فهرست مطالب

فصلنامه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال دهم شماره 2 (تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مصطفی واحدی پور *، هما رشیدی زاده، حمیدرضا نجفی صفحات 1-18

    در این مقاله، مدل احتمالاتی دومرحله ای مقید به ریسک برای برنامه ریزی همزمان انرژی و ذخیره یک ریزشبکه هوشمند مستقل با در نظر گرفتن مشارکت مشترکین در برنامه های یی بار ارائه شده است. هدف برنامه پیشنهادی، بیشینه کردن سود مورد انتظار بهره بردار در شرایط مختلف ریسک پذیری است؛ به طوری که مشترکین نیز کمترین هزینه را برای تامین انرژی خود پرداخت کنند. براساس این مدل، مشترکین با استفاده از قابلیت بارهای خود، ضمن شرکت در برنامه بار مبتنی بر قیمت گذاری زمان استفاده، بخشی از ظرفیت ذخیره ریزشبکه را نیز برای مواجه با عدم قطعیت های آن تامین می کنند. عدم قطعیت های مسئله ناشی از خطای پیش بینی تولیدات تجدیدپذیر، قیمت انرژی و تقاضا است که با روش های مبتنی بر سناریو مدل سازی شده اند. در مدل پیشنهادی برای تعدیل اثرات ناشی از سناریوهای نامطلوب، از شاخص مقدار شرطی در ریسک (CVaR) برای ارزیابی ارزش ریسک پذیری بهره بردار به منظور برآورد میزان سودهای نامطلوب استفاده شده است. همچنین، در این مطالعه تاثیر ریسک پذیری بهره بردار ریزشبکه روی میزان مشارکت بارهای در تخصیص ذخیره چرخان بررسی شده است که در مسئله بهره برداری مهم و کاربردی است. همچنین، برای ارزیابی دقیق تر محدودیت های فرکانس و ولتاژ ریزشبکه، از پخش بار بهینه AC (AC-OPF)) در فرایند حل مسئله استفاده شده است تا پاسخ های واقعی تری از عملکرد ریزشبکه به دست آید. درنهایت، برنامه پیشنهادی در یک ریزشبکه نمونه، اجرا و نتایج در حالت های مختلف تحلیل شده است.

    کلیدواژگان: انرژی های تجدیدپذیر، برنامه ریزی احتمالاتی، یی بار، ریزشبکه مستقل، ظرفیت ذخیره
  • سعید خان کلانتری، حسن محمدخانی*، محسن حاجی زاده، آرین کمالی صفحات 19-32
    سامانه کنترل پرواز، قسمتی از موشک است که دستورات بخش هدایت کننده را گرفته و وظیفه آن، دنبال کردن این دستورها در موشک است. سامانه فیزیکی موشک دارای ضرایب آئرودینامیکی غیرخطی و وابسته به سایر متغیرهای فیزیکی است؛ بنابراین شناسایی دقیق آنها دشوار است و این مسئله باعث ایجاد تفاوت در مدل ریاضی و سیستم واقعی و کاهش عملکرد کنترلگرهای خطی طراحی شده می شود. در این پژوهش، از روش دینامیک وارون به منظور شناسایی نامعینی ها و مدلسازی سیستم موشک پدافندی استفاده می شود. سپس، از مدل به دست آمده برای کنترل و بهینه سازی پرواز جسم پرنده با معادلات غیرخطی دارای شش درجه آزادی، بهره برداری می شود؛ بنابراین طراحی براساس مدل غیرخطی و به صورت کنترلگر غیرخطی فازی تطبیقی با قابلیت تطبیق بالا و مقاوم نسبت به تغییرات پارامترهای موشک در حین پرواز، انجام خواهد شد. این امر به همراه استفاده از روش دینامیک وارون برای مدلسازی نوآوری این پژوهش محسوب می شود.
    کلیدواژگان: سامانه کنترل پرواز، موشک پدافندی، دینامیک وارون، غیرخطی، کنترل، فازی، تطبیقی
  • مهشید رحیمی فرد، مرضیه کمالی*، مریم ذکری صفحات 33-48
    هدف اصلی این پژوهش، کنترل تطبیقی - عصبی سیستم های غیرخطی تاخیردار در حضور خرابی عملگر با استفاده از روش کنترل سطح دینامیکی (DSC) است. سیستم های بررسی شده، سیستم هایی به فرم فیدبک اکید و در حضور اغتشاش های نامعین خارجی اند. در این سیستم ها از شبکه های عصبی توابع پایه ای شعاعی (RBF) برای تقریب توابع نامعین استفاده می شود که قوانین تطبیق پارامترها براساس طراحی لیاپانوف به دست می آیند. اغتشاش های نامعین، توابع غیرخطی نامشخصی اند که اطلاعات جزئی از کران آنها در دسترس است؛ بنابراین، از جمله مقاوم پیوسته برای حداقل کردن اثر آنها استفاده شده است. همچنین به دلیل وجود تاخیرهای زمانی نامشخص در معادلات سیستم، در روند طراحی کنترل کننده و اثبات پایداری از تابعی های لیاپانوف - کراسوفسکی استفاده شده است. کنترل کننده نیز به گونه ای طراحی شده است که در صورت بروز خرابی عملگر، از نوع کاهش عملکرد، سیستم همچنان به عملکرد مطلوب خود ادامه دهد. برای کنترل کننده طراحی شده در این پژوهش، پایداری سیستم و همگرایی خطای ردیابی به یک مقدار کوچک دلخواه اثبات شده است.
    کلیدواژگان: تاخیر زمانی نامشخص، خرابی عملگر، سیستم های غیرخطی، شبکه عصبی RBF، کنترل تطبیقی - عصبی، کنترل سطح دینامیکی
  • حمید فتاحی، حمدی عبدی*، فرشاد خسروی، شهرام کریمی صفحات 49-72
    با ورود منابع تجدیدپذیر به سیستم قدرت، نفوذ عدم قطعیت ها در حل مسائل مختلف حوزه بهره برداری سیستم قدرت افزایش یافته است. یکی از مهم ترین مسائل، پخش توان بهینه است که با حضور عدم قطعیت ها، قابلیت مدلسازی با روش های قطعی را نداشته و لازم است با به کارگیری روش های احتمالاتی مدلسازی تحلیل شود. در این مقاله از روش های عددی شامل روش شبیه سازی مونت کارلو و تحلیلی مانند روش های تخمین نقطه ای، نقطه داخلی و تبدیل بی بو برای حل مسئله پخش توان بهینه احتمالاتی با هدف حداقل سازی هزینه بهره برداری و لحاظ کردن همبستگی میان عدم قطعیت های موجود در مسئله در شبکه استاندارد 118شینه IEEE استفاده شده است. نتایج روش های شبکه نمونه نشان می دهند در روش های تخمین نقطه ای، به دلیل محدودبودن نقاط شروع مسئله، حصول جواب بهینه نسبت به روش های دیگر در زمان محاسباتی کمتری انجام می شود. همچنین، دامنه تغییرات پروفیل ولتاژ تولیدی واحدهای تولیدی نیز در روش نقطه داخلی، ثبات بیشتری دارد و ازنظر سرعت همگرایی، روش نقطه داخلی بسیار سریع تر از روش شبیه سازی مونت کارلو است.
    کلیدواژگان: پخش توان بهینه احتمالاتی، شبیه سازی مونت کارلو، تبدیل بی بو، تخمین نقطه ای و روش نقطه داخلی
  • مهدی نوشیار*، علی قاسمی صفحات 73-86

    نظر به اینکه سیگنال قیمت در بازار برق، نوسانات زیاد و عدم قطعیت فراوانی دارد، بر پیش بینی کوتاه مدت تاثیر زیادی می گذارد. با توجه به اینکه روش های مبتنی بر سری زمانی نمی توانند مدل های غیرخطی این چنینی را به صورت مناسب با دقت بالا تخمین بزنند، به ارائه مدل کارا نیاز است؛ به همین دلیل در این مقاله روش ترکیبی جدید چندمرحله ای برای پیش بینی روزانه قیمت برق پیشنهاد شده است. به منظور دستیابی به این الگو، ابتدا پیش بینی به سه لایه اصلی، پیش پردازش کننده، آموزش و تنظیم کننده تقسیم شده است. در لایه اول از تبدیل کرولت برای کاهش نویزهای احتمالی در سیگنال قیمت استفاده شده است. سپس با استفاده از مدل توسعه یافته انتخاب داده بر مبنای افزایش همبستگی و کاهش تکرار، داده های غیرمفید را حذف و حجم محاسبات را به صورت چشمگیری کاهش داده است. سپس داده های منظم شده وارد لایه یادگیری شده که به منظور دست یابی و استخراج بهترین الگو از داده های ورودی، ماشین یادگیری شدید توسعه یافته پیشنهاد شده است. با توجه به اینکه تنظیم پارامترهای کنترلی ماشین یادگیری پیشنهادی می تواند به حداکثر قابلیت آن در استخراج الگو غیرخطی از سیگنال قیمت منجر شود، در لایه آخر روش توسعه یافته جدیدی مبتنی بر کلونی جستجوی ویروس بر مبنای تئوری ضرایب متغیر زمانی پیشنهاد شده است. الگوریتم پیشنهادی، روش بهینه سازی جدید براساس عملکرد ویروس ها برای نابودی سلول های میزبان و نفوذ بهترین آن ها به داخل یک سلول برای تکثیر است. روش پیشنهادی بر بازارهای برق واقعی موجود، اعمال و نتایج به دست آمده براساس میزان خطای پیش بینی و معیارهای مبتنی بر خطا مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند روش پیشنهادی، کارایی مناسب و پذیرفتنی دارد.

    کلیدواژگان: روش ترکیبی پیش بینی، ماشین یادگیری شدید، تبدیل کرولت، آنتروپی، کلونی جستجوی ویروس
  • مسعود دشت دار، مصطفی اسمعیل بیگ، مجتبی نجفی* صفحات 87-102

    در این مقاله به منظور مکان یابی خطا در شبکه انتقال از تبدیل موجک گسسته برای استخراج ویژگی های خطا ، برای آموزش شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده است. درواقع اساس کار، مبتنی برآنالیز جریان به دست آمده از اطلاعات ثبت شده بعد از خطا در ابتدا و انتهای خط بوده و با رله دریافت شده و برای کاهش داده ها از فرایند تبدیل جریان سه فاز به جریان توالی صفر استفاده شده است. در ادامه، به کمک تبدیل موجک، با تجزیه دو سطحی جریان توالی صفر، مولفه های افقی این جریان استخراج می شود. درنهایت، با محاسبه انرژی ذخیره شده در این مولفه ها و نیز استخراج مقیاس های ماکزیمم این مولفه ها ویژگی های مشخصی از خطا نمایان می شوند که به منظور آموزش شبکه عصبی مناسب خواهند بود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند این ویژگی ها به شدت به مقاومت خطا، نوع خطا، زاویه وقوع خطا و مکان خطا وابسته اند؛ بنابراین، داده های آموزشی باید به گونه ای انتخاب شوند که این تغییرات را به خوبی نمایان کنند تا شبکه عصبی در تشخیص خود دچار مشکل نشود. روش پیشنهادی روی شبکه تست پیاده سازی شد که نتایج آن نشان دهنده عملکرد مناسب روش پیشنهادی با دقت کلی 98/6% و حداکثر خطای تخمین 0/1666% بوده است.

    کلیدواژگان: تبدیل موجک، مکان یابی خطا، ANN، WEE
|
  • Mostafa Vahedipour *, Homa Rashidizadeh, Hamid Reza Najafi Pages 1-18

    In this paper, a risk-constrained two-stage stochastic model is proposed for optimal scheduling of autonomous microgrids considering the participation of end-use customers in demand response programs. The goal of the proposed scheme is to maximize the profit of the microgrid operator in different conditions of the user's risk taking, so that customers pay the lowest cost for their energy consumption. Based on the proposed model, customers are able to provide part of the system's reserve capacity to deal with uncertainties by using smart and response loads capability. The uncertainties of the problem are due to the predicted error of renewable resources, energy prices and demand loads, modeled on scenario-based methods. In the proposed model, in order to deal with the effects of undesirable scenarios, an index for assessing the value of risk is employed to estimate the level of undesirable profits. In addition, in order to more accurately analyze the frequency and voltage limitations, an AC load flow is used in the problem-solving process that achieves more realistic result to the microgrid operation. Finally, the proposed model is implemented in a typical microgrid and the results are investigated in different cases.

    Keywords: Renewable Energies, Stochastic Scheduling, Demand Response, Autonomous Microgrid, Reserve Capacity
  • Saeed Khan Kalantari, Hassan Mohammadkhani *, Mohsen Hajizadeh, Ariyan Kamali Pages 19-32
    Flight control system is a unit of the air defense and missile system that takes commands prescribed by the guideline law and operates due to the operators embedded in the system. Missile physical system includes nonlinear aerodynamic coefficients and other physical dependent variables, so accurate identification of them is difficult. This issue makes deference between real and mathematic model of missile equations of motion and causes designed linear controller performance degradation. In this paper, inverse dynamic approach is used for uncertainty identifying and mathematic modeling of missile defense system. Then, this model is used for optimizing and controlling the flight of a missile with nonlinear 6 DOF (Degrees of freedom) equations of motion. Thus, the designed controller is a nonlinear fuzzy-adaptive controller which has high adaption and robustness against the parametric changes during missile’s flight. Using the invers dynamic method for modeling motion equations of missile defense is the innovation of this research.
    Keywords: Flight Control System, Defense Missile, Inverse Dynamics, Nonlinear, Control, fuzzy, Adaptive
  • Mahshid Rahimifard, Marzieh Kamali *, Maryam Zekri Pages 33-48
    The main purpose of this paper is to present an adaptive-neural controller for strict-feedback nonlinear systems with unknown time delays and in the presence of external disturbances and actuator failure. The proposed adaptive-neural controller is constructed based on DSC design technique. Radial Basis Functions (RBF) networks are utilized to approximate unknown nonlinear functions. Adaptive rules are obtained based on Lyapunov design for updating the parameters of neural networks. Disturbances are unknown functions which their bounds are partially known. Therefore, continuous robust terms are applied in order to minimize their effects. Furthermore, due to the existence of unknown time delays in the system, Lyapunov–Krasovskii functionals are utilized in the process of designing the controller and proofing the stability of the system. In addition, the controller is designed so that it can compensate its effect if the considered actuator failure happens. For the designed controller, the boundedness of all the closed-loop signals is guaranteed and the tracking error is proved to converge to a small neighborhood of the origin.
    Keywords: Unknown Time Delay, Actuator Failure, Nonlinear Systems, RBF Neural Network, Adaptive-neural Control, Dynamic Surface Control
  • Hamid Fattahi, Hamdi Abdi *, Farshad Khosravi, Shahram Karimi Pages 49-72
    With the Penetration of renewable energies into power system, the influence of uncertainties in solving various problems in the field of power system operation has increased. One of the most important concepts in this field is optimal power flow, which, with the presence of uncertainties, cannot be modeled by definite methods, and should be revised based on applying the probabilistic approaches. In this paper, numerical methods including the Monte Carlo Simulation method and analytical methods including point estimation methods, internal point method and unscented transformation method are used to solve the POPF in an IEEE-118 bus system. The obtained results indicate that the methods based on point estimation are able to find the optimal points in less computational time than other techniques. This is mainly due to the limited points, which these methods need as the starting points. From another perspective, the magnitude changes in the voltage profile of the generation units are also more stable in the internal point method. Furthermore, in terms of the convergence rate, the internal point method is much faster than the Monte Carlo Simulation method.
    Keywords: Probabilistic Optimal Power Flow (POPF), Monte Carlo Simulation (MCS), Unscented Transformation (UT) Method, Point Estimation Method (PEM), Internal Point Method (IPM)
  • Mahdi Nooshyar *, Ali Ghasemi Pages 73-86

    Given that the price signal in the electricity market is highly volatile or otherwise uncertain, short-term forecasting is significantly affected. Since time-series methods cannot estimate such nonlinear models appropriately with high accuracy, we need to provide an efficient model. For this reason, in this paper, a new hybrid algorithm for day-ahead electricity price forecasting is proposed. In order to achieve this model, we first divide the forecasting problem into three main layers: preprocessor, training, and regulator. In the first layer, we use the curvelet transform to reduce possible noise in the price signal. Then, using the extended data selection model based on increasing correlation and decreasing redundancy, we eliminate the unnecessary data and reduce the volume of computation significantly. Then the regularized data is entered into the learning layer which is a developed Extreme Learning Machine (ELM) to obtain and extract the best pattern from the input data. Since adjusting the control parameters of the proposed ELM can maximize its ability to derive a nonlinear pattern from the price signal, a new developed Virus Colony Search (VCS) method based on the time-varying coefficients theory is proposed in the last layer. The proposed algorithm is a novel optimization method based on the function of viruses to destroy host cells and penetrate the best ones into a cell for replication. The proposed method is applied to existing real electricity markets and the results are compared based on prediction error rates and error-based criteria. The obtained results show the appropriate and acceptable performance of the proposed forecasting method.

    Keywords: Hybrid Forecasting Method, Extreme Learning Machine, Curvelet Transform, Entropy, Virus Colony
  • Masoud Dashtdar, Mostafa Esmailbeag, Mojtaba Najafi * Pages 87-102

    In this paper, in order to fault locate in the transmission network, a discrete wavelet transform is used to extract the fault characteristics from the zero sequence current, in order to train the artificial neural network. Initially, Fortescue transform, the zero-sequence current seen from both terminals is calculated. By the wavelet transform of the high-frequency information stored in the horizontal component of zero-sequence current from both terminals, and finally by calculating the stored energy in the horizontal components, as well as extracting the maximum scale of horizontal component, we can identify certain features of fault that are suitable for training the neural network. The simulation results show that the horizontal components maximum scale as well as the energy stored in these components strongly depend on the fault resistance, type of fault and fault location. Therefore, educational data should be selected to make these changes well so that the neural network does not suffer from its diagnosis. Finally, the proposed method is implemented on the test grid whose results show the performance of the method with overall accuracy of 98.6% and maximum estimation error of 0.1666%.

    Keywords: wavelet transform, Fault Location, ANN, WEE