فهرست مطالب

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال هفدهم شماره 4 (پیاپی 53، زمستان 1398)

  • الف-مهندسی برق
  • تاریخ انتشار: 1398/12/06
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مرتضی میخک بیرانوند، بهروز رضایی علم*، مهرداد جعفربلند، ولی الله ابراهیمیان، محسن عسگری صفحات 229-239

    بیشترین خرابی های ترانسفورماتورهای قدرت ناشی از مشکلات حرارتی می باشد که این مشکلات در شرایط کاری غیر نامی مثل تغذیه بارهای هارمونیکی بیشتر بروز پیدا می کند. تحلیل گرمایی ترانسفورماتور و گرمای اضافی تحمیل شده به ترانسفورماتور به علت وجود هارمونیک ها موضوع مورد بررسی این مقاله است. در این مقاله یک مدار معادل حرارتی جدید ارائه می شود به نحوی که دمای اجزای مختلف ترانسفورماتورهای قدرت روغنی را به صورت تفکیک شده  در شرایط تغذیه بارهای هارمونیکی مشخص می کند. تلفات اجزای مختلف ترانسفورماتور به عنوان منبع تولید حرارت بایستی محاسبه شوند و به این منظور در این مقاله یک روش مدل سازی المان محدود 3بعدی مناسب پیشنهاد شده است که قادر به محاسبه تلفات اجزای مختلف ترانسفورماتور قدرت با ساختار هندسی پیچیده است. مقایسه نتایج به دست آمده از مدار معادل حرارتی پیشنهادشده با دماهای نقاط داغ سیم پیچی و میانگین روغن به دست آمده از 57.91IEEE Std C نشان می دهد مدار معادل حرارتی پیشنهادی از دقت کافی برای تخمین توزیع دمای ترانسفورماتور تغذیه کننده بارهای هارمونیکی برخوردار است. به منظور جلوگیری از افزایش دمای ترانسفورماتور با تغذیه بارهای هارمونیکی، کاهش بارگیری ترانسفورماتور مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: المان محدود، ترانسفورماتور قدرت روغنی، جریان های غیر سینوسی، کاهش بارگیری، مدار معادل حرارتی
  • محمدرضا سلطانپور* صفحات 240-250

    در این مقاله، یک کنترل کننده مد لغزشی ترمینال تطبیقی بدون تکینگی مبتنی بر رویتگر اغتشاش برای فرایند تشخیص و کنترل فرایند تحریک سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی میکروالکترومکانیک پیشنهاد می شود. بدین منظور در ابتدا معادلات دینامیکی سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی بیان می گردد. در ادامه معادلات دینامیکی این سیستم به حوزه معادلات حالت و سپس به حوزه خطای ردگیری انتقال داده می شود. پس از آن ساختار دینامیکی رویتگر اغتشاش زمان محدود ارائه می گردد. سپس روش طراحی کنترل مد لغزشی ترمینال تطبیقی بدون تکینگی و مبتنی بر رویتگر اغتشاش زمان محدود بیان می شود. راهکار پیشنهادی کنترل فرایند تحریک را در حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری موجود در معادلات دینامیکی سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی میکروالکترومکانیکی انجام می دهد و فرایند تشخیص از طریق تنها یک قانون تطبیقی انجام می گردد. اثبات ریاضی نشان می دهد که سیستم حلقه بسته با کنترل پیشنهادی و در حضور عدم قطعیت های موجود، دارای پایداری مجانبی سراسری زمان محدود است. حضور رویتگر اغتشاش در ساختار کنترل پیشنهادی باعث می شود تا نقش عدم قطعیت های غیر ساختاری در فرایند کنترل سیستم ژیروسکوپ را تضعیف نماید و دامنه ورودی کنترل را نیز کاهش دهد. برای بررسی عملکرد کنترل پیشنهادی، شبیه سازی هایی در 3 مرحله بر روی سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی الکترومکانیک پیاده سازی می گردد. نتایج شبیه سازی ها، عملکرد مطلوب راهکار پیشنهادی را تایید می نمایند.

    کلیدواژگان: سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی الکترومکانیک، عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری، کنترل مد لغزشی ترمینال تطبیقی بدون تکینگی، رویتگر اغتشاش زمان محدود
  • مجتبی حیدری*، حسین خرمی کیا، سید محمد دهقان صفحات 251-260

    در این مقاله یک مبدل DC-DC غیر ایزوله کاهنده- افزاینده جدید با محدوده گسترده ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی پیشنهاد می شود. مبدل پیشنهادی دارای جریان ورودی پیوسته بوده و قابلیت افزایش و کاهش ولتاژ ورودی را در دوره کاری پایین تری از سوییچ قدرت نسبت به مبدل های کاهنده- افزاینده غیر ایزوله مرسوم فراهم می کند. این موضوع باعث کاهش ریپل جریان سلف ها و کاهش تلفات هدایت و افزایش بازده کلی آن می شود. ساختار مدار پیشنهادی و سیستم کنترل آن ساده بوده و همچنین سوییچ های مورد استفاده به صورت هم زمان با یکدیگر روشن و خاموش می شوند. در این مقاله تحلیل حالت ماندگار مبدل پیشنهادی در مد CCM ارائه می شود. نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی صحت عملکرد مبدل پیشنهادی و تحلیل های تئوری را تایید می کند.

    کلیدواژگان: مبدل DC-DC کاهنده- افزاینده غیر ایزوله، مبدل DC-DC با محدوده تبدیل ولتاژ گسترده (WIWO)، بهره ولتاژ بالا
  • محی الدین گنجیان ابوخیلی، مجید شهابی*، قباد شفیعی صفحات 261-270

    استفاده از مشخصه شیب افتی در سطح کنترل اولیه جهت کنترل منابع موجود در ریزشبکه، همواره با یک خطای ماندگار در ولتاژ و فرکانس و عدم تسهیم مناسب توان راکتیو همراه می باشد. به کارگیری کنترل ثانویه می تواند تا حد مطلوبی این عیوب را جبران نماید. کنترل ثانویه به روش توزیع شده در مقابل روش متمرکز، مزیت های مختلفی مانند افزایش قابلیت اطمینان، انعطاف پذیری و توسعه پذیری را به ارمغان می آورد. پیاده سازی کنترل ثانویه توزیع شده معمولا مبتنی بر الگوریتم اجماعی است که شبکه مخابراتی نقش بسیار مهمی در آن ایفا می کند. شبکه مخابراتی معمولا به صورت پیوسته و با نرخ ثابت تبادل داده مدل شده است. در این مقاله با توجه به ماهیت گسسته شبکه مخابراتی، مدل گسسته الگوریتم اجماعی و شبکه مخابراتی آن در نظر گرفته شده است. همچنین به منظور کاهش میزان تبادل داده و آزادسازی ترافیک شبکه مخابراتی، دو نوع انتقال داده نامنظم وابسته به شرایط و مستقل از شرایط پیشنهاد شده است. در این روش فواصل زمانی بین انتقال داده‏ها یکسان نمی باشد. همچنین تاخیر زمانی در انتقال داده به عنوان یک اثر نامطلوب مورد بررسی قرار گرفته است. روش پیشنهادی بر روی یک ریزشبکه جزیره‏ای اعمال شده و نتایج حاصل از شبیه سازی عملکرد مطلوب این روش را به خوبی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: الگوریتم اجماعی، انتقال داده نامنظم، ریزشبکه، کنترل ثانویه توزیع شده
  • میثم زمانی، غضنفر شاهقلیان* صفحات 271-278

    پایدارساز سیستم قدرت تاثیر بسزایی در میرایی مدهای بین ناحیه ای ندارد و از سیستم های انتقال انعطاف پذیرجریان متناوب (FACTS) برای میرایی این مدها و پایداری سیستم قدرت استفاده می شود. در این مقاله یک تابع هدف بر مبنای ضرایب وزنی متفاوت و متغیر بر اساس موقعیت مقادیر ویژه ارائه می گردد و بهینه سازی پارامترهای پایدارساز سیستم قدرت (PSS) و ادوات امپدانس متغیر شامل جبران کننده وار استاتیکی (SVC) و خازن سری کنترل شده با تریستور (TCSC) شامل ضریب بهره تقویت کننده و ثابت های زمانی بلوک های جبران کننده فاز به صورت هماهنگ با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام شده است. همچنین در فرایند بهینه سازی مکان ادوات FACTS و سیگنال کنترلی نیز به عنوان پارامتر بهینه سازی در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی در سیستم قدرت 68باسه IEEE بهبود میرایی مدهای بین ناحیه ای را با استفاده از روش پیشنهادی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: پایدارساز سیستم قدرت، جبران کننده وار استاتیکی، خازن سری کنترل شده با تریستور، طراحی هماهنگ کنترل کننده های سیستم قدرت، الگوریتم ژنتیک
  • ساسان قاسمی، امین خدابخشیان*، رحمت الله هوشمند صفحات 279-286

    هدف از بازیابی شبکه های توزیع، انرژی رسانی مجدد به بارهای بی برق شده شبکه پس از رخداد خطا است که با تغییر در وضعیت کلیدهای شبکه و در نظر گرفتن قیود شبکه انجام می گیرد. در این مقاله، یک روش بازیابی چندمرحله ای با کمک روش درخت تصمیم گیری اصلاح شده جهت بازیابی شبکه های توزیع با هدف بازیابی حداکثر بار بی برق شبکه با کمترین تعداد کلیدزنی ارائه شده است. روش بازیابی چندمرحله ای پیشنهادشده در سه مرحله 1) بازیابی اولیه شبکه با بستن کلیدهای در حالت عادی باز شبکه، 2) بازآرایی و 3) بهینه سازی عملیات قطع بار انجام می گیرد. به منظور کاهش فضای جستجو در روند بازیابی، کلیدهای شبکه در گروه های مختلفی دسته بندی شده اند که از حرکت به سمت فضاهای جواب نامناسب جلوگیری می کند. روش پیشنهادی بر روی شبکه های 69باسه و 119باسه استاندارد IEEE اجرا شده است. نتایج به دست آمده بیانگر کارایی و دقت بالای روش پیشنهادی در بازیابی شبکه های توزیع می باشد.

    کلیدواژگان: بازیابی شبکه توزیع، بازآرایی، بارزدایی بهینه
  • محمد رسول جان نثار، محسن کلانتر، علیرضا صدیقی انارکی* صفحات 287-295

    در این مقاله، تخصیص بهینه باتری ذخیره ساز انرژی در شبکه توزیع با هدف کاهش اوج بار و سودآوری حداکثری انجام شده است. برای این منظور، شاخص هایی با استفاده از اطلاعات بار ساعتی، هزینه ارتقای فیدر و قیمت فروش برق به تعرفه های مختلف، معرفی شده است. در ادامه با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی، شاخص ها وزن دهی شده و فیدر مناسب برای نصب ذخیره ساز مشخص شده است. سپس به منظور دستیابی به میزان حداکثر ممکن کاهش اوج بار و تامین سود حداکثری، یک تابع هدف اقتصادی با هدف یافتن اندازه و نحوه شارژ و دشارژ بهینه ذخیره ساز تعریف شده است. تابع هدف شامل هزینه های نصب و بهره برداری ذخیره ساز، سود خرید و فروش انرژی، سود به تعویق افتادن توسعه شبکه، سود ناشی از مسایل زیست محیطی و سود ناشی از کاهش هزینه های دسترسی به شبکه بالادست است. با توجه به کاهش اوج بار، محدوده توان و ظرفیت باتری و همچنین تعادل در میزان شارژ و دشارژ باتری، قیود مناسبی در نظر گرفته شده است. با توجه به غیر خطی بودن تابع هدف، در ابتدا مولفه هایی که در غیر خطی شدن تابع هدف نقش داشته اند با توجه به الگوریتم های ابتکاری (ژنتیک، دسته ذرات، مورچگان و جستجوی ممنوع) تعیین شده و سپس تابع هدف توسط روش خطی نقطه داخلی حل شده است. نتایج ضمن تامین اهداف مد نظر، مناسب ترین باتری و روش بهینه سازی را از بین باتری ها و روش های معرفی شده ارائه می دهد.

    کلیدواژگان: الگوریتم های ابتکاری، باتری ذخیره ساز انرژی، تجارت انرژی، سودآوری حداکثری، کاهش اوج بار
  • محمدرضا ساطوری*، ابوالحسن رزمی نیا، آرش مرعشیان صفحات 296-301

    در این مقاله کنترل دینامیک عرضی خودرو با سرعت طولی ثابت، با استفاده از برنامه ریزی پویای تطبیقی، کنترل پس گام و نظریه بازی های مجموع- صفر بررسی شده است. دینامیک به صورت غیر خطی در نظر گرفته شده و گشتاور فرمان به جای زاویه فرمان به عنوان ورودی قرار گرفته است. در روش ارائه شده ابتدا دینامیک عرضی خودرو به همراه دینامیک نگهداری خط ادغام شده و تشکیل یک زیرسیستم می دهند که ورودی آن زاویه فرمان است و انحنای جاده به عنوان اغتشاش در نظر گرفته شده است. با استفاده از برنامه ریزی پویای تطبیقی، شبکه‎های عصبی و نظریه بازی های مجموع- صفر برای این زیرسیستم، قانون کنترل بهینه استخراج شده و سپس نتیجه به زیرسیستم دوم که همان دینامیک زاویه فرمان خودرو است اعمال می گردد که در آن قانون کنترل با استفاده از روش کنترل پس گام استخراج می شود. در پایان به منظور مشاهده کارایی الگوریتم ارائه شده، روش مذکور بر روی یک مدل، شبیه سازی می شود.

    کلیدواژگان: بازی مجموع- صفر، برنامه ریزی پویای تطبیقی، کنترل بهینه، کنترل پیش گام، کنترل عرضی خودرو
|
  • m. mikhak, B. Rezaeealam*, m. jafarboland, v. ebrahimian, m. asgari Pages 229-239

    The majority of the power transformers failures are caused by the thermal stresses under abnormal operating conditions, such as harmonic loads. Therefore, it is of great interest to determine the temperature distribution inside the power transformers. In this paper, a new thermal equivalent circuit is presented by which the temperature in different regions of the transformer is estimated under harmonic loads. Also, the three-dimensional Finite Element (FE) Model of the power transformer is developed to calculate the power losses in each part of the transformer that are considered as the heat sources in the proposed equivalent circuit. The computed hotspot and average oil temperatures are compared with those obtained from IEEE Std C57.91 method, thereby the accuracy of the proposed method for calculating the temperature rise due to harmonic loads, is investigated. Finally, derating of the power transformer is discussed under harmonic loads.

    Keywords: Oil power transformer, non-sinusoidal currents, thermal equivalent circuit, finite element method
  • M. R. Soltanpour* Pages 240-250

    In this paper, an adaptive non-singular terminal sliding mode control based on disturbance observer is proposed for detection process and control of the micro-electromechanical vibratory gyroscope stimulation process. For this purpose, the dynamical equations of the vibrational gyroscope system are initially expressed. In the following, the dynamical equations of this system are transmitted to the domain of state-space equations and then to the domain of tracking error. After that, the dynamic structure of the finite time disturbance observer is presented. Then, the design of the adaptive non-singular terminal sliding mode control based on finite time disturbance observer is expressed. The proposed strategy carries out the control of the stimulation process in the presence of structured and un-structured uncertainties existing in the dynamic equations of the microelectromechanical vibrational gyroscope system, and performs the detection process through only an adaptive law. The mathematical proof shows that the closed-loop system with the proposed control, and in the presence of the existing uncertainties, has the finite time global asymptotic stability. The presence of a disturbance observer in the proposed control structure will weaken the role of un-structured uncertainties in the gyroscope control process and reduce the control input amplitude. In order to evaluate the proposed control performance, simulations in 3 steps are implemented on the electromechanical vibrational gyroscope system. Simulation results confirm the desired performance of the proposed control.

    Keywords: Micro-electromechanical vibratory gyroscope, structured, un-structured uncertainties, adaptive non-singular terminal sliding mode control, inite time disturbance observer
  • M. Heydari*, h. khoramikia, Seyed Mohammad Dehghan Pages 251-260

    In this paper, a new wide-input-wide-output non-isolated buck-boost DC-DC converter is presented. The proposed converter has continuous current and is able to buck and boost the input voltage with shorter duty-cycles of the power switch compared to conventional buck-boost converters. A smaller duty cycle for a given voltage gain translates to lower current ripple of the inductors, reduced conduction losses, alleviated voltage stresses of the semiconductor switches and improved overall efficiency. The proposed converter also benefits from a simpler structure and control scheme. In this paper, the steady state operation of the proposed converter is investigated under both continuous conduction mode (CCM). The simulation and experimental results confirm the validity of theoretical analysis as well as the proper performance of the proposed converter.

    Keywords: Non-isolated buck-boost DC-DC converter, wide-input wide-output DC-DC converter, high step-up gain
  • Mohyedin Ganjian, Abukheili, Qobad Shafiee Pages 261-270

    The steady state error in voltage amplitude and frequency and improper reactive power sharing are main disadvantages of droop control in primary level of control of distributed resources (DERs) in microgrid. Secondary control can compensate these problems. In contrary to centralize control, distributed secondary control may bring merits such as reliability, flexibility and scalability improvement. The distributed secondary control is usually implemented using consensus algorithm whose communication network is very important. Communication network is usually modeled continuously with a constant transfer rate. In this paper, the consensus algorithm with communication network are implemented in discrete domain because of discrete nature of them. Two aperiodic data transfer strategies state dependent and state independent are also proposed for releasing communication network burden where data rate is not fixed. Time delay as a non-desirable effect is evaluated. The proposed method applied on an islanded microgrid, and simulation results show the effectiveness of the proposed method.

    Keywords: Aperiodic data transfer, consensus algorithm, distributed secondary control, microgrid
  • m. zamani, G. Shahgholian* Pages 271-278

    Power system stabilizer (PSS) does not have a significant impact on inter-area modes and FACTS devices are used to damping these modes and to enhance power system stability. In this article, an objective function based on different and variable weight coefficients according to eigenvalues condition is proposed and optimization parameters of power system stabilizer and variable impedance parameters include static VAR compensator (SVC) and thyristor controlled series capacitor (TCSC), (Including amplifying gain rate and time constant of phase-compensating blocks) is done using genetic algorithm in harmony. Also, in the process of optimization, the location of the FACTS devices and the control signal are considered as optimization parameters. Simulation results on IEEE 68-bus system show improvement damping of inter-area modes using the proposed method.

    Keywords: Power system stabilizer (PSS), static VAR compensation (SVC), thyristor-controlled series capacitor (TCSC), coordinate design, genetic algorithm
  • s. ghasemi, A. Khodabakhshian*, R. Hooshmand Pages 279-286

    The purpose of distribution networks restoration is to re-energize the out-of-service loads after fault occurrence which is accomplished by changing the status of network switches and considering the network constraints. In this paper a multi-stage restoration method by the help of the modified decision-making tree algorithm is proposed to maximize the restored loads and also to minimize switching operations. The main stages of this method include initial restoration, reconfiguration and optimal load shedding. To reduce the search space, the network switches are categorized into different sets which avoid having any inappropriate result space. The proposed method is tested on two IEEE 69-bus and 119-bus distribution networks. The simulation results confirm the accuracy and efficiency of the proposed method in distribution network restoration.

    Keywords: Distribution network restoration, reconfiguration, Optimal load shedding
  • mohammad rasol jannesar, mohsen kalantar, A. R. Sedighi* Pages 287-295

    In this paper, the optimal allocation of battery energy storage in the distribution network is performed for peak shaving and maximizing profitability. To this end, indicator shave been introduced using hourly load information, feeder upgrade cost and electricity sales price to various tariffs. Then, using the Analytic Hierarchy Process (AHP), the indicators are weighted and a suitable feeder is indicated for installing energy storage. Then, to achieve the maximum possible peak shaving and maximize profit, an economic objective function is defined to determine the optimal sizing and charge-discharge of the energy storage. The objective function includes the investment and operating cost of battery energy storage and the profits of energy arbitrage, deferring facility investment, environmental issues, and reducing the upstream access cost. Appropriate constraints are considered according to the peak shaving, range of battery power and energy capacity as well as balance in the amount of charge and discharge. Due to the nonlinearity of the objective function, the components involved in the nonlinearity of the objective function are determined according to the heuristic algorithms (Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO), Ant Colony Optimization (ACO), and Tabu Search (TS)) and then the objective function is solved by the Interior-point linear programming. The results provide the most suitable battery type and optimization method among the introduced batteries and methods while fulfilling the objectives.

    Keywords: Heuristic methods, battery energy storage, energy arbitrage, maximum profitability, peak shaving
  • Mohammad Reza Satouri*, Abolhassan Razminia, Arash Marashian Pages 296-301

    Lateral vehicle’s control with constant longitudinal velocity using adaptive dynamic programming, backstepping and zero-sum games theory is investigated in this paper. The nonlinear dynamics is considered and the steering torque is chosen to be the control input instead of the steering angle. At first, a subsystem is created by augmenting the lateral vehicle’s dynamics with lane keeping ones considering the steering angle as the control input and the road curvature as a disturbance. Utilizing adaptive dynamic programming, neural networks and zero-sum games theory, the optimal control law is obtained and then, the results exerted on the second subsystem which is the dynamics of the steering angle and a control law is captured for which using the backstepping control method. Finally, performance of the proposed algorithm is demonstrated by applying it on a typical vehicle model.

    Keywords: Zero-sum game, adaptive dynamic programming, optimal control, backstepping control, lateral vehicle control