فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال دهم شماره 4 (زمستان 1398)
  • سال دهم شماره 4 (زمستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/08/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد صوفی، علیرضا حاتمی* صفحات 1-14
    در سال های اخیر، استفاده از مولدهای فتوولتائیک برای تولید انرژی الکتریکی گسترش زیادی یافته است. یکی از موضوعات مهم، بهره برداری از مولدهای فتوولتائیک در نقطه حداکثر توان تولیدی است. با توجه به مشخصه غیرخطی ولتاژ - جریان سلول های خورشیدی، برای دستیابی به نقطه حداکثر توان تولیدی، لازم است پارامترهای مختلف تاثیرگذار بر شاخصه های ولتاژ و جریان کنترل شوند. در این مقاله، کنترل کننده غیرخطی مد لغزشی برای بهره برداری مولد فتوولتائیک در نقطه حداکثر توان تولیدی ارائه می شود. سطح لغزش به صورت مشتق توان نسبت به ولتاژ تعریف می شود و سیگنال کنترلی اعمالی به سیستم - با توجه به سطح لغزش انتخاب شده - استخراج می شود. سپس پایداری کنترل کننده مد لغزشی مولد با استفاده از روش لیاپانوف اثبات می شود؛ درنهایت، شبیه سازی های عددی برای اغتشاش های مختلف در نرم افزار MATLAB صورت می گیرند و عملکرد روش پیشنهادی با روش اغتشاش و مشاهده مقایسه می شود. نتایج، موثربودن عملکرد روش پیشنهادی را نسبت به روش اغتشاش و مشاهده بیان می کنند.
    کلیدواژگان: ردیابی نقطه حداکثر توان، کنترل مد لغزشی، مولد فتوولتائیک، انرژی تجدیدپذیر
  • حسین قلی زاده نرم*، یاسر دامچی، محمدظاهر قربانی جویباری صفحات 15-26

    در این مقاله با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبورعسل بهبودیافته، جایابی مناسب کلیدها برای بیشینه سازی قابلیت اطمینان فیدرهای شبکه توزیع نمونه در استان مازندران با در نظر گرفتن تولید پراکنده پیشنهاد می شود. در این راستا، اطلاعات واقعی شبکه شامل تعداد مصرف کننده ها، مقدار متوسط مصرف، خرابی فیدرها، مدت دسترسی به فیدرها، زمان تعمیر و... برای تعیین شاخص های قابلیت اطمینان شبکه استفاده می شوند. مکان بهینه کلیدها، با توجه به سناریوهای مختلف ناشی از حضور تولید پراکنده و اهمیت فیدرها، در شبکه مطالعه شده تعیین می شود. همچنین، تاثیر کلیدهای کات اوت تیغه ای و نقاط رینگ موجود در فیدرها در تعیین مکان مناسب کلیدها لحاظ شده است که معمولا در تحلیل های قابلیت اطمینان شبکه توزیع و جایابی کلیدها در نظر گرفته نمی شود. برای تعیین اهمیت فیدرها، شاخص های مختلفی لحاظ شده و به منظور وزن دهی به این شاخص ها، پرسشنامه ای تهیه شده است تا از تجارب پرسنل شرکت توزیع استفاده شود. مقایسه و تحلیل نتایج به دست آمده، نشان دهنده توانایی روش پیشنهادی در تعیین مکان مناسب کلیدها در یک شبکه واقعی است.

    کلیدواژگان: جایابی کلید، قابلیت اطمینان، بهینه سازی، الگوریتم زنبورعسل، شبکه توزیع
  • حسین خلیلیان، حسین فرزانه فرد*، احسان ادیب صفحات 27-38
    در این مقاله، مبدل بهینه سازی ضریب توان یک طبقه با کلید زنی نرم برای راه اندازی دو رشته از چراغ های LED ارائه شده است. در مبدل پیشنهادی، یک ترانسفورمر به یک ساختار نیم پل رزونانس سری نا متقارن اضافه شده است تا بتوان به جریان ورودی شکل داد. همچنین، شرایط کلید زنی نرم در جریان صفر (ZCS) و ولتاژ صفر (ZVS) برای کلید ها فراهم شده است. جریان های خروجی نیز با یکدیگر برابر و مستقل از ولتاژ خروجی اند که باعث می شود به فیدبک جریان یا روش های تقسیم جریان فعال نیاز نباشد. در مبدل پیشنهادی، ولتاژ خازن لینک DC و همچنین، استرس ولتاژ کلید ها پایین است که باعث می شود از المان های نیمه هادی با ولتاژ و مقاومت هدایتی پایین و خازن های ولتاژ پایین با اندازه کوچک بتوان استفاده کرد. در این مبدل، اعوجاج هارمونیکی (THD) جریان ورودی، پایین و ضریب توان مبدل بهینه است. برای تصدیق ویژگی های این مبدل، ابتدا وضعیت های عملکردی آن، بررسی و سپس نحوه طراحی آن گزارش می شود. در انتها نیز نتایج حاصل از ساخت نمونه آزمایشگاهی مبدل پیشنهادی جهت تغذیه دو رشته LED با توان 50 وات و ولتاژ خروجی 70 ولت با ورودی برق شهر (220 ولت 50 هرتز) ارائه شده است.
    کلیدواژگان: کلیدزنی نرم، بهینه سازی ضریب توان، راه اندازی چراغ LED، تداخلات هارمونیکی
  • کاظم شکوهی مهر، محسن فرشاد*، رمضان هاونگی، ناصر مهرشاد صفحات 39-52
    امروزه رویکرد تلفیق داده های سامانه ناوبری اینرسی ارزان قیمت و ماهواره ای به منظور بالابردن دقت و قابلیت اطمینان مرسوم شده است. خوداتکایی، نرخ بالای تعیین داده ها، ارائه داده های دورانی و البته محدودیت کاهش دقت با گذشت زمان در سامانه های ناوبری اینرسی و همچنین، نرخ پایین داده ها، ارائه نشدن داده های دورانی و انسداد یا اختلال در دریافت داده های GNSS، توفیق روزافزون این رویکرد را سبب شده است. همچنین، روش های تلفیقی مبتنی بر فیلتر کالمن، با محدودیت هایی نظیر وابستگی به مدل، ضرورت در اختیار داشتن دانش پیشین، خطی سازی و از همه مهم تر کاهش کارآیی در زمان قطع شدن سیگنال های GNSS مواجه اند. هدف این مقاله، معرفی یک روش تلفیقی هوشمند برخط، با قابلیت اطمینان بالاست؛ به گونه ای که در شرایط قطع شدن یا اختلال در سیگنال های GNSS نیز کارآیی خود را حفظ کند. نتایج شبیه سازی ها با شبکه عصبی GMDH و مقایسه آن با روش مرسوم فیلتر کالمن و شبکه های عصبی MLP و RBF نشان می دهند شبکه GMDH می تواند به دلیل سرعت و قابلیت بالا در تخمین و تصحیح خطای INS (ناشی از ساختار ساده و حذف نرون های غیرفعال با انتخاب روشی موثر برای آموزش)، در عملیات ناوبری به صورت برخط و برای شرایط اجتناب ناپذیر در دسترس نبودن داده های GNSS استفاده شود.
    کلیدواژگان: تلفیق داده ها، سیستم اینرسی، سیستم ناوبری ماهواره ای جهانی، شبکه عصبی GMDH، فیلتر کالمن
  • لقمان سامانی، رحمت الله میرزایی* صفحات 53-70

    مشخصه توان - ولتاژ در یک سیستم فتوولتائیک، مشخصه غیرخطی است. محل و مقدار نقطه ماکزیمم توان[i] (MPP) به شرایط محیطی مانند شدت نور و دمای محیط بستگی دارد. برای استخراج ماکزیمم توان به سیستمی نیاز است که شامل یک مبدل DC-DC و یک روش کنترلی است؛ به چنین سیستمی، ردیابی نقطه ماکزیمم توان[ii] (MPPT) گفته می شود که یک قسمت اساسی در سیستم فتوولتائیک است. یکی از این روش های کنترلی استفاده شده در MPPT، روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل[iii] (MPC) است. روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل با استفاده از معادلات مربوط به مبدل dc-dc، نقطه ماکزیمم توان را ردیابی می کند. در کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، معادلات سیستم به صورت ایدئال نوشته می شوند؛ درحالی که در واقعیت و با مرور زمان، مقادیر عناصر موجود در مبدل dc تغییر کرده یا نامشخص اند. برای حل این مشکل دو راه حل وجود دارد: راه حل نخست این است که معادلات سیستم به صورت واقعی نوشته شوند؛ درنتیجه، فرمول ها بسیار پیچیده می شوند و حجم زیادی از حافظه و زمان میکروپروسسور را اشغال می کنند و درنهایت، سرعت عملکرد کنترل را کاهش می دهند. در بیشتر اوقات نیز مقادیر دقیق عناصر موجود در مدار مشخص نیستند. روش دوم، استفاده از سنسورهای اضافی است که این امر نیز باعث افزایش قیمت سیستم می شود. در این مقاله با استفاده از یک کنترلر فازی، عملکرد کنترل پیش بین مبتنی بر مدل در صورت وجود عدم قطعیت در مدل مبدل بهبود می یابد. در ضمن با استفاده از این روش، نیاز به سنسورهای اضافی برای تشخیص نامعینی عناصر موجود در مبدل DC-DC برطرف می شود. نتایج با استفاده از نرم افزار متلب (MATLAB) ارائه شده اند و عملکرد بهتر این روش را در مقایسه با روش کنترل پیش بین مبتنی بر مدل و روش کنترلر فازی مرسوم نشان می دهند.

    کلیدواژگان: ردیابی ماکزیمم توان، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، کنترل فازی، سیستم فتوولتائیک
  • هادی بیشه، مجید معظمی، بهادر فانی، غضنفر شاهقلیان* صفحات 71-90
    سال های اخیر، منابع تولید پراکنده، با توجه به دستاوردهای فراوانشان، به بخش جدانشدنی و بااهمیت در شبکه های قدرت امروزی تبدیل شده اند. بهود تنظیم ولتاژ شبکه، کمک به شرایط اوج مصرف و کاهش بارگذاری خطوط انتقال و ترانسفورماتورهای قدرت، بهره مندی از انرژی های تجدیدپذیر و کاهش آلایندگی محیط زیست ازجمله دلایل رشد و توسعه منابع تولید پراکنده اند. در مقابل مزیت های این منابع برای شبکه، افزایش حضور منابع تولید پراکنده، چالش های جدیدی برای شبکه های قدرت فراهم کرده است. از مهم ترین مشکلات ایجادشده، تاثیر بر عملکرد سیستم حفاظتی شبکه است. ساختار حفاظتی سنتی شبکه ها با تاثیر از حضور منابع تولید پراکنده، دچار اختلال می شود و عملکرد نادرستی خواهد داشت. در این مقاله با بهره گیری از الگوریتم کنترل خطی هوشمند جدید، به بازیابی هماهنگی حفاظتی اقدام شده است. روش پیشنهادی با تنظیم ضریب جریانی رله اضافه جریان، سبب اصلاح منحنی مشخصه حفاظتی سیستم حفاظتی می شود. براساس استراتژی پیشنهادی، کنترل مطابق با منحنی های متداول رله های اضافه جریان است و از استاندارهای مربوط به آنها پیروی می کند. برای این منظور، با استفاده از یک بلوک کنترلی افتی جدید و نمونه برداری از کمیت جریان رله اضافه جریان به صورت محلی با جریان تنظیمی روی رله بازیابی شده، عملکرد سیستم حفاظتی حفظ می شود. استراتژی پیشنهادی روی دو ریزشبکه واقعی مجزا در منطقه اصفهان، با نرم افزار ETAP، تست و ارزیابی شده است. نتایج ارائه شده بیان کننده توانایی روش پیشنهادی در حفظ هماهنگی حفاظتی در ریزشبکه های با ضریب نفوذ بالای منابع تولید پراکنده خواهد بود.
    کلیدواژگان: ضریب جریانی، رله اضافه جریان، کنترل هوشمند، هماهنگی حفاظتی
|
  • Mohammad Soofi, Alireza Hatami * Pages 1-14
    In recent years, the use of photovoltaic generators for the production of electrical energy has become widespread. One of the important issues is the utilization of photovoltaic generators at the maximum output power point, considering the non-linear voltage-current characteristic of solar cells, is that various parameters affecting the voltage and current characteristics need to be controlled to reach the maximum output power point. This paper presents a nonlinear sliding mode controller for photovoltaic generator operation at the maximum output power point. The sliding surface is defined as the derivative of power with respect to the voltage, and the applied control signal to the system is extracted depending on the selected slide surface. The stability of proposed controller is proved using Lyapunov Method. Finally, numerical simulations are performed for different perturbations in MATLAB software and the performance of the proposed method is compared with the perturbation and observation methods. The results show the effectiveness of the proposed method as compared with the conventional perturbation and observation approaches.
    Keywords: Renewable energy, Photovoltaic Generator, Sliding Mode Control, maximum power point tracking
  • Hossein Gholizade Narm *, Yaser Damchi, Mohammad Zaher Ghorbani Jouybari Pages 15-26

    In this paper, the modified bee optimization algorithm is proposed to appropriate switches placement regarding distributed generation to maximize the feeders’ reliability of a typical distribution network in Mazandaran. In this regard, actual network information including number of consumers, average consumption, feeders failures, feeders access time, repair time, etc. are used to determine network reliability indices. The optimal location of switches is determined by different scenarios due to the presence of distributed generation and the importance of feeders in the studied network. Moreover, the effect of cut-out fuses and ring points on feeders is considered in determining the appropriate switches placement, which is usually not considered in the reliability analysis of the distribution network and switches placement. Different indices are considered to determine the importance of feeders and a questionnaire has been prepared to utilize the personnel experiences of the distribution company to weigh these indices. Comparing and analyzing the results shows the ability of the proposed method in determining the appropriate switches locations in a real network.

    Keywords: Switch Placement, reliability, Optimization, Bee Algorithm, Distribution Network
  • Hosein Khalilian, Hosein Farzanehfard *, Ehsan Adib Pages 27-38
    In this paper, a single-stage soft-switching power-factor-correction (PFC) converter is proposed for driving two strings of LEDs. In the proposed driver, a transformer is added to an asymmetric series resonant half bridge converter to shape the input current. Also, zero-current-switching condition (ZCS) and zero-voltage-zero-current-switching (ZVZCS) condition are provided for switches at turn-on and turn-off, respectively, and near-unity power-factor is achieved for the converter. Moreover, the output currents are equal and independent of the output voltages which eliminates the need for current feedback or active current sharing method. Besides, the proposed driver provides minimum voltage for DC-bus capacitor and also switches voltage stress, while attaining low THD. Therefore, low voltage rating semiconductors with low on resistance and lower voltage capacitors with lower volume can be used. To validate the proposed driver features, operating principle of the proposed LED driver is presented, design considerations are discussed and experimental results of a laboratory prototype for supplying two 50 W/70 V strings of LED modules from 220 Vrms/50 Hz ac main is reported in this paper.
    Keywords: Soft switching, Power Factor Optimization, LED Light Driver, Harmonic Interference
  • Kazem Shokoohi Mehr, Mohsen Farshad *, Ramazan Havangi, Nasser Mehrshad Pages 39-52
    Nowadays, integrating data of cost-effective satellite inertial navigation systems has become conventional for the sake of increasing accuracy. Self-sufficiency, high rate of data specification, rotational data presentation and, of course, reduced accuracy over time in the inertial navigation systems on the one hand, and the low rate of data, the lack of presenting rotational data, and the obstruction or disruption of the receipt of the GNSS data on the other hand, has made this approach increasingly successful. Furthermore, the integrated approaches based on Kalman Filter have other limitations such as reliance on the model, the need to have prior knowledge, linearization, and most importantly, efficiency reduction at the obstruction of the GNSS. The purpose of this paper is to introduce an intelligent, highly reliable online method maintains its performance at the obstruction or disruption of the GNSS. Simulation results with GMDH neural network and comparison with the conventional Kalman Filter and MLP neural network methods reveal that GMDH, because of high speed and capability in approximation and correction of INS errors (due to simple structure and the elimination of inactive neurons through an effective method for training), can be used at online navigation operations and for the inevitable conditions of lacking the GNSS data.
    Keywords: Data Fusion, Inertial System, Global Satellite Navigation System, GMDH Neural Network, Kalman filter
  • Loghman Samani, Rahmatollah Mirzaei * Pages 53-70

    The P-V characteristic of a photovoltaic system is a nonlinear characteristic. The location and the value of the maximum power point in a Photovoltaic (PV) system depends on environmental conditions such as the intensity of solar radiation and the ambient temperature. To extract maximum power, a system including a DC-DC converter and a control method is required. Such a system is called maximum power tracking (MPPT), which is an essential part of a photovoltaic system. Model predictive control (MPC) is a type of control method which is used in MPPT. The model-based predictive control method detects the maximum power point using the equations of the dc-dc converter. In MPC, the system equations are ideally formulated. However, the values of the elements in the dc -dc converter change over time. There are two solutions to this problem. The first is to write real system equations. As a result, the formulations become very complicated and take up a large amount of microprocessor time and memory. Also, most of the time the exact values of the elements in the circuit are unknown. The second method is the use of additional sensors, which increases the cost of the system. In this article, a Fuzzy Model Predictive Control (FMPC) method is proposed for a Cuk converter to implement MPPT in photovoltaic systems. The proposed method obtains an improved performance and eliminates the need for the actual values of the elements. The method has been simulated in the MATLAB/Simulink workspace and its performance superiority has been demonstrated by comparing it against existing MPC and FL- MPPT approaches.

    Keywords: maximum power point tracking, Model predictive control, Fuzzy Controller, Photovoltaic Systems
  • Hadi Bisheh, Majid Moazzami, Bahador Fani, Ghazanfar Shahgholian * Pages 71-90
    In recent years, the distributed generation resources (DGR) have become an essential and inseparable component in power networks and have achieved major success. Improving network power voltage, helping in peak load conditions and reducing load on power lines and transformers, utilizing renewable energies and reducing environmental pollution constitute some of the reasons for their expansion. In contrast to all these advantages in a given network, the increased presence of distributed generation resources has presented new challenges for power networks. One of the most important problems is the impact on system protection functionality. The traditional protection structure of the networks will be impaired and malfunctioned due to the presence of distributed generation resources. In this paper, a new intelligent linear control algorithm is used to restore the protective coordination. The proposed method modifies the protection characteristic curve of the protection system by adjusting the overcurrent relay current coefficient. This control procedure is in accordance with the widely applied over-current relay curves and complies with the relevant standards. For this purpose, by using a new drop control block and local sampling of over-current relay current, current setting of the relay is recovered to keep the correct operation of protection system. The proposed method is evaluated on two real micro-grids test system in Isfahan province by ETAP software. The findings indicate the ability of this method in coordinating the protection functionality of micro-grids with high penetration coefficient of DGR.
    Keywords: Current Coefficient, Over Current Relay, Intelligent control, Protection Coordination