smart grid
در نشریات گروه برق-
Journal of Operation and Automation in Power Engineering, Volume:13 Issue: 3, Autumn 2025, PP 248 -254Changes in the electric supply can significantly affect electronic devices since they are very sensitive. Due to a nonlinear system with multiple interconnected and unpredictable demands in the smart grid, the electricity system is facing several issues, including power quality, reactive power management, and voltage drop. To address these problems, a static synchronous compensator (STATCOM) is frequently used to compensate and correct the voltage level at the power bus voltage. In this study, an Artificial Neural Network (ANN) and GWO based controlled STATCOM has been developed to replace the traditional PI based controller and enhance the overall STATCOM performance. The ANN controller is preferred due to its simplicity, adaptability, resilience, and ability to consider the non-linearities of the power grid. To train the classifier offline, data from the PI controller was utilized. The MATLAB/Simulink software was employed to assess the effectiveness of STATCOM on a 25 Km transmission line during increased load and three faults. The combined results of the PI and ANN controllers indicate that the ANN controller significantly improves STATCOM efficiency under different operating conditions. Moreover, the ANN controller outperforms the traditional PI controller in terms of results.Keywords: STATCOM, ANN, Smart Grid, Grey Wolf
-
The reduction of fossil fuel reserves, advancements in science and technology, increased network loading, the emergence of new energy sources and loads, etc., have contributed to the rise of smart grids. Within smart grids, distributed generation resources play a pivotal role in meeting the network's power requirements. Among these resources, renewable energies and electric vehicles are notable examples. In this context, the presence of electric vehicles on smart grids has led to numerous opportunities and challenges, underscoring the need for effective management of these vehicles. Among these concepts, a relatively new one known as the “Electric Vehicle Aggregator” is introduced. This aggregator provides the opportunity to participate in demand-side management of energy networks by managing the scheduling of electric vehicle charging and discharging. In this paper, an attempt has been made to reduce the energy received from the grid by using the solar microgrid and considering the ability to connect to the upstream grid, and to design a new aggregator to maximize the profit of the owner of the aggregator. The proposed model has been designed, implemented, and tested over a 25-year time period using Homer software. The simulation results also show that using the proposed model despite considering the initial investment of the solar microgrid in the target functions, improvement and increase in the profit of the aggregator owner. The cost of the aggregator in the proposed method of this paper is 24.48$, while the same cost in the method used in the main reference is 29.62$.Keywords: Smart Grid, Electric Vehicles, EV Aggregator, Solar Microgrid, Vehicle-To-Grid
-
In smart grids, messages exchanged between service providers and smart meters should be authenticated and confidential to prevent threats due to their insecurity. Hence, it is imperative to design a secure authentication and key exchange scheme to create a session key for secure and authenticated transmission of messages. In this paper, we show that the mutual authentication and key establishment protocol presented by Sureshkumar et al. in 2020, which is based on elliptic curve cryptography (ECC), fails to satisfy forward secrecy, while they claimed that it provides perfect forward secrecy. In addition, it will be demonstrated that it is not secure against stolen database attacks of a service provider, which leads to the smart meter impersonation attack and session key exposure.Moreover, we prove that it fails to achieve security against known sessionspecific temporary information attacks. Next, an improved authenticated key establishment protocol to address these vulnerabilities has been proposed. Then, we analyze its security with informal and formal methods, such as BurrowAbadi-Needham (BAN) logic and ProVerif. Finally, with the comparison of security features and computation and communication overhead, we show that it outperforms baseline papers.Keywords: Key Establishment, Mutual Authentication, Smart Grid
-
طرح های نوین کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع امروزی به تجهیزات کارآمد و نیز کانال های ارتباطی مناسب بین این تجهیزات، حسگرها و مراکز کنترل نیاز دارند که منتهی به شبکه های توزیع هوشمندی با ماهیت سایبری-فیزیکی پیچیده ای شده است. یکی از تجهیزات کارآمد کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع مدرن، جبرانساز DSTATCOM می باشد که استفاده از ساختار مبدل های چندسطحی در معماری آن، مزایای زیادی نظیر امکان اتصال مستقیم به شبکه را ایجاد خواهد نمود. یک DSTATCOM با ساختار چندسطحی به دلیل وجود اجزای کنترل پذیر زیاد، نیاز به شبکه سایبری-فیزیکی بین کنترل کننده و اجزای خود دارد که در اتصال با شبکه های توزیع هوشمند امروزی، آن را مستعد حملات سایبری می نماید. در مقاله حاضر، یک کنترل کننده غیرخطی براساس خطی سازی بازخورد برای DSTATCOM چندسطحی آبشاری توسعه داده شده و برای تشخیص و جبران حملات سایبری از نوع تزریق داده نادرست به حسگرهای ولتاژ مبدل چندسطحی، روشی مبتنی بر الگوریتم فیلتر کالمن گسسته پیشنهاد می گردد. قابلیت های کنترل کننده غیرخطی پیشنهادی برای کنترل DSTATCOM چندسطحی و نیز عملکرد قابل اعتماد در مقابله با حملات تزریق داده نادرست، از طریق شبیه سازی یک سیستم قدرت نمونه در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink نشان داده خواهد شد.
کلید واژگان: جبرانساز DSTATCOM، مبدل چندسطحی آبشاری، حمله تزریق داده نادرست، فیلتر کالمن، کنترل کننده غیرخطی برمبنای خطی سازی بازخورد، شبکه توزیع هوشمندJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:21 Issue: 4, 2024, PP 77 -88Modern voltage control strategies in the present distribution networks require efficient equipment as well as appropriate communication channels between these equipment, sensors and control centers, which has led to smart distribution networks with a complex cyber-physical nature. One of the efficient equipment for voltage control in modern distribution networks is the DSTATCOM, which uses using multilevel converters in its structure, provides many advantages, such as direct connection to the grid. A DSTATCOM with the multilevel converter requires a cyber-physical network between the controller and its components due to the presence of many controllable components, which makes it vulnerable to cyber-attacks, when connected to the present smart distribution networks. In this paper, a feedback linearization-based controller is developed for the cascaded multilevel DSTATCOM, and a discrete Kalman filter-based method is proposed to detect and compensate false data injection cyber-attacks on voltage sensors of the multilevel converter. The abilities of the proposed nonlinear controller to control the multilevel DSTATCOM as well as the reliable operation against false data injection attacks are verified through the simulation of a test power network in the MATLAB/Simulink environment.
Keywords: DSTATCOM, Cascaded Multilevel Converter, False Data Injection Attack, Kalman Filter, Feedback Linearization-Based Controller, Smart Grid -
ریزشبکه های DC به دلیل ویژگی های قابل توجهی از جمله حذف توان راکتیو، تلفات کمتر توان و قابلیت اطمینان بالا، پایداری، کنترل پذیری و بهره وری انرژی، جذابیت بیشتری در شبکه های هوشمند دارا می باشند. یک بازار برق محلی مناسب به صورت نظیر به نظیر (P2P) برای اطمینان از پیشرفت ریزشبکه های DC چندگانه به هم پیوسته در حفظ نفوذ فزاینده منابع انرژی تجدیدپذیر بسیار ضروری می باشد. اشتراک انرژی P2P زیرساخت سودمندی را برای همتایان، از جمله ژنراتورهای تولید پراکنده، مصرف کنندگان نهایی و پروزیومرها فراهم می کند که بتوانند به طور مستقیم با یکدیگر به تبادل انرژی الکتریکی بپردازند. این مقاله یک مدل بهینه سازی تجارت انرژی P2P برای ریزشبکه های DC چندگانه به هم پیوسته، که به وسیله یک سیستم مدیریت انرژی (EMS) هماهنگ شده اند تا سود کل شرکت کنندگان را به حداکثر برساند، ارائه می کند. هر ریزشبکه DC شامل چندین آرایه فتوولتائیک، توربین بادی، بارهای مسکونی و خودروی الکتریکی (EV) می باشد. در چارچوب پیشنهادی، مقدار مجاز تلفات توان در نظر گرفته شده است که منعکس کننده محدودیت تبادل توان بین همتایان است که می تواند بر مقدار تابع هدف تاثیرگذار باشد. نتایج نشان می دهد که اگر تلفات توان مجاز 10% افزایش یابد، سود کل حدود 20% افزایش خواهد یافت.کلید واژگان: ریزشبکه Dc، سیستم مدیریت انرژی، تجارت انرژی نظیر به نظیر، تلفات مجاز توان، شبکه هوشمندDC microgrids are attaining more attraction in the smart grids on account of major characteristics such as reactive power removal, low power losses and high reliability, stability, controllability and energy efficiency. A suitable peer-to-peer (P2P) local electricity market is very essential to ensure the prosperity of networked DC microgrids in the sustainment of increasing penetration of renewable energy resources. The P2P energy trading provides a beneficial platform so that the peers including the distributed generators, end-use consumers and prosumers can buy or sell electrical energy directly with each other. This paper presents an optimization model of P2P energy trading for interconnected multiple DC microgrids coordinated via an energy management system (EMS) to maximize the total profit of participants. Each DC microgrid includes several photovoltaic arrays and wind turbines, residential loads, and electric vehicles (EVs). In the proposed framework, the permissible value of power losses is considered that reflects the limitation of power exchange between the peers and significantly influences the objective value.Keywords: DC Microgrid, Energy Management System, Peer-To-Peer Energy Trading, Permissible Power Losses, Smart Grid
-
امروزه پاسخ تقاضا به عنوان عنصر مهم در قابلیت اطمینان شبکه هوشمند شناخته شده است. سیستم های مدیریت انرژی خانه های هوشمند که راه اندازی وسایل برقی را با توجه به ضرورت استفاده و کارایی در اولویت قرار میدهند، نقشی حیاتی در اثربخشی استراتژی های پاسخ تقاضا دارند. شفاف سازی جزئیات مصرف برق در قبوض با وجود فناوری های حسگر به نظارت بهینه استفاده از لوازم خانگی کمک می کند. در این تحقیق، یک مدل یادگیری ماشین بدون نظارت، برای خوشه بندی لوازم خانگی به منظور مدیریت قبوض برق بر اساس ویژگی های ذاتی آنها مطرح گردید، چرا که بر این اساس میتوان جزئیات مصرف به ازای هر خوشه از لوازم خانگی را در قبض مصرفی دوره لحاظ کرد و به دلیل وجود خوشه های محدود برای لوازم خانگی امکان مدیریت و نظارت بر مصرف برق امکان پذیر میگردد. لوازم خانگی با روش خوشه بندی سلسله مراتبی به سه خوشه طبقه بندی شدند. خوشه اول لوازمی است که به صلاحدید مشتری بلافاصله روشن شوند، خوشه دوم طبق برنامه زمانبندی روشن میشوند و استفاده از آنها میتواند به تعویق افتد و خوشه سوم لوازمی هستند که توسط تعداد محدودی از مشتریان ترجیح داده میشوند. ضریب silhouette بعنوان معیاری برای ارزیابی عملکرد مدل خوشه بندی سلسله مراتبی ایجاد شد، که مقدار 0.56رضایت بخشی مدل را نشان می دهد. بر اساس نتایج، مشخص شد که روش خوشه بندی پیشنهادی می تواند با انتخاب ویژگی های مناسب، انواع مختلف لوازم خانگی را بطور منطقی طبقه بندی کند، زیرا لوازم موجود در یک خوشه شبیه به یکدیگر هستند و می توانند به کاربران در درک عملکرد لوازم خانگی کمک کنند.کلید واژگان: شبکه هوشمند، سیستم مدیریت انرژی خانگی، پاسخ تقاضا، خوشه بندی سلسه مراتبیNowadays, demand response is recognized as an important element in the reliability of smart grid. Smart home energy management systems, which prioritize the start-up of electrical appliances according to the necessity of use and efficiency, play a vital role in the effectiveness of load response strategies in residential areas. Considering the sensor technologies, clarification on electricity consumption details helps to optimally monitor how the appliances are used. In this research, an unsupervised machine learning model was proposed for the clustering of home appliances to manage the bills of customers based on their inherent characteristics. Due to the small number of clusters, it becomes possible to manage electricity consumption. The hierarchical clustering method was used to classify appliances into three clusters. The first cluster is the appliances that are turned on at the discretion of the consumers immediately, the second cluster is the appliances that can be turned on according to the schedule and their usage can be postponed and the third cluster is appliances that are preferred by a limited number of consumers. The silhouette coefficient was developed as a measure of the hierarchical clustering model performance, where the average silhouette coefficient of 0.56 indicates the satisfaction of the model. Based on the results, it was found that the proposed clustering method can rationally classify different types of home appliances by selecting the appropriate characteristics since the appliances in a cluster are very similar to each other and can help users understand the operating conditions of the appliances.Keywords: Smart Grid, Home Energy Management System, Demand Response, Hierarchical Clustering
-
The integration of advanced metering technology in power systems has enabled real-time data access for every node in a smart grid. As a result, the power system can now access large volumes of data. This vast amount of data requires an alternative method of analysis. Machine learning-based load forecasting technologies are being applied in this scenario. However, this massive data collection needs to be processed through the appropriate data pre-processing method, such as the removal of noise, outliers, and erroneous data, the detection of missing data, the normalization of widely divergent datasets, etc., to improve the effectiveness of the load forecaster. Thus, to eliminate the various kinds of errors and outliers present in the data that was directly obtained from smart meters, this study analyses and compares the efficacy of eight distinct smoothing and filtering techniques as a novel contribution of this work. Using the processed data acquired, a neural network-based load forecasting model was developed to compare the efficacy of the variouspreprocessing approaches. This study makes use of real-time data obtained from the smart meter placed at a node within the NIT Patna campus. The proposed moving average filter surpasses the other methods for filtering and smoothing the raw data by an average MAPE of 2.66, according to the load forecasting results that were obtained.
Keywords: Smart Grid, Data Pre-Processing, Normalization, Neural Network, Load Forecasting -
This paper presents the islanding and peninsulating of distributed generators (DGs), such as wind and solar power plants, that feed microgrid systems. However, the paper does not focus on just an ordinary microgrid but large microgrids that have several sub-microgrids with renewable energy resources and multiple connection points (MCPs) to different grids. When islanding happens, the main microgrid disconnects some connection points from grids whereas some connection points to other grids could be connected and divided into some sub-microgrids for better stability. Two new definitions are proposed for large microgrid islanding: percentage of islanding and peninsulating. The former means how much it is possible that an islanding happens before it happens, and the latter means that: “after separating from some connection points to grids in a large microgrid with MCPs to different grids, remained large microgrid network is an island or a peninsula that is connected in some connection points to other grids? So, peninsulating a large microgrid depends on the number of connection points, at least two points, to different grids. This paper describes these two new definitions. The method involves the measurement of utility currents, voltages, and other signals through a bidirectional communications system in smart grids. These signals are used to calculate the percentage of islanding and decide on microgrid islanding or peninsulating.Keywords: Islanding, Peninsulating, Microgrid, Smart grid, Distributed Generation
-
This study focuses on achieving a self-healing network with high reliability and minimal losses by discussing the optimal placement of distributed generation (DG) sources in the network using the particle swarm algorithm (PSO). Optimal placement not only reduces losses but also enhances the voltage profile and enhances system reliability. Consequently, the paper explores the concept of a self-healing smart grid. Smart grids possess a crucial attribute known as self-healing, designed to enhance the system’s dependability. The self-healing power grid can detect and rectify disruptions within its infrastructure with minimal or even absent human intervention. This study examines a standard IEEE 69-bus network and presents results demonstrating the network's safety, the prevention of blackouts, the reduction of losses, and thesubstantial enhancement of the voltage profile.Keywords: Smart Grid, Self-healing, Optimal Location, distributed energy resources
-
در مسایل بهینه سازی سیستم های توزیع هوشمند که متغیرها و پارامترهای زیادی وجود دارد، ارایه یک الگوریتم کارآمد که قابلیت همگرایی و حل در شبکه های بزرگ را داشته باشد از چالش های اصلی محققان می باشد. در این مقاله یک مدل بهینه سازی درجه دوم عدد صحیح مرکب برای بهبود عملکرد شبکه توزیع در مقیاس بزرگ با استفاده از مسیله مدیریت سمت تقاضا، سیستم ذخیره انرژی، سیستم باتری به مترو، کنترل بهینه تپ ترانس OLTC و SVR و همچنین منابع تولید پراکنده فسیلی و تجدیدپذیر در کنار خازن و راکتورهای شنت ارایه شده است. تابع چند هدفه در نظر گرفته شده یک مدل تصادفی مبتنی بر سناریو است، که مدل دقیقی از عدم قطعیت های موجود در منابع انرژی تجدیدپذیر را مدل سازی می کند. با توجه به مسایل در نظر گرفته شده و همچنین مدل شبکه های بزرگ 118 و 874 باس اغلب الگوریتم ها به دلیل وجود متغیرهای زیاد قادر به همگرایی نمی باشد. در این مقاله عملکرد مطلوب الگوریتم تکاملی ترکیبی پیشنهادی بر روی شبکه های توزیع بزرگ نشان داده شده است، که قادر رسیدن به جواب های بهینه سراسری نسبت به الگوریتم های مشابه می باشد.
کلید واژگان: مدیریت بار، شبکه هوشمند، الگوریتم تکاملی، باتری، انرژی تجدیدپذیرIn the optimization problems of intelligent distribution systems where there are many variables and parameters, providing an efficient algorithm that has the ability to converge and solve in large networks is one of the main challenges of researchers. In this paper, a compound integer quadratic optimization model for improving the performance of large-scale distribution network using demand-side management problem, energy storage system, battery-to-metro system, optimal control of OLTC and SVR tap-trans and distributed generation resources. Fossil and renewable are offered alongside capacitor and shunt reactors. The considered multi-objective function is a scenario-based stochastic model, which accurately models the uncertainties in renewable energy sources. According to the considered problems and also the model of large networks of 118 and 874 buses, most of the algorithms are not able to converge due to the existence of many variables. In this article, the optimal performance of the proposed hybrid evolutionary algorithm is shown on large distribution networks, which is able to reach global optimal solutions compared to similar algorithms.
Keywords: Load management, smart grid, evolutionary algorithm, battery, renewable energy -
با وجود گسترش شبکه هوشمند (Smart Grid)، امنیت اطلاعات در این شبکه با چالش های زیادی روبرو بوده و نیازمند چارچوب امنیتی قوی برای آن هستیم. در این مقاله، روشی تلفیقی و کارا برای اعتبارسنجی در شبکه کنتورهای هوشمند ارائه می شود. در مدل پیشنهادی، ابتدا احراز هویت وسایل مصرفی و حسگری در کنتور هوشمند انجام می شود و سپس مقدار زنجیره چکیده تجمعی داده های جمع آوری شده در کنتور هوشمند محاسبه و به جمع کننده ارسال می شود. در بخش اول روش پیشنهادی، وسایل مصرفی با استفاده از برچسب های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) به کنتور هوشمند متصل می شوند تا احرازهویت انجام شود. برای احراز هویت وسایل مصرفی در کنتور هوشمند، از روش خم بیضوی (Elliptic Curve) استفاده می کنیم که قابلیت تامین سطح یکسانی از امنیت در مقایسه با سایر روش های رمزنگاری کلید همگانی مانند RSA را در ازای طول کلید کوتاه تر و هزینه های محاسباتی کمتر فراهم می کند. در بخش دوم روش پیشنهادی، با محاسبه زنجیره چکیده تجمعی و مقایسه با مقدار دریافتی، اعتبارسنجی پیام های دریافتی در جمع کننده انجام می شود. بنابراین از ارسال داده های اضافی به جمع کننده، اشغال پهنای باند و امکان نفوذ وسایل مخرب نیز جلوگیری می شود. روش پیشنهادی در این مقاله علاوه بر انطباق با ساختار شبکه هوشمند، هزینه محاسباتی و ارتباطی کمتری نیز نسبت به روش های موجود فراهم می کند.
کلید واژگان: احراز هویت، امنیت شبکه، شبکه هوشمند انرژی، کنتورهوشمند، درهم سازیDespite the expansion of the smart grid, information security in this network has faced many challenges, and we need a strong security framework for it. In this article, a compound and efficient method for authentication in the network of smart meters is presented. In the proposed model, first, the authentication of devices and sensor data is done in the smart meter, and then the value of the cumulative hash chain of the authorized devices' data is calculated in the smart meter and along with the cumulative data is sent to the collector. In the first step of the proposed method, devices are connected to the smart meter using RFID tags, and the device ID is processed in the smart meter. We use the Elliptic Curve method for authentication. In the second step, by calculating the value of the cumulative hash chain and comparing it with the received value, the validation of the received messages is done on the collector. Therefore, sending additional data to the collector, occupying the bandwidth, and the possibility of intrusion of malicious devices are prevented. The proposed method, in addition to adapting to the structure of the smart grid, also provides a lower computational and communication cost than the existing methods.
Keywords: Authentication, Network Security, Smart Grid, Smart Meter, Hashing -
Journal of Operation and Automation in Power Engineering، سال دوازدهم شماره 2 (Summer 2024)، صص 163 -174در شبکه های برق تجدیدساختار یافته، خرده فروش برق به عنوان شرکتی سود محور انرژی الکتریکی را از بازارهای برق عمده-فروشی خریداری کرده و به مصرف کنندگان نهایی می فروشد. از طرفی با حرکت صنعت برق به سمت شبکه های هوشمند مصرف-کنندگان کوچکی که علاوه بر دریافت انرژی از شبکه ی توزیع، توانایی تولید توان در مقیاس کوچک را دارند تحت عنوان مشترکین فعال، در محیط بازار برق ظهور پیدا کرده اند. لذا تجمیع کنندگان مشترکین فعال با هدف ماکزیمم کردن سود مجموعه ای از مشترکین فعال در این محیط تعریف شده اند. در این مقاله نحوه ی تبادل انرژی و همچنین تعیین قیمت تبادل انرژی بین خرده فروش و تجمیع کننده ی مشترکین فعال به صورت یک بازی دو سطحی مدل شده است. در سطح بالاتر خرده-فروش به عنوان لیدر با هدف ماکزیمم کردن سود خود یا همان مینیمم کردن هزینه های خود به ارایه ی قیمت پیشهادی جهت خرید یا فروش انرژی به تجمیع کننده مشترکین فعال می پردازد. تجمیع کننده نیز با هدف مینیم کردن هزینه های تامین انرژی مورد نیاز مصرف کنندگان خود با توجه به قیمت پیشنهادی خرده فروش در رابطه با مقدار توان تبادلی در جهت خرید یا فروش تصمیم گیری می کند. در این مقاله از یک روش ترکیبی مبتنی بر MILP و MO جهت یافتن نقطه ی بهینه ی این بازی مدل شده، استفاده شده است. جهت بررسی کارایی روش پیشنهادی، سه روش قیمت دهی FP، TOU و RTP به عنوان برنامه های پاسخگویی بار مبتنی بر قیمت با استفاده از الگوریتم پیشنهادی با یکدیگر مقایسه شده اند.کلید واژگان: خرده فروش، شبکه هوشمند، منابع انرژی تجدید پذیر، تجمیع کننده ی مصرف کنندگان فعال، تسویه انرژیJournal of Operation and Automation in Power Engineering, Volume:12 Issue: 2, Summer 2024, PP 163 -174In the restructured electricity industry, the electricity retailer, as a profit-oriented company, buys electricity from wholesale electricity markets and sells it to end customers. On the other hand, with the move of the electricity networks towards smart grids, small customers who, in addition to receiving energy from the distribution network, can generate power on a small scale, have emerged as prosumers in the electricity market environment. Therefore, the prosumers' aggregator is defined to maximize the profit of a set of prosumers in this environment. In this paper, the energy exchange between the retailer and the aggregator has been modeled as a bi-level game. At a higher level, the retailer, as a leader to maximize its profit or minimize its expenses, offers a price to buy or sell energy to the prosumers' aggregator. The aggregator also decides on the amount of exchange energy to buy or sell, to minimize the energy supply costs required of its consumers according to the retailer's bid price. In this paper, a combined method based on~MILP (Mixed Integer Linear Programming)~and MO (Mayfly Optimization) has been used to find the optimal point of this modeled game. To evaluate the efficiency of the proposed method, the three pricing methods FP (Fixed Pricing),~TOU (Time Of Using), and RTP (Real Time Pricing) as price-based demand response programs have been compared using the proposed algorithm. The simulation results show that among the three pricing methods for customers, the RTP pricing method has the highest profit for the retailer and the lowest cost for the aggregator.Keywords: Retailer, Smart grid, Renewable energy resources, Prosumers' aggregator, Energy procurement
-
Journal of Operation and Automation in Power Engineering، سال دوازدهم شماره 2 (Summer 2024)، صص 142 -151
یکی از چالش های حیاتی در عملکرد بهینه شهرهای هوشمند، مدیریت هماهنگ حامل های انرژی متعدد در ساختمان های مسکونی به دلیل اهداف متفاوت و اغلب متناقض است. در پاسخ به این چالش، این مقاله یک طرح مفهومی مبتنی بر انتشار هزینه برای استفاده بهینه از انرژی-گاز در یک خانه هوشمند در زمینه هاب های انرژی مسکونی با در نظر گرفتن یک مبادله معنادار بین صرفه جویی در هزینه و حفاظت از محیط زیست پیشنهاد می کند. منابع مختلف تبدیل انرژی شامل سیستم های ذخیره انرژی و گرما، ماژول های فتوولتاییک پشت بام، و همچنین واحدهای حرارتی و توان ترکیبی به همراه بارهای الکتریکی و حرارتی مسیول در مدل پیشنهادی در نظر گرفته شده اند. علاوه بر این، یک روش مبتنی بر سناریو تصادفی کارآمد برای مقابله با عدم قطعیت شدید مرتبط با تولید فتوولتاییک اجرا می شود. مدل پیشنهادی مصرف انرژی خانگی و هزینه های آب و برق را با ترکیب یک تابع هدف ترکیبی جمع وزنی تحت محدودیت های سیستم مختلف و ترجیحات کاربر کاهش می دهد، در حالی که در عین حال برنامه ریزی بهینه کار و راحتی را برای ساکنان فراهم می کند که می تواند یک سبک زندگی خوب را تضمین کند. طرح ارایه شده بر روی یک مطالعه موردی واقع گرایانه مجهز به هاب های انرژی انجام شده و همانطور که انتظار می رود، کاربرد و اثربخشی آن را در مدیریت بهینه انرژی مشکل هاب انرژی مسکونی پیشنهادی معرفی می کند. نتایج شبیه سازی تایید می کند که هزینه های تامین انرژی را می توان تا 46.16 درصد و هزینه های انتشار را تا 34.07 درصد صرفه جویی کرد و در عین حال سطح مطلوبی از آسایش را برای سرپرست خانوار حفظ کرد.
کلید واژگان: هاب های انرژی مسکونی، مدیریت انرژی، انرژی های تجدیدپذیر، شبکه هوشمندJournal of Operation and Automation in Power Engineering, Volume:12 Issue: 2, Summer 2024, PP 142 -151One of the crucial challenges within the optimal operation of smart cities is coordinated management of multiple energy carriers in the residential buildings owing to disparate and often conflicting objectives. In response to this challenge, this paper proposes a novel conceptual cost-emission-based scheme for optimal energy-gas use in a smart home in the context of residential energy hubs considering a meaningful trade-off between cost saving and environmental protection. Various energy conversion resources containing energy and heat storage systems, rooftop photovoltaic modules, and also combined heat and power units along with responsible electrical and thermal loads are taken into account in the proposed model. Furthermore, an efficient stochastic scenario-based method is executed to tackle the intense uncertainty associated with photovoltaic production. The proposed model reduces domestic energy consumption and utility costs by incorporating a weighted summation mixed objective function under various system constraints and user preferences, while at t the same time optimal task scheduling and comfort for the resident that it can guarantee a good lifestyle. The presented scheme is carried out on a realistic case study equipped with energy hubs and as expected, introduces its applicability and effectiveness in the optimal energy management of the proposed residential energy hub problem. The simulation results confirm that energy procurement costs can be saved by up to 46.16% and emission costs by 34.07% while maintaining the desired level of comfort for the head of the household.
Keywords: Residential energy hubs, energy management, Renewable energy, Smart grid -
پدیده بازیابی تاخیری ولتاژ ناشی از خطا (FIDVR [i]) در شبکه هایی با ضریب نفوذ بالای بارهای موتوری پدیدار می شود؛ زیرا افزایش توان راکتیو درخواستی بارهای موتوری بعد از رفع خطا از بازیابی سریع ولتاژها جلوگیری می کند. حذف بار یکی از روش های موثر مقابله با پدیده FIDVR است که سبب نزدیک شدن میزان تقاضا به تولید توان راکتیو می شود. در این مقاله یک روش ناحیه گسترده ارایه می شود که براساس شرایط شبکه و بارها اقدام به حذف بار می کند. با توجه به اینکه شاخص های معرفی شده برای مشخص کردن مکان و مقدار حذف بار از ولتاژ شین ها، جریان بارها و درایه های ماتریس امپدانسی شبکه تشکیل شده اند؛ بنابراین، روش پیشنهادی قادر به حذف موثر بارها است. پروسه تخمین ولتاژ ابزار مهمی است که در روش پیشنهادی از آن بهره گرفته می شود و بر پایه پخش بار گوس-سایدل تعمیم یافته و مدل درجه سه موتور القایی تعریف شده است. این ابزار، روش پیشنهادی را قادر می سازد تاثیر حذف بارهای پیشنهادی بر میزان بازیابی ولتاژ شین ها را متوجه بشود و از اعمال موارد غیرضروری جلوگیری کند. نتایج شبیه سازی نشان دهنده خطای زیر 2 درصد در پروسه تخمین ولتاژ و همچنین، کاهش 17 درصدی مقدار بار قابل حذف نسبت به روش های مرسوم است.
کلید واژگان: بازیابی تاخیری ولتاژ ناشی از خطا، پخش بار گوس-سایدل، حذف بار، تخمین ولتاژ، شبکه هوشمندThe phenomenon of Fault-Induced Delayed Voltage Recovery (FIDVR) appears in networks with high penetration of induction motor loads because the increase in requested reactive powers of motor loads after clearing the fault prevents the rapid return of the bus voltage to the pre-fault level. Load shedding is one of the effective ways to deal with the FIDVR phenomenon, which causes the amount of demand to approach the production of reactive power. In this paper, a wide-area load-shedding method is presented, which performs based on network conditions and loads. Since the introduced indicators for determining the locations and amounts of loads to be shed are based on the values of bus voltages, loads currents, and network impedance matrix; therefore, the proposed method can effectively shed the loads and deal effectively with FIDVR. The voltage estimation process is an important tool to predict the voltages at future moments and is defined based on the modified Gauss-Seidel load flow and the three-order model of the induction motor. This tool enables the proposed method to understand the effect of applying load shedding on voltage recovery and prevents the application of unnecessary ones.
Keywords: Fault-induced delayed voltage recovery, Gauss-Seidel load flow, Load Shedding, voltage estimation, Smart grid -
نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، سال بیست و یکم شماره 2 (پیاپی 78، تابستان 1402)، صص 92 -102
حمله تزریق داده غلط (FDIA) یک تهدید سایبری مخرب برای عملکرد اقتصادی بازار های انرژی الکتریکی در شبکه های هوشمند است. یک مهاجم سایبری می تواند با پیاده سازی یک FDIA و با نفوذ در معاملات مجازیبازارهای انرژی الکتریکی، از طریق دستکاری قیمت برق به سود مالی گزافی دست پیدا کند. در این مقاله، روش جدیدی در مساله برنامه ریزی یک FDIA به صورت کاملا مخفی و با هدف دستیابی به بیشترین سود مالی از دیدگاه یک مهاجم سایبری مشارکت کننده در معاملات مجازی در دو بازار روز پیش (DA) و زمان حقیقی (RT) ارایه شده است. یک فرضیه رایج که در مطالعات موجود روی FDIAs در مقابل بازارهای برق صورت گرفته، این است که مهاجم، اطلاعات کاملی از شبکه هوشمند در اختیار دارد. اما واقعیت این است که مهاجم، منابع محدودی دارد و به سختی می تواند به همه اطلاعات شبکه دسترسی پیدا کند. این مقاله روش مقاومی را در طراحی استراتژی حمله با شرایط اطلاعات شبکه ناقص پیشنهاد می کند. به طور خاص فرض گردیده که مهاجم نسبت به ماتریس های مدل کننده شبکه دارای عدم قطعیت است. اعتبار روش پیشنهادی بر اساس سیستم معیار 14- باس IEEE و با استفاده از ابزار Matpower سنجیده شده است. نتایج عددی، موفقیت نسبی حمله پیشنهادی را در حالت های از درجه مختلف اطلاعات ناقص تایید می کنند.
کلید واژگان: بازار انرژی الکتریکی، حمله سایبری، حمله تزریق داده غلط، شبکه هوشمند، عدم قطعیتFalse data injection attack (FDIA) is a destructive cyber threat to the economic performance of electricity markets in smart grids. A cyber attacker can make a huge financial profit by implementing an FDIA through penetrating the virtual transactions of the electricity markets and manipulating electricity prices. In this paper, a new approach to planning an absolutely stealthily FDIA is presented with the aim of achieving maximum financial profit from the perspective of a cyber attacker participating in virtual transactions from two markets of day-ahead (DA) and real-time (RT). A common hypothesis in studies of FDIAs against electricity markets is that the attacker has complete information about the smart grid. But the fact is that the attacker has limited resources and can hardly access all the network information. This paper proposes a robust approach in designing an attack strategy under incomplete network information conditions. In particular, it is assumed that the attacker has uncertainties about the network modeling matrices. The validity of the proposed method is evaluated based on the IEEE 14-bus standard system using the Matpower tool. Numerical results confirm the relative success of the proposed attack in cases of varying degrees of incomplete information.
Keywords: Electricity market, cyber attack, false data injection attack, smart grid, uncertainty -
نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز، سال دوم شماره 2 (پیاپی 6، تابستان 1402)، صص 36 -50در شبکه های هوشمند برق، تجهیزات و زیرساخت های الکتریکی هوشمند به منظور افزایش بازده، بهبود قابلیت اطمینان و کاهش آلودگی های زیست محیطی با هم ادغام می گردند. در سال های اخیر مفهوم ریزشبکه به معنای یک شبکه توزیع ولتاژ متوسط یا ولتاژ پایین شامل واحدهای تولید پراکنده، ذخیره سازها و بارهای کنترل شونده مختلف با قابلیت بهره برداری در هر دو حالت متصل به شبکه و جزیره ای پیشنهاد گردیده است. چون ریزشبکه در حالت جزیره ای، شبکه ای با واحدهای تولید توان کوچک است، کوچکترین اغتشاشی ممکن است موجب ناپایداری آن شود. لذا ضرورت دارد تا در هنگام گذر از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره ای از وجود ذخیره کافی در ژنراتورهای تولید پراکنده با توجه به منحنی قابلیت تولید آن ها به منظور تامین توان اکتیو و راکتیو بارهای مصرفی اطمینان حاصل شود. تمرکز اصلی این مقاله بر روی برنامه ریزی بهینه یکپارچه توان اکتیو و راکتیو در ریزشبکه های هوشمند با امکان وقوع 1 ساعت کارکرد جزیره ای می باشد. ضرورت گذر پایدار از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره ای در صورت وقوع خطا در شبکه از قیود بسیار مهم در ریزشبکه ها می باشد. بنابراین برنامه ریزی اقتصادی واحدهای تولید پراکنده یک ریزشبکه با در نظر گرفتن این قیود مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند در صورت در نظر گرفتن قید امنیت گذر پایدار ریزشبکه، هزینه بهره برداری از آن افزایش یافته ولی قابلیت اطمینان آن نیز بیشتر می گردد. هزینه های بهره برداری در مطالعات موردی محاسبه شده است. با شدیدتر شدن تعداد باز ه های زمانی که ریزشبکه باید در حالت جزیره ای مورد بهره برداری قرار بگیرد، هزینه بهره برداری نیز افزایش می یابد. همچنین با در نظر گرفتن نایقینی های موجود در مسیله، مدل دقیق تر شده ولی هزینه بهره برداری نیز افزایش می یابد.کلید واژگان: ریزشبکه، حالت متصل به شبکه، حالت جزیره ای، برنامه ریزی توان اکتیو و راکتیوJournal of Technovations of Electrical Engineering in Green Energy System, Volume:2 Issue: 2, 2023, PP 36 -50In power smart grids, equipment and electrical infrastructure and information smart grids in order to increase efficiency, improved reliability and reducing environmental pollution merged together. One of the basic challenges in such grids, increase uncertainty due to the use of distribution generation sources contain are renewable resources. In recent years has proposed the concept of the micro grid, it means a medium voltage distribution grid or low voltage grid includes distribution generation units, storage devices and different controlling loads with operational capability in both cases grid-connected and islanded. Because micro grid in the islanded, grid is with small power generation units, the smallest error it may be cause instability. It is therefore necessary so when passing through grid-connected to island make sure of sufficient storage in distribution generation generator according to their production capability curve in order to satisfy loads reactive and active power. The main focus of this research is on distribution generation unit’s reactive and active power scheduling for sustainable and economic operation from a micro grid. The need for a sustainable transition from grid-connected to island in case of an error in grid is one of the most important constraints in the micro grids. Therefore, must to be investigated economic scheduling of distribution generation units a micro grid considering these constraints. It should be noted that consideration these constraints in reactive and active power scheduling of distribution generation units can bring on more economic benefits in the steady pass from grid-connected to island. So, in this research will be presented formulation related to planning reactive and active power of distribution generation units by maintaining the constraints that its objective function will be to minimize the cost of power generation.Keywords: smart grid, Micro grid, Grid-Connected, Islanded, Reactive, active power scheduling
-
آگاهی عمومی از آلودگی و گرم شدن کره زمین، بخش های مختلف صنعت را ملزم به توجه بیشتر به این موضوع و انجام برخی اقدامات در این زمینه کرده است. صنعت برق به عنوان پایه اکثر صنایع دیگر باید تلاش بیشتری را به این امر اختصاص دهد. برنامه ریزی مشارکت واحدها فرآیند تعیین وضعیت واحدها برای بازار روز آینده است. بنابراین، برنامه ریزی مشارکت واحدها بهترین گزینه برای کاهش آلودگی است. بااین حال در شبکه هوشمند، مشتریان می توانند از طریق برنامه های پاسخگویی بار بخشی از بازار باشند. از سوی دیگر، پرشدگی یکی از مشکلات اصلی شبکه انتقال است. برنامه های پاسخ گویی بار می تواند تاثیر مثبتی بر کاهش پرشدگی داشته باشد زیرا کل توان منتقل شده از طریق سیستم انتقال را کاهش می دهد. در این مقاله، تاثیر برنامه های پاسخگویی بار به عنوان نیروگاه های مجازی بر هزینه عملیات، پرشدگی و انتشار تعهد واحد محدود به شبکه مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین تاثیر اجرای بهینه برنامه پاسخ گویی بار با در نظر گرفتن بهترین نرخ مشوق پرداخت شده به شرکت کنندگان به عنوان یکی از روش های برنامه پاسخ گویی بار، بر کاهش هزینه مشارکت واحدها مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه به دلیل اجرای هم زمان مسیله مشارکت واحدها و برنامه پاسخ گویی بار که یک مسیله پیچیده غیرخطی با متغیرهای پیوسته و گسسته است، از روش برنامه ریزی خطی اعداد صحیح و غیر صحیح(MILP) استفاده شده است. مسیله بهینه سازی با استفاده از تکنیک CPLEX که در حل مسایل مختلط با اعداد صحیح بسیار کارا است، در برنامه GAMS پیاده سازی شده است. علاوه بر این، سیستم انتقال نیز در این مطالعه در نظر گرفته شده تا تاثیر مشارکت برنامه های پاسخ گویی بار در بازار برق و تاثیر آن ها بر کاهش پرشدگی به طور کامل مورد تجزیه وتحلیل قرار گیرد. استراتژی توصیه شده بر روی سیستم تست قابلیت اطمینان 24 باسهIEEE برای اثبات اثربخشی برنامه های پاسخ گویی بار برای کاهش هزینه و کاهش انتشار انجام می شود.
کلید واژگان: برنامه های پاسخ گویی بار، کاهش ضریب انتشار، برنامه ریزی مشارکت واحدها، مدیریت پرشدگی، شبکه های هوشمندJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:20 Issue: 4, 2023, PP 133 -145Individual and public awareness of global warming and pollution has required the different sectors of industry to pay more attention to this issue and take some action in this regard. The electrical industry as the backbone of most other industries should devote more effort for pollution reduction. Unit commitment is the process of determining the state of the units for the day-ahead market. Therefore, managing unit commitment is the best option for contamination reduction. However, in the smart grid, customers can be part of the market via demand response programs. On the other hand, congestion is one of the main problems of the transmission network. Demand response programs could have a positive effect on congestion alleviation as they reduce the total power transmitted via the transmission system. In this paper, the effect of aggregated demand response programs as virtual power plants on operation cost, congestion and emission of network-constrained unit commitment is investigated. Moreover, the best rate of the incentive paid to the demand response programs participants is determined. In this study, according to the simultaneous implementation of the unit commitment problem and the demand response program, which is a complex nonlinear problem with continuous and discrete variables, the MILP method has been applied. Moreover, the transmission system is also considered to fully analyze the impact of demand response programs in the electricity market and its impact on reducing congestion. The recommended strategy is carried out on the IEEE 24 bus reliability test system to prove the effectiveness of demand response programs integration for cost and emission reduction.
Keywords: Demand response programs, emission reduction, network-constrained unit commitment, congestion management, smart grid -
گسترش استفاده از سیستم های مخابراتی و دستگاه های اندازه گیری پیشرفته در شبکه های قدرت، زمینه ساز برقراری حملات سایبری در این شبکه ها است. وقوع حمله تزریق داده بد و تشخیص ندادن به موقع آن، آسیب های جبران ناپذیری را به شبکه تحمیل می کند. در این مقاله، روش جدیدی به منظور تشخیص داده بد (BDD) در تخمین حالت، هنگامی که مهاجم سایبری اندازه گیری های حساس و مهم را اندازه گیری می کند، ارایه می شود. بدین منظور، شاخص جدید حمله با دستکاری کردن هم زمان پارامترهای شبکه و تزریق داده های اشتباه به مقادیر اندازه گیری شده تعریف می شود. در این صورت، ابتدا دستگاه های اندازه گیری با اهمیت و نفوذ بالا که در مکان های حساس نصب شده اند، از دستگاه های اندازه گیری با اهمیت و نفوذ پایین با وجود اثر masking و swaming با استفاده از الگوریتم پتانسیل تعمیم یافته و مطمین (DRGP) تشخیص و جداسازی می شوند. بعد از این دسته بندی، مجدد فرآیند تخمین حالت با استفاده از اندازه گیری های با نفوذ پایین انجام می شود. اندازه گیری های حاوی داده بد با استفاده از الگوریتم باقیمانده تعمیم یافته (GSR) تشخیص داده می شوند. با دستکاری کردن هم زمان پارامترهای شبکه و مقادیر اندازه گیری ها، روش های معمول BDD قادر به تشخیص حمله نیستند. به منظور بررسی کارایی الگوریتم های تشخیص داده بد بیان شده، پیاده سازی آنها روی شبکه استاندارد 14 و 123 باسه IEEE با استفاده از نرم افزارهای MATLAB و Rstudio انجام شده است. نتایج، شبیه سازی توانایی الگوریتم پیشنهادی را در تشخیص حمله داده بد به خوبی نشان می دهند.
کلید واژگان: تخمین حالت، تشخیص داده بد، حمله سایبری، حمله تزریق داده بد، شبکه هوشمندNowadays, using telecommunication systems and advanced measuring devices underlies cyberattacks on electrical grids. Bad data injection and failure to detect it on time, cause drastic damage to the network. This paper presents a new method for bad data detection (BDD) in state estimating when a cyber attacker manipulates the important measurements. Therefore, the new attack index is defined by simultaneously manipulating the network parameters and injecting incorrect data into the measured values. For this purpose, considering the masking and swamping effect, the diagnostic robust generalized potential (DRGP) algorithm detected and isolated high-leverage measurements installed in important locations from low-leverage measurements. Then, the state estimation process performs using low-leverage measurements. The Generalized Studentized Residual (GSR) algorithm detects bad data. With simultaneous manipulation of network parameters and measurement values, conventional BDD methods are unable to detect an attack. To evaluate the performance of the proposed method, they were implemented on the IEEE standard 14-bus network using MATLAB and Rstudio software. The simulation results show the ability of the proposed algorithm to detect a bad data attack.
Keywords: State Estimation, bad data detection, Cyberattack, bad data injection attack, Smart grid -
صنایع برق با مشکلاتی مانند کاهش سوخت های فسیلی، انتشار گازهای گلخانه ای و فقدان آنالیز خودکار شبکه برق مواجه است. برای مقابله با چالش های موجود، ایجاد زیرساخت جدید ضروری است. مفهوم شبکه های هوشمند با هدف به روزکردن شبکه های برق کنونی با ادغام زیرساخت های مخابراتی پیشرفته با شبکه برق موجود، شبکه های برق را قابل اطمینان تر، بهینه و دوستدار محیط زیست می سازند. تجمیع شبکه های برق و شبکه های مخابراتی درحالی که فواید فراوانی دارد، دارای معایبی در زمینه ی امنیت سیستم و حفاظت است. در این مقاله، بعد از آشنایی با زیرساخت های مخابراتی شبکه هوشمند، ویژگی ها و کاربردهای آنها به معرفی تهدیدهای موجود علیه امنیت شبکه های مخابراتی و بررسی اقدامات مناسب شامل پیش گیری، شناسایی و مقابله با خطرات امنیتی پرداخته شده است. در مرحله پیش گیری از خطرات امنیتی، راه کارهایی مانند رمزنگاری و زنجیره بلوکی با هدف حفظ دسترسی به اطلاعات شبکه برای افراد مجاز، مطالعه و بررسی شده است. در زمینه شناسایی حملات در شبکه هوشمند به دلیل نیاز به راه حلی هوشمند و سریع، یادگیری عمیق به عنوان یکی از ابزارهای هوشمند، پویا و قدرتمند به همراه کاربردهای آن در بهبود امنیت شبکه هوشمند بررسی شده است.
کلید واژگان: شبکه هوشمند، شبکه های مخابراتی، امنیت، حملات سایبری، یادگیری عمیقThe power industry is facing problems such as fossil fuel reduction, greenhouse gas emissions and the lack of automated analysis of the power grid. To meet the existing challenges, creating a new infrastructure is essential. The concept of smart grids aims to update existing power grids by integrating advanced communication infrastructure with the existing grid, making power grids more reliable, efficient, and environmentally friendly. Integration of power networks and communication networks, while it has many benefits, it has disadvantages in system security and protection. In this paper, after familiarizing with the smart grid communication infrastructure, their features and applications, the existing threats against the security of communication networks are introduced, and suitable actions are discussed, including prevention, detection, and counteract against security risks. At the security risks prevention stage, solutions such as encryption and blockchain have been studied and reviewed with the purpose of maintaining access to network information for authorized users. In the field of identifying attacks in the smart grid due to the need for a smart and fast solution, deep learning as one of the smart, dynamic and powerful tools with its applications in improving smart grid security has been investigated.
Keywords: Smart grid, Communication networks, Security, Cyber-attacks, Deep learning -
Electric vehicles are gaining popularity and going to become the mainstream mode of transportation in urban and rural areas not only in India but globally in the next few years. In the adoption of electric vehicles, there are certain issues like proper charging infrastructure, charging time etc. and out of these the sizing and siting of the charging station particularly in urban areas where the cost of land and location plays an important role. Thus, it is important that the charging station location should be easily accessible for the electric vehicle users and cost effective as well. This paper presents an intelligent algorithm based efficient planning of electric vehicle charging station considering geographical information and road network. The cost function has considered such as investment cost, charging station electrification cost, electric vehicle energy loss cost and travel time cost. An intelligent algorithm-based approach is employed to solve the planning problem of electric vehicle charging stations. Further, the impact on reliability of the grid is also evaluated by determining the charging cost loss on each considered location. The result shows that the applied method provides better optimized solutions which are beneficial for electric vehicles users, charging station operator and utility grid.Keywords: Electric Vehicles, Smart Transportation, Grey Wolf Optimization, Electric Vehicles Charging Infrastructure, smart grid
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.