فهرست مطالب

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 60 (زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1402/11/08
  • تعداد عناوین: 10
|
  • امیر باغی رهین*، وحید باغی رهین صفحات 1-18
    در این مقاله یک تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی (OTA) کاملا تفاضلی دو طبقه مبتنی بر وارونگر موس گیت شناور/ موس با ولتاژ آستانه دینامیک (DT/FGMOS) با ولتاژ تغذیه 5/0 ولت ارایه می شود. وارونگر پیشنهادی در ساختار این تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی به صورت ترکیبی از روش موس با ولتاژ آستانه دینامیکی (DTMOS) [برای تمامی ترانزیستورهای پی-موس (PMOS)] و ترانزیستور موس گیت شناور (FGMOS) [برای تمامی ترانزیستورهای ان-موس (NMOS)] در یک فرایند ان-ول (n-well) است. در این مدار جهت محدود سازی بهره حالت مشترک از مسیرهای پیش رو و پسخور استفاده شده است. طبقه اول دارای مسیرهای پیش رو جهت حذف حالت مشترک و طبقه دوم دارای فیدبک حالت مشترک جهت تثبیت ولتاژ حالت مشترک خروجی بر روی نصف ولتاژ (V dd) است. براساس نتایج شبیه سازی پسا-جانمایی، تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی پیشنهادی بهره 61 دسی بل را با فرکانس بهره واحد 1/1 مگاهرتز تحت خازن های بار 13 پیکوفاراد از خود نشان داد. با بررسی های انجام شده با آنالیز مونت-کارلو مشخص گردید که تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی مبتنی بر وارونگر پیشنهادی تحت تغییرات فرایند و عدم مطابقت افزاره می تواند به خوبی عملکرد مناسبی از خود نشان دهد. مدار پیشنهادی در فناوری 180 نانومتر سی موس مساحت 182/0 میلی متر مربع را از تراشه اشغال می کند. توان مصرفی آن 17 میکرووات بوده و می تواند در کاربردهای ولتاژ پایین و توان پایین از جمله در تجهیزات قابل حمل به خوبی استفاده شود. براساس بررسی های انجام شده، استفاده از روش موس با ولتاژ آستانه دینامیکی و موس گیت شناور می تواند به کاهش موثر ولتاژ آستانه ترانزیستورها و عملکرد خوب تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی پیشنهادی در ولتاژ پایین منجر شود.
    کلیدواژگان: ترانزیستور موس گیت شناور، تقویت کننده ترارسانایی عملیاتی، روش موس با ولتاژ آستانه دینامیکی، ولتاژ پایین و توان پایین
  • جلال رئیسی گهرویی، زهرا بهشتی* صفحات 19-40
    از آنجا که پیش بینی مصرف برق از موارد مهم مدیریت انرژی هر کشور محسوب می شود، در سال های اخیر روش های مختلفی براساس هوش مصنوعی برای آن ارایه شده است. یکی از این روش ها، استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی است. برای آن که این شبکه ها عملکرد خوبی داشته باشند، باید به خوبی آموزش ببینند. یکی از متداول ترین الگوریتم های آموزش مورد استفاده در این شبکه ها، الگوریتم پس انتشار خطاست که براساس گرادیان نزولی است. از آنجا که الگوریتم های مبتنی برگرادیان نزولی ممکن است به نقاط بهینه محلی گرفتار شوند، در برخی از مسایل راه حل خوبی ارایه نمی دهند. از این رو برای آموزش این شبکه ها می توان از الگوریتم های بهینه سازی مانند الگوریتم های فراابتکاری که امکان فرار از بهینه های محلی را دارند، استفاده نمود. در این تحقیق، الگوریتم فراابتکاری جدیدی به نام الگوریتم بهینه سازی زغن معرفی می گردد که از زندگی اجتماعی زغن ها در طبیعت الهام گرفته شده است و دارای مزایایی مانند تعداد پارامترهای کم، قابلیت اکتشاف و سرعت همگرایی خوب، است. کارایی الگوریتم پیشنهادی، با چند الگوریتم جدید فراابتکاری روی توابع محک CEC2018 و برای آموزش شبکه عصبی در پیش بینی مصرف برق ایران در زمان های اوج مصرف بار، مقایسه گردیده است. نتایج حاصل، نشان می دهد الگوریتم پیشنهادی راه حل بهتری با خطای کمتری، در مقایسه با الگوریتم های رقیب به دست می آورد.
    کلیدواژگان: الگوریتم های فراابتکاری، الگوریتم بهینه سازی زغن، پیش بینی مصرف برق، شبکه های عصبی پرسپترون چندلایه
  • معصومه شیریچیان، رضا صباغی ندوشن*، محبوبه هوشمند، منیره هوشمند صفحات 41-70

    شبکه های مخابراتی، مسلما یکی از سنگ بناهای جامعه اطلاعاتی مدرن و یکی از محرک های اصلی اقتصاد هستند و زمینه ای را فراهم می کنند که بسیاری از فعالیت های روزمره بر آن تکیه نماید. همچنین فناوری های جدید مانند اینترنت اشیا، هوش مصنوعی، خودروهای خودران، G5 و... به پتانسیل کامل خود نمی رسند مگر این که یک شبکه ارتباطی زیربنایی نیازهای آن ها را برآورده کند که برای زیرساخت و خدمات آن ها امنیت موضوعی بسیار حیاتی است. از سوی دیگر پیشرفت فناوری محاسبات کوانتومی در سال های اخیر و ساخت رایانه های کوانتومی با توان پردازش بسیار بالا و حل مسایل بسیار پیچیده با سرعتی بیشتر از رایانه های فعلی باعث شده که امنیت سایبری، امنیت رایانه ها و وسایل ارتباطی به یک مسیله حیاتی و مورد توجه دولت ها تبدیل گردد. با این حال با پیشرفت فناوری کوانتومی می توان با استفاده از روش های کوانتومی برای توزیع کلیدها از این تهدیدات جلوگیری نمود، لذا رمزنگاری کوانتومی به عنوان جایگزین روش های کلاسیک در مقابل رایانه های کوانتومی و حملات سایبری در نظر گرفته شده است. توزیع کلید کوانتومی معروف ترین زیرشاخه رمزنگاری کوانتومی است که امروزه نمونه های تجاری آن نیز در بازار موجود است. استفاده از رمزنگاری کوانتومی در زیرساخت شبکه های کلاسیک کنونی منجر به برقراری امنیت بی قید و شرط در ارتباطات بلند برد گردیده که در این مقاله به آن پرداخته شده است. نقطه تمایز این مقاله ارایه مروری بر جدیدترین تحقیقات در زمینه پیاده سازی شبکه های توزیع کلید کوانتومی در فیبرنوری است. همچنین شبکه های توزیع کلید کوانتومی پیاده سازی شده در دنیا بررسی و مقایسه گردیده و رویکرد کشورهای مختلف در این زمینه را مورد مطالعه قرار می دهد.

    کلیدواژگان: ادغام شبکه توزیع کلید کوانتومی با شبکه مبتنی بر نرم افزار، رمزنگاری کوانتومی، شبکه توزیع کلید کوانتومی، شبکه گره ها قابل اعتماد، شبکه گره های نوری
  • منیر ترابیان، حسین پورقاسم*، همایون مهدوی نسب، پیام سنایی صفحات 71-86
    آتش سوزی یکی از خطراتی است که می تواند سلامت انسان را در مدت زمان کوتاهی به خطر اندازد و اگر به موقع محدود نشود، خسارات زیادی به همراه خواهد داشت. تشخیص به موقع و دقیق مکان آتش سوزی می تواند از پیامدهای انتشار آن جلوگیری کند. در این تحقیق روش جدیدی برای تشخیص آتش بر مبنای استخراج ویژگی های زمانی-مکانی آتش در قاب های ویدیویی پیشنهاد شده است. در الگوریتم پیشنهادی، از یک شبکه عصبی کانولوشنی چند مقیاسی به همراه یک شبکه یولو (YOLO) جهت استخراج ویژگی های مکانی و شناسایی مناطق نامزد آتش استفاده شده است. سپس به منظور حذف بافت های غیر متحرک مشابه آتش و بررسی ویژگی های زمانی ناحیه نامزد، روش تجزیه و تحلیل فراکتال بر اساس پتوی پوشان زمانی به کار برده شده است. در نهایت ناحیه آتش از طریق تلفیق نتایج دو مرحله از سایر قسمت های تصویر جدا می گردد. نتایج ارزیابی بر روی سه مجموعه داده نشان می دهد که صحت روش پیشنهادی تشخیص آتش حدود 1/96 درصد است و این در حالی است که عوامل دقت و بازیابی به ترتیب 92 درصد و 9/96 درصد است. بنابر نتایج تجربی، روش پیشنهادی از سایر الگوریتم های ارایه شده عملکرد بهتری دارد و بنابراین الگوریتم طراحی شده در دنیای واقعی به صورت کارآمد قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: آشکارسازی آتش، پتوی پوشان، چند مقیاسی، شبکه یولو، شبکه عصبی کانولوشنی، فراکتال
  • بهبود پارامترهای تخصیص منابع در رادیو شناختگر مبتنی بر همسونهی تداخل
    سید مجید مزینانی*، علی حسن نژاد صفحات 87-102
    همسونهی تداخل یک روش کارآمد در تقلیل تداخل در شبکه های بدون سیم است، که می تواند در شبکه های رادیو شناختگر به کار گرفته شود. در همسونهی تداخل یک ماتریس پیش کدگذار مناسب در هر فرستنده پیدا خواهد شد که همه تداخل ها به بخشی از زیرفضای سیگنال در هر گیرنده محدود می شود، این کار سبب می گردد سیگنال مطلوب در بخش دیگر قرار گیرد. بنابراین سیگنال دلخواه توسط یک فیلتر حذف تداخل مناسب به راحتی قابل دریافت است. در این مقاله یک روش کاومد برای به کارگیری همسونهی تداخل در شبکه رادیو شناختگر ارایه شده است. در روش پیشنهادی گزینش بردارهای پرتودهی برای تشکیل بردارهای گزینش بر اساس بردارهای مجاور با گام هایی به اندازه ی مساوی صورت می گیرد. انتخاب گام های مساوی سبب بهبود سرعت همگرایی الگوریتم شده است. نتایج حاکی از آن است که کارایی و پیچیدگی محاسباتی بسیار بهبود یافته است. برای ارزیابی روش پیشنهادی در تخصیص توان در شبکه مورد بیشینه سازی بهره وری انرژی شبکه و دیگری بیشینه سازی نرخ مجموع شبکه رادیو شناختگر با حفظ نرخ کاربر اولیه در سطح آستانه، آن ها ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده بهبود عملکرد شبکه با استفاده از این روش در هر دو استراتژی است.
    کلیدواژگان: شبکه رادیو شناختگر، مخابرات چندآنتنه چندحامله، همسونهی تداخل پرتودهی ویژه، همسونهی تداخل
  • محمد آقایی جشوقانی، مهدی دولتشاهی*، سید محمدعلی زنجانی، محمدامین هنرور صفحات 103-118

    استفاده از ضرب کننده های خازنی در مدارهای مجتمع فرکانس پایین، تاثیر قابل توجه در کاهش مساحت تراشه دارد. در مدار پیشنهادی به منظور کاهش مقاومت معادل سری در طبقه ورودی از ساختار مبتنی بر دنبال کننده جریان بازگشتی استفاده شده است. استفاده از مدار کمکی جهت تطبیق جریان بایاس ترانزیستورها و اعمال سیگنال های لازم توسط تکنیک گیت شبه شناور به منظور کاهش توان مصرفی ایستا و افزایش خطینگی از دیگر ویژگی های مدار پیشنهادی است. همچنین جهت افزایش خطینگی از فیدبک منفی استفاده شده است تا ولتاژ لازم به گیت ترانزیستورهای نمونه بردار جریان اعمال شود. ضریب مقیاس گذاری  K با روش فعال قابل تنظیم است. مقاومت ورودی پایین و مقاومت خروجی بالا و حداقل مساحت مدار پیشنهادی، از نتایج نظری و شبیه سازی مدار پیشنهادی است. مدار پیشنهادی در فناوری 18/0 میکرومتر و با تغذیه 8/0 ولت شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد مدار پیشنهادی برای خازن معادل 204 پیکوفاراد با خازن پایه 1 پیکو فاراد، توانی معادل 850 نانووات مصرف می کند. به عنوان مثالی دیگر، برای تحقق خازن 101 پیکو فاراد با تغذیه و خازن پایه مذکور، ضرب کننده پیشنهادی، به مساحتی 3/6 بار کم تر و پهنای باند 23 بار بیشتر نسبت به FCF نیاز دارد که نشانگر افزایش صحت طرح پیشنهادی است. در مدار پیشنهادی، با حضور مدار تطبیق جریان با دامنه سیگنال 7 نانوآمپر در ورودی، دامنه سیگنال جریان خروجی 1510 نانو آمپر است؛ در حالی که جریان بایاس خروجی 100 نانوآمپر بوده و مقدار اعوجاج هارمونیکی 6/3 درصد است. مدار پیشنهادی دارای بیشترین ضریب شایستگی یعنی 823/48 مگاهرتز بر میکرووات است که معرف عملکرد بهتر نسبت به مدارهای گزارش شده قبلی است.

    کلیدواژگان: تنظیم پذیری الکترونیکی، جریان تطبیقی، خطینگی، زیست پزشکی، ضرب کننده خازنی
  • علی دلیریان، علیرضا صولت*، سید محمدجواد رستگار فاطمی صفحات 119-134

    این مقاله یک کنترل فازی جدید برای سیستم فتوولتاییک مبتنی بر جبران کننده سنکرون استاتیکی (PVSTATCOM) به منظور بهبود پایداری ولتاژ پیشنهاد می کند. سیستم پیشنهادی وظیفه کنترل ولتاژ دینامیکی سیستم خورشیدی PV متصل شده به باس بار را در حالت های عملیاتی مختلف به عنوان STATCOM و/یا تولید توان اکتیو PV بر عهده دارد. در این استراتژی، هنگام بروز اختلال، کنترل کننده فازی پیشنهادی با تشخیص آن و با توجه به شدت اغتشاش، در صورت عدم وجود یا ناکافی بودن ظرفیت باقیمانده اینورتر برای جبران سازی توان راکتیو، تولید توان اکتیو سیستم خورشیدی را متوقف می کند و از اینورتر آن به طور کامل به عنوان STATCOM، برای تنظیم ولتاژ در باس بار، استفاده می کند. پس از رفع اختلال، سیستم به حالت تولید توان اکتیو مانند قبل از اختلال باز می گردد. برای ارزیابی عملکرد کنترل کننده فازی پیشنهادی، حالت های مختلفی با نرم افزار EMTDC/PSCAD شبیه سازی شده اند تا توانایی کنترل کننده برای بهبود پایداری سیستم قدرت را به اثبات برسانند. نتایج تایید می کند که PV- STATCOM با کنترل کننده پیشنهادی می تواند عملکرد دینامیکی سیستم را بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: پایداری ولتاژ، حالت جبران کننده استاتیکی، سیستم فتوولتائیک، کنترل هوشمند
  • مهدی دهقانی اشکذری، سید محمود مدرسی*، سید امین سعید، طاهره دائمی، حمیدرضا اکبری صفحات 135-148
    : به طور کلی اساس عملکرد اغلب محدودکننده های جریان خطا کاهش جریان اتصال کوتاه به وسیله واردکردن یک امپدانس بزرگ در مدار در زمان وقوع خطا است. محدودکننده های جریان خطا در مورد نوع امپدانس و چگونگی وارد شدن و خارج شدن امپدانس به سیستم با هم متفاوت هستند. دراین مقاله با در نظر گرفتن سه مکان مختلف جهت نصب محدودکننده جریان خطا در یک شبکه قدرت نمونه و همچنین تغییر نوع (سلفی یا مقاومتی) و مقدار امپدانس آن در یک بازه بزرگ، اثرات این پارامترها بر پایداری سیستم قدرت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. معیاری که برای اولین بار در این مقاله توسط نویسندگان جهت بررسی و ارزیابی پایداری گذرای سیستم قدرت مورد استفاده قرار گرفته است، روش اختلاف بین سطح شتاب دهنده و شتاب گیرنده است. اساس این روش بر مبنای معیار سطوح برابر است. موارد دیگری که در این مقاله به آن پرداخته شده است یکی ارایه روشی جهت مکان یابی و تعیین مقدار بهینه امپدانس محدودکننده جریان خطا جهت بهبود پایداری سیستم قدرت است. همچنین، اثر زمان رفع خطا بر پایداری گذرا، هنگام حضور محدودکننده جریان خطا در شبکه قدرت، مورد مطالعه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: پایداری سیستم قدرت، پایداری گذرا، جریان اتصال کوتاه، دینامیک سیستم قدرت، زمان رفع خطا، محدودکننده جریان خطا
  • اصغر اسکندری* صفحات 149-170

    بارهای نامتعادل در شبکه توزیع می تواند باعث نامتعادل شدن ولتاژ تغذیه و کاهش کیفیت توان سیستم گردد. از طرفی، بارهای توان راکتیو، ممکن است اختلال های ولتاژ مانند کمبود و بیش بود ولتاژ ایجاد کند. در این مقاله یک جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع چهارسیمه ادغام شده با یک ترانسفورماتور با اتصال ستاره-ستاره برای جبران ولتاژ نامتعادل و توان راکتیو پیشنهاد می گردد. یک جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع (DSTATCOM) با مبدل های چندسطحی ماژولار به گروهی از تپ های موجود در سیم پیچ های اولیه ترانسفورماتور ستاره-ستاره اتصال می یابد تا یک ساختار به هم پیوسته را تشکیل دهد. جریان های جبران از طریق این تپ ها جاری می گردند. این ساختار مشابه یک اتوترانسفورمر است. در مقایسه با جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع  متوالی رایج با این ساختار، ولتاژ نقطه اتصال جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع کاهش یافته و می توان بین قابلیت ولتاژ و جریان نامی تجهیزات قدرت مصالحه ای ایجاد نمود. بنابراین، هزینه سرمایه گذاری اولیه، تنش ولتاژ و اندازه سیستم جبران می تواند کاهش یابد. علاوه بر این، یک الگوریتم کنترلی مبتنی بر اندازه گیری ولتاژ و جریان لحظه ای نقطه اتصال مشترکین (PCC) پیشنهاد می گردد که قادر به جبران ولتاژهای توالی منفی و صفر ناشی از بار و شبکه نامتعادل است. برای جبران این مولفه ها، حلقه های جریانی و ولتاژی جهت ردیابی دقیق ولتاژهای مرجع جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع مبتنی بر مبدل های چندسطحی ماژولار (MMC-DSTATCOM) به وسیله الگوریتم نامتعادلی به کار می رود. نتایج شبیه سازی صحت طرح پیشنهادی را تایید می نماید.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور توزیع، توان راکتیو، جبران ساز سنکرون استاتیکی توزیع، ولتاژ نامتعادل
  • علی عسکری زاده، الهه مشهور*، محسن صنیعی صفحات 171-194
    در این مقاله یک مدل بهینه سازی چندهدفه جهت جایابی بهینه خازن های ثابت و رگولاتورهای ولتاژ برای مدیریت ولتاژ شبکه های توزیع شعاعی ارایه می شود که در آن واقعیت های شبکه توزیع شهرستان اهواز (به نمایندگی از مناطق گرمسیری جنوب ایران) در نظر گرفته می شود. توابع هدف شامل کمینه سازی هزینه سرمایه گذاری، کمینه سازی مجموع قدرمطلق انحراف ولتاژ گره ها از یک پریونیت و کمینه سازی هزینه تلفات انرژی در افق برنامه ریزی است. مدل بهینه سازی با در نظر گرفتن دو الگوی باری متفاوت مطابق با الگوهای باری دوره های گرم و معتدل سال در شهرستان اهواز فرمول بندی می شود، بارهای شبکه به صورت ترکیبی از مولفه های توان ثابت و امپدانس ثابت مدل می شوند و سهم هر مولفه در دوره های گرم و معتدل سال متناسب با شرایط واقعی شبکه توزیع برق اهواز در نظر گرفته می شود. محاسبه هزینه تلفات انرژی و همچنین سود نهایی طرح بر اساس قواعد جاری بازار برای توان های اکتیو و راکتیو صورت می گیرد. مساله بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب (NSGA-II) حل می شود و به منظور انتخاب بهترین پاسخ، در میان پاسخ های نامغلوب پارتو، یک شاخص انتخاب معرفی می شود. مدل پیشنهادی در یک سیستم تست 33 شینه و یک فیدر 123 شینه 33 کیلوولت از شرکت توزیع اهواز پیاده سازی و نتایج تحلیل می شوند.
    کلیدواژگان: رگولاتور ولتاژ اتوماتیک، رگولاتور ولتاژ غیر اتوماتیک، شاخص انحراف ولتاژ، شبکه های توزیع، هزینه تلفات انرژی، هزینه سرمایه گذاری
|
  • Amir Baghi Rahin *, Vahid Baghi Rahin Pages 1-18
    This paper presents a fully differential operational transconductance amplifier (OTA) based on the dynamic threshold-voltage MOSFET and floating gate MOSFET (DT/FGMOS) inverter with a supply voltage of 0.5 V. The proposed inverter in the structure of this OTA is a combination of the dynamic threshold-voltage MOSFET (DTMOS) technique (for all PMOS transistors) and the floating gate MOSFET (FGMOS) (for all NMOS transistors) in n-well process. In this circuit, feedforward and feedback paths have been used to limit the common-mode gain. The first stage has feedforward paths to eliminate the common-mode and the second stage has the common-mode feedback to stabilize the common-mode output voltage on Vdd/2. Based on the post-layout simulation results, the proposed OTA showed a gain of 61 dB with a unity gain frequency (UGF) of 1.1 MHz under 13 pF load capacitors. With the studies performed by Monte Carlo analysis, it was found that the OTA based on the proposed inverter can perform well under process variations and device mismatches. The proposed circuit in 180 nm CMOS technology occupies an area of ​​0.182 mm2 from the chip. Its power consumption is 17 µW and it can be used in low voltage and low power applications including portable equipment. According to studies, the use of DTMOS and FGMOS techniques can lead to the effective reduction of the threshold voltage of transistors and the good performance of the proposed OTA at low voltage.
    Keywords: dynamic threshold-voltage MOSFET, floating gate MOSFET transistor, low voltage, low power, operational transconductance amplifier
  • Jalal Raeisi-Gahruei, Zahra Beheshti * Pages 19-40
    Since the electricity consumption’s prediction is one of the most important aspects of energy manage ment in each country, various methods based on artificial intelligence have been proposed to manage it. One of these methods is Artificial Neural Networks (ANN). To improve the performance of ANNs, an efficient algorithm is necessary to train it. Back Propagation (BP) algorithm is the most common algorithm employed in training ANNs, which is based on gradient descent. Since BP may fall in local optima, it cannot provide a good solution in some problems. To overcome this shortcoming, optimiz ation algorithms like meta-heuristic algorithms can be applied to train ANNs. In this study, a new meta-heuristic algorithm called Red Kite Optimization Algorithm (ROA) is introduced, which is inspired by the social life of red kites in nature. The ROA has several advantages such as simplicity in structure and implementation, having few parameters and good convergence rate. The perfprmance of ROA is compared with some recent metaheuristic algorithms on benchmark functions of CEC2018. Also, it is employed to train Multi-Layer Perceptron (MLP) for the electricity consumption prediction at peak load times in Iran. The results show the good performance of proposed algorithm compared with competitor algorithms in terms of solution accuracy and convergence speed.
    Keywords: electricity consumption prediction, Meta-heuristic Algorithm, Multi-Layer Perceptron Neural network, red kite optimization algorithm
  • Masoumeh Shirichian, Reza Sabbaghi-Nadooshan *, Mahboobeh Houshmand, Monireh Houshmand Pages 41-70

    Telecommunication networks are certainly one of the cornerstones of the modern information society and one of the main drivers of the economy and provide a basis on which many daily activities can rely. Also, new technologies such as the Internet of Things, artificial intelligence, self-driving cars, 5G, etc. will not reach their full potential unless an infrastructure communication network meets their needs. Security is critical to their infrastructure and services. On the other hand, the development of quantum computing technology in recent years and the construction of quantum computers with very high processing power and solving very complex problems faster than current computers has made cybersecurity, computer security and communication devices a vital and important issue for governments. However, with the advancement of quantum technology, these threats can be prevented by using quantum methods to distribute keys, so quantum cryptography is considered as an alternative to classical methods against quantum computers and cyberattacks. Quantum key distribution is the most popular sub-branch of quantum cryptography, and commercial examples are now available in the market. However, the implementation of quantum key distribution networks in fiber optics, which is discussed in this paper, is one of the solutions that provide unconditional security through quantum cryptography to establish secure communication. The distinguishing point of this article is to provide an overview of the latest research in the field of implementation of quantum key distribution networks in fiber optics. In addition, the quantum key distribution networks implemented in the world are reviewed and compared and the approach of different countries in this field is studied.

    Keywords: integration of the quantum key distribution network with software defined network, optical nodes network, Quantum cryptography, Quantum key distribution network, trusted relays network
  • Monir Torabian, Hossein Pourghassem *, Homayoun Mahdavi-Nasab, Payam Sanaee Pages 71-86
    Fire is one of the dangers that can endanger human health in a short time and if it is not controlled in time, it will cause a lot of damage. Therefore, timely and accurate identification of the location of the fire can prevent the consequences of its expansion. In this research, a new method for fire detection is proposed based on the extraction of its temporal-spatial features in video frames. In the proposed algorithm, a multiscale convolutional neural network along with a YOLO (you only look once) network is used to extract spatial features and identify fire candidate regions. Then, fractal analysis based on the temporal blanket method is then used to remove non-moving textures similar to fire and to examine the temporal features of the candidate region. Finally, the fire region is separated from the other parts of the image by fusion the results of the two steps. The evaluation results of the proposed method on three data sets show that the accuracy of fire detection is about 96.1%, while the precision and recall values are 92% and 96.9%, respectively. Experimental results show that the proposed method performs better than existing algorithms and thus confirms the ability of this method for efficient use in the real world.
    Keywords: Blanket, Fire Detection, Fractal, Multiscale Convolutional Neural Network, YOLO Network
  • Resource Allocation Parameters Improvement in Interference-Based Cognitive Radio
    Sayyed Majid Mazinani *, Ali Hasan Nezhad Pages 87-102
    Interference Alignment is an efficient method of reducing interference in wireless networks, which can be used in radio cognitive networks. In the interference alignment, a suitable pre-encoder matrix will be found in each transmitter that all interferences are limited to a part of the signal subspace in each receiver, which causes the desired signal to be placed in the other part. Therefore, the desired signal can be easily received by a suitable interference removal filter. In this paper, an efficient method for using interference homogeneity in a cognitive radio network is presented. In the proposed method, the selection of radiation vectors for the formation of selection vectors based on adjacent vectors is done in equal steps. Selecting equal steps improves the convergence speed of the algorithm. The results show that computational efficiency and complexity have been greatly improved. To evaluate the proposed method of power allocation in the network, they are evaluated to maximize the network energy efficiency and the other to maximize the total rate of the cognitive radio network while keeping the initial user rate at the threshold level. The simulation results reveal the improvement of network performance using this method in both strategies.
  • Mohammad Aghaei Jeshvaghani, Mehdi Dolatshahi *, Sayed MohammadAli Zanjani, MohammadAmin Honarvar Pages 103-118

    Employing capacitance multipliers in low-frequency integrated circuits has a significant effect on reducing the chip size area. The main idea behind the proposed circuit in this paper is to use a folded current follower (FCF) structure to effectively reduce the equivalent series resistance (ESR) in the input stage. Furthermore, using an auxiliary circuit to adapt the bias current of the transistors and applying the necessary signals by the quasi-floating gate technique (QFG), are other approaches employed to reduce the static power consumption while properly increasing the linearity of the proposed circuit, which can be considered as other benefits of the proposed approach. On the other hand, to improve the linearity, negative feedback is used and necessary voltage is applied to the gate of the transistors in the current sampler. The “K” coefficient can be adjusted by the active method. Low input resistance and high output resistance as well as the reduced occupied silicon area are achieved based on the simulation results of the proposed circuit. The simulation results in 0.18 μm technology show that, with a 0.8 V power supply and base capacitor (Cb=1 pF), for 850 nW power consumption, a capacitor equivalent to 204 pF is achieved in the proposed approach. As another example, to realize the 101 pF capacitor with the supply as mentioned above and base capacitor, the proposed multiplier requires 6.3 times less area and 23 times more bandwidth than FCF, which shows the increased accuracy of the proposed design. In the proposed circuit, in the presence of a current adaptive circuit with an input signal range of 7 nA, the output current range is obtained as 1510 nA, While the output bias current is 100nA and the harmonic distortion value is obtained as 3.6%. The proposed circuit has the highest figure of merit 42.823 MHz/μW, which shows superiority in overall performance in comparison with other reported designs.

    Keywords: adaptive current, Biomedical, capacitance multipliers, Electronic adjustability, Linearity
  • Ali Dalirian, Alireza Solat *, Seyed MohammadJavad Rastegar Fatemi Pages 119-134

    This paper proposes a new fuzzy control for photovoltaic static compensator (PV-STATCOM) system in order to improve voltage stability. The task of proposed system is the dynamic voltage control of a solar PV system connected to load bus in different operating modes as STATCOM and/or PV active power generation. In this strategy, in case of perturbation, the proposed fuzzy controller by detecting it and considering the severity of disturbance, when there is no or insufficient remaining capacity of the inverter to compensate the reactive power, stops the active power production of the PV solar system, and then the entire capacity of the inverter is used as a STATCOM to regulate the voltage at the load bus. Then, after fixing the problem, the system returns to the active power generation mode as before. To evaluate the performance of the proposed fuzzy controller, different modes are simulated with EMTDC/PSCAD software to prove the ability of the controller to improve the stability of the power system. The results confirm that the PV-STATCOM with the proposed controller can improve the dynamic performance of the system.

    Keywords: Photovoltaic system, smart control, static compensator mode, Voltage stability
  • Mahdi Dehghani Ashkezari, Sayed Mahmod Modaresi Modaresi *, Sayed Amin Saied, Tahera Daemi, Hamidreza Akbari Pages 135-148
    In general, the basis of operation of most fault current limiters is to reduce the short-circuit current by adding a large impedance to the system at the time of the fault. However, fault current limiters differ in the type of impedance and how the impedance adds and removes the system. In this paper, taking into account three different locations for installing fault current limiter in a sample power network, as well as changing the type (inductance or resistance) and its impedance value in an extensive range, the effects of these parameters on the stability of the power system have been investigated and analyzed. The criterion used for the first time in this article by the authors to examine and evaluate the transient stability of the power system is the method of the difference between the accelerating and decelerating area. The basis of this method is based on the equal area criterion. Other issues addressed in this paper are presenting a method for locating and determining the optimal value of fault current limiter impedance to improve the stability of the power system. Also, the effect of fault clearing time on transient stability has been studied when the fault current limiter is present in the power grid.
    Keywords: fault clearing time, fault current limiter, power system dynamic, power system stability, Short circuit current, transient stability
  • Asghar Eskandari * Pages 149-170

    Unbalanced loads in the distribution grid can cause unbalanced supply voltage and reduce the power quality of the system. Besides, reactive power loads might create the voltage disturbances such as voltage sag/swell. In this paper, a four-wire distribution static synchronous compensator (DSTATCOM) integrated with Yy-transformer to compensate both the unbalanced voltage and reactive power is proposed. A DSTATCOM based on modular multilevel converter (MMC) connects to the group of taps in the primary windings of Yy-transformer to constitute an interconnected structure. The compensating currents flow through the taps. This structure is similar to an autotransformer. Compared to the conventional MMC-DSTATCOM, with proposed structure, The DSTATCOM connection point voltage decreases and one can trade-off between the capability of the power device's rated voltage and current. Therefore, it can be decreased the primary investment costs, the voltage stresses and the size of compensation system. Furthermore, a control algorithm based on measuring the point of common coupling (PCC) instantaneous voltage and current is presented that it is able to compensate the zero and negative sequence voltage due to unbalanced laod and grid. To compensate these components, voltage and current loops are used to track accurately the reference voltages of MMC-DSTATCOM by means of unbalanced algorithm. Simulation results verify the proposed method.

    Keywords: distribution static synchronous compensator, Distribution transformer, reactive power, unbalanced voltage
  • Ali Askarizadeh, Elaheh Mashhour *, Mohsen Saniei Pages 171-194
    This paper presents a multi-objective optimization model for optimal placement of fixed capacitors and voltage regulators to manage the voltage profile of radial distribution networks, in which the realities of the distribution network of Ahvaz city (as representing the tropical regions of southern Iran) are considered. The objective functions include minimizing the investment cost, minimizing the sum of absolute value of the node’s voltage deviations from 1 p.u., and minimizing the cost of energy losses on the planning horizon. The optimization model is formulated by considering two different load patterns according to the warm and temperate periods of the year in Ahvaz city. The loads are modeled as a combination of constant power and constant impedance components and the share of each component in the warm and temperate periods of the year is considered in accordance with the actual conditions of the Ahwaz power distribution network. The cost of energy losses as well as the final profit of the project is calculated based on the current rules of Iranian power market for active and reactive powers. The optimization problem is solved using multi-objective non-dominated-sorting genetic algorithm-II (NSGA_II), and in order to choose the best answer among none-dominated Pareto front, a selection index is introduced. The proposed model is implemented on two 33 kV test feeders (i.e., a 33-bus test feeder and a real 123-bus feeder from Ahvaz distribution company) and the results are analyzed.
    Keywords: Automatic voltage regulator, Distribution networks, Energy Loss Cost, Investment Cost, non-automatic voltage regulator, voltage deviation index