شدن IGBT مبدل  توربین باد موجب تضعیف جریان خروجی مبدل می شود و در نتیجه عملکرد تولید توان توربین باد دچار اختلال می شود. در این مقاله عیب مدار باز گیت IGBT مبدل پشت به پشت توربین بادی مبتنی بر DFIG در ابتدا آشکارسازی و سپس مکان یآبی شده است. روش پیشنهادی ارزان قیمت است و برای آشکارسازی و تعیین مکان عیب از سنسور اضافه استفاده نمی کند. آشکارسازی عیب بر اساس استراتژی مدل - پایه است، برای تولید مانده از یک مشاهده گر مبتنی بر مدل کالمن بر اساس استخراج ماتریس حالت جریان های سه فاز DFIG سمت شبکه و سمت روتور استفاده شده است و سپس ارزیابی مانده انجام می شود. مکان عیب بر اساس استراتژی سیگنال - پایه و استخراج ویژگی میانگین از سیگنال زمانی تعیین شده است. برای ارزیابی ساختار پیشنهادی از یک شبیه ساز توربین بادی 5/2 مگاوات بر اساس داده واقعی استفاده شده است. شبیه سازی ها نشان داد که روش پیشنهادی، عیوب چندگانه و همزمان را در یک LEG یا LEG های متفاوت سمت شبکه و روتور تشخیص می دهد.

    کلیدواژگان: توربین باد، مبدل پشت به پشت، مانده، سیگنال - پایه، مدل - پایه
  • سجاد گلشن نواز*، مصطفی اسماعیلی صفحات 34-47

    برنامه ریزی سیستم توزیع یک مسئله پیچیده، غیرخطی و دارای متغیرهای گسسته است. اگر چه به دلیل پیچیدگی مسئله بیشتر محققین به بهینه سازی شبکه های اولیه و ثانویه به طور مجزا پرداخته اند اما حل مجزای آن ها دقت پاسخ به دست آمده را کاهش می دهد و لازم است برنامه ریزی توام آن ها مورد توجه بیشتر قرار گیرد. برای حل مسئله برنامه ریزی سیستم توزیع روش های مختلفی ارائه شده است که یکی از پرکاربردترین آن ها روش های مبتنی بر الگوریتم ژنتیک می باشد. با توجه به عدم قطعیت موجود در پارامترهای شبکه توزیع، روش الگوریتم ژنتیک متداول برای برنامه ریزی احتمالاتی شبکه های بزرگ، بسیار زمان بر و بعضا غیرکارآمد می باشد. در این مقاله با الهام از یک شیوه سنتی در جایابی ترانسفورماتورهای توزیع و ترکیب آن با الگوریتم ژنتیک، یک روش ابتکاری ارائه شده است که با محدود کردن فضای پاسخ مسئله، در یافتن پاسخ بهینه و سریع برنامه ریزی احتمالاتی بسیار کارآمد می باشد. برای مدل سازی عدم قطعیت های موجود در شبکه، یک مجموعه سناریو براساس توزیع احتمالی پارامترها تعریف می گردد. مدل پیشنهادی بر روی دو سیستم نمونه با ابعاد متفاوت پیاده سازی شده و کارایی روش پیشنهادی مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی احتمالاتی توام، ترانسفورماتور، سیستم توزیع، عدم قطعیت، فیدرهای توزیع
  • فرزاد صداقتی* صفحات 48-63

    در این مقاله یک مبدل DC-DC دوطرفه با چگالی توان بالا برای کاربرد ذخیره سازی انرژی ارائه شده است. مبدل ارائه شده امکان مبادله توان در هر دو جهت را فقط با استفاده از تنظیم زاویه شیفت فاز فراهم می کند. قابلیت کلیدزنی ولتاژ صفر برای لحظات روشن و خاموش شدن تمامی کلیدها از مهم ترین مزایای مبدل پیشنهادی است که امکان استفاده از آن را برای کاربردهای توان بالا میسر می سازد. کلیدزنی ولتاژ صفر مبدل بدون نیاز به تجهیزات کمکی فراهم می گردد. در ساختار مبدل از ترانسفورماتورهای فرکانس بالا استفاده شده است که تطبیق ولتاژ دو سمت مبدل را فراهم می کند. علاوه بر این، اندوکتانس نشتی ترانسفورماتور همراه با اندوکتانس کمکی خارجی به عنوان ذخیره کننده انرژی در انتقال توان از یک سمت به سمت دیگر مبدل عمل می کند. اصول عملکرد مبدل در حالت دائمی بررسی می شود و سپس مدل دینامیکی آن ارائه می گردد. شرایط تامین کلیدزنی ولتاژ صفر مبدل مطالعه می شود و در نهایت نتایج اندازه گیری عملی نمونه آزمایشگاهی مبدل ارائه می گردد.

    کلیدواژگان: مبدل DC-DC، انتقال توان دوطرفه، کلیدزنی ولتاژ صفر، ترانسفورماتور فرکانس بالا، ساختار ماژولار
  • محمدرضا ذوقی*، محسن برهانی افوسی صفحات 64-73
    ارائه خدمات ویژه به ساکنین در ساختمان</span></span></span> </span></span></span>های هوشمند ب</span></span></span>ه </span></span></span>منظور بهره</span></span></span> </span></span></span>وری انرژی، مستلزم آگاهی از اطلاعات هویتی، محل سکونت و نیز مکان لحظه</span></span></span> </span></span></span>ای افراد در داخل ساختمان است. </span></span></span>در این مقاله، به طراحی یک سیستم مکان یابی داخل ساختمان مبتنی بر اثرانگشت </span></span></span><span style="font-family:times new roman,serif;">Wi-Fi</span></span></span> تعبیه شده روی گوشی های هوشمند</span></span></span> می پردازیم. سیستم مکان یابی داخل ساختمان از دو بخش برخط و برون خط تشکیل شده است. در مرحله برون خط، یک بستر گردآوری اطلاعات نقشه رادیویی و پردازش قدرت سیگنال های دریافتی معرفی می شود. در مرحله برخط، </span></span></span>خوشه</span></span></span> </span></span></span>بندی</span></span></span> لایه برخط و روش </span></span></span><span style="font-family:times new roman,serif;">K</span></span></span> همسایه نزدیک مبتنی بر وزن دهی آماری و مختصات تفاضلی ارائه می شود. این سیستم پیشنهادی در مقایسه با سایر سیستم ها دقت مکان یابی را بهبود می دهد. همچنین الگوریتم پیشنهادی از نظر پیچیدگی محاسباتی با الگوریتم های دیگر قابل مقایسه است. در این مقاله، ارزیابی سیستم مکان یابی پیشنهادی با استفاده از اطلاعات واقعی یک طبقه صورت می گیرد.</span></span></span></strong>
    کلیدواژگان: مکان یابی داخلی، بهره وری انرژی، نقشه رادیویی، نزدیک ترین همسایگی، قدرت سیگنال دریافتی
  • محمد علی تقی خانی*، محسن ماندگار نیک صفحات 74-85

    امروزه مبحث شبکه های هوشمند یکی از مباحث پر اهمیت در علم مهندسی برق است. در این مقاله بعد از شناخت لایه های ارتباطی بین اجزای یک خانه هوشمند در مقدمه، به بررسی اجمالی بعضی از مهمترین پروتکلهای ارتباطی حاکم بر خانه های هوشمند پرداخته خواهد شد. سپس با اعمال برنامه ی مدیریت مصرف بار خانگی توسط خانه ی هوشمند، میزان تاثیرگذاری این روش در اصلاح مصرف برق، مخصوصا در ساعات اوج بار نشان داده خواهد شد. برای روشن شدن این موضوع، خانه ای با تعداد وسایل الکتریکی مشخص در سه حالت مختلف مورد مطالعه قرار گرفته که در یکی از این سه حالت تاثیر قطعی بار نیز لحاظ شده است. بدین ترتیب، به کمک مدلسازی دقیق مسئله مبتنی بر مدیریت بار خانگی و انجام شبیه سازی توسط نرم افزارGAMS ، بررسی و ارزیابی نتایج حاصل شده صورت می پذیرد و در این راستا تاثیر در نظرگرفتن تعرفه گذاری های مختلف برق بر نتایج روش ارائه شده نیز مورد تحلیل قرار خواهد گرفت.

    کلیدواژگان: بار خانگی، تعرفه، شبکه های هوشمند، مدیریت مصرف
  • سهیلا ابراهیمی، سید جعفر هاشمی*، پوریا بی پروا صفحات 86-95

    در این تحقیق به بررسی مقایسه ای بیودیزل تولید شده توسط دو روش حرارت و امواج فراصوت پرداخته شد. از متانول به عنوان الکل با مولاریته 3، 6 ،9 و از پتاسیم هیدروکسید 5/0، 1 و 5/1 درصد وزنی بعنوان کاتالیزور استفاده شد. در روش امواج فراصوت از پنج سطح پالس ارتعاشی و سه سطح زمانی دقیقه استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که بیودیزل تولید شده توسط امواج فراصوت در برخی خصوصیات شامل نقطه اشتعال حدودا به میزان 9% افزایش و مقدار گرانروی، کربن باقی مانده و مقدار آب موجود در سوخت به ترتیب به میزان 27%، 50% و 5% کاهش یافت. نقطه ابری بیودیزل تولید شده به روش حرارت 2- و امواج فراصوت 7 بدست آمد. سوخت تولید شده را می توان بعنوان یک سوخت استاندارد در موتور استفاده کرد. همچنین مشخص شد که روش امواج فراصوت بدلیل نیاز به زمان کمتر و خصوصیات کیفی بهتر، نسبت به روش حرارت مناسبت تر است

    کلیدواژگان: امواج فراصوت، بیودیزل، روغن آفتابگردان، ترانس استریفیکاسیون
  • مهسا خاوری*، فرزاد ویسی صفحات 96-106

    در این مقاله سیستم آبگرمکن خورشیدی گردش اجباری با کلکتورهای صفحه تخت و نیز لوله خلا، برای الگوهای مختلف مصرف آب گرم، شبیه سازی شده است. الگوهای مطالعه شده در این پژوهش، نمونه های واقعی از الگوهای مصرف آب گرم برای مراکز و موسسات مختلف هستند. به منظور ارزیابی تاثیر الگوهای مصرف آب گرم بر کارایی اقتصادی سیستم، خروجی های شبیه سازی دینامیکی کارایی حرارتی به عنوان ورودی، برای تحلیل اقتصادی آبگرمکن خورشیدی به کار گرفته شده اند. نتایج نشان می دهند که به کارگیری الگوهایی که مقدار زیادی از مصرف آب گرم را به ساعات 6 تا10 صبح اختصاص می دهند، هزینه ناشی از تامین انرژی مورد نیاز سیستم جبرانی را افزایش می دهد. در نتیجه، دوره بازگشت سرمایه سیستم نیز، افزایش می یابد. مطابق نتایج شبیه سازی، تغییر الگوی مصرف آب گرم در سیستم با کلکتورهای صفحه تخت و لوله خلا، می تواند به طور متوسط، سوددهی سالانه سیستم را به ترتیب 61 درصد و 31 درصد افزایش دهد.

    کلیدواژگان: الگوی مصرف آب گرم، سیستم آبگرمکن خورشیدی، کلکتور صفحه تخت، کلکتور لوله خلا
|
  • Seyed Reza Mousavi Aghdam*, Saeede Mansoori Pages 2-17

    The design of three-phase induction motors is a challenge in electrical engineering. Therefore, new design techniques are continuously provided. Since the design of the induction motors is carried out for different purposes, it is difficult to find a method that can addresses all the targets. Nowadays, the normal methods used to solve multi-objective problems are the optimization strategies. In this paper, the meta-heuristic optimization method has been used to design the squirrel cage induction motors with the aim of increasing efficiency and reducing costs. In this way, modeling of induction motor is done accurately and to solve this optimization problem, a new method of Multi-objective optimization of the Salp Swarm Algorithm (MSSA) has been provided. This algorithm is inspired by the social behavior of Salps. The proposed method is applied to the data of an induction motor of 2.5 KW with IE2 efficiency. The results of single-objective and multi-objective optimization exhibit that the design of an induction motor with two objective functions increases the efficiency and reduces the cost. Additionally, the MSSA algorithm is compared with the methods of genetic algorithms for indirect sorting (NSGA-II) and multi-object particle optimization algorithms (MOPSO). The MSSA algorithm has a convergence rate and a set of optimal response sets which demonstrates a good performance in optimal design of the induction motor to increase efficiency and reduce its costs.

    Keywords: Optimal design, Squirrel cage induction motor, Optimization algorithm, multi-objective Salp swarm algorithm
  • Adel Dameshghi, Mohammad Hossein Refan* Pages 18-33

    Condition monitoring (CM) and Fault Detection (FD) of wind turbine lead to increase in reliability and availability of turbine. IGBT open circuit of wind turbine converter will bring about depletion in output current of converter and as a result, reduction in production of wind turbine power. In this research, back to back converter IGBT open - gate fault for wind turbine based on DFIG is detection at first and then it is isolated. The proposed method is low cost and it does not use extra sensor for fault detection and isolation. Fault detection is based on model-based strategy, for residual generation an observer based on Kalman model are used, this model is based on the extraction grid side and rotor side DFIG three-phase currents state matrix and then residual evaluation is conducted. Fault location is determined on signal-based strategy and mean feature extraction of time signal. To evaluate the suggested structure, a 2.5MW wind turbine simulator is used according to real data. Simulations have shown that the proposed method, diagnostics the synchronous and multiple faults in one LEG or different LEGs of grid side and rotor side.

    Keywords: wind turbine, back to back converter, residual, signal- based, model- based
  • Sajjad Golshannavaz*, Mostafa Esmaeeli Pages 34-47

    The integrated planning of distribution system reveals a complex and non-linear problem being integrated with integer and discontinues variables. Due to these technical and modeling complexities, many researchers tend to optimize the primary and secondary distribution networks individually which depreciates the accuracy of the results. Accordingly, the integrated planning of these networks is put forward to guarantee reliable and accurate results. Different approaches are contemplated for distribution network planning studies. Genetic algorithm stands as one the widely deployed approaches. Due to the existing uncertainties in probabilistic planning of large distribution networks, the conventional genetic algorithm is aligned with high computational burden and hence, might lose its efficiency. To annihilate these issues, the ongoing study contributes to an improved approach ending to reduced computational efforts and accurate result. Being inspired based on a traditional approach for placement of distribution transformers and mixing it with the genetic algorithm, a heuristic method is devised which reduces the search space, sensibly. Accordingly, the optimal solutions are more swiftly attained in probabilistic planning of distribution networks. To represent the existing uncertainties, a set of scenarios is defined based on parameters probability distribution functions. The aggregated effects of these scenarios are introduced as the expected values of the investigated variables. Efficiency of the proposed approach is explored on two test systems within which the obtained results are discussed in depth.

    Keywords: Probabilistic integrated planning, distribution network, transformer, uncertainty, distribution feeders
  • Farzad Sedaghati* Pages 48-63

    In this paper, a bidirectional DC-DC converter with high power density for energy storage application is proposed. The presented converter provides power transfer in both directions only with adjusting phase shift angle. Zero voltage switching (ZVS) in both turn on and turn off moments of all switches is the major capability of the converter that makes it suitable for high power applications. ZVS of the converter is provided without any auxiliary devices. High frequency transformers are employed in the converter construction to match the converter two sides voltage. Moreover, transformer leakage inductance along with external auxiliary inductance acts as energy storage in power transfer from one side of the converter to the other side. Operation principle of the converter in steady state is analyzed and then, its dynamic model is derived. ZVS criteria of the proposed converter are studied and finally, experimental measurement results of laboratory scale prototype are presented.

    Keywords: DC-DC Converter, Bidirectional Power Transfer, Zero Voltage Switching, High Frequency Transformer, Modular Configuration
  • Mohammad Reza Zoghi* Pages 64-73
    To offer indoor services to occupants in the context of smart buildings, one can’t help considering information concerning the identity and location of the occupants. This paper proposes an indoor positioning system (IPS) based on Wi-Fi fingerprint and K-nearest neighbors (KNN) methods. The positioning of a mobile device (MD) using Wi-Fi technology involves online and offline phases. In this paper, the offline phase includes data collection in WiFi-based Nonintrusive SMS (WinSMS) context while the online phase involves updating the structure of the collected radio map and online positioning. In online positioning, the proposed Weighted Differential Coordinate Probabilistic-KNN (WDCP-KNN) method based on probabilistic weighting of generalized Reference Points (RPs) and differential coordinates is used. Experiments in a complex indoor environment with real values indicate that the proposed method reduces the positioning error compared to other methods and is also comparable in terms of computational complexity.
    Keywords: Radio Map, RSS, Wi-Fi Fingerprint, KNN Methods, Indoor Positioning, Energy Efficiency
  • Mohammad Ali Taghikhani*, Mohsen Mandegar Nik Pages 74-85

    Today, smart grids are one of the important topics in the field of electrical engineering. In this paper, after identifying the communication layers among the components of a smart home in the introduction, some of the most important communication protocols ruling will be abbreviately discussed over the smart homes. Then, applying the household electrical load management program by smart homes, the effectiveness of this method will be showed in reforming power consumption, especially during peak hours. To clarify this issue, a house with a certain number of electric vehicles is studied in three different modes and the black-out effect of the load has been also considered in one of these three modes. Therefore, the results will be discussed using the accurate modeling of the problem regarding household electrical load management and performing simulations via GAMS software, and consequently the effects of considering different electricity tariffs on the proposed method results will be also analyzed.

    Keywords: household load, tariff, smart grids, demand side management
  • Soheila Ebrahimi, S. Jafar Hashemi*, Porya Biparva Pages 86-95

    In this research, a comparison of biodiesel produced by ultrasound and heat methods was investigated. Methanol was used as the alcohol with molarity 3, 6 and 9 and KOH 0.5, 1 and 1.5 wt.% As a catalyst. In ultrasound technique, five vibrating pulse levels and three time levels were used. The results indicate that biodiesel produced by ultrasound in some properties includes a flash point of about 9% increased and the amount of viscosity, carbon residue and water content in fuel decreased by 27%, 50% and 5%, respectively. The biodiesel cloud point produced by the heat treatment method -2 and ultrasound waves 7 was obtained. It should be noted that the fuel produced in both methods can be used as a standard fuel in the engine. It was also found that ultrasonic waves are more appropriate than heat treatment due to the need for less time and better quality characteristics.

    Keywords: Ultrasound waves, Biodiesel, Sunflower oil, Transesterification
  • Mahsa Khavari*, Farzad Veysi Pages 96-106

    In this paper, a forced-circulation solar water heater system is simulated for different hot water consumption profiles using flat plate collectors as well as evacuated tube collectors. The profiles studied are the actual samples of hot water consumption profiles for different commercial centers and institutions. Dynamic simulation outputs of system thermal performance are used as economic analysis inputs of solar water heater to evaluate the effect of hot water consumption profiles on the economic performance of system. The results show that profiles allocating large amounts of hot water consumption from 6 to 10 a.m. increase the cost of providing required energy for the auxiliary system. As a result, the system payback time increases. According to the simulation findings, changing profiles in the system can moderately increase the annual life cycle saving by 61% and 31% for the flat plate and evacuated tube collectors respectively.

    Keywords: Hot Water Consumption Profile, Solar Water Heater System, Flat Plate Collector, Evacuated Tube Ollector