فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال یازدهم شماره 2 (تابستان 1399)

فصلنامه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال یازدهم شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • اوستا جعفری، عباس شهبازیان، علیرضا فریدونیان*، امیرحسین نیکوفرد صفحات 1-16

    توسعه شبکه های توزیع به منظور افزایش پایایی این شبکه ها، به دلیل تغییر رفتار و نوع مشترکین امری ضروری است. نگرانی درباره تغییرات اقلیمی و زیست محیطی، به ظهور منابع انرژی تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی برای منابع تولید فسیلی منجر شده است. منابع تولید پراکنده مبتنی بر انرژی های تجدید پذیر و کلیدهای کنترلی می توانند نقش مهمی در بهبود پایایی و کاهش هزینه های شبکه داشته باشند. هدف اصلی این مقاله جایابی کلیدهای کنترل از راه دور و کنترل دستی هم زمان با جایابی و تخصیص ظرفیت منابع تولید پراکنده مبتنی بر انرژی های تجدید پذیر شامل سلول های خورشیدی و توربین های بادی با در نظر گرفتن عدم قطعیت در تولید توان این منابع است. تابع هدف در نظر گرفته شده، یک تابع دوهدفه شامل کاهش هزینه های شبکه و بهبود شاخص پایایی سایدی است. همچنین، برای این تابع هدف محدودیت های فنی و اقتصادی در نظر گرفته شده است. تابع هدف مدنظر به صورت یک برنامه ریزی غیرخطی همراه با عدد صحیح مدل شده است و برای حل این مسئله از چهار الگوریتم تکاملی، استفاده و نتایج آنها با هم مقایسه شده اند. شبکه مطالعه شده در این مقاله، شبکه 4 باس روی بیلینتون است.

    کلیدواژگان: پایایی، خودترمیمی، شبکه توزیع هوشمند، عدم قطعیت، کلیدهای کنترلی، منابع تولید پراکنده
  • پژمان بیات، آلفرد باغرامیان* صفحات 17-44

    امروزه مبدل های DC-DC دو ورودی برای کاربردهای بسیاری ازجمله استفاده هم زمان از دو منبع تولید انرژی به منظور مقابله با تولید منقطع انرژی های تجدیدپذیر به کار می روند. در این مقاله یک مبدل دو ورودی نیمه ایزوله براساس ساختاری امپدانسی به همراه سیستم کنترلی پیشنهاد شده است. در مبدل پیشنهادی از ساختار منبع امپدانسی شبه Z بهره گرفته شده و همچنین، با استفاده از روش های خازن های سوییچ شونده و سلف تزویج، بهره ولتاژ این مبدل به طور چشمگیری بهبود یافته است. علاوه بر آن، با توجه به ضروری بودن وجود کنترل کننده مناسب برای بهبود شاخص های عملکردی این نوع مبدل ها، یک ساختار کنترلی هوشمند تطبیقی ارایه شده است. این ساختار دو لایه دارد؛ در لایه اول، مبدل پیشنهادی براساس تحلیل سیستم های چندمتغیره ارزیابی شده و سپس در لایه دوم از یک کنترل کننده تطبیقی خود تنظیم استفاده شده است که مبدل پیشنهادی را در برابر عواملی همچون تغییرات در ورودی ها، عدم قطعیت ها و اغتشاشات مقاوم می کند. همچنین، این کنترل کننده از سرعت همگرایی بسیار بالایی در ثابت کردن ولتاژ خروجی در شرایط مختلف برخوردار است که آن را برای استفاده در کاربردهای انرژی های تجدیدپذیر و پیل سوختی مناسب می کند. برای نشان دادن برتری مبدل پیشنهادی در کنار ساختار کنترلی ارایه شده، از نرم افزار متلب (MATLAB) استفاده شده است. همچنین، برای تایید نتایج شبیه سازی و بررسی نتایج عملی، یک نمونه اولیه ساخته شده در محدوده توانی 150 وات ارایه شده است.

    کلیدواژگان: خازن های سوئیچ شونده، کنترل کننده هوشمند تطبیقی، کنترل کننده چندمتغیره، مبدل های DC-DC دو ورودی، فتوولتائیک
  • حسن نصیری سلوکلو، حسن زرآبادی پور* صفحات 45-58
    این کار، روشی برای کاهش مرتبه سیستم های ابعاد وسیع ناپایدار با استفاده از کمینه سازی تابع چندهدفه مجموع وزنی معیارهای ITSE و H∞ با کمک الگوریتم خفاش ارایه شده است. ابتدا مدل ناپایدار به دو بخش پایدار و ناپایدار تفکیک شده، سپس با در نظر گرفتن بخش پایدار و با استفاده از نرم هانکل، مرتبه مناسب سیستم مرتبه کاهشی تعیین شده است. در ادامه، ساختار ثابتی با ضرایب مجهول برای مدل مرتبه کاهشی در نظر گرفته می شود. با کمینه سازی تابع چندهدفه مجموع وزنی معیارهای ITSE و H∞ با کمک الگوریتم خفاش که خطا اختلاف پاسخ پله سیستم اصلی و مدل مرتبه کاهشی است، ضرایب مجهول مدل مرتبه کاهشی تعیین شده اند. از محک روث - هرویتز برای ارضای شرط پایداری استفاده شده است که به صورت قید در مسئله بهینه سازی وارد شده و درنتیجه، مسئله بهینه سازی به مسئله بهینه سازی مقید تبدیل شده است. در آخر، بخش ناپایدار به بخش کاهش مرتبه یافته الحاق شده است. برای تایید و نمایش توانمندی و کارایی روش پیشنهادی، سه سیستم ابعاد وسیع کاهش داده شده و با برخی روش های کاهش مرتبه از قبیل برش متعادل و تقریب بهینه هانکل مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده نشان دهنده توانایی و قابلیت روش پیشنهادی نسبت به روش های کلاسیک است.
    کلیدواژگان: سیستم های ابعاد وسیع، کاهش مرتبه، الگوریتم خفاش
  • جابر سهرابی، مجید معظمی* صفحات 59-72
    افزایش میزان نفوذ توان تولیدشده با استفاده از انرژی خورشیدی، افزایش عدم قطعیت را در شبکه قدرت موجب می شود؛ زیرا بیشتر ادوات اندازه گیری، بار خالص شبکه را بدون در نظر گرفتن خروجی تولیدات پراکنده اندازه گیری می کنند. این مقاله روشی را برای پیش بینی احتمالاتی میان مدت بار خالص در شبکه برق براساس پیش بینی های مجزای بار و توان خروجی یک ایستگاه خورشیدی با استفاده از ترکیب روش های تحلیل اجزای اصلی و روش ماشین یادگیری شدید پیشنهاد می دهد. داده های پیش بینی مربوط به دو پایگاه داده NERL و GEFCom2014 برای آموزش مدل ها استفاده شده اند و با روش تحلیل اجزای اصلی ماتریس نمرات از این مجموعه داده ها، استخراج و با مدل ماشین یادگیری شدید ORELM مدل های پیش بینی آموزش داده می شوند و در سه بخش آموزش، اعتبارسنجی و پیش بینی میان مدت ارزیابی می شوند. هدف اصلی روش پیشنهادشده افزایش دقت پیش بینی بار خالص از طریق بهبود پیش بینی های نقطه ای است. مقایسه انجام شده بین نتایج ارایه شده در این مقاله با مراجع دیگر نشان می دهد خطای میانگین مطلق خطای پیش بینی های بار و توان خروجی ایستگاه خورشیدی به ترتیب به میزان 1333/1 و 3118/0 بهبود یافته است که کاهش خطای کلی پیش بینی را سبب می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل اجزای اصلی، پیش بینی میان مدت بار خالص، پیش بینی میان مدت توان خروجی ایستگاه خورشیدی، ماتریس نمرات، ماشین یادگیری شدید، میانگین مطلق درصد خطا
  • محمد عابدینی*، رضا اسکندری، جواد ابراهیمی، محمدحسین زینعلی، امین الهیاری صفحات 73-86

    از کلیدهای قدرت ازجمله تجهیزاتی اند که به بهبود وضعیت سیستم توزیع و کاهش هزینه های قطعی در زمان خطا کمک می کنند. یافتن مکان و تعداد بهینه این کلیدها در سیستم توزیع می تواند با توابع هدف مختلفی به صورت یک مسئله بهینه سازی غیرخطی برای بهبود قابلیت اطمینان، کاهش انرژی توزیع نشده و دیگر هزینه های سیستم مدل شود. در این مقاله، الگوریتم ازدحام ذرات با ضرایب سینوسی و کسینوسی (H-PSO-SCAC)[i] برای حل مسئله مکان یابی کلیدهای قدرت با اهداف کاهش هزینه نصب کلیدها و خاموشی به صورت هم زمان در قالب نرم افزاری برای استفاده بهره برداران شرکت توزیع شهرستان ملایر و سایر بخش ها ارایه شده است. نتایج شبیه سازی با استفاده از الگوریتم مربوطه روی فیدر توزیع 108 شینه شهرستان ملایر و همچنین، شبکه نمونه 118 شینه تست شده و با نتایج سایر روش ها مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند الگوریتم (H-PSO-SCAC) ازنظر کیفیت جواب به دست آمده و بازدهی محاسباتی، عملکرد بهتری نسبت به دیگر الگوریتم ها دارد. همچنین، پیاده سازی آن در قالب یک نرم افزار کاربرپسند، استفاده از آن را برای بهره برداران و کاربران ساده کرده است.

    کلیدواژگان: سیستم توزیع، الگوریتم اردحام ذرات با ضرایب سینوسی و کسینوسی، مکانیابی کلیدهای قدرت، قابلیت اطمینان، انرژی توزیع نشده
  • احسان شیرالی، سعید حسن زاده*، سید محمد دهقان صفحات 87-94

    امروزه استفاده از ماشین های خطی برای کاربردهای توان بالا مانند حمل ونقل با مسافت های طولانی توسعه زیادی یافته است؛ اما هزینه زیاد سرمایه گذاری اولیه و برخی مشکلات فنی از چالش های مهم این فناوری ها است. در اینجا یک ماشین خطی شار سوییچینگ با ثانویه قطعه شده مطالعه می شود. این ماشین ها به دلیل اثر انتهایی و شیارها نوساناتی در نیروی پیشران خود دارند. این نیروی تولیدی ناشی از این نوسانات بر عملکرد ماشین تاثیر منفی دارند. با طراحی مناسب اولیه، تاثیر این عوامل تا حدود زیادی کاهش می یابد. در این مقاله براساس نتایج تحلیل اجزای محدود، یک مدل تحلیلی برای ماشین خطی شار سوییچینگ با ثانویه قطعه شده ارایه می شود. با شبیه سازی المان محدود، نتایج مدل تحلیلی صحت سنجی می شوند و سپس یک روش کنترلی برای کاهش نوسانات نیروی پیشران و کم کردن نیروی نگهدارنده ماشین خطی شار سوییچینگ با ثانویه قطعه بندی شده پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، تحلیل اجزای محدود، ثانویه قطعه بندی شده، نیروی نگهدارنده، ماشین خطی شار سوییچینگ
  • عبدالله راستگو*، ساسان قاسمی، صلاح بهرام آرا صفحات 95-110

    این مقاله مدلی دوسطحی برای برنامه ریزی توسعه شبکه توزیع فشار متوسط و فشار ضعیف با لحاظ کردن منابع تولید پراکنده در شبکه فشار ضعیف ارایه می شود. در مدل دوسطحی، سطوح بالا و پایین به ترتیب شبکه فشار متوسط و فشار ضعیف اند. در مدل پیشنهادی با تجزیه مدل به دو زیر مسیله، هدف نهایی، یافتن جوابی است که کمترین هزینه برنامه ریزی و بهره برداری را در هر دو شبکه متحمل کند. هزینه های مسئله شامل هزینه نصب و ارتقای ترانسفورماتورهای جدید و موجود، پست ها، فیدرها، منابع تولید پراکنده و هزینه تلفات است. مدل دوسطحی به صورت یک مدل غیرخطی آمیخته عدد صحیح است که با استفاده از الگوریتم ژنتیک با یک کدبندی پیشنهادی حل می شود. به منظور نشان دادن کارایی مدل و روش حل پیشنهادی، سه مورد مطالعاتی شامل، حل مدل به صورت متداول، حل مسئله با استفاده از مدل دوسطحی و حل مدل دوسطحی با لحاظ کردن منابع تولید پراکنده در سمت فشار ضعیف بررسی خواهند شد. نتایج نشان می دهند اهمیت لحاظ کردن هم زمان هر دو شبکه فشار ضعیف و فشار متوسط در کاهش هزینه ها بسیار موثر است.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، برنامه ریزی توسعه شبکه توزیع، مدل دوسطحی، منابع تولید پراکنده
  • کنترل نظارتی مبتنی بر نقشه های شناختی فازی برای یک سیستم دینامیکی، مورد مطالعاتی: مدیریت انرژی در یک خودروی هیبرید برقی پلاگین
    حسین الیاسی * صفحات 111-120

    در این مقاله یک استراتژی جدید کنترلی مبتنی بر نقشه های شناختی فازی به منظور طراحی یک کنترل کننده نظارتی برای یک سیستم پیچیده ارایه شده است. این کنترل کننده نظارتی به گونه ای طراحی شده است تا سیگنال های مرجع لازم را برای کنترل کننده های محلی استفاده شده در بخش های مختلف سیستم پیچیده فراهم کند. طراحی کنترل کننده نظارتی پیشنهادی شامل دو بخش است: 1- ابتدا براساس روابط علت و معلولی بین اجزای مختلف سیستم پیچیده، یک نقشه شناختی فازی اولیه پایه ریزی می شود. 2- سپس با توجه به نیازهای کنترلی مفاهیم جدیدی به این نقشه شناختی اضافه می شود و ارتباط بین این مفاهیم جدید و مفاهیم نقشه شناختی فازی اولیه براساس یک شاخص عملکردی بهینه می شود. استراتژی کنترلی پیشنهادی برای مدیریت انرژی در یک خودروی هیبرید پلاگین برقی از نوع سری موازی استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهند استراتژی کنترلی پیشنهادی، در مقایسه با کنترل کننده فازی مرسوم، عملکرد بهتری در برآورده شدن اهداف کنترلی برای یک سیستم پچیده دارد.

    کلیدواژگان: سیستم های پیچیده، نقشه های شناختی فازی، کنترل نظارتی، خودروی هیبرید پلاگین
|
  • Avesta Jafari, Abbas Shahbazian, Alireza Fereidunian *, Amir Hossein Nikoofard Pages 1-16

    Expansion of distribution networks to increase the reliability due to change of behavior and type of customers is a requirement. On the other side, the concern about environment and climate changes has led to use of renewable energy sources as a replacement for fossil generation sources. DGs based on RES and control switches can play an important role in improving the reliability of the grid, decreasing the costs and mitigating environmental effects. The main purpose of this article is evaluating the remote control switches and manual control and sizing of RES-based DG units including solar cells and wind turbines and simultaneous placement of these units considering their generation uncertainty. The intended function is a bi-objective function that includes reducing network costs and improving the Side Reliability Index and technical and economic constraints are considered too. The intended function is modeled as a mixed integer nonlinear programming and four evolutionary algorithms are used to solve this problem and their results are compared. Roy Billinton 4-bus network is chosen as the test network in this article.

    Keywords: reliability, Self-healing, smart distributed network, Uncertainty, controlled switches, distributed generation resources
  • Pezhman Bayat, Alfred Baghramian * Pages 17-44

    Today, dual-input DC-DC converters are used for various purposes, including simultaneous use of two sources to solve the challenge of the intermittent nature of the renewable energy sources. In this paper, a novel structure of a semi-isolated dual-input dc-dc converter based on the impedance network along with a controlling approach is proposed. In the proposed converter, quasi-Z source network has been utilized and the voltage gain has improved dramatically with the use of switched capacitors and coupled inductor techniques. Due to the necessity of an appropriate controller to improve the performance indicators of these type of converters, a two-layer intelligent adaptive control structure is proposed. In the first layer of the controller, the proposed converter is investigated based on the analysis of multivariate systems, and then in the second layer, in order to achieve a robust performance for the converter responses against the uncertainties such as abrupt inputs voltage change and disturbances, a self-tuning adaptive controller is used. Also, the proposed controller structure has fast transient convergence in different situations for output voltage stability, which makes it a good candidate for renewable energy sources and fuel cells. Simulation results from MATLABSimulink have examined the performance of the proposed topology. Finally, experimental evaluation validates the claimed advantages.

    Keywords: Switched capacitors, Intelligent adaptive controllers, Multivariable controllers, Dual-input DC-DC converters, photovoltaic
  • Hasan Nasiri Soloklo, Hassan Zarabadipour * Pages 45-58
    In this work, a method for order reduction of unstable systems by minimizing the multi-objective weighted sum function ITSE and H∞ norm with bat algorithm is investigated. At first, the unstable model is divided into two parts: stable and unstable. Then, the order of reduced model is determined by considering the stable part and using Hankel norm. In the following, a fixed structure with unknown coefficients is considered for a reduced order model. By minimizing the weighted sum multi-objective included ITSE and H∞ norm with bat algorithm, in which the error is the difference between the step response of original system and reduced order model, unknown parameters of the reduced order model are determined. The Routh-Hurwitz criterion has been used to satisfy the stability condition, which is introduced as a constraint in the optimization problem, and thus the unconstrained optimization problem is converted to constrained optimization problem. Finally, the unstable part is joined to the reduced order part. To confirm and demonstrate the capability and efficiency of the proposed method, three large systems have been reduced and compared with some order reduction methods such as balanced truncation and optimal Hankel approximation. The results show the capability of the proposed method over classical methods.
    Keywords: Large Scale Systems, order reduction, Bat Algorithm
  • Jaber Sohrabi, Majid Moazzami * Pages 59-72
    The increase in power generated by using solar energy increases the uncertainty in the power grid, since the majority of meters measure only the net load of a grid regardless of the output of distributed generations. This paper proposes a framework for probabilistic mid-term net load forecasting in a power grid based on separate forecasts of the load and output power of a solar station using the combination of principal components analysis and the extreme learning machine methods. The data used in this paper is related to the NERL and GEFCom2014 data bases and the matrix of scores is extracted by the use of principal component analysis. The prediction models are trained using ORELM model and evaluated in three sections: training, validation and mid-term prediction. The main objective of the proposed method is to increase the precision of net load forecasting by improving point forecasts. The comparison between the results presented in this thesis with other references shows that the MAPE error of predicted load, and predicted output power of the solar station improved  to 1.1333 and 0.3118, respectively, which will reduce overall forecast error.
    Keywords: Principal components analysis, mid-term net load forecasting, mid-term forecast of Solar Station output power, matrix of scores, Extreme Learning Machine, mean absolute percentage error
  • Mohamad Abedini *, Reza Eskandari, Javad Ebrahimi, Mohammad Hossein Zeinali, Amin Alahyari Pages 73-86

    Power switches are among the equipment that can help improve the distribution system condition and reduce the cost of failure at times of error. Finding the optimal location and number of these switches in the distribution system can be modeled with a variety of objective functions as a nonlinear optimization problem to improve reliability, reduce energy not supplied and other system costs. In this paper, a Hybrid Particle Swarm Optimization with Sinusoidal and Cosine Acceleration Coefficients (H-PSO-SCAC) is used to solve the problem of optimal placement of switches with the goal of reducing the cost of switches installation and outage simultaneously in a software format for the use of Malayer Distribution Company operators and other sections. The simulation results have been tested using the corresponding algorithm on the Malayer 108-bus distribution feeder and IEEE 118-bus sampling network and compared with the results of other methods. The results show that the algorithm (H-PSO-SCAC) is better than other algorithms in terms of response quality and computational efficiency, also its implementation in a user friendly software has made it easy for operators and Users to use.

    Keywords: Distribution system, Energy Not Supplied, H-PSO-SCAC algorithm, optimal Placement, Power switches, reliability
  • Ehsan Shirali, Saeed Hasanzadeh *, Seyed Mohammad Dehghan Pages 87-94

    Nowadays, linear machines have more developed for high power applications such as long-distance transportation. But, their expensive investment and some technical problems are major challenges of these technologies. Here, a linear flux switching machine (LFSM) with segmented secondary is studied. These fluctuations, in other words, detent force have a negative impact on machine performance. The effect of these issues can be notably reduced with a suitable design. In this paper, a FEM-based Analytical model is presented for a linear flux switching machine. The results of analytical model are verified by FEM Simulations and then a control method is proposed to reduce fluctuations of the thrust force.

    Keywords: FEM-Based, Segmented Secondary Linear Flux Switching Motor (SSLFSM), Thrust Force, Detent Force, Optimization
  • Abdollah Rastgou *, Sasan Ghasemi, Salah Bahramara Pages 95-110

    In this paper, a bi-level model is proposed for low and medium voltage distribution network expansion planning in the presence of distributed generations (DGs) which are located in the low-voltage network. In the bi-level model, the upper and lower levels are medium and low voltage networks, respectively. The model is decomposed to two sub problems and the final aim is to find the answer with minimum planning and operation costs consisting of the cost of installing and upgrading of new and existing transformers, substations, feeders, distributed generations and cost of losses. The model is a mixed-integer non-linear programming, which is solved by a genetic algorithm with a proposed codification. To show the effectiveness of the proposed model and solution method, the model is implemented in a distribution system in three case studies, including, problem solving with traditional planning, bi-level programming without considering DGs and bi-level programming considering DGs in the low-voltage side. The obtained results show that the importance of incorporating both low and medium voltage networks simultaneously is very effective in reducing costs.

    Keywords: Genetic Algorithm, Distribution network expansion planning, Bi-level model, Distributed generations
  • Supervisory Control Based on Fuzzy Cognitive Maps for a Dynamic System, Case Study: Energy Management in a Plug-in Hybrid Electric Vehicle
    Hussein Eliasi* Pages 111-120

    In this paper, a new control strategy based on Fuzzy Cognitive Maps (FCMs) in order to design a supervisory controller for a complex system is presented. This supervisory controller is designed to provide reference signals needed for local controllers used in different sections of complex system. Designing of proposed supervisory controller consists of two part: 1- First, a basic FCM is constructed based on the cause and effect relationships between various components of the complex system, 2- Then, according to the control needs, new concepts are added to this cognitive map, and the relationship between these new concepts and the concepts of the primary fuzzy cognitive map is optimized based on a functional index. The proposed control approach is applied to energy management of a series-parallel plug-in hybrid electric vehicle problem. The simulation results show that the proposed control strategy has a better performance in satisfying the control objectives for a complex system than the conventional fuzzy controller.

    Keywords: Complex systems, Fuzzy Cognitive Map, Supervisory Control, Plug-in Hybrid Electric Vehicle