فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 50، بهار 1398)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 50، بهار 1398)

  • الف-مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1398/03/18
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد هجری صفحات 1-12
    این مقاله به ارائه یک مدل جدید برای مبدل DC-DC باک- بوست با در نظر گرفتن پدیده های سوئیچینگ کنترل شده و کنترل نشده در دو مد هدایتی پیوسته و ناپیوسته می پردازد. این مدل بر اساس نظریه سیستم های هیبرید و با استفاده از مدل سیستم های دینامیکی- منطقی مخلوط (MLD) و یک نوع بهبودیافته این سیستم ها موسوم به سیستم های دینامیکی- منطقی مخلوط توسعه یافته (EMLD) ارائه می گردد. روش مدل سازی پیشنهادی در مقایسه با مدل های MLD و EMLD موجود از تعداد متغیر های گسسته و نامساوی های کمتری برخوردار بوده و در نتیجه منجر به کاهش پیچیدگی در ساختار مساله بهینه سازی مخلوط و زمان حل آن در کنترل کننده های پیش بین متناظر می شود. این برتری از طریق مقایسه روش پیشنهادی با کار های مشابه قبلی و همچنین کنترل کننده های کلاسیک از نوع تناسبی- انتگرالی (PI) مورد ارزیابی قرار می گیرد. مضاف بر این، چالش های اثبات پایداری برای سیستم حلقه بسته، مورد بحث قرار گرفته و در این ارتباط، چشم اندازهایی برای کار های تحقیقاتی آینده مطرح شده است. رفتار حالت ماندگار و گذرای سیستم حلقه بسته در رنج وسیعی از نقاط کاری، نشان از عملکرد مطلوب این سبک از مدل سازی و کنترل برای مبدل باک- بوست دارد.
    کلیدواژگان: سیستم های هیبرید، سیستم های دینامیکی- منطقی مخلوط توسعه یافته (EMLD)، کنترل پیش بین، مبدل باک- بوست
  • وحید شریفی، امیر عبداللهی، مژگان ملاحسنی پور، مسعود رشیدی نژاد* صفحات 13-22
    در این مقاله روشی نوین به منظور برنامه ریزی نگهداشت واحدهای تولیدی در محیط رقابتی بازار برق ارائه شده است. مسئله برنامه ریزی نگهداشت تولیدی به علت تاثیرگذاری بر روی امنیت و انتشار آلایندگی سیستم و سود تولیدکنندگان یکی از مهم ترین موضوعات در محیط تجدید ساختاریافته سیستم قدرت می باشد. به منظور در نظرگیری ریسک تولیدکنندگان، برنامه ریزی نگهداشت تولیدی از دیدگاه تولیدکنندگان با استفاده از تئوری بازی های غیر مشارکتی مدل گردیده که به منظور دست یابی به استراتژی بهینه از تعادل نش بهره برده شده است. از سوی دیگر، بهره بردار مستقل سیستم به دنبال دست یابی به سطح قابلیت اطمینان مناسب و کاهش آلایندگی است. در این بین برنامه های پاسخگوی بار یکی از گزینه های اثرگذار بر سیاست های حوزه تصمیم گیری انرژی می باشند. در این مقاله از منابع پاسخگوی بار به عنوان منبعی مجازی برای تدارک رزرو سیستم بهره برده شده است. همچنین به منظور هم سوساختن برنامه نگهداشت تولیدکنندگان با برنامه نگهداشت قابلیت اطمینان- آلایندگی محور از فرایند هماهنگ سازی بهره برده شده است. مدل پیشنهادی بر روی شبکه استاندارد 24 باس اصلاح شده IEEE-RTS پیاده سازی شده و نتایج حاصل، نشان دهنده کارامدی روش پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی نگهداشت تولیدی، تئوری بازی های غیر مشارکتی، تعادل نش، پاسخگویی بار
  • امین مرادخانی، محمدحسن پرهیزگاری، داریوش باقری، رحمت اعظمی* صفحات 23-32
    ترانسفورماتورها یکی از اجزای اصلی سیستم های توزیع می باشند که خرابی آنها خسارت های جبران ناپذیری را برای سیستم های قدرت و شرکت های توزیع در بر خواهد داشت. علت اکثر این خرابی ها افزایش تلفات ترانسفورماتورها در اثر افزایش هارمونیک ها به خصوص هارمونیک های جریان می باشد. این تلفات باعث افزایش دمای نقاط مختلف ترانسفورماتور گردیده و موجب کاهش عمر ترانسفورماتورهای توزیع و در نتیجه آسیب دیدن شبکه های توزیع می گردد. به همین منظور در این مقاله ضمن ارائه روابط حاکم بر تلفات ترانسفورماتورهای توزیع در حضور بارهای هارمونیکی و با توجه به داده های موجود برای سه ترانسفورماتور توزیع نمونه شهرستان ایلام، ارزیابی فنی و عملی حضور بارهای هارمونیکی انجام و تاثیر آنها بر روی تلفات ترانسفورماتورهای تحت بررسی ارائه گردیده است. بررسی های انجام شده در حضور این بارهای هارمونیکی، کاهش طول عمر مفید برخی ترانسفورماتورها را از 30 به 17 سال نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ترانسفورهاتورهای توزیع، هارمونیک های جریان، تلفات بارداری، نقطه داغ، طول عمر
  • حسین شریفی، محمود اوکاتی * صفحات 33-41
    حساسیت افکار عمومی نسبت به مسایل زیست محیطی در مسئله پخش بار اقتصادی نیز تاثیرگذار می باشد و در این صورت لازم است تابع هزینه مربوط به آلودگی نیز در مسئله پخش بار اقتصادی در نظر گرفته شود. قبل از معرفی مفهوم امنیت سیستم قدرت، مسئله پخش بار اقتصادی به طور معمول بر جنبه های اقتصادی بهره برداری متمرکز بود تا بر جنبه های امنیتی سیستم. امروزه با گستردگی شبکه قدرت و افزایش بار، ترکیب شاخص های پایداری شبکه با مفهوم پخش بار اقتصادی به یک ضرورت مهم تبدیل شده است. این مقاله به حل مسئله پخش بار اقتصادی با در نظر گرفتن مسئله آلایندگی نیروگاه ها و شاخص های امنیتی شبکه می پردازد. شاخص های امنیتی سیستم توسط توابع پنالتی به تابع هدف مسئله پخش بار اقتصادی اضافه شده است. از آنجایی که کاهش هزینه های سوخت و آلایندگی دو هدف نسبتا متضاد می باشند حل مسئله توزیع اقتصادی توان و کاهش آلایندگی به یک مسئله بهینه سازی چندهدفه منجر می شود. پیچیدگی توابع هدف و لزوم در نظر گرفتن قیود بهره برداری نیروگاه ها و شاخص های امنیتی نیاز به استفاده از روش های کارامد بهینه سازی را بیش از پیش آشکار می کند. در این مقاله الگوریتم جستجوی هارمونی چندهدفه (MOHS) برای حل مسئله به کار گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که MOHS از جهت همگرایی و دقت از قابلیت بسیار خوبی نسبت به سایر روش های به کار گرفته شده برخوردار است. سیستم تست به کار رفته برای حل مسئله پیشنهادی، سیستم تست IEEE با 10 واحد نیروگاهی، 39 باس و 46 خط انتقال می باشد.
    کلیدواژگان: توزیع بار اقتصادی، الگوریتم جستجوی هارمونی چندهدفه، محدودیت های عملی نیروگاه ها، آلاینده های زیست محیطی، شاخص های امنیت شبکه قدرت
  • حسین یوسفی، محمدصادق سپاسیان، مقداد تورانداز * صفحات 42-50
    با توجه به عوامل اقتصادی و زیست محیطی، انتظار می رود در آینده ای نزدیک استفاده از خودروهای الکتریکی به خصوص با قابلیت اتصال به شبکه، افزایش قابل توجهی پیدا کند. نفوذ بالای خودروهای الکتریکی می تواند شبکه را تحت تاثیر قرار دهد و از این رو در سال های اخیر مطالعات زیادی به اثرات شارژ خودروهای الکتریکی بر روی شبکه پرداخته اند. در این مقاله، مدلی احتمالی بر پایه تئوری صف و همچنین شبیه سازی مونت کارلو با نرم افزار ED برای استخراج تقاضای بار ایستگاه شارژ سریع ارائه شده است، با این فرض که خودروهای مورد بررسی، تاکسی های شهرستان آمل در استان مازندران باشند. داده های مورد نیاز مانند زمان مراجعه و وضعیت شارژ باتری قبل از شارژگیری، با سه روش از تاکسی های درون شهری شهرستان آمل جمع آوری و استخراج شده است. به دست آوردن منحنی تقاضای بار شارژ خودروهای الکتریکی نیازمند داده هایی می باشد که وابسته به رفتار ترافیکی رانندگان است. از آنجایی که رفتار صاحبان خودرو غیر قطعی می باشد، در نتیجه این داده ها به صورت متغیرهای غیر قطعی تعریف شده و توسط روش های احتمالی مورد ارزیابی قرار گرفته اند.
    کلیدواژگان: ایستگاه شارژ سریع، بار شارژ، تئوری صف، خودروهای الکتریکی، شبیه سازی مونت کارلو، مدل سازی احتمالی
  • سعید پاک ساز، ابوالفضل حلوایی * صفحات 51-59
    استفاده از موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک (BLDC) به دلایل متعددی امروزه مورد توجه صنعت قرار گرفته است. این موتورها عموما از طریق اینورترهای منبع ولتاژ (VSI) تغذیه می شوند که این اینورترها دارای ساختاری بسیار ساده هستند اما مشکلاتی چون احتمال آسیب دیدن سوئیچ ها بر اثر اتصال کوتاه ناخواسته در آنها محتمل است. همچنین لزوم به کارگیری خنک ساز قوی و نیاز به استفاده از خازن بزرگ در لینک DC از دیگر مسایل این اینورترهاست. استفاده از اینورترهای منبع جریان (CSI) از راه های کاهش این مشکلات در درایو موتورهای BLDC بر مبنای VSI است. در این مقاله به منظور کاهش تلفات کلیدزنی (سوئیچینگ)، حداقل نمودن ضربان های جریان و گشتاور و افزایش قابلیت اطمینان درایو از روش مدولاسیون پهنای پالس بردار فضایی (SVM) در درایو موتور BLDC بر مبنای CSI استفاده می گردد. درایو موتور طراحی شده در هر محیط نرم افزاری Proteus، مدل سازی شده و رفتار موتور در سرعت های مختلف شبیه سازی می گردد. جهت صحه گذاری نتایج تئوری و شبیه سازی، یک نمونه آزمایشگاهی از درایو پیشنهادی، طراحی، ساخته و تست می شود
    کلیدواژگان: موتور جریان مستقیم بدون جاروبک (BLDC یا براشلس)، اینورتر منبع جریان، مدولاسیون بردار فضایی
  • مصطفی کاتبی*، عباس نصری، سیروس طوفان، حبیب الله زلف خانی صفحات 60-68

    در این مقاله طراحی و شبیه سازی یک نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ برای کاربردهای باند K ارائه شده است. در طراحی این مدار از ترکیب ساختارهای زوج ضربدری و کولپیتس برای بهره مندی از مزایای آنها به صورت هم زمان استفاده شده است. با به کارگیری ترکیب این دو ساختار در مدار پیشنهادی، شرایط راه اندازی و نویز فاز آن بهبود یافته است. همچنین با قراردادن دو سلف در میان ساختار زوج ضربدری و ساختار کولپیتس، ترارسانایی موثر نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ افزایش یافته و شرایط راه اندازی بهتر شده است. این مدار با استفاده از بانک خازنی سوئیچ شونده، گستره فرکانسی زیادی را پوشش می دهد. نتایج شبیه سازی نوسان ساز پیشنهادی، بیانگر این است که مدار برای فرکانس 25/24 گیگاهرتز در آفست 1 مگاهرتز، دارای نویز فاز dBc/Hz - 120 و ضریب شایستگی dBc/Hz 67/195- است. گستره فرکانسی پوشش داده شده توسط این نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ 4/1 گیگاهرتز و گستره تنظیم آن در حدود 7/5%، حول فرکانس مرکزی است. مدار پیشنهادی دارای ابعاد جانمایی 2µm 335/0 در فناوریCMOS µm 18/0 TSMC با منبع تغذیهV 5/1 و توان مصرفی mW 92/15 است.

    کلیدواژگان: نوسان ساز کنترل شونده با ولتاژ، زوج ضربدری، کولپیتس، نویز فاز
  • محسن منتظری، ابوالفضل وروانی * صفحات 69-76
    در این مقاله یک رویتگر جدید برای اندازه گیری جریان چندفازی نفت و گاز ارائه شده که نوآوری اصلی آن استفاده از تئوری دیفرانسیل میانگین مقدار (DMVT) در اندازه گیری جریان چندفازی ورودی پالایشگاه گازی می باشد و شرایط کافی همگرایی با تبدیل به نامعادله ماتریسی خطی (LMI) اثبات گردیده است. جریان چندفازی ورودی به پالایشگاه توسط یک سیستم غیر خطی غیر متمرکز لیپشیتز که متشکل از زیرسیستم های به هم مرتبط می باشد، مدل گردیده و دبی مایع و گاز دوفازی با لحاظ ارتباط بین دو زیرسیستم در هر خط به صورت جداگانه تخمین زده می شود. این تخمین با شبیه سازی انجام شده در نرم افزار HYSYS با استفاده از داده های اندازه گیری در دسترس واقعی در یک پالایشگاه گازی موجود در پارس جنوبی مقایسه شده و مشاهده می گردد که نتایج حاصل بر ارقام عملیاتی موجود منطبق می باشد. مطابق با استاندارد MPMS-API دقت اندازه گیری برای مبنای مبادلات می بایست بهتر از 15/0% باشد که در روش جدید دقت اندازه گیری 1/0% است که همین امر نشان دهنده کارایی روش ارائه شده می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم اندازه گیری غیر متمرکز، جریان چندفازی، نفت و گاز، ابزار دقیق مجازی، رویتگر غیر خطی
|
  • Mohammad Hejri Pages 1-12
    This paper presents a new model for a DC-DC buck-boost converter considering its all controlled and uncontrolled switching phenomena in both continuous and discontinuous conduction modes. The proposed model is developed based on hybrid systems theory using mixed-logical dynamical (MLD) systems, and an improved version of these systems called as extended mixed-logical dynamical (EMLD) Systems. Compared to the existing MLD and EMLD models of the DC-DC converters, the proposed model contains fewer numbers of integer variables and inequalities, and, as a result, leads to the less complexity and solution time of the mixed integer optimization problems arising from the corresponding hybrid model predictive controllers. The advantage of the proposed modeling and control method is evaluated via the comparison of the existing MLD models and hybrid predictive controllers as well as classic proportional-integral (PI) controllers. Moreover, the theoretical challenges for the closed-loop stability proof are discussed and in this regard some future research outlines and ideas are introduced. The steady state and transient performance of the closed-loop control system over a wide range of the operation points show the satisfactory operation of the proposed modeling and control scheme for the DC-DC buck-boost converter.
    Keywords: Hybrid systems, extended mixed logical dynamical (EMLD) systems, predictive control, buck-boost converter
  • Masoud Rashidinejad Pages 13-22
    In this paper, a new method is proposed for maintenance scheduling of generation units in a competitive electricity market environment. The problem of productive maintenance scheduling is one of the most important problems in the restructured power system due to its impact on the safety and emission of pollutants and producers' profits. In order to consider producers' risk, productive maintenance scheduling has been modeled from the producer's point of view using non-cooperative game theory, which is used to achieve an optimal Nash equilibrium strategy. On the other hand, the independent system operator seeks to achieve a level of appropriate reliability and pollution reduction. In this paper, load response programs are one of the options for influencing energy policy decision-making. Also, the coordination procedure has been used to coordinate producers' maintenance programs with reliability-pollution maintenance program. The proposed model has been implemented on the IEEE-RTS Modified 24 Bus. The results indicate the effectiveness of the proposed method.
    Keywords: Generation maintenance scheduling, non-cooperative games theory, Nash equilibrium, demand response
  • Rahmat Azami Pages 23-32
    One of the main components of distribution systems is transformer, and their failure will cause irreparable damage in power systems and distribution companies. These failures are to increase the losses of the transformers due to the increase of harmonics, especially the current harmonics. These losses increase the temperature of transformers and reduced the lifetime of distribution transformers. In this paper evaluated losses and lifetime in the presence of harmonic loads in Ilam distribution transformers. Technical and practical assessments of the presence of harmonic loads and their effect on the lifetime of transformers have been investigated. According to the obtained results the useful lifetime of some transformers from 30 years to 17 years are decreased.
    Keywords: Distribution transformers, current harmonics, lifetime, load losses
  • Mahmoud Okati Pages 33-41
    Public sensitivity to environmental issues in the economic dispatch is also impressive. In this case it is necessary to consider the costs of pollution in the economic dispatch. Before the introduction of the concept of power system security, the subject of economic load dispatch normally focused on economic aspects rather than security of the system. Today, with the expansion of the power grid and system load, combination of stability and economic load dispatch indices has become a critical necessity. This article will consider the issue of solving the economic dispatch of power plants considering the emissions and security indices of the network. Using penalty functions, system security indices are added to the objective function of economic load dispatch problem. Since fuel costs and emission reduction targets are relatively contrasting, problem solving of economic load dispatch and emission reduction leads to a multi-objective optimization problem. Given the complexity of objective functions and necessity of the considering the practical constrains of power plants operation and security indices reveal more than ever the need to use efficient methods to optimize. In this article Multi Objective Harmony Search algorithm (MOHS) has been used to solve the problem. The results show that MOHS algorithm is excellent for convergence and accuracy compared to other employed methods. The proposed testing system used to solve the problem is IEEE test system with 10 power generation units, 39 bus and 46 transmission line.
    Keywords: Economic load dispatch, multi objective harmony search algorithm (MOHS), practical constrain of power plants, environmental pollutants, network security indices
  • Meghdad Tourandaz Pages 42-50
    Considering economic and environmental factors, it is expected that the number of plug-in electric vehicles (PEVs) will be increased, rapidly. The high penetration of EVs, can affect the power system. Therefore, in recent years, various studies have paid their attention to the impacts of PEVs charging on the network. In this paper, a probabilistic model based on the queueing theory is extracted using Monte Carlo simulation for modeling EV charging station load. It is assumed that the vehicles are the taxis of Amol city in Mazandaran province. Required data such as the time of arrival and the state of charge of the battery before charging, were collected and extracted using three methods from intra-city taxis in the city of Amol. To obtain the demand load of EV charging, the traffic-based behavior of drivers is needed. This behavior is stochastic. Therefore, its related variables will not be deterministic and must be evaluated using probabilistic methods.
    Keywords: Charging load, electric vehicles, fast charging station, Monte Carlo simulation, probabilistic modeling, queueing theory
  • Abolfazl Halvaye Pages 51-59
    Today, the brushless DC motors (BLDCs) have been widely used in industry due to their unique advantages. These motors are generally fed from voltage source inverters (VSIs). These inverters have a very simple structure, but have problems such as unwanted short circuit across dc-bus and using bulky capacitor in the dc-bus. Using the current source inverters (CSI) is one of the ways to reduce the mentioned problems in VSI-BLDC motor drives. In this paper, the space vector modulation (SVM) strategy is employed for switching in CSI-BLDC motor drive in order to reduce the switching losses, minimize current and torque ripple and increase the reliability of the drive. The BLDC motor drive model is implemented in the Proteus simulator software and the motor behavior is simulated at different speeds. In order to confirm the simulation results, an experimental setup system is designed, implemented and tested.
    Keywords: Brushless DC motor, current source inverter, space vector modulation
  • Mostafa Katebi Pages 60-68

    This paper presents a voltage controlled oscillator (VCO) based on a cross-coupled pair and Colpitts structures for K-band applications. By employing cross-coupled pair and Colpitts structures, the dc power consumption and phase noise was reduced. By using inductors between cross-coupled pair and Colpitts structures, the effective transconductance was enhanced and robust the start-up condition. In order to cover a wide frequency tuning range, a capacitor bank was used. The VCO has been designed and simulated in TSMC 0.18 µm CMOS technology. Simulation results showed that the simulated phase noise of center frequency (24.25 GHz), at 1-MHz offset frequency is-120 dBc/Hz and the figure of merit is -195.67 dBc/Hz. The covering frequency range and tuning range of this VCO are 1.4 GHz and 5.7%, respectively. The occupied area of the layout is 335 µ2m and the power consumption of this VCO was 15.92 mW from 1.5 V supply voltage.

    Keywords: Voltage controlled oscillator, cross-coupled pair, Colpitts, phase noise
  • Abolfazl Vorani Pages 69-76
    In this paper, a new decentralized observer scheme based on combination of two large scale interconnected subsystems is proposed. It discusses design problem of flow measurement by partial differential equation (PDE) observer for state estimation of a quasi linear system without external disturbance and without measurement noise. The measurement system is decomposed into two subsystems according to their locations, condensate and gas pipes, such that each subsystem has interconnection with other. By using matrix form Navier Stocks equations and Lyapunov technique, inequality at each subsystem, a Lyapunov-based design of PDE observer is developed such that the resulting estimation error system is exponentially stable and presented in terms of standard linear matrix inequalities (LMIs). The first mean value theory for integrals is used in the observer design development. The proposed method may be used as a backup for existing systems in the operation field or as a main system for new established plants.
    Keywords: : Nonlinear observer, oil, gas, Navier Stokes equation, interconnected system, DMVT