فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال هفدهم شماره 3 (پیاپی 52، پاییز 1398)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال هفدهم شماره 3 (پیاپی 52، پاییز 1398)

  • الف-مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1398/08/18
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمدرضا بنایی*، سجاد قابلی ثانی، خلیل منفردی صفحات 153-164

    در این مقاله، یک ساختار جدید به همراه روش کنترلی، جهت بهبود عملکرد مدارات گرمایش القایی تشدیدی پیشنهاد شده است. در ساختار حاضر با ترکیب عملکرد یک مبدل نیم پل تشدیدی با قابلیت افزایندگی ولتاژ، کاهش بازدهی در توان های پایین و همچنین در توان های بالا، تا حد قابل قبولی جبران می شود. استفاده از تعداد کلید ها و دیودهای پایین، استفاده از خازن های با کیفیت بالا و ظرفیت پایین، کیفیت مناسب جریان ورودی و همچنین ضریب توان بالا عملکرد مناسب مبدل پیشنهادی را تضمین می کند. کلیدزنی کلیدهای فرکانس بالا در ساختار پیشنهادی به صورت کلیدزنی نرم انجام گرفته است و در نتیجه تلفات ناشی از کلیدزنی بسیار پایین است. در این مبدل، طراحی فیلتر ورودی جهت جلوگیری از تاثیرات تداخل الکترومغناطیسی انجام شده است. در نهایت، جهت نمایش عملکرد ساختار پیشنهادی، نتایج شبیه سازی و تجربی ارائه شده است.

    کلیدواژگان: گرمایش القایی، بازدهی بالا، کلیدزنی نرم، افزایش ولتاژ
  • مرتضی حق شناس*، رحمت الله هوشمند صفحات 165-176

    راکتورهای کنترل شونده نوعی از سیستم های انتقال انعطاف پذیرهستند که نقش مهمی در دسترس پذیری و قابلیت اطمینان سیستم های قدرت دارند. این در حالی است که در ارزیابی متعارف قابلیت اطمینان سیستم های قدرت، توان راکتیو تنها به عنوان یک محدودیت برای شبکه در نظر گرفته شده و تا کنون مدل دقیقی برای ارزیابی قابلیت اطمینان راکتورها ارائه نشده است. در این مقاله یک مدل قابلیت اطمینان جدید توسط روش زنجیره مارکوف برای راکتور کنترل شونده مغناطیسی (MCR) پیشنهاد شده است. در فرایند مدل سازی این جبران کننده، ابتدا ساختار راکتور به دو بخش مجزا تقسیم شده و سپس مدل های مارکوف استخراج شده برای آنها بر اساس اصول روش فراوانی و تداوم حالت ها ترکیب شده است. از آنجا که تغییرات دمای محیط نقش قابل ملاحظه ای در تغییر نرخ خرابی تجهیزات الکتریکی دارد، اثر تغییرات دما مطابق با استاندارد MIL-217F در مدل پیشنهادی لحاظ شده و تاثیر آن بر احتمال حالت های کاری MCR مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی و تحلیل حساسیت نشان داده که در شرایط عادی، سیستم کنترل و در دماهای زیاد، سیم پیچ های راکتور می توانند بیشترین تاثیر را بر دسترس پذیری MCR داشته باشند. مقایسه شاخص های قابلیت اطمینان در دماهای مختلف نشان داده که در شرایط تغییر دما، اجزای متفاوتی دسترس پذیری MCR را تحت تاثیر قرار خواهد داد، لذا در چنین شرایطی اقدامات لازم برای بهبود قابلیت اطمینان راکتور می تواند متفاوت باشد. این واقعیت اهمیت در نظر گرفتن دمای محیط در ارزیابی قابلیت اطمینان و همچنین برنامه ریزی برای تعمیرات پیشگیرانه جهت بهبود عملکرد منابع توان راکتیو را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: راکتور کنترل شونده مغناطیسی (MCR)، قابلیت اطمینان، دسترس پذیری منابع توان راکتیو، روش زنجیره مارکوف
  • احمد جعفری*، غضنفر شاهقلیان، مهران زمانی فر صفحات 177-189

    در این مقاله، تجزیه و تحلیل مدال یک ژنراتور القایی دوسو تغذیه (DFIG) متصل به شبکه با استفاده از تحلیل پایداری سیگنال کوچک ارائه شده و اثر تغییر پارامتر های سیستم مانند اندوکتانس متقابل، مقاومت استاتور، راکتانس خط، سختی محور و سرعت باد بر روی مقادیر ویژه، پایداری و میرایی مد های مختلف سیستم نشان داده شده است. این تحلیل نشان می دهد که تغییر کدام پارامتر ها می تواند سیستم را از شرایط کار نرمال خارج کنند و همچنین تغییر کدام پارامتر ها می تواند باعث بهبود رفتار یک سیستم تا حد امکان شود. در پایان نتایج شبیه سازی اثر تغییر هر پارامتر برای ارزیابی پایداری و طراحی کنترل کننده های مختلف را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تحلیل پایداری سیگنال کوچک، ژنراتور القایی دوسو تغذیه، منابع تولید پراکنده، تحلیل مقادیر ویژه
  • وحید خلیق*، مجید علومی بایگی صفحات 190-196

    برنامه ریزی توسعه هماهنگ واحدهای نیروگاهی با در نظر گرفتن کفایت سوخت مورد نیاز همواره توجه برنامه ریزان صنعت برق را به خود جلب کرده است. عدم هماهنگی شبکه های برق و گاز در توسعه، منجر به سرمایه گذاری بیش از حد نیاز و در پاره ای از موارد ایجاد مشکل در تامین سوخت نیروگاه می شود. از این رو نیاز به مدلی است که با در نظر گرفتن قیود فنی، توسعه شبکه های برق و گاز را هماهنگ کند. در این پژوهش توسعه متمرکز شبکه های گاز و برق با در نظر گرفتن معیار امنیت 1- N در شبکه گاز مدل سازی شده است. به این منظور تاثیر سوخت دوم نیز در مدل سازی شرایط اضطراری در نظر گرفته شده است. این مدل سازی از دیدگاه یک سرمایه گذار مرکزی تحت عنوان وزارت انرژی است که با در نظر گرفتن قیود فنی به دنبال حداقل کردن هزینه کل سرمایه گذاری و بهره برداری شبکه های برق و گاز می باشد. نتایج به دست آمده از مسئله سرمایه گذاری شبکه گاز نشان می دهد که نیاز به افزایش ظرفیت خط لوله در برخی مناطق وجود دارد. همچنین در شبکه برق، نیاز به نصب نیروگاه های جدید در برخی مناطق مشخص شده است. نتایج به دست آمده، حاکی از تاثیرگذاری مدل پیشنهادی بر برنامه ریزی توسعه شبکه های برق و گاز و نیز بهبود نتایج با در نظر گرفتن اثر سوخت دوم است.

    کلیدواژگان: شبکه گاز، شبکه برق، توسعه یکپارچه، معیار امنیت
  • محمد مهدی علیان نژادی*، حمید حسن پور، فیروز زارع صفحات 197-204

    در این مقاله با تزریق پالس مربعی به شبکه های قدرت ولتاژ پایین و بهره گیری از روش های پردازش سیگنال، امپدانس شبکه در محدوده فرکانسی kHz 2 تا kHz 150 تخمین زده می شود. امپدانس شبکه از دید یک نقطه به صورت نسبت سیگنال ولتاژ به جریان عبوری از آن نقطه در حوزه فرکانس محاسبه می شود. در شرایط نویزی دقت تخمین امپدانس با انرژی سیگنال تزریقی رابطه مستقیم دارد. به منظور تخمین امپدانس باید سیگنال های تزریقی انرژی کافی در محدوده فرکانسی مورد اندازه گیری را داشته باشد. در روش ارائه شده، ابتدا تعدادی پالس مربعی با عرض متفاوت به کمک الگوریتم ژنتیک انتخاب می شوند. پس از تزریق سیگنال های انتخاب شده به شبکه و اندازه گیری پاسخ شبکه به هر تزریق، سیگنال های اندازه گیری حذف نویز می شوند و بنابراین دقت تخمین امپدانس بیشتر می شود. اگر مدت زمان اندازه گیری سیگنال ها کم باشد، همه حالت گذرای شبکه اندازه گیری نشده و تخمین امپدانس نادرست خواهد بود. بنابراین در این مقاله روشی مبتنی بر توزیع های زمان- فرکانس به منظور تعیین مدت زمان لازم برای اندازه گیری پیشنهاد می شود. نتایج آزمایش روش پیشنهادی بر روی چندین شبکه نشان دهنده توانایی و دقت روش پیشنهادی در تخمین امپدانس شبکه می باشد.

    کلیدواژگان: پاسخ فرکانسی، تبدیل موجک، تخمین امپدانس شبکه، توزیع زمان- فرکانس
  • فرشید ناصری*، زهرا کاظمی، محمد محمدپور، ابراهیم فرجاه صفحات 205-212

    در این مقاله یک الگوریتم جدید با استفاده از فیلتر کالمن برای بهبود قابلیت اطمینان حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتورهای قدرت پیشنهاد شده است. جریان هجومی سه فاز با استفاده از فیلتر کالمن تعمیم یافته تخمین زده شده است. سه سیگنال باقیمانده که تفاضل بین جریان های سه فاز اندازه گیری شده (با استفاده از ترانسفورماتورهای جریان) و جریان های سه فاز تخمین زده شده (با استفاده از فیلتر تطبیقی) هستند، به عنوان معیاری برای تشخیص شرایط راه اندازی از شرایط خطا در نظر گرفته شده اند. در حالت راه اندازی عادی ترانسفورماتور، با توجه به این که جریان ها با دقت بالایی توسط فیلتر تطبیقی تخمین زده می شوند، این سیگنال ها نزدیک به صفر هستند. در شرایط خطا، با افزایش و عبور سیگنال های باقیمانده از مقدار آستانه، حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور را از مدار خارج می کند. روش پیشنهادی به کمک نرم افزارهای MATLAB و PSCAD مورد ارزیابی قرار گرفته و کارایی آن در شرایط کاری مختلف به اثبات رسیده است.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور قدرت، تشخیص خطا، حفاظت دیفرانسیل، شناسایی سیستم، فیلتر کالمن
  • علیرضا حسن زاده*، فرشید علیرضایی صفحات 213-218

    در این مقاله طراحی، شبیه سازی و تحلیل یک مدار مبدل ولتاژ DC-DC افزاینده خازنی مجتمع ولتاژ پایین ارائه شده است. از این مدار می توان برای افزایش سطح ولتاژ مولدهای الکتریکی مینیاتوری که ولتاژ پایینی دارند، مانند ژنراتورهای ترموالکتریک، سلول های خورشیدی و پیزوالکتریک کوچک استفاده نمود. این مبدل کاملا مجتمع و بی نیاز از عناصر خارجی بوده و قابلیت کارکرد با ولتاژهای بسیار پایین ورودی در حد 200 میلی ولت را داراست و ولتاژ خروجی را به 1 ولت می رساند. برای دسترسی به ولتاژهای پایین ورودی، از تکنیک بایاس بدنه با ساختار خاصی به منظور کاهش حداقل ولتاژ ورودی استفاده شده است. چگالی توان خروجی مبدل 50 میکرووات بر میلی متر مربع می باشد. در ساختار این مبدل از یک چندبرابرکننده زوج متقابل 5 طبقه با بازده 76% استفاده شده و همچنین حداکثر بازده کلی مبدل به ازای جریان بار 6 میکروآمپر به 52% می رسد. مبدل در تکنولوژی 90 نانومتر و با مساحت تراشه تقریبی 2/0 میلی متر مربع طراحی شده است.

    کلیدواژگان: مبدل ولتاژ DC-DC، مدار مجتمع، برداشت انرژی محیطی، ولتاژ پایین، توان پایین
  • حسین خالقی بیزکی، محمد خاکسار* صفحات 219-225

    یکی از چالش های رادیوهای هوشمند برای تطبیق خود با استانداردهای شبکه، تخمین کور پارامترهای ارسال و دریافت لایه فیزیکی است. این پارامترها می توانند شامل نرخ ارسال، مدولاسیون و شیوه کدگذاری اطلاعات برای مقابله با خطای کانال باشند. از این رو تخمین کد کانال، شامل پارامترهای کد، ماتریس بررسی توازن و ماتریس مولد، یکی از مسایل مطرح در زمینه رادیوهای نرم افزاری است. عموما تخمین کد با استفاده از روش های جبری مانند روش اقلیدسی و روش های مبتنی بر محاسبه مرتبه بر روی رشته بیت دریافتی انجام می گیرد. اشکال عمده این روش ها، کارایی ضعیف آنها در محیط های نویزی است. یک روش برای حل مساله تخمین کد، استفاده از روش های مبتنی بر تبدیل، مانند تبدیل والش- هادامارد می باشد. در این مقاله، الگوریتم جدیدی بر مبنای تبدیل والش- هادامارد برای بازسازی ماتریس بررسی توازن کد کانولوشنال با نرخ دلخواه k/n در شرایط نویزی بالا، یعنی کانال BSC با 07/0 Pe>ارائه می شود که دارای کارایی به مراتب بهتری نسبت به روش های قبلی است. در این الگوریتم با بهره جستن از ویژگی های جبری کد کانولوشنال، یک دستگاه معادلات با k-n معادله مستقل برای تخمین سطرهای ماتریس بررسی توازن، ایجاد شده و سپس با استفاده از تبدیل والش- هادامارد، معادلات به دست آمده حل می شوند. نتایج شبیه سازی از عملکرد مناسب روش پیشنهادی در شرایط نویزی بالا حکایت دارد.

    کلیدواژگان: رادیوی نرم افزاری، کد کانولوشنال، تخمین ماتریس بررسی توزان، تبدیل والش- هادامارد
|
  • Mohammad Reza Banaei*, sajad gabeli sani, khalil monfaredi Pages 153-164

    In this paper, a novel structure and a control method to improve the performance of inductive heating circuits is proposed. In the presented structure, with the combination of the performance of a half-bridge resonant converter with voltage-boost capability, the reduction in output efficiency at low power and at high power is compensated to an acceptable level. The use of the low number of switches and diodes, the use of the high-quality capacitors with low capacities, good quality of the input current and also high power factor ensures the proper operation of the proposed converter. The switching of high frequency switches in the proposed structure is carried out as soft-switching where resulting in very low switching losses. In this converter, the design of the input filter in order to prevent the effects of electromagnetic interference has been prepared. Finally, to demonstrate the proposed structure operation, the simulation and experimental results are presented.

    Keywords: Induction heating, high efficiency, soft switching, voltage boost
  • M. Haghshenas*, R. Hooshmand Pages 165-176

    Controlled reactors as one of the flexible AC transmission systems play an important role in the availability and reliability of power systems.However, in the conventional reliability assessment of power systems, reactive power is considered only as a constraint for the network, and so far no precise model for assessing the reliability of reactors has been provided. In this paper, a new reliability model based on Markov process is proposed for a magnetically controlled reactor (MCR). In the modeling process, first the MCR structure is divided into two distinct parts, and then the extracted Markov models are combined based on frequency/duration technique.Since temperature changes play a significant role in changing the failure rate of electrical equipment, the effect of temperature changes in accordance with the MIL-217F standard has been considered in the proposed model and its impact on the probability of MCR operating modes has been evaluated. The simulation results have shown that in normal temperature conditions, the control system and at high temperatures, reactor windings can have the greatest impact on the availability of MCR. Comparison of reliability indices at different temperatures has shown that under different temperature conditions, different components will affect the availability of MCR. Therefore, in this condition, the measures needed to improve the reliability of the reactor can be different. This fact highlights the importance of considering the effect of operating temperature on reliability assessment as well as planning for preventive maintenance to improve the performance of reactive power sources.

  • A. Jafari*, G. Shahgholian, M. Zamanifar Pages 177-189

    In this paper, the modal analysis of a grid connected doubly-fed induction generator (DFIG) using small signal stability analysis is presented and effect of variation in system parameters such as mutual inductance, stator resistance, line reactance, shaft stiffness and wind speed on the eigenvalues, stability and damping ratio of different modes of system are studied. This analysis shows that which parameters variation can deviate the system from normal working conditions as well as which parameters variation can improve the system behavior. For evaluating the stability and different controllers design, the simulation results show the effects of parameters variations.

    Keywords: Doubly fed induction generator, distributed generators, small signal stability, eigenvalue analysis
  • V. Khaligh *, M. Oloomi Buygi Pages 190-196

    Planning for the coordinated expansion of generation units, taking into account the fuel needed, has always attracted the attention of power industry planners. Failure to coordinated expansion of electricity and gas networks will result in excessive investment and, in some cases, defects in power supply. Therefore, there is a need to a model coordinating the expansion of electricity and gas networks, while taking into account the technical constraints. In this study, centralized expansion of gas and electricity networks is modeled by considering N-1 security criterion in gas network. This modeling is from the perspective of a central investor who, considering the technical constraints, seeks to minimize the total cost of investment and operation of the electricity and gas networks. The results of the gas network investment problem indicate that there is a need to increase pipeline capacity in some areas. In the proposed case study, the investment cost of the gas network is $19 million, while the total cost of investment and operation of the gas network is $37.19 billion. On the other hand, in the electricity grid, new power plants need to be installed in the designated areas. The results also indicate that the capacity of the F-H transmission line should be increased. Moreover, considering the N-1 criterion for gas pipeline outages, the power grid would prefer to install about 3200 MW of new generation units all around the grid thereby boosting the power network against pipeline outages. However, 2400 MW of new generating units would be adequate when N-1 criterion is omitted.

    Keywords: Gas network, electricity network, Expansion planning, security criteria
  • M. M. AlyanNezhadi*, H. Hassanpour, F. Zare Pages 197-204

    In this paper, the impedance of low voltage grids in frequency range of 2 kHz - 150 kHz is estimated using rectangular pulse injections and signal processing techniques. The grid impedance is defined as division of voltage signal to current signal in frequency domain. In noisy condition, the accuracy of impedance estimation is directly dependent to energy of injected signal. The injection signal must has sufficient energy in the frequency range of estimation for an accurate impedance estimation. In the proposed method, several injection signals with different widths are selected with the Genetic algorithm. The grid responses to the injected signals are measured and then denoised for an accurate impedance estimation. When the measurement duration is low, the whole transient state of the grid is not measured; hence the impedance estimation is not accurate. Therefore, in this paper a method is proposed for determining the best measurement duration for impedance estimation using Time-Frequency distributions. The proposed method is applied on several simulated grids and the results show the ability and accuracy of the proposed method in grid impedance estimation.

    Keywords: Frequency response, wavelet transform, grid impedance estimation, time-frequency distribution
  • Zahra Kazemi, Mohammad Mohammadpour, E. Farjah, farshid naseri* Pages 205-212

    In this paper, a new algorithm based on Kalman Filter (KF) is proposed for improving the reliability of power transformer differential protection. The three-phase currents of the transformer at the energization side are first estimated by KF. Three residual signals which are the differences between the measured (by current transformers) and estimated (by KF) are defined and considered as the decision criteria to discriminate the fault and inrush conditions. During the transformer energization, the residual signals are almost zero. However, in fault conditions, the residual signals exceed a determined threshold value and a trip command will be subsequently issued. The performance of the proposed method is verified using simulations in MATLAB and PSCAD software.

    Keywords: Power transformer, differential protection, adaptive filtering
  • A. Hassanzadeh*, F. Alirezaei Pages 213-218

    In this paper, a low voltage boost DC-DC converter has been presented. The circuit can be used for increasing the output voltage of miniature low voltage generators such as TEG, solar and piezoelectric. The converter is fully integrated and works with low voltages as low as 200 mV, and the output voltage can reach 1 V. Body biasing has been used to handle low input voltages. The output power density is 50 µW/mm2, and the converter uses 5 cross coupled stages with 76% efficiency. The maximum total efficiency of the converter for 6 µA load is 52%. The converter uses 0.2 mm2 of chip area using 90 nm technology.

    Keywords: DC-DC converter, integrated circuit, energy harvesting, low voltage, low power
  • M. khaksar*, H. Khaleghi Bizaki Pages 219-225

    Blind estimation of Physical layer transmission parameters, is one of the challenges for smart radios to adapt itself to network standards. These parameters could be transmission rate, modulation and coding scheme that is used for combating with channel errors. Therefore, Channel Coding Estimation, including code parameters, parity check matrix and generator matrix estimation, is one the interesting research topics in the context of software radios. Algebraic methods like Euclidean methods and Rank-based methods are usually performed on intercepted received sequence to estimate the code. Poor efficiency in a high error probability environment is the main drawback of this methods. Transform-based methods, like Walsh-Hadamard transform is one of the methods that could solve channel coding estimation problem. In this paper, new algorithm based on Walsh-Hadamard Transform is proposed that could reconstruct the parity check matrix of convolutional code with general k/n rate in a high error probability environments (BER>0.07), that has much better performance compared to other methods. This algorithm exploits algebraic properties of convolutional code in order to form k-n equation for estimation of k-n rows of the parity check matrix and then use Walsh-Hadamard transform to solve these equations. Simulation results verified excellent performance of the proposed algorithm in high error probability environments compared to other approaches.

    Keywords: Software-defined radio, convolutional code, parity check matrix estimation, Walsh-Hadamard transform