فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال شانزدهم شماره 3 (پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/08/21
  • تعداد عناوین: 14
|
  • مهدی سلیمی* صفحات 1-12

    با در نظر گرفتن سادگی پیاده سازی عملی، استفاده از کنترل مد لغزشی در مبدل های الکترونیک قدرت در سال های اخیر بطور چشمگیری گسترش پیدا کرده است. می توان برای تثبیت فرکانس کلیدزنی مبدل از روش کنترل معادل مد لغزشی در مبدل های DC به DC استفاده کرد. در این حالت اغلب، پارامترهای کنترلی سیستم با سعی و خطا انتخاب می شود و به همین دلیل نمی توان در محدوده ی وسیعی از تغییرات نقطه ی کار سیستم، پایداری کنترل کننده را تضمین کرد. برای حل این مشکلات، در این مقاله روش جدیدی برای طراحی کنترل کننده غیرخطی مد لغزشی و همچنین چگونگی تنظیم بهره های کنترلی آن در منابع تغذیه ی سوئیچینگ فلای بک ارائه شده است. همچنین با در نظر گرفتن نتایج آزمایشگاهی و در محدوده ی کاری وسیعی از تغییرات پارامترهای مدل، روش های کنترل غیرخطی مد لغزشی و گام به گام به عقب1 تطبیقی بر اساس معیارهای کارایی مختلفی با هم مقایسه شده اند. معیارهای ارزیابی شامل خطای حالت ماندگار، پاسخ دینامیکی در لحظه ی راه اندازی، مقاومت2 کنترل کننده نسبت به تغییرات بار و منبع ورودی و همچنین سادگی پیاده سازی عملی است. برای استخراج نتایج آزمایشگاهی و پیاده سازی عملی روش های کنترلی از پردازنده ی سیگنال دیجیتال3 DSP-TMS320F2810 ساخت شرکت تگزاس استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ارائه شده نیز بر اساس نرم افزار MATLAB/Simulink به دست آمده اند.

    کلیدواژگان: مد لغزشی، انتخاب پارامترهای کنترل کننده، کنترل گام به گام به عقب تطبیقی، کنترل مقاوم، منبع تغذیه ی ایزوله ی فلای بک
  • امین میرزایی*، سارا حیدری، مهدی رضوانی صفحات 13-24

    در این مقاله یک مبدل DC-DC شبه منبع امپدانسی جدید پیشنهاد شده است که بدون استفاده از هیچ مدار کمکی و نیز هیچ کلید کمکی و تنها توسط دو مسیر تشدیدی شرایط کلیدزنی نرم را برای تمام عناصر کلید شونده فراهم می کند. بر اساس ساختار پیشنهادی، تنها یک کلید در ساختار مدار استفاده گردیده که سبب سادگی بسیار زیاد عملکرد این مبدل نسبت به ساختارهای مشابه شده است. همچنین ساختار غیر ایزوله و عدم استفاده از ترانسفورماتور و حتی سلف های کوپل شده جهت بالا بردن بهره ولتاژ، سبب سادگی و راندمان بالای مبدل پیشنهادی گردیده است.راندمان مبدل در بار کامل 95.8% می باشد. روش کنترلی مبدل نیز ساده بوده و از مدولاسیون پهنای پالس (PWM) برای فرمان دادن به کلید استفاده شده است. با توجه به بکارگیری فرکانس کلیدزنی بالا، اندازه و حجم کلی مبدل بخصوص عناصر پسیو موجود در ساختار آن کاهش یافته است. مبدل به طور کامل تحلیل و در محیط نرم افزار شبیه سازی شده است. همچنین در محیط آزمایشگاه یک نمونه از مبدل با ولتاژ ورودی 40 ولت، ولتاژ خروجی 360 ولت با فرکانس 100 کیلوهرتز در توان 50 وات ساخته شده است. نتایج تست آزمایشگاهی کاملا نتایج شبیه سازی و تحلیل تئوری را تایید می کند.

    کلیدواژگان: مبدل شبه منبع امپدانسی، کلیدزنی نرم، مدولاسیون پهنای پالس
  • عباس شیری*، سجاد قنادی صفحات 25-34

    امروزه موتورهای القایی خطی در صنایع مختلف و در کاربردهایی که نیاز به حرکت خطی دارند، به عنوان یک وسیله تبدیل انرژی الکتریکی به کار مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. دسته بندی های مختلفی می توان برای موتورهای خطی در نظر گرفت که یکی از آن ها، دسته بندی بر اساس ساختار ثانویه این موتورها است. موتورهای القایی خطی دارای دو نوع ثانویه هستند: صفحه ای و نردبانی. در این مقاله ابتدا به تحلیل و مدل سازی موتور القایی خطی با ثانویه صفحه ای و نردبانی پرداخته شده و روابط مربوط به آن ها بیان شده است. سپس این دو نوع موتور با در نظر گرفتن تاثیر پدیده اثر انتهایی، طراحی شده و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات و با انتخاب بازده، ضریب توان، وزن موتور و نیروی ناشی از اثر انتهایی به عنوان تابع هدف، بهینه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که تابع هدف، بهبود قابل توجهی یافته است. برای تایید نتایج حاصل از طراحی از روش اجزای محدود استفاده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مشاهده می شود که موتور القایی خطی با ثانویه نردبانی، نیروی بیشتری نسبت به موتور با ثانویه صفحه ای تولید می کند که از آن برای بهبود شرایط راه اندازی و عملکرد بهتر موتور استفاده شده است.

    کلیدواژگان: موتورالقایی خطی، پدیده اثر انتهایی، بهینه سازی طراحی، ثانویه صفحه ای، ثانویه نردبانی، راه اندازی
  • جلال نظرزاده*، مهدی آصفی صفحات 35-46

    در این مقاله، با استفاده از نگاشت های مختلف آشوبی ، موج های حامل متفاوت آشوبی معرفی و بر آن اساس مدولاسیون های مختلف سینوسی آشوبی ارایه شده است. بعد فراکتال سیگنال های حاصل از مدولاسیون های مذکور جهت ارزیابی میزان آشوبی بودن آنها تعیین شده  و با استفاده از یک مدل فشرده مداری، آثار مدولاسیون های مذکور بر تداخل الکترومغناطیسی مد مشترک و تفاضلی و ولتاژ یاتاقان (محور) محرکه های القایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدلسازی، به همراه نتایج حاصل از  سیستم آزمایشگاهی نشان می دهد،  مدولاسیون های عرض پالس سینوسی آشوبی بدون تغییر موثر در میزان ولتاژ در یاتاقان های محرکه های القایی، موجب کاهش موثر تداخل الکترومغناطیسی مد مشترک در آنها می شود.

    کلیدواژگان: محرکه القایی، تداخل الکترومغناطیس، آشوب، ولتاژ یاتاقان
  • علی هادی زاده، متین هاشمی*، مصطفی پرنیانی صفحات 47-59

    ماشین های الکتریکی از مهم ترین عناصر موجود در سیستم های انرژی الکتریکی هستند. جهت طراحی و ساخت بهینه ماشین های الکتریکی و یا سیستم های متصل به آن می توان از شبیه ساز های بلادرنگ به صورت سخت افزار در حلقه استفاده نمود. شبیه ساز مورد بحث مقاله حاضر یک دستگاه سخت افزاری است که به صورت بلادرنگ با تجهیزات فیزیکی پیرامونی در تعامل است و جایگزینی برای ماشین الکتریکی در انجام آزمایشها محسوب می شود. در واقع در این نوع از شبیه سازی امکان بررسی تعامل ماشین و سیستم متصل به آن قبل از ساخت نمونه فیزیکی مهیا می گردد. در نتیجه، باعث کاهش زمان ساخت، صرفه جویی در هزینه و رسیدن به طراحی بهینه عناصر یک سیستم می گردد. در این مقاله به معماری یک شبیه ساز بلادرنگ برای ماشین القایی سه فاز پرداخته شده است. از تکنیک های به کار رفته در این مقاله می توان در انواع دیگر ماشین نیز استفاده نمود. در این مقاله معادلات ماشین در قالب dq استخراج و سپس به روش اویلر پسرو گسسته شده است. نوآوری مقاله در بهره گیری از الگوریتم نوین حل معادلات دیفرانسیل بر مبنای روش شرمن-موریسون-وودبری و معماری سخت افزاری خلاقانه و بهینه FPGA می باشد که معادلات گسسته شده ماشین به روش اویلر پسرو را با دقت مضاعف و در گام زمانی بسیار کوچک 110 نانو ثانیه ای حل می کند.

    کلیدواژگان: شبیه ساز بلادرنگ، سخت افزار در حلقه، ماشین الکتریکی، معماری FPGA
  • هیمن گل پیرا*، حسن بیورانی صفحات 61-72

    نفوذ روزافزون منابع نوظهور تولید انرژی در سیستم های قدرت در پاسخ به افزایش تقاضای بار و مسائل زیست محیطی ازیک طرف و تغییر ماهیت بار و شبکه های توزیع از سویی دیگر منجر به افزایش عدم قطعیت های سیستم شده است. این مهم به نوبه ی خود ضرورت طراحی روش های کنترلی مبتنی بر داده های اندازه گیری شده را بیش ازپیش آشکار ساخته است. در این مقاله به ارائه روشی جدید به منظور تنظیم پارامترهای سیستم تحریک با استفاده از داده های اندازه گیری شده پرداخته می شود. در گام اول روشی جدید و مبتنی بر مفهوم مرکز ثقل سیستم در مکانیک و با تکیه بر انتشار خطا برای کاهش مرتبه سیستم معرفی شده است. در روش معادل سازی پیشنهادی هر ناحیه سیستم قدرت از طریق تنها یک خط انتقال مجازی به مرکز ثقل سیستم متصل می شود. محاسبه خطوط انتقال مجازی بر صفر بودن برآیند گشتاورها در مرکز ثقل استوار است. در گام دوم الگوریتمی کنترلی ارائه شده است که با استفاده از دینامیک های سیستم و نحوه حرکت داده های اندازه گیری شده در صفحه تغییرات زاویه رتور - تغییرات ولتاژ ترمینال ژنراتور، به تنظیم مجدد ضرایب ثابت پایدارساز سیستم قدرت و تنظیم کننده خودکار ولتاژ می پردازد. روش ارائه شده با تکیه بر معادلات ریاضی اساسی حاکم بر سیستم قدرت به استخراج شاخص هایی برای تنظیم پارامترهای سیستم تحریک می پردازد. عملکرد مطلوب کنترل کننده ارائه شده بر روی سیستم آزمون 68 شینه IEEE و برای چند خطای مختلف، شبیه سازی و مورد تائید قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: سیستم تحریک، پایداری، تنظیم کننده خودکار ولتاژ، پایدارساز سیستم قدرت، کنترل هماهنگ، داده های اندازه گیری شده
  • محمد وریج، اصغر غلامیان*، جلیل ساداتی صفحات 73-86

    امروزه جهت مشارکت توربین های بادی در کنترل فرکانس شبکه معمولا شیوه های کنترلی دروپ و اینرسی برای توربین های بادی سرعت متغیر مورد استفاده قرار می گیرد. تنظیم بهره های حلقه های کنترلی دروپ و اینرسی بر عملکرد توربین های بادی بسیار تاثیرگذار است ولی به علت متغیر بودن سرعت باد و شرایط شبکه، تنظیم ضرایب کنترلی مذکور که در همه شرایط بهترین پاسخ را تولید نمایند امر محالی به نظر می رسد. در این مقاله یک روش جدید جهت تنظیم تطبیقی بهره حلقه های کنترلی دروپ و اینرسی ژنراتور القایی تغذیه دو سویه ارایه شده است همچنین به علت رهایی از مشکلات و ایرادات مدلسازی توربین بادی و شبکه از روش داده محور که فقط بر اساس ورودی و خروجی سیستم عمل می کند پیشنهاد شده است. جهت کنترل سریعتر و جلوگیری از افت شدید فرکانس استفاده از مشتق دوم خطا جهت تنظیم تطبیقی بهره حلقه های کنترلی دروپ و اینرسی مورد استفاده قرار گرفته شده است. در شیوه کنترلی پیشنهادی ابتدا با استفاده از روش های داده محور خروجی لحظه بعدی تخمین زده می شود و سپس با استفاده از ماتریس هیسین ضرایب حلقه های کنترلی فرکانس بصورت تطبیقی تنظیم می شوند. نتایج شبیه سازی برای یک مزرعه بادی ژنراتور القایی تغذیه دو سویه عملکرد مناسب روش تطبیقی مبتنی بر کنترل داده محور را در افزایش کمترین مقدار فرکانس شبکه و بهبود فرکانس شبکه در حالت دائمی و گذرا به هنگام وقوع خطا نشان می دهد.

    کلیدواژگان: توربین بادی، کنترل تطبیقی، کنترل داده محور، ماتریس هسین
  • جعفر میلی منفرد*، سید حمید فتحی، سید سعید حیدری صفحات 87-100

    انطباق مزرعه بادی فراساحلی متصل به خط انتقال جریان مستقیم بر الزامات شبکه در این مقاله بررسی شده است. کوپلینگDC در این ساختار منجر به عدم انعکاس اغتشاشات سیستم قدرت در مزرعه بادی فراساحلی می گردد. در این راستا، سطح ولتاژ لینک DC برای انعکاس وضعیت شبکه ساحلی مدوله شده است. همچنین، اغتشاشات شبکه ساحلی به کمک اندازه گیری سطح ولتاژ DC و عملکرد مبدل سمت مزرعه بادی در مزرعه بادی فراساحلی منعکس شده است تا از قابلیت پاسخ فرکانسی دینامیکی و فعالیت ضمن خطای توربین های بادی استفاده گردد. ساختار واحدی کنترلی با تمرکز بر ژنراتور القایی تغذیه دوگانه نیز پیشنهاد شده است که در برگیرنده سه رهیافت مبتنی بر سامانه مخابراتی، مدولاسیون فرکانس و مدولاسیون ولتاژ است و امکان مقایسه این روش ها را در ساختاری واحد ممکن می سازد. روشی ترکیبی مدولاسیون ولتاژ و فرکانس نیز پیشنهاد شده است که در آن با تفکیک مناسب مابین دینامیک های سریع مربوط به خطای اتصال کوتاه شبکه و وقایع فرکانسی آن، به ترتیب از روش مدولاسیون ولتاژ و مدولاسیون فرکانس بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان دهنده توانمندی مشابه هر چهار روش در ارایه پاسخ دینامیکی فرکانسی بوده است. اما با در نظر داشتن فعالیت ضمن خطا، تمامی روش ها (با فرض تاخیر انتقال داده اندک) به جز روش مدولاسیون فرکانس توانمندی رعایت الزامات ضمن خطای شبکه را داشته اند. اینطور نتیجه گیری شده است که مدولاسیون ترکیبی ولتاژ و فرکانس به عنوان برترین رهیافت با تفکیک مناسب مابین دینامیک های سریع و کند، مزایایی نظیر کمترین سطح افزایش ولتاژ DC ضمن خطا، انحراف از نقطه کار پس از رفع خطا و حفظ ساختار کنترلی متداول را دارد.

    کلیدواژگان: الزامات شبکه، خط انتقال VSC-HVDC، روش کاهش توان، ژنراتور القایی تغذیه دوگانه، مزرعه بادی فراساحلی
  • علی اصغر رضی، محمد عبدالله* صفحات 101-110

    کلیدهای قدرت نقش مهمی در حفاظت از سایر تجهیزات شبکه همانند ترانسفورماتورها و ژنراتورها ایفا می کنند و به همین دلیل، تعیین وضعیت آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است.یکی از بخش های بسیار مهم کلید، محفظه قطع آن می باشد که شامل کنتاکت های ثابت و متحرک اصلی و آرک است. عملکرد کلیدهای قدرت تحت جریان های اتصال کوتاه و یا تعداد عملکرد زیاد در جریان های نامی، منجر به خرابی تدریجی بخش های داخلی محفظه قطع بر اثر ساییدگی یا حرارت زیاد ناشی از قوس تشکیل شده در محفظه قطع خواهد شد. ارزیابی این بخش از کلید به دلیل عدم دسترسی مستقیم به آنها دشوار می باشد. تست اندازه گیری مقاومت دینامیکی، یکی از روش های موثر غیرمستقیم ارزیابی وضعیت کنتاکت های کلید قدرت می باشد. در این مقاله پس از انجام اندازه گیری مقاومت دینامیکی برروی یک کلید گازی، با استفاده از تحلیل اجزاء محدود، تاثیر خوردگی های مختلف درکنتاکت ها برروی منحنی مقاومت دینامیکی در نرم افزار کامسول شبیه سازی شده است. در این مقاله،با ارائه روش احتمالاتی فازی هوشمند، احتمال خرابی کنتاکت ها در قالب ریسک ارائه می شود. روش پیشنهادی، براساس نمونه واقعی اندازه گیری شده مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج قابل قبولی از خود نشان داده است.

    کلیدواژگان: کلید قدرت، مقاومت دینامیکی، تعیین وضعیت، کنتاکت اصلی و فرعی
  • محمد ویسی، جمشید آقایی، محمدرضا سلطان پور* صفحات 111-124

    تاکاگی و سوگنو برای یک سیستم پیوسته، مدل فازی پیشنهاد داده اند که در آن اغتشاشات نیز به عنوان یک تابع متغیر با زمان در بخش تالی قواعد مدل فازی در نظر گرفته شده است. محققین برای از بین بردن تاثیر اغتشاشات در خروجی سیستمی با مدل فازی تاکاگی و سوگنو، یک مساله کمینه سازی مبتنی بر نامساوی های ماتریسی خطی ارائه داده اند که در آن، پارامترهای سیستم به طور مستقیم در قیود مساله حضور دارند. در سیستم های الکترومکانیکی، وجود عدم قطعیت های پارامتری نظیر عدم قطعیت موجود در ماتریس های ممان اینرسی و نادقیقی پارامترهای محرکه ها، به هیچ وجه قابل چشم پوشی نمی باشد. لذا در این مقاله، ابتدا با حل یک مساله بهینه سازی، کران بالای عدم قطعیت های موجود در پارامترهای سیستم تعیین و مدل فازی همراه با اغتشاشات و در حضور عدم قطعیت ها استخراج می گردد. در ادامه، برای حذف اغتشاشات در حضور عدم قطعیت های پارامتری با استفاده از کنترل کننده فازی پایدار مبتنی بر جبران ساز موازی توزیع یافته، یک قضیه کمینه سازی بر اساس مدل فازی جدید به دست آمده پیشنهاد و صحت آن اثبات می گردد. در نهایت برای ارزیابی عملکرد کنترل کننده پیشنهادی، به عنوان مطالعه موردی سیستم پایدارساز دوربین نصب شده بر روی یک قایق مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی ها عملکرد مطلوب کنترل کننده پیشنهادی در حذف اغتشاشات با در نظر گرفتن عدم قطعیت های پارامتری را به خوبی نمایش می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل فازی پایدار، حذف اغتشاش، عدم قطعیت های پارامتری، نامساوی ماتریسی خطی، پایدارساز دوربین
  • بهروز طاهری، سید امیر حسینی، فرزاد رضوی، حسین عسکریان * صفحات 125-135

    یکی از مشکلات مهم در بهره برداری از رله های دیستانس احتمال عملکرد نادرست در زمان نوسان توان است. نوسان توان پدیده ای گذرا در سیستم قدرت است که می تواند باعث ورود امپدانس به زون سوم رله دیستانس شده و موجب عملکرد اشتباه رله دیستانس شود. برای تشخیص مناسب نوسان توان و جلوگیری از عملکرد اشتباه رله های دیستانس، در این مقاله یک روش جدید بدون نیاز به استفاده از تبدیل فوریه با نرم گیری مستقیم از داده های نمونه برداری شده از سیگنال جریان پیشنهاد شده است. بر این اساس یک پنجره سیگنال تشکیل شده و از سیگنال جریان نمونه برداری می کند. در ادامه داده های موجود درون پنجره تشکیل یک ماتریس را خواهند داد که به راحتی می توان مقدار نرم آن ها را محاسبه کرد. از جمله ویژگی های روش پیشنهاد شده می توان به عدم نیاز به روش های پردازش سیگنال، سرعت بالا در تشخیص نوسان توان، تشخیص خطای همزمان با نوسان توان و کاهش محاسبات به منظور سهولت در پیاده سازی عملی اشاره کرد. روش پیشنهادی در شبکه 39 باسه استاندارد و با استفاده از نرم افزار DIgSILENT و Matlab مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین این روش توسط رله دیستانس و تستر ساخته شده در دانشگاه صنعتی امیرکبیر و شرکت دانش بنیان وبکو امیرکبیر پیاده سازی عملی شده است. نتایج تست عملی روش پیشنهادی با روش های معمول مورد استفاده در رله های حفاظتی بویژه رله های ساخت شرکت زیمنس مقایسه عملی شده است. نتایج ارزیابی عملی، بخوبی نشان می دهند که روش پیشنهاد شده نسبت به روش های معمول صنعتی استفاده شده در رله های زیمنس عملکرد بهتری دارد.

    کلیدواژگان: نوسان توان، رله دیستانس، حفاظت سیستم های قدرت، حالات گذرا
  • مهدی امینی، علیرضا سیفی* صفحات 137-146

    در سال های اخیر جداسازی شبکه قدرت بعنوان آخرین ابزار جهت پیشگیری از ناپایداری سیستم مورد توجه قرار گرفته است. هدف از جداسازی کنترل شده، تشکیل جزایر پایدار در شبکه به منظور جلوگیری از خاموشی سراسری و سهولت بازیابی مجدد شبکه می باشد. در این راستا یک الگوریتم تصمیم گیری مناسب مورد نیاز است که در زمان کوتاه با دقت کافی نقاط جداسازی را تعیین نماید.
    در این مقاله ضمن توسعه الگوریتم خوشه بندی سلسله مراتبی طیفی، استفاده از آن در جداسازی شبکه پیشنهاد شده است. روش ارائه شده با استفاده از مقادیر توان عبوری خطوط و در نظر گرفتن لزوم همنوایی ژنراتورها در هر جزیره، بر مبنای حداقل تغییرات پخش بار نقاط جداسازی را مشخص می نماید. بعلاوه، این روش امکان اعمال محدودیت های جداسازی بر روی برخی خطوط را نیز فراهم می آورد. روش پیشنهادی از نظر محاسباتی بسیار سریع بوده و امکان تعیین تعداد جزایر نیز در آن میسر می باشد. این روش بر روی شبکه های استاندارد انتقال IEEE-39 و IEEE-118 پیاده سازی شده و عمکرد آن با سایر روش های موجود مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی، کارآیی بالای این روش در مقایسه با روش های موجود و قابلیت پیاده سازی بصورت بلادرنگ در شبکه های قدرت را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: جداسازی شبکه قدرت، افراز گراف، خوشه بندی سلسله مراتبی طیفی مقید
  • محمد کلانتری*، سکینه سهرابی، حمیدرضا رشیدی صفحات 147-155

    دراین مقاله، یک الگوریتم بهینه سازی با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و جستجوی ابرکروی مبتنی بر نظریه آشوب ارائه می شود که در آن به منظور افزایش کارایی در جستجوی جواب بهینه علاوه بر نظریه آشوب از عملگرهای ژنتیکی نیز استفاده شده است. این امر نه تنها منجر به قطعی بودن نتایج و کاهش انحراف معیار می شود، بلکه ضعف الگوریتم بهینه سازی جستجوی ابرکروی مبتنی بر نظریه آشوب یعنی سرعت همگرایی و عملکرد ضعیف در برخی از توابع محک را برطرف می نماید. نتایج حاصل از آزمایشات بیانگر همگرایی سریعتر و  دقت بیشتر الگوریتم پیشنهادی در یافتن جواب بهینه نسبت به الگوریتم جستجوی ابرکروی استاندارد، الگوریتم جستجوی ابرکروی مبتنی بر نظریه آشوب و همچنین الگوریتم های بهینه سازی دیگر نظیر ژنتیک، ازدحام ذرات و جستجوی هارمونی است.

    کلیدواژگان: الگوریتم فراابتکاری مبتنی بر الگوریتم ژنتیک، الگوریتم جستجوی ابرکروی، الگوریتم ژنتیک، نظریه آشوب
  • مسعود رشیدی نژاد، امیر عبداللهی، محمدرضا حبیبی* صفحات 157-167

    یکی از روش های حل مسئله چند مرحله ای توسعه سیستم های انتقال، شکستن آن به چند مسئله تک مرحله ای است. این شیوه، حل «شبه دینامیکی» مسئله نام دارد. در روش های شبه دینامیکی موجود از بهترین جواب یافت شده برای مسائل تک مرحله ای در حل مسئله چند مرحله ای استفاده شده است و به اهمیت سایر بهینه های محلی یافت شده توجهی نشده است. در این مقاله، با فرمول بندی مجدد مسئله، رابطه ای بین جواب بهینه مسئله چند مرحله ای و مجموعه جواب های بهینه محلی مسائل تک مرحله ای یافت می شود. سپس با استفاده از این رابطه، روشی شبه دینامیکی برای حل مسئله پیشنهاد می شود. استفاده از مجموعه بهینه های محلی فضای جستجو را افزایش داده و احتمال رسیدن به جواب را بیشتر می کند. روش پیشنهادی بر روی سیستم های 24 باسه IEEE، 93 باسه کلمبیا، 57 باسه بولیوی و سیستم 51 باسه جنوب شرق ایران پیاده سازی گردید و نتایج حاصل، کارایی این روش را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: توسعه سیستم های انتقال، مسئله توسعه شبکه های انتقال چند مرحله ای، روش های شبه دینامیکی
|
  • Mahdi Salimi* Pages 1-12

    Considering simplicity of the practical implementation, application of the sliding mode control in power electronics converters has increased in recent years. Equivalent control approach can be used to stabilize the converter switching frequency in sliding mode control of the converters. In this approach, controller gains are tuned by trial and error and hence, stability of the controller cannot be guaranteed in a wide range of operation. To cope with this problem, a novel approach for sliding mode controller design as well as gains selection in flyback switch mode power supplies is developed in this paper. Also, adaptive backstepping and sliding mode nonlinear controllers are compared considering different criteria according to experimental tests in a wide operating range.
    Evaluation criteria are steady-state error, converter dynamic response during start-up, robustness of the controller against load and line changes and finally, ease of practical implementation. Using Texas instruments digital signal processor (DSP-TMS320F2810), practical responses of the developed controllers are presented. Also, simulations are accomplished using MATLAB/Simulink software.

    Keywords: sliding mode, controller parameters selection, adaptive backstepping controller, robust control, isolated flyback power supply
  • Amin Mirzaei*, Sara Heydari, Mahdi Rezvany Pages 13-24

    In this paper a quasi z-source DC-DC converter is proposed that provides soft switching condition for all semiconductor devices with only two resonant paths without the use of any auxiliary circuitry, as well as any auxiliary switch. Based on the proposed structure, only one switch is used in the circuit, which greatly simplifies the performance of this converter in comparison with the similar structures. Also, the non-isolated structure and the lack of use of transformers and even coupled inductors to increase the voltage gain have led to the simplicity and high efficiency of the proposed converter. The converter efficiency is 95.8% at full load range. The control technique of the converter is simple and the pulse width modulation (PWM) is used to trigger the switch. Due to use of high switching frequency, the total size and volume of the converter especially for passive elements in its structure has decreased. The converter is completely analyzed and simulated in the software environment. Also, a 40-360V 50W laboratory prototype operating at 100 kHz is implemented. The experimental results confirm the simulation results and theoretical analysis.

    Keywords: Quasi Z-Source Converter, Soft Switching, Pulse width Modulation
  • Abbas Shiri*, Sajad Ghanadi Pages 25-34

    Nowadays, linear induction motors have been employed in different industries and in applications with linear motion. Different topologies can be considered for these motors; one of them is based on their secondary construction. Linear induction motors have two secondary types: sheet and ladder. In this paper, first, the analysis and modeling of the sheet and ladder-secondary linear induction motor are discussed and their formulation is expressed. Then, considering the effect of the end-effect phenomenon, these two types of motors have been designed and optimized by using the particle swarm optimization algorithm and choosing the efficiency, power factor, weight and end-effect braking force as the objective function. The results show significantly improvements of the objective function. To confirm the results of the design, Finite Element Method has been used. According to the results, it can be seen that the ladder-secondary linear induction motor produces more thrust than sheet-secondary linear induction motor, which can be used to improve starting conditions and motor performance.

    Keywords: linear induction motor, end effect phenomenon, design optimization, sheet-secondary, ladder-secondary, starting
  • Jalal Nazarzadeh*, Mahdi Asefi Pages 35-46

    In this paper, chaotic pulse width modulation (CSPWM) is introduced by applying the chaotic map theory. Influences of the CSPWM on common and differential modes of the electromagnetic interference and bearing voltage are analysed. The fractal dimension of the CSPWM also is used for evaluating the level of chaotic behavior in the CSPWM. Finally, by obtaining some experimental and numerical results, it can be observed that the CSPWM decreases the common mode electromagnetic interference with minor effects on the bearing’s voltage.

    Keywords: Electric Drive, Electrical Machine, Electromagnetic Interference, Chaos, Bearing Voltage
  • Ali Hadizadeh, Matin Hashemi*, Mostafa Parniani Pages 47-59

    Electrical machines are one of the most important elements in power systems. To design and optimize electrical machines and attached drivers, real-time simulators with hardware-in-loop capability can be employed. Real-time simulator is a hardware module which interacts with other physical systems in real-time, and therefore, can replace the electrical machine in performing the required experiments even before assembling the first prototype. This saves time, money and enables optimal design. This paper proposes a real-time simulator for three-phase induction machines. The techniques presented here can be applied to other machines as well. The proposed solution incorporates novel mathematical methods in solving the corresponding differential equations in real-time as well as novel FPGA-based architecture, and as a result, solves the equations in 32-bit floating-point in 110 ns time-steps.

    Keywords: Real-time simulator, Hardware-in-the-loop, Electrical machines, FPGA Architecture
  • Hêmin Golpîra*, Hassan Bevrani Pages 61-72

    Increasing penetration level of modern generating units, in response to growing need for electrical energy and environmental issues, besides changing inherent of distribution systems and loads introduces new uncertainties into the power systems. In order to deal with such uncertainties, measurement-based control schemes are introduced in modern power systems. An attempt is made in this paper to propose a new measurement-based approach for tuning of excitation system parameters in large-scale power systems. For this purpose, Center of Gravity (COG) concept in corporation with fault propagation paradigm are introduced to reduce power system dimensions. In this framework, the power system dynamic behavior is represented by an equivalent model in which the geographical areas interact with the COG through unique fictitious interconnectors. Then, a new control scheme proposes in which utilizes post-fault system dynamics in the rotor angle-terminal voltage deviations portrait to design a coordinated Automatic Voltage Regulator (AVR)-Power System Stabilizer (PSS). Basic power system equations are employed to derive a case-independent algorithm. Effectiveness of the proposed method is examined for different fault scenarios on the 16 machines IEEE benchmark system.

    Keywords: Excitation system, stability, automatic voltage regulator (AVR), power system stabilizer (PSS), measurements, coordinated design
  • Asghar Gholamian*, Jalil Sadati, Mohammad Verij Pages 73-86

    Today, in order to use wind turbines in controlling the frequency of a power network, droop and inertial control methods are used for variable speed wind turbine. Adjusting the gains on the droop and inertia control loops is very influential on the performance of wind turbines, but because of varying the wind speed and power system conditions, the adjustment of the control coefficients that produce the best response in all situations seems to be impossible. In this paper, a new method for adaptive adjusting of droop and inertia control loops gains in DFIG is presented. In order to eliminate the defects and problems of power system and wind turbine modeling, it is also proposed to use the data-driven method which only executes based on the input and output of the system. To control faster and in order to prevent the frequency drooping, applying the second derivative of the error is used to adaptive adjusting of droop and inertia control loop gains. In the proposed control method, using the K-Vector Nearest Neighborhood, the output of the next moment is estimated, and then, using the Hessian matrix, the coefficients of the frequency control loops are adjusted adaptively. Simulation results demonstrate the proper performance of a data-driven-based adaptive approach to increase the frequency nadir (FN) and to decrease the frequency variations of the power system in a steady state and transient state.

    Keywords: Adaptive Frequency Control, Data Driven, Hessian Matrix, Wind Turbine
  • Jafar Milimonfared*, Seyed Hamid Fathi, Seyed Saeid Heidary Pages 87-100

    Grid code compatibility of HVDC interfaced offshore wind farm is evaluated in this paper. DC coupling causes power system contingencies not to get reflected in the offshore wind farm. In this regard, DC link voltage level is modulated to reflect the status of the onshore power system. Accordingly, onshore power system contingencies are reflected in the offshore wind farm by means of DC link voltage measurement and appropriate exercise of the wind farm HVDC converter. It is to excite dynamic frequency response and Low Voltage Ride Through (LVRT) capabilities of the modern wind turbines. A unified control structure is also proposed for doubly fed induction generator-based offshore wind farms that can model and compare three communication based, frequency modulation based, and voltage modulation based LVRT approaches. Moreover, a hybrid frequency and voltage modulation based approach is proposed in which an appropriate discrimination is embedded between fast transients related to LVRT condition and slow transients related to frequency contingencies. Accordingly, voltage modulation and frequency modulation approaches are utilized under LVRT and frequency events respectively. Simulation results have revealed similar dynamic frequency response capability for all four approaches. Moreover, except frequency modulation approach, remaining approaches have been able to fulfill grid code requirements given agile communication speed. It is concluded that the proposed hybrid frequency and voltage modulation, as the superior approach, has advantages like minimum LVRT DC voltage profile increase and subsequent deviation from theoperating point after the fault and preservation of conventional control structure thanks to appropriate dissociation between slow and fast dynamics.

    Keywords: Doubly fed induction generator, grid codes, offshore wind farm, power reduction method, VSC-HVDC transmission line
  • Mohammad Abdollah*, Ali A. Razi Pages 101-110

    Circuit breakers (CBs) play an important role in protection of the components used in power systems such as transformers and generators. Therefore, the condition assessment of CBs are really important. The interruption chamber of high voltage CBs is one of the most prominent part including moving and fix arc and main contacts. The operation of CBs under short circuit currents or the high number operations under rated-current leads to the erosion of contacts due to the high temperature or abrasion. The assessment of this part due to difficulty in direct access to it is a main problem. Dynamic resistance measurement (DRM) is an indirect assessment method of contacts used in HVCB. This paper provides a comprehensive FEM-based simulations via COMSOL to assess the impacts of intentional failures in contacts on DRM profile. Subsequently, it has been attempted to develop a fuzzy method to evaluate the failure risk of CBs. The proposed algorithm has been verified through experimental results.

    Keywords: Circuit breaker, Dynamic resistance measurement, Condition assessment, Main, arc contacts
  • Mohammad Veysi, Jamshid Aghaei, Mohammad Reza Soltanpour* Pages 111-124

    Takagi and Sugeno have proposed a fuzzy model for a continuous system in which disturbances are also considered as a time-dependent variable function in the consequent part of the fuzzy model rules. To eliminate the disturbances effect on the output of a system with a Takagi and Sugeno fuzzy model, researchers have proposed a linear matrix inequality-based minimization problem in which system parameters are directly present in the problem constraints. In electromechanical systems, the existence of parametric uncertainties such as uncertainties in the moment of inertia matrices and inaccuracy of actuators parameters cannot be neglected in any way. In this paper, at first, by solving an optimization problem, the upper bound of the uncertainties in the system parameters is determined, and the fuzzy model with disturbances is extracted in the presence of uncertainties. In the following, in order to eliminate disturbances in the presence of parametric uncertainties using a stable fuzzy controller based on the parallel distributed compensation, a minimization theorem based on the new obtained fuzzy model is proposed and its validity is proven. Finally, to evaluate the performance of the proposed controller, a boat-mounted camera stabilizer is used as a case study. The simulations results well demonstrate the favorable efficiency of the proposed controller in eliminating disturbances by taking into account the parametric uncertainties.

    Keywords: Stable Fuzzy Control, Disturbance Rejection, Parametric Uncertainties, Linear Matrix Inequality, Camera Stabilizer
  • Behrooz Taheri, Seyed Amir Hosseini, Farzad Razavi, Hossein Askarian* Pages 125-135

    One of the most important problems with the utilization of distance relays is wrong operation possibility during the power swing. The power swing is a transient phenomenon in the power system, which enters into the protective zones of distance relays and causes to mal-operation of them. In this paper, a new method needless to Fourier transform using Norm of sampled data from the current signal is proposed to proper detection of power swing and preventing the wrong operation of distance relays. Accordingly, a signal window is formed and begins to sampling from the current signal. Afterward, presence data in the window will form a matrix, which their Norm value will be calculated One of the advantages of the proposed method is independency from signal processing, fast detection of the power swing, detection of the simultaneous fault with power swing, and reduction of computations for ease of implementation. The proposed method has been evaluated on the standard 39-bus test system using the DIgSILENT and Matlab software. This method was also implemented by distance relay and tester device made by Amirkabir University of Technology (AUT) and Vebko Amirkabir Knowledge Base Company. Practical results of the proposed method are compared with the conventional methods which are used in protection relays especially Siemens protection relays. The results obviously show that the proposed method has better performance than the conventional industrial method.

    Keywords: Power swing, Distance relay, Power system protection, Transient
  • Mahdi Amini, Ali Reza Seifi* Pages 137-146

    In recent years, power system islanding is considered as the last resort to prevent network instability. The purpose of controlled islanding is to establish self-sustaining electrical islands to prevent a blackout and lead to ease of restoration. In this regard, an appropriate decision - making algorithm is required to determine the best separation points in a short time.
    This paper proposes a novel methodology by developing the hierarchical spectral clustering algorithm. This method is computationally very efficient and determines an islanding solution with minimal power flow disruption while ensuring that each island contains only coherent generators. The proposed method also enables operators to constrain any branch to be excluded from the islanding solution. The method is tested using the models of the IEEE 39 and IEEE 118-bus test systems and comparative analysis with existing methods have been performed. The simulation results demonstrate that the methodology is more efficient than another existing approach and could be utilized in the real-time application of the power grid.

    Keywords: Power System Islanding, Graph Clustering, Constrained Hierarchical Spectral Clustering
  • Mohammad Kalantari*, Sakineh Sohrabi, Hamidreza Rashidy Pages 147-155

    A hybrid optimization algorithm based on genetic algorithm and choatic hyper spherical search method is proposed. In the proposed method, in order to increase the efficiency of searching the optimal solution, chaos theory along with  genetic operators have been used. This, not only makes the results of the proposed algorithm definite and decreases their standard deviation, but also resolves the weakness of the hyper spherical search optimization algorithm based on chaos theory including the speed of convergence and the weak performance in some benchmark functions. The simulation results on the standard benchmark functions show that the proposed algorithm not only has faster convergence, but also acts as a more accurate search algorithm to find the optimal solution in comparison to the standard hyper spherical search algorithm, chaotic hyper sherical search algorithm, and some other optimization algorithms such as genetic, particle swarm, and harmony search algorithm.

    Keywords: Metaheuristic Algorithm based on Chaos Theory, Hyper Sphere Search Algorithm, Genetic Algorithm, Chaos Theory
  • Mohammad Reza Habibi*, Masoud Rashidinejad, Amir Abdollahi Pages 157-167

    A pseudo-dynamic approach solves a multistage transmission expansion planning (MTEP) problem as a sequence of single stage transmission expansion planning (STEP) problems. In this paper, the MTEP problem is reformulated. Based on the new formulation, a relation is obtained between an MTEP and STEPs local optima. Considering this relation, a new pseudo-dynamic algorithm is proposed. Unlike the ordinary pseudo-dynamic methods, in each stage, it applies a set of high quality local optimums of the STEP problems instead of just using the global optimum. The modification improves the search ability of the algorithm.  IEEE 24-bus, Colombian 93-bus, Bolivian 57-bus and Iranian 51-bus systems are used to evaluate the proposed and the simulation results have confirmed its effectiveness.

    Keywords: Power system expansion, Multistage Transmission Expansion Planning, Pseudo-Dynamic Approach