فهرست مطالب

  • سال هفدهم شماره 2 (تابستان 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/04/26
  • تعداد عناوین: 15
|
  • علی باقری، محسن علیزاده*، ناصر خدابخشی جوینانی صفحات 1-12

    در این مقاله طراحی کنترل کننده بهبود یافته برای یکسو کننده سه فاز چهار کلیدی به منظور متعادل سازی ولتاژ DC خازن ها انجام شده است. امروزه، یکسوکننده های چهار کلیدی به دلیل کاهش دو کلید نسبت به یکسوکننده های شش کلیدی قدیمی مورد توجه قرار گرفته اند. با این حال تقسیم ولتاژ یکسان روی خازن ها و همچنین تعادل جریان کشیده از ورودی یکسوکننده یکی از چالش های پیش روی این مبدل ها است. از این رو در این مقاله مراحل طراحی کنترل کننده حلقه های داخلی و خارجی به صورت گام به گام بیان می شود. همچنین به منظور متعادل سازی ولتاژ خازن ها یک سیگنال کمکی به حلقه کنترلی داخلی اضافه می شود. علاوه بر این، از آنجاییکه روش مدولاسیون فضای برداری (SVM) قدیمی قادر به کنترل مبدل به منظوره متعادل سازی جریان ورودی نیست، یک روش SVM بهبود یافته جهت متعادل شدن جریان ورودی مبدل پیشنهاد می شود. نتایج شبیه سازی انجام شده در Matlab/Simulink نشان می دهد که استفاده از روش SVM پیشنهادی و سیگنال کمکی اضافه شده در کنترل کننده به طور قابل توجهی ولتاژ خازن و جریان ورودی مبدل را متعادل می سازد. همچنین با آنالیز حساسیت نشان داده می شود که کنترل کننده نسبت به تغیرات بار، ولتاژ خروجی و ورودی مقاوم بوده و می تواند پاسخ مناسبی داشته باشد.

    کلیدواژگان: یکسو ساز چهار کلیدی، مدولاسیون فضای برداری، نامتعادلی جریان و ولتاژ
  • علیرضا حسن زاده*، محمد صانعی صفحات 13-19

    انتقال انرژی بی سیم امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است و در بسیاری از سیستمهای شارژ تلفن همراه،مدارهای قابل کاشت در بدن،ماشینهای برقی و RFID  کاربرد فراوان دارد. از طرفی کاهش توان المانهای قدرت مورد استفاده در انتقال انرژی از مهمترین عوامل محدود کننده راندمان این نوع دستگاه ها میباشد. دراین مقاله روشی خاص برای کاهش تلفات به کمک عناصر ذخیره ساز انرژی و جایگزینی برای مدارهای اینورتر CMOS، برای کاربردهای توان پایین ارایه شده است. در این ایده جدید دو ماسفت از مدار پل اینورتر حذف شده است. ضمنا به کمک روش بیان شده، یک مدار پوش-پول و در نهایت یک مدار تمام پل مبتنی بر ترانزیستور-سلف  (و نه ترانزیستور-ترانزیستور) پیاده سازی شده و با اعمال تغییراتی به یک اسیلاتور-خودبخودی (Self-Oscillator) به منظور استفاده در مدارهای RFID فرکانس پایین، و یا مدارهای انتقال توان بیسیم با بازدهی توان مناسب و البته قطعات حداقل تبدیل شده است. مدار نمونه انتقال توان بی سیم ساخته شده دارای راندمان 24درصد برای انتقال انرژی در فاصله 20 سانتیمتر می باشد.

    کلیدواژگان: انتقال انرژی بی سیم، اینورتر، مدار تانک، خود-اسیلاتور
  • محسن حسن بابای نوزادیان، ابراهیم بابائی*، الیاس شوکتی اصل صفحات 21-32

    در این مقاله یک روش کنترلی جدید و مناسب برای اینورتر های منبع امپدانسی نیم پل پیشنهاد می شود. با توجه به گسترش اینورترهای منبع امپدانسی نیم پل و نبود روش کنترلی مناسب ارایه یک روش کلیدزنی که توانایی ایجاد ولتاژ خروجی با فرکانس پایین را داشته باشد بسیار ضروری است. با توجه به این که نحوه کلیدزنی اینورترهای منبع امپدانسی نیم پل با توجه به نوع ساختار و کاربرد آن متفاوت است لذا هر روش کلیدزنی شرایط خاصی را در مقادیر ریپل ولتاژ و جریان اجزا، تنش ولتاژ و جریان آن ها و نیز طراحی اجزای اینورتر منبع امپدانسی نیم پل به وجود می آورد. در این مقاله ضمن پیشنهاد یک روش کنترلی جدید برای اینورتر منبع امپدانسی نیم پل، تحلیل و طراحی اجزای آن با توجه به روش کنترلی پیشنهادی انجام می پذیرد. نحوه ایجاد shoot-through (ST) تحت شرایط مختلف در روش کنترلی پیشنهادی نشان داده شده و روابط ریاضی بین چرخه کاری ST و نیز شاخص مدولاسیون استخراج می شود. در پایان به منظور تایید تحلیل های صورت گرفته نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار PSCAD/EMTDC ارایه می شوند.

    کلیدواژگان: روش کنترلی، اینورتر منبع امپدانسی نیم پل، چرخه کاری، شاخص مدولاسیون، اندوکتانس بحرانی
  • مهدی ترابیان اصفهانی، بهروز وحیدی*، جواد مومن پور صفحات 33-41

    امروزه به دلیل گسترش بارهای غیرخطی، اعوجاج هارمونیکی در شبکه های قدرت افزایش یافته است و منجر به کاهش کیفیت توان در آن ها شده است. با توجه به این که شرکت های برق مسیول تامین کیفیت توان در نقاط تحویل انرژی الکتریکی به مشترکین هستند تعیین دقیق سهم هارمونیکی مشترکین اهمیت ویژه ای برای آن ها دارد. در این مقاله روش جدیدی مبتنی بر ماتریس ادمیتانس فرکانسی متقاطع برای تعیین سهم هر یک از مشترکین در اعوجاج هارمونیکی شبکه های به هم پیوسته، ارایه   می شود. مبنای این روش، تفکیک رفتار خطی و غیرخطی بار و تاثیر آن بر اعوجاج هارمونیکی کل ولتاژ و جریان در سراسر شبکه است. روش پیش نهادی در یک شبکه ی به هم پیوسته پنج باسه مورد آزمایش قرار گرفته است و نتایج آن صحت عمل کرد روش پیش نهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سهم هارمونیکی، شبکه های به هم پیوسته، ماتریس ادمیتانس فرکانسی متقاطع، اعوجاج هارمونیکی
  • عدنان رجائیان، روح الامین زینلی داورانی، عرفان رجائیان* صفحات 43-51

    اینورتر یکی از اجزای اصلی نیروگاه های فتوولتاییک می باشد. از آنجایی که توان خروجی نیروگاه با عملکرد اینورتر رابطه ی مستقیم دارد، تلفات اینورتر در تولید و بهره وری نیروگاه بسیار تاثیر گذار است. اینورتر دارای تلفات متعددی بوده که مهمترین آن ها تلفات اشباع اینورتر و تلفات راندمان اینورتر می باشد. از جمله عوامل اثر گذار بر تلفات اشباع و راندمان اینورتر می توان به ارتفاع از سطح دریا، دمای محیط، میزان توان DC ورودی، سرعت باد، چگالی هوا، تشعشع و... اشاره داشت. به دلیل پتانسیل تابشی بالا، گستردگی مساحت و وجود تنوع اقلیمی زیاد استان کرمان، در این مقاله این استان به عنوان یکی از مناطق مستعد جهت نصب نیروگاه های فتوولتاییک انتخاب شده و تاثیر عوامل محیطی بر تلفات اشباع و راندمان اینورتر در مناطق مختلف آن شبیه سازی شده است. در شبیه سازی تاثیر عوامل متعددی ازجمله سرعت باد، تشعشع، ارتفاع از سطح دریا، دمای محیط، تلفات اجزای مختلف نیروگاه، مصرف برق اینورتر در طول عملیات، مصرف برق اینورتر در شب، تلفات سایه، گردوغبار، تلفات ناشی از ماژول فتوولتاییک، تلفات ناشی از عدم هماهنگی ماژول ها و تلفات سیم کشی AC در نظر گرفته شده است. همچنین تاثیر میزان ضریب نسبت تبدیل DC به AC اینورتر بر تلفات اشباع اینورتر، توان تولیدی نیروگاه و ضریب ظرفیت نیروگاه بررسی شده است.

    کلیدواژگان: تشعشع، تلفات اشباع اینورتر، تلفات راندمان اینورتر، نسبت تبدیل DC به AC، نیروگاه فتوولتائیک
  • فائزه میرزائی*، علی اکبر پویان صفحات 53-72

    علم رباتیک جمعی با الهام از طبیعت و تلفیق هوش جمعی و رباتیک پا به عرصه ی وجود گذاشت. ویژگی های خاص این سیستم ها از جمله انعطاف، مقاومت و مقیاس پذیری، مزایای زیادی به همراه داشته و این سیستم را از دیگر سیستم های رباتیک متمایز می نماید. در این مقاله سعی شده است که علاوه بر معرفی منابع الهام رباتیک جمعی، تعریفی دقیق به همراه ویژگی های خاص این سیستم ها ارایه گردد. معرفی دامنه ی کاربردهای رباتیک جمعی و مرور پروژه ها و محیط های شبیه سازی رایج در این زمینه نیز از دیگر مطالب مندرج در این مقاله می باشد. علاوه بر این، مروری بر انواع روش های مدل سازی و الگوریتم های ارایه شده در این حوزه انجام شده است. الگوریتم های معرفی شده بر اساس دامنه ی کاربردشان در انجام وظایف مختلف دسته بندی گشته و در نتیجه تعدادی از وظایف رایج در این حوزه نیز جمع آوری شده است. چالش ها و مسایل باز علم رباتیک جمعی نیز در پایان مورد بررسی قرار گرفته اند. انتظار می رود که با مطالعه ی این مقاله، دید جامعی نسبت به علم رباتیک جمعی در ذهن محققین ایجاد شود.

    کلیدواژگان: سیستم های چندرباته، سیستم های چندرباته متعاون، رباتیک جمعی، هوش جمعی، الگوریتم های جمعی
  • حمید شاه عالمی*، حمزه خاندوزی صفحات 73-85

    موتورهای تکفاز از جمله پرکاربردترین موتورها در قدرت های کسر اسب بخار هستند. این نوع از موتور ها به طور گسترده در مصارف خانگی استفاده می شوند و بخش بزرگی از مصارف خانگی را به خود اختصاص داده اند.در گذشته این موتورها در سرعت های ثابت بکار گرفته می شدند. با گذشت زمان نیاز به کنترل سرعت در این موتورها حس شده بطوریکه بخش قابل توجهی از مقاله های تحقیقاتی را بخود اختصاص داده اند. کنترل بدون حسگر موتورهای تکفاز به دلایل مکانیکی و اقتصادی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. در این مقاله با استفاده از روش کنترل برداری با جهت دهی شار روتور سرعت موتور کنترل می شود و روش جدیدی مبتنی بر الگوریتم فیلترکالمن تعمیم یافته برای تخمین سرعت موتور القایی تکفاز تحت تخمین بر-خط مقاومت روتور با اعمال نویزهای اندازه گیری معرفی شده است. نتایج شبیه سازی صحت و درستی روش معرفی شده را با اعمال تغییرات در مقاومت روتور تحت اعمال نویزهای اندازه گیری نشان می دهد.

    کلیدواژگان: موتور آسنکرون تکفاز، SPIM، کنترل برداری شار روتور، تخمین سرعت، فیلتر کالمن تعمیم یافته، EKF، تخمین آنلاین مقاومت روتور، نویز اندازه گیری
  • سید محمدجواد جعفریان امیری، جلال نظرزاده* صفحات 87-97

    بیرینگ ها یکی از مهمترین اجزای ماشین الکتریکی می باشند که بطور پیوسته در معرض نیروهای مکانیکی و الکترومغناطیسی قرار دارند. برآیند نیرویهای حاصل بر رتور می تواند به دینامیک حرکتی ناخواسته رتور در طول فاصله هوایی ماشین منجر شود. در این مقاله، روش مدلسازی‏ یکپارچه معادلات الکترومغناطیسی و دینامیکی ماشین های القایی معرفی و با استفاده از آن آنالیز دقیقی از رفتار دینامیکی حرکت رتور در فاصله هوایی ارایه می شود. برای این منظور‏، ابتدا نیروهای حاصل از تقابل میدان های الکترومغناطیسی ماشین القایی در طول فاصله هوایی تعیین و سپس با استفاده از اصل بقای انرژی، مدل دینامیکی حرکت رتور با سه درجه آزادی معرفی می گردد. با استفاده از مدلسازی یکپارچه در ماشین القایی می توان موقعیت لحظه ی رتور در فاصله هوایی و همچنین نیروهای وارد بر بیرینگ را بر اساس پارامتر های الکتریکی و مکانیکی ماشین القایی بصورت همزمان شناسایی و تعیین نمود. جهت اعتبارسنجی مدل ارایه شده، نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج حاصل از اندازه گیری آزمایشگاهی مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: ماشین القایی، اندوکتانس های ماشین القایی، نیروی الکترومغناطیس، بیرینگ
  • حمید شاه عالمی*، سمانه فتحی ساسانسرا صفحات 99-111

    شمار زیادی از موتورهای الکتریکی که همه ساله در جهان ساخته می شوند، موتورهای سری کوچک کموتاتوری AC  هستند. از اینرو طراحی بهینه این نوع ماشین ها منجر به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های ساخت نسبت به روش های سنتی طراحی از طریق آزمون و خطا می شود. در این مقاله، از یک روش هوشمند مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات PSO برای طراحی بهینه موتور سری کموتاتوری AC  یونیورسال، استفاده شده است. از دیدگاه تولید کننده بهینه ترین طراحی، ارزان ترین و کم هزینه ترین موتور تولید شده است، یک تابع هدف به منظور کاهش هزینه ساخت موتور و یافتن ابعاد بهینه با قید توان خروجی ثابت موتور به کار رفته است. ترکیبی از پارامترهای هندسی و نقطه کار موتور، به عنوان تابع هدف بهینه سازی در نظر گرفته شده است. برای نشان دادن عملکرد بالای روش ارایه شده، نتایج بهینه سازی توسط الگوریتم PSO با الگوریتم Firefly مقایسه شده اند. همچنین برای اعتبارسنجی نتایج به دست آمده در بخش طراحی، با به کارگیری نرم افزار ماکسول و با استفاده از روش آنالیز اجزای محدود، موتور یونیورسال نمونه در فضای دوبعدی نرم افزار ماکسول پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها، استحکام ، انعطاف پذیری بالا و کارآمدی روش ارایه شده برای طراحی بهینه موتور یونیورسال را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: طراحی بهینه، موتور سری کموتاتوری AC، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، PSO، روش اجزای محدود
  • محمد ایمان علیزاده*، رضا غفارپور، علی محمد رنجبر صفحات 113-121

    آمادگی سیستم های قدرت در مقابله با حوادث به ویژه عوامل خرابکارانه به افزایش تاب آوری و کاهش هزینه ها و زمان بازیابی خواهد انجامید. در این مقاله، یک مدل تصمیم گیری سه سطحی مقاوم ارایه شده است که درآن بهره بردار سیستم قدرت منابع تولید را در سطح اول برای یک حالت پایه برنامه ریزی می کند در حالی که، عامل خرابکار قصد از کار انداختن حساس ترین پست را دارد به طوری که تمام واحدهای تولیدی و خطوط متصل به آن پست از مدار خارج شوند. در همین حین، بهره بردار سیستم یک بار دیگر سعی در برنامه ریزی مجدد واحدهای تولیدی دارد به نحوی که کمترین میزان قطع بار ناخواسته حاصل شود. همچنین، در سیستم های قدرت با منابع بالای اتکاناپذیر، بهره بردار باید اثرات عدم قطعیت تولیدات این منابع را نیز در تصمیم گیری خود لحاظ کند. از این رو، بر خلاف بهینه سازی های متداول دو سطحی مقاوم که سعی در یافتن کمینه هزینه در بدترین سناریو دارند، روش تولید ستون و قید پیشنهادی منابع را برای یک حالت پایه به گونه ای برنامه ریزی می کند که در صورت بروز حملات خرابکارانه، کمترین قطع بار حاصل شود. نهایتا، عملکرد مدل پیشنهادی بر روی سیستم تست استاندارد 118 باسه مورد آزمون قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: تاب آوری، مسئله مشارکت واحدها مقید به امنیت، بهینه سازی مقاوم، بهره برداری در حضور نفوذ بالای منابع اتکاناپذیر
  • آذین شجاعی، مهدی معلم*، محمدحسین منشئی صفحات 123-133

    در این مقاله، یک مکانیزم مدیریت انرژی روزپیش در چارچوب تیوری بازی در یک شبکه هوشمند طراحی شده که در آن شرکت توزیع و مشترکین مسکونی نقش دارند. تعامل هوشمند مشترکین و شرکت توزیع در چارچوب بازی «استکلبرگ» یک رهبر-چندپیرو معرفی و مدل می شود. رهبر بازی شرکت توزیع بوده که با ماکزیمم کردن سود خود با بکارگیری بهینه سازی تصادفی ارزش درمعرض ریسک شرطی، قیمت انرژی را محاسبه و به مشترکین ارسال می کند. مشترکین هوشمند که پیروان بازی استکلبرگ هستند، با درنظرگرفتن قید مشترک تنظیم ماکزیمم دیماند شبکه در مسیله بهینه سازی خویش، در یک «بازی عام نش» با دیگر مشترکین شرکت می کنند. در این مقاله اثبات می شود که بازی عام نش مشترکین «قویا یکنوا» بوده و دارای یک نقطه تعادل «یکتا» است؛ بر همین اساس الگوریتم مدیریت انرژی مبتنی بر بهترین پاسخ، برای رسیدن به نقطه تعادل استکلبرگ طراحی و شرایط همگرایی آن اثبات می شود. همچنین در این مقاله اثبات می شود که نقطه تعادل استکلبرگ مکانیزم مدیریت انرژی پیشنهادی، یک نقطه تعادل «بهینه اجتماعی» است که در آن مجموع هزینه مشترکین مینیمم و سود شرکت توزیع ماکزیمم می شود. با بکارگیری مکانیزم مدیریت انرژی پیشنهادی، در شبکه نمونه ماکزیمم دیماند شبکه 21.89% کاهش و ضریب بار 27.72% افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: شبکه هوشمند، مدیریت انرژی، ضریب بار، بازی استکلبرگ، بازی عام نش، الگوریتم بهترین پاسخ
  • فرهاد امیری، علیرضا حاتمی* صفحات 135-148

    کنترل بار-فرکانس یکی از موضوعات مهم در بهره برداری و کنترل ریز شبکه هایی است که به صورت مستقل از شبکه اصلی بهره برداری می شوند. مقاله حاضر روشی کنترلی تناسبی-انتگرالی مشتقی مرتبه کسری (FOPID) برای کنترل بار-فرکانس ریز شبکه ارایه می دهد که پارامترهای کنترل کننده با الگوریتم ترکیبی ازدحام ذرات مبتنی بر دیوانگی (CRPSO) و الگوریتم جستجوی الگو (PS) بهینه شده است. ترکیب الگوریتم (CRPSO) -که برای جستجوی کلی استفاده می شود و الگوریتم PS -که برای جستجوی محلی استفاده می شود- سبب افزایش سرعت همگرایی شده است. در مد سازی ریز شبکه از مدلی غیر خطی - با در نظر گرفتن اثر پدیده هایی مانند اشباع، باند راکد، محدودیت تغییر نرخ توان استفاده شده است. مدل سازی در محیط MATLAB/SIMULINK انجام شده است و شبیه سازی برای اغتشاش های مختلفی مانند تغییر بار به صورت پله، تغییر در توان تولیدی منابع ریز شبکه همراه با عدم قطعیت پارامترهای ریز شبکه صورت گرفته است. نتایج بیانگر برتری روش کنترلی پیشنهادی نسبت بر روش FOPID بهینه شده با الگوریتم PSO، PID بهینه شده با الگوریتم PSO و PI فازی بهینه شده با الگوریتم PSO است. مطالعات صورت گرفته نشان می دهد تاثیر پدیده های غیر خطی قابل ملاحظه است و سبب طولانی تر شدن زمان فرانشست، افزایش فراجهش، فروجهش تغییرات فرکانس نسبت به حالت خطی می شود.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، کنترل فرکانس-بار، مدل غیرخطی، کنترل کننده مرتبه کسری، الگوریتم ترکیبی ازدحام ذرات مبتنی بر دیوانگی ذرات-جستجوی الگو
  • حمید کریمی، شهرام جدید* صفحات 149-159

    در این مقاله یک طرح قیمت گذاری زمان حقیقی و پویا برای برنامه های پاسخگویی بار پیشنهاد می گردد که بطور همزمان سود مصرف کنندگان و نهاد خدمت رسان بار (LSE) را افزایش می دهد و علاوه بر آن ضریب بار شبکه بهبود می یابد. این امکان برای مصرف کنندگان وجود دارد که انرژی مورد نیاز خود را از بازار خرده فروشی خریداری نمایند یا در طرح ارایه شده توسط LSE مشارکت نمایند و قیمتی که LSE ارایه می دهد را برای مصرف انرژی خود پرداخت نمایند. از طرفی LSE برای تشویق مصرف کنندگان به شرکت در طرح پیشنهادی و حداکثرسازی سود خود، به مصرف کنندگان تضمین می دهد که قیمت پویایی که توسط این نهاد تعیین می شود در هر ساعت کمتر یا برابر با قیمت بازار خرده فروشی خواهد بود. از طرفی LSE تلاش می کند تا قیمت ارایه شده از ایجاد اوج بار جدید در زمان هایی با قیمت برق پایین جلوگیری نماید. مدل ارایه شده بصورت یک بهینه سازی چند هدفه و دوسطحی مدل شده است. سطح بالای بهینه سازی بصورت چند هدفه می باشد و به حداکثرسازی سود LSE و بهبود ضریب بار شبکه می پردازد و در سطح پایین بهینه سازی سود مصرف کنندگان مدل شده است. مدل ارایه شده با استفاده از نرم افزار  GAMS حل شده است و نتایج ارایه شده، کارایی مدل پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: پاسخگویی بار، نهاد خدمت رسان بار، بهینه سازی دو سطحی، بهینه سازی چند هدفه، بازار خرده فروشی
  • مرتضی شفیع خانی*، محسن حسامی، امید همایی صفحات 161-173

    در این مقاله یک روش جدید برای پیشنهاددهی بهینه واحدهای استراتژیک در بازار انرژی روز بعد و فرایند تسویه بازار ارایه شده است. این روش، برنامه ریزی چندهدفه واحدهای استراتژیک را بیان می دارد که به دنبال بیشنیه کردن سود خود در کنار رقبا و کمینه کردن آلایندگی می باشند برای دستیابی به این هدف یک مدل بهینه سازی دوسطحه ریاضی با محدودیت های تعادلی ارایه شده است. سطح اول بیشینه سازی سود واحدهای استراتژیک و سطح دوم بیشینه سازی سطح رفاه اجتماعی را دربر می گیرد، مدل دوسطحه با استفاده از تیوری دوگانگی و شرایط بهینگی کروش-کاهن-تاکر (KKT) به یک مدل برنامه ریزی خطی مختلط عددصحیح تبدیل شده است. هدف دیگر این است که مساله دوسطحه حاضر، به صورت دوهدفه با استفاده از روش محدودیت اپسیلون توسعه یافته در جهت بیشینه سازی سود مدل خطی شده و کاهش آلایندگی واحدهای استراتژیک نیز حل گردد. نهایتا با استفاده از روش تصمیم گیری فازی بهترین پاسخ انتخاب گردیده است. جهت مدل کردن ساختار شبکه از روش فاکتور توزیع انتقال توان (PTDF) بهره برده شده است.

    کلیدواژگان: مدل دوسطحه، مدل چندهدفه، روش محدودیت اپسیلون توسعه یافته، پیشنهاددهی استراتژیک
  • رضا غفارپور* صفحات 175-187

    در سال های اخیر، افزایش انگیزه های اقدامات خرابکارانه علیه سیستم های قدرت از یک سو و محدودیت تخصیص منابع مالی در حفاظت از این زیرساخت ها از سوی دیگر، لزوم برنامه ریزی بهینه این منابع را بیش ازپیش مورد توجه قرار داده است؛ تا درصورت رخداد حوادث احتمالی آینده، صدمات وارده و متعاقبا میزان خاموشی های مشترکین حداقل گردد. طراحان اقدامات خرابکارانه اغلب به عنوان بازیگرانی کاملا باهوش و استراتژیک، آن دسته از وقایع را مورد هدف قرار می دهند که به دلیل احتمال وقوع بسیار کم در روند طراحی حفاظت سیستم مدنظر قرار نمی گیرند تا بدین وسیله حداکثر خسارت ممکن را به سیستم وارد آورند. در این پژوهش یک طرح جدید مبتنی بر تیوری بازی به صورت یک رقابت حذفی با حاصل صفر به منظور هدفمندسازی تخصیص منابع مالی به خدمت گرفته می شود. در این مقاله، دو الگوریتم تخصیص بودجه در مقابل تهدیدات عمدی نسبت به خطوط و پست های انتقال پیشنهاد شده‏است. در الگوریتم اول، تخصیص میزان ثابتی بودجه سالیانه به خطوط و پست های انتقال به منظور دست یابی به بهترین شرایط قابلیت‏اطمینان سیستم فرمول بندی می شود؛ درحالی که به کمک الگوریتم دوم بودجه لازم و نحوه تخصیص آن برای دستیابی به سطح ازپیش تعیین شده ای از خاموشی مشترکین در مقابل استراتژی نامشخص افراد خرابکار محاسبه می شود. مدل پیشنهادی در محیط نرم افزارهای MATLAB (اجرای الگوریتم های بهینه سازی تک هدفه پرنده فاخته و چندهدفه ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب) و GAMS (محاسبه شاخص قابلیت‏اطمینان سیستم پس از عملکرد توسط مدل پخش‏بار بهینه) حل شده است و استراتژی بهینه بازی محافظان، در راستای تحقق بهترین وضعیت قابلیت اطمینان سیستم به دست آمده است. نتایج کارایی تکنیک پیشنهادی را در تخصیص بهینه بودجه محافاظتی و افزایش شاخص امنیت تامین انرژی الکتریکی تایید می کند.

    کلیدواژگان: تئوری بازی، امنیت انرژی، پخش بار بهینه، الگوریتم پرنده فاخته، الگوریتم ژنتیک نامغلوب
|
  • Ali Bagheri, Mohsen Alizadeh*, Naser Khodabakhshi Pages 1-12

    In this paper, an improved controller design for a three-phase, four- switch rectifier is designed to balance the voltage of DC capacitors. Today, the four-switch rectifiers have been considered due to the reduction of the two switches to the old six-switch rectifiers. However, the dividing of the same voltage across the capacitors as well as the current balance drawn from the rectifier input is one of the challenges facing these converters. Hence, in this paper, the design of internal and external loop controllers are described step by step. Also, to compensate for the capacitor voltage, the auxiliary signal is added to the internal control loop. Additionally, since the old space vector modulation (SVM) method is unable to control the converter to the purpose of balancing the input current, an improved SVM method is proposed to balance the input current of the converter. The simulation results performed in Matlab/Simulink show that using the proposed SVM method and the auxiliary signal, added to the controller, significantly compensates the capacitor voltage and the converter input current. With sensitivity analysis, it is also shown that the controller is resistant to load variations, output, and input voltage appropriately.

    Keywords: Four-switch rectifier, Space Vector Modulation (SVM), voltage, current unbalance
  • ALIREZA HASSANZADEH*, Mohammad Saneii Pages 13-19

    Wireless energy transfer is of high interest, and applications such as RFID, implantable devices, electric vehicles, and charging cell phones are widely used. Power dissipation of power MOSFETs used in these applications affect efficiency of such circuits. In this paper a special method has been used to lower energy dissipation of inverters and replace MOSFETs with energy storing elements in the circuit. In the new method two MOSFETs have been omitted from the inverter bridge circuit. A self-oscillating full-bridge MOSFET-inductor circuit with high efficiency and low power dissipation has been implemented with minimum component. The implemented circuit has 24% efficiency at 20cm distance for energy transfer.

    Keywords: Wireless energy transfer, Inverter, Self-oscillator, Tank circuit
  • Mohsen Hasan Babayi Nozadian, Ebrahim Babaei*, Elias Shokati Asl Pages 21-32

    In this paper, a new control method is proposed that it is suitable for half bridge Z-source inverters. Due to extend of half bridge Z-source inverters and lack of a suitable control method, it is necessary to present a control method with capability to generate low frequency output voltage. According to this fact that, the switching pattern of the half bridge Z-source inverters are different because of their topologies and applications, therefore, each switching method create specific conditions in values of voltage and current ripples, voltage and current stresses and design considerations. This paper while propose a new control method for half bridge Z-source inverters, it is presented completely analyses of a half bridge Z-source inverter based on the proposed method. Different conditions to generate shoot through (ST) modes in the proposed method are presented and mathematical relations between duty cycle and modulation index is shown. Finally, in order to reconfirm the theoretical analyses, the simulation results by using PSCAD/EMTDC are presented.

    Keywords: Control Method, Half Bridge Z-source Inverters, Duty Cycle, Modulation Index, Critical Inductors
  • Mehdi Torabian Esfahani, Behrooz Vahidi*, Javad Momenpour Pages 33-41

    Today, due to the expansion of nonlinear loads, harmonic distortion has increased in power networks and has led to a decrease in power quality (PQ) in them. Regarding to the fact that utilities are responsible for supplying the quality of voltage at the points of sale of electrical energy to customer. Hence, the exact determination of the harmonic contribution of each customer in them is very important. In this paper, a new method based on the crossed frequency admittance matrix is proposed to determine the contribution of each customer on the harmonic distortion of interconnected networks. The basis of this method is the separation of linear and nonlinear load behavior and its effect on harmonic distortion in whole of network. The proposed method is tested in a 5-buses interconnected network, which results show the of the proposed method's accuracy.

    Keywords: Harmonic Contribution, Power Quality, Interconnected networks, Admittance matrix
  • Adnan Rajaeian, Roohalamin Zeinali Davarani, Erfan Rajaeian* Pages 43-51

    The inverter is one of the main components of photovoltaic power plants. Since the power output of the power plant is directly related to the inverter's performance, the inverter losses have an important effect on the generation and efficiency of the photovoltaic plant. The most important of inverter losses are the inverter clipping and inverter efficiency losses. Some factors affecting clipping losses and inverter efficiency are the sea surface height, ambient temperature, input power DC, wind speed, air density, radiation, and so on. Due to the high radiation potential, the wide area, and the variety of climate in Kerman province, in this article, Kerman province has been selected for the installation of photovoltaic power plants and the effects of environmental factors on inverter clipping losses and inverter efficiency are studied in different areas of Kerman. In simulating the effects of several factors such as wind speed, radiation, altitude, ambient temperature, wiring losses, inverter power consumption during operation and at the night, shadow and dust losses are considered. In addition, the effect of the inverter DC to AC ratio on the inverter clipping losses, power generation capacity, and on the capacity factor of photovoltaic plant have been investigated.

    Keywords: Radiation, Inverter power clipping losses, Inverter efficiency losses, DC to AC ratio, Photovoltaic power plant
  • Faezeh Mirzaei*, AliAkbar Pouyan Pages 53-72

    Swarm robotic (SR) draws inspiration from nature and is emerged as synthesis of swarm intelligence and robotic. Due to special properties like feasibility, robustness and scalability, swarm robotic has several advantages in comparison to other multi robot systems. In this paper, firstly, SR source of inspiration is introduced, and a precise definition along with desirable properties of swarm robotic is presented. Secondly, SR application domains, well-known projects and simulation environments are reviewed. Thirdly, an overview of various modelling approaches and algorithms is reported. The presented algorithms are divided into task-specific categories. So some of common tasks that could be profitably tackled using swarm robotic can be understood. Finally SR open problems and challenges are discussed. We expect this paper can give a comprehensive view of swarm robotic to researchers.

    Keywords: Multi Robot Systems, Cooperative Multi Robot Systems, Swarm Robotic, Swarm Intelligence, Swarm Algorithms
  • Hamid Shahalami*, Hamzeh Khandouzi Pages 73-85

    Single-phase motors are among the most widely-used motors in low-power applications. These motors are omnipresent in residential applications and make up a majority of this sector. Previously these motors were specifically employed in constant velocities. Over time the need for speed control in these motors has brought this problem into focus of many research investigations. Sensorless control of single-phase motors is particularly appealing due to mechanical and economic considerations. In the present paper, one attempts to control motor speed by influencing rotor flux orientation through a vector control method and propose a new method of speed estimation based on extended Kalman filter algorithm. In order to estimate single-phase induction motor speed together with on-line rotor resistance estimation, the measurement noises have been accounted in EKF algorithm. The proposed method is validated with a simulation that includes rotor resistance changes and measurement noise.

    Keywords: Single-phase asynchronous motor‎, SPIM, Rotor field oriented control, speed estimation, extended Kalman filter, EKF, on-line rotor resistance estimation
  • Seyyed MohammadJavad Jafarian Amiri, Jalal Nazarzadeh* Pages 87-97

    Bearings are one of the most important components of an electric machine that are continuously exposed to the electromagnetic and mechanical forces. Vibration caused by various mechanical and electrical faults can impose an irregular rotor-motion in the machine air-gap. In this paper, with the augmented modeling of the electromagnetic and mechanical equations of an induction machine, the dynamics of rotor movement in the air gap are introduced. For this purpose, using the principle of the energy conservation and the Lagrangian theorem, the electromagnetic forces and torques generated from the electromagnetic field of an induction machine are applied by in the mechanical equations of the rotor with three degrees of freedom. Then, the instantaneous position of the rotor in the air-gap and the electromagnetic redial forces on bearing surfaces are identified based on the electrical and mechanical parameters. The numerical analysis is backed up with the experimental results as well in order to validate the accuracy of the proposed model.‎

    Keywords: Induction Machines‎, ‎ ‎Machine inductances‎, ‎‎Electro-Magnetic Force‎, Bearing
  • Hamid Shahalami*, Samaneh Fathi Sasansara Pages 99-111

    A significant number of electrical motors producing annually are on the basis of small AC commutating series motor. The application of such motors is more considered in some appliances like vacuum cleaners, mixers, juicer machines, drills and etc. Therefore, regarding the trial and error mechanism, a proper design procedure of such types of electrical machines eventuates to a significant decline in saving the overall manufacturing cost. Hence, in this paper through a smart optimizing method based on particle swarm optimization (PSO) algorithm, a design consideration for an universal AC commutating series motor is presented. By the definition, a combination of geometric parameters and operating point of motor is used as the cost function of the proposed optimizing method. Here, in order to show the effectiveness of the proposed method, the overall optimizing results derived from the PSO algorithm will be compared with its counterpart based on Firefly algorithm. Also, to further confirm the obtained results from the proposed designing procedure, the design of a sample universal motor is implemented into the two-dimension Maxwell software with a contribution of finite element analysis. The simulation results show the robustness and high flexibility of the proposed method.

    Keywords: Optimized designing, universal AC series motor, particle swarm optimization, PSO algorithm, finite element method, FEM
  • M .Iman Alizadeh*, Reza Ghaffarpour, Ali Mohammad Ranjbar Pages 113-121

    Readiness of power systems to cope with emergencies, especially those of sabotage origins, can improve the resiliency and minimize the restoration cost and time. In the current paper, in a tri-level robust decision making framework, system operator (SO) schedules the power generation for a base case in the upper level while a rational attacker tries to disrupt the most sensitive substation and consequently the connected generation units and transmission lines which leads to maximum load shedding in the middle level. Meanwhile, the SO once again tries to minimize the load shedding by redispatching the generation fleet in the lower level. In addition, in power systems with high wind penetration rates the SO should also consider the impacts of wind generation uncertainty for a more realistic robust scheduling. In contrast with two-stage robust methods with full recourse which immunize solutions against worst economic scenario (over-conservative solutions), the proposed column and constraint generation (CCG)-based model tries to find the base case solution while ensuring that in case of malicious attacks or wind realizations the solution can be adaptively adjusted with least load shedding. The performance of the proposed model is examined in 118-bus IEEE test system.

    Keywords: Resiliency, SCUC, Robust Optimization, Operation with high penetration Rate of RES
  • Azin Shojaei, Mehdi Moallem*, M. Hosein Manshaei Pages 123-133

    In this paper, a new day ahead energy management system is proposed for a smart grid in which distribution company and residential customers are involved. The interaction between customers and the distribution company is modeled as a single leader-multiple followers Stackelberg game. The leader of Stackelberg game is the distribution company which calculates the price of energy by maximizing its profit in a stochastic optimization framework. The residential customers, who are the followers of Stackelberg game, consider the common constraint of maximum aggregated load regulating in their optimization problem and thus play a general Nash game with each other. It is proved the customers’ general Nash game is strongly monotone and consequently has a unique equilibrium. To achieve the unique Stackelberg equilibrium, the best response-based energy management algorithm is devised, and its convergence condition is proved. It is also proved that the Stackelberg equilibrium is an optimal social equilibrium, in which the sum of customers’ cost is minimized, and the profit of the distribution company is maximized. The proposed energy management mechanism decreases the maximum aggregated load by 21.89% and increases the load factor by 27.72%.

    Keywords: Smart Grid, Energy Management, Stackelberg Game, General Nash Game, Best Response-Based Algorithm
  • Farhad Amiri, Alireza Hatami* Pages 135-148

    One of the important issue in isolated microgrid is load-frequency control. This paper proposes a fractional order PID (FOPID) controller for load-frequency control of microgrid by considering nonlinear factors of Distributed energy resources. The parameters of FOPID are optimized using hybrid Craziness-based Particle Swarm Optimization (CRPSO) and Pattern Search (PS), which the first is used for global search and the other is used for local search. The simulation is carried out in MATLAB/SIMULINK environment. Different senrios are simulated for studying the effects of different disturbances such as load changes (in step form), changes of output power of photovoltaic and wind turbine generators, all with and without considering parameters uncertainties. The results shows the better performance of the proposed controller as compared with fractional order PID (FOPID) and PID, which is optimized by optimized by particle swarm optimization, and fuzzy PI, which is optimized by particle swarm optimization.

    Keywords: Microgrid, Load frequency control, Nonlinear model, Fractional order PID, Hybrid craziness-based particle swarm, Pattern Search
  • Hamid Karimi, Shahram Jadid* Pages 149-159

    In this paper, a Real Time Pricing (RTP) design is proposed for Demand Response Programs (DRP) that it increases the benefit of the consumers and Load Serving Entity (LSE), in addition, improves the load factor (LF) of the network. It is possible for consumers to buy their energy from the retail market or participate in the LSE scheme and they will be paid the LSE price. The LSE ensures consumers that the dynamic price determined is less or equal to the retail price to encourage consumers to participate in the proposed scheme and maximize its profits. On the other hand, The LSE is tried to design prices that prevent a new peak demand. The proposed model is modeled as a multi-objective and bi-level optimization. The upper level of optimization is multi-objective, and it maximizes the LSE benefit and improves the network load factor. The benefit of customers is modeled in the lower level of this problem. The proposed model is solved using GAMS software and the results show the efficiency of the proposed model.

    Keywords: Demand Response, Load Serving Entity, Bi-Level Program, Multi-Objective Optimization, Retail Market
  • Morteza Shafiekhani*, Mohsen Hesami, Omid Homaee Pages 161-173

    In this paper, a new approach is proposed for optimal bidding of strategic units in day ahead energy market and market clearing process. This method describes the multi objective scheduling of strategic units that is going to maximize its profit in presence of rivals and minimize its emission. In order to achieve this goal, a bi-level mathematical optimization model with equilibrium constraints Is provided. The first level maximizes the profit of strategic units and the second level maximizes the level of social welfare. The bi-level model is converted to a mixed integer linear programming model using a duality theory and Karush-Kuhn-Tucker (KKT). Another goal is to solve the bi-level problem in a multi-objective method using augmented Epsilon constraint method in order to maximize profit of linearized model and reduce the emission of strategic units. Finally, the best answer is selected using fuzzy decision method. The power transmission distribution factor (PTDF) method has been used to model the network structure.

    Keywords: Bi-level model, multi-objective model, augmented epsilon constraint method, strategic bidding
  • Reza Ghaffarpour* Pages 175-187

    During recent years, increment of incentives for deliberate subversive activities against power systems along with the restrictions on the allocation of financial resources for protection of these infrastructures have absorbed significant attentions of researchers toward the necessity of optimal allocation of these finances; and such the way, to minimize damages and consequently energy not supplied in case of future events. Planners of subversive activities as fully strategic actors target those low probability events which are no considered in protection schemes to maximize quantity of damages to power system. In this study, a new game theory based scheme is proposed in form of a zero sum playoff in order to provide an optimal allocation strategy. In this paper, two budget allocation algorithms have been presented to protect transmission lines and substations against deliberate threats. In the first algorithm, allocation of a certain amount of annual funding to transmission lines and substations is formulated with the aim of attaining the best possible condition of power grid in term of system reliability; while, required budget and procedure of allocation of this budget to targeted system utilities against undefined strategy of malicious individuals are calculated in second algorithm, in order to reach a predefined level of system reliability. Proposed model is implemented employing MATLAB (i.e. to execute single-objective Cuckoo optimization algorithm as well as multi-objective non-dominated sorting genetic algorithm II) and GAMS (i.e. to determine reliability of grid by use of power system load flow) software. Totally, optimized game strategy of protectors to acquire the best condition of system reliability has been obtained. Results validate effectiveness and applicability of proposed method in cases of optimality of allocation technique and subsequently increase of reliability indices.

    Keywords: : Game theory, Energy security, Cuckoo optimization algorithm, non-dominated sorting genetic algorithm