فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 44 (زمستان 1399)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 44 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/03
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مینا غیور، حسین پورقاسم* صفحات 1-19
    دیابت یکی از شایع ترین بیماری ها در جهان است که آثار مخربی بر روی قسمت های مختلف بدن برجای می گذارد. از ابتدایی ترین قسمت هایی که دچار عارضه می شود چشم است. تحلیل صدمات وارد شده بر روی شبکیه چشم از بهترین راه های تشخیص دیابت است. به همین علت ابتدا یک روش پرکاربرد و موثر برای حذف نویز تصاویر با ترکیب فیلتر وینر و تبدیل موجک گسسته اعمال می شود. در مرحله بعد از الگوریتم خوشه بندی k-means برای حذف قسمت های نامطلوب تصویر شامل نواحی خیلی روشن و خیلی تیره تصویر، استفاده می شود. سپس ویژگی های رنگ و شکل تصاویر استخراج می شود. برای استخراج ویژگی های رنگ تصویر، تصاویر را به فضای lab که برای چشم انسان بهتر قابل درک است برده می شود و برای استخراج ویژگی های شکل ابتدا تصاویر را به تصاویر خاکستری تبدیل کرده و سپس اقدام به استخراج ویژگی های شکل می گردد. پس از استخراج ویژگی ها به کمک الگوریتم تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی تعداد ویژگی ها را کاهش داده و بهترین و موثرترین ویژگی ها انتخاب می شود. در پایان برای طبقه بندی ویژگی ها و تصاویر به دو گروه سالم و بیمار، از طبقه بند ماشین بردار پشتیبان با کرنل های متفاوت استفاده می شود. این الگوریتم صحت بالای 90% برای تصاویر آزمایشی حاصل می کند.
    کلیدواژگان: رتینوپاتی دیابتی، ویژگی های شکل و رنگ تصاویر، تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی، ماشین بردار پشتیبان
  • امیررضا علیزاده، سید محمد کارگر* صفحات 21-35

    در این مقاله یک روش کنترلی با رویکرد کنترل پیش بین مبتنی بر مدل به منظور تنظیم دمای داخل ساختمان ارایه می گردد. در سال های اخیر بیشترین میزان مصرف انرژی در ساختمان ها، مربوط به سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع بوده است. از همین رو کنترل سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع در ساختمان ها در راستای کاهش مصرف انرژی مورد توجه قرار گرفته است. در ابتدا یک مدل ساختمانی در نرم افزار انرژی پلاس طراحی و سپس تمام داده های ورودی و خروجی، جهت شناسایی از این نرم افزار استخراج می شوند. در ادامه شناسایی سیستم به روش مدل فضای حالت انجام می گیرد. سپس کنترل کننده با رویکرد پیش بین جهت کنترل دمای داخلی ساختمان طراحی می گردد. نوآوری این مقاله در دو زمینه قابل بیان است، اول اینکه برخلاف اکثر پژوهش های صورت گرفته، داده های استفاده شده در قسمت شناسایی سیستم با فرض ایزوله نبودن اتاق ها و وجود ارتباط دمایی بین اتاق ها انجام شده است که باعث تولید مدلی دقیق تر از سیستم می گردد. دوما در این پژوهش اثر دمای خارجی محیط به عنوان اغتشاش در نظر گرفته شده است و تاثیر آن در طراحی کنترل کننده مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان،نتایج به دست آمده از شبیه سازی در افق یک ساعته، عملکرد خوب کنترل کننده ی پیش بین مبتنی بر مدل نسبت به روش کنترل بهینه به همراه کاهش مصرف انرژی در کنار حفظ شرایط مطلوب دمایی برای ساکنین در یک 24 ساعت را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی مصرف انرژی، سیستم های چندورودی-چندخروجی، سیستم های گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع، شناسایی سیستم، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، تحلیل زیرفضا
  • هادی شمس سولاری، بهروز مجیدی*، مجید معظمی صفحات 37-46
    ارزیابی سطح ریسک سیستم های قدرت و کاهش هزینه های در ارتباط با اثرات مخرب آن، به یکی از چالش های اساسی بهره برداری و برنامه ریزی صنعت برق تبدیل شده است. در این مقاله یک روش جدید به منظور مدل سازی ریاضی همبستگی خرابی ترانسفورماتورهای موازی با استفاده از فرآیند پواسون و تابع مفصل گوسی چند متغیره ارایه شده است. در این روش با محاسبه شاخص های انتخابی قابلیت اطمینان و هزینه های مرتبط با آن، یک روش مدل سازی به منظور تخمین امید ریاضی هزینه خرابی تراسفورماتورهای موازی با همبستگی خرابی و هزینه ریسک سالیانه سیستم قدرت پیشنهاد داده شده است. با توجه به توانایی تولید فرآیند گذر حالت واقعی سیستم برای شبیه سازی همبستگی و احتمال خرابی ترانسفورماتورهای موازی، از روش مونت کارلو ترتیبی برای محاسبه شاخص های قابلیت اطمینان سیستم و همچنین تخمین هزینه های مذکور استفاده شده است. نتایج شبیه سازی روش پیشنهادی نشان می دهد که افزایش احتمال همبستگی خرابی ترانسفورماتورهای موازی در پست های برق به صورت سالیانه، منجر به افزایش امید هزینه خرابی آنها، افزایش سطح و هزینه کل ریسک سیستم قدرت خواهد شد.
    کلیدواژگان: امید هزینه خرابی، ترانسفورماتورهای قدرت، فرآیند پواسون، قابلیت اطمینان، هزینه ریسک، همبستگی خرابی
  • امین ابوطالبی نجف آبادی* صفحات 47-69
    کاربرد روز افزون موتورهای القایی تکفاز شار محوری خازن دایم و بازده پایین آنها، باعث اهمیت مساله بهینه سازی این نوع موتورها گردیده است. در این مقاله، ضمن معرفی اصول الگوریتم های کلاسیک طراحی این نوع موتورها که شامل یافتن ابعاد قسمت های مختلف موتور و محاسبه پارامترهای الکتریکی مانند مقاومت ها و راکتانس ها و خازن است، با معرفی مدار معادل پیشنهادی در حالت دایمی به منظور کاهش فاصله هوایی موتور، به معرفی ساختار الگوریتم های بهینه سازی پرداخته و در ادامه از الگوریتم های بهینه سازی ژنتیک و تجمع ذرات بهبودیافته در راستای بهینه سازی طراحی موتور شار محوری جهت افزایش بازده، افزایش ضریب توان و کاهش حجم هسته استفاده می شود. بدین منظور یک موتور القایی تک فاز شار محوری با خازن دایم که کاربرد قابل توجهی در سیستم های تهویه دارد، انتخاب شده، مورد بررسی عملکردی قرار گرفته و با استفاده از فرمول های طراحی و به کمک مدار معادل حالت دایمی پیشنهادی و همچنین با استفاده از روش های هوشمند نظیر الگوریتم ژنتیک و تجمع ذرات بهبودیافته، بهینه سازی موتور جهت افزایش حداکثری بازده صورت گرفته و نتایج آن در قالب نمودارهای گشتاور- سرعت و بازده- سرعت رسم و با یکدیگر مقایسه شده است. در پایان موتور طراحی شده به روش اجزای محدود جهت تایید الگوریتم طراحی، مدل حالت دایمی، الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی و نتایج آزمایش ها شبیه سازی شده است.
    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی، الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات بهبود یافته، روش اجزای محدود، مدل عملکردی حالت دائمی، موتور القایی تکفاز شار محوری
  • زهرا حیدران داروقه امنیه، سید محمدجلال رستگار فاطمی، مریم رستگارپور* صفحات 71-89

    الگوریتم های آموزش عمیق در بسیاری از مسایل بازشناسی الگو، نتایجی در سطح انسان و یا بهتر می توانند به ثبت رسانند. اما این نتایج با مکانیسمی متفاوت از مغز انسان به دست آمده است. مدل پیشنهادی در این مقاله یک الگوریتم تقسیم بندی و درون یابی با الهام از مغز انسان را توصیف نموده و بعد از لایه ورودی، لایه ی شبکیه اعمال شده است که به پیروی از شبکیه چشم، عمل رمزنگاری بر روی تصویر ورودی را انجام می دهد. سپس تصویر ورودی به فضای ثانی انتقال می یابد که تلاش برای تغییر ساختار شبکه عمیق با الهام از مسیر بینایی مغز خواهد بود. بازخورد شبکه، نرخ بازشناسی و سطح انرژی شبکه و یا جامعیت شبکه ی آموزش دیده در زیرمجموعه هایی از مجموعه داده کلتک بررسی می گردد. در نمونه های مشابه الگوریتم های آموزش عمیق برای یادگیری نیاز به داده بیشتری در مقایسه با یادگیری انسان دارد. بعلاوه، اختلاف یادگیری عمیق و انسان، تفاوت در بازنمایش اطلاعات است. در یادگیری عمیق وزن ها در جهتی بهبود می یابند تا در یک آزمایش خاص نتیجه بهینه شود ولی در انسان با میلیون ها سال تکامل، مغز انسان به گونه ای تکامل یافته تا بازنمایش بهینه و موثر باشد. چالش مورد بررسی دیگر، عمیق تر شدن لایه های یادگیری عمیق است. تعداد این لایه ها نسبت به مغز چندین برابر گشته است و این مسئله منجر به پیچیدگی و صرف انرژی بیشتر می شود. اما در مغز با صرف انرژی کمتر می تواند تشخیص را انجام دهد. بیشینه نرخ بازشناسی مدل پیشنهادی به 93 درصد می رسد و مدل پایه نزدیک به 91 درصد است. همچنین مدل پیشنهادی تنک تر و نرخ آتش نورون ها در لایه های ابتدایی کمتر و پایداری بالایی به تغییرات شدت روشنایی داشته، تفکیک پذیری در لایه های مدل بالاتر رفته و توانسته در مواجهه با تصاویر نویزی پاسخ بهتری نشان دهد و افت بازشناسی کمتری را ثبت کند.

    کلیدواژگان: یادگیری عمیق، سیستم کانولوشنی، نرخ بازشناسی، فیلتر دیفرانسیلی گوسی، سطح انرژی شبکه، پراکندگی، ماتریس تفکیک پذیری مغز
  • سعید زمانیان، سجاد سعدی، رضا غفارپور، آرام مهدویان* صفحات 91-109

    عملکرد مناسب و پایدار هر سیستم الکتریکی تا حد زیادی مرتبط با شناخت طراحان از ماهیت آن سیستم است؛ بنابراین لزوم ارایه ی مدلی دقیق و مبتنی بر رفتار واقعی سیستم از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. درزمینه ی ریزشبکه های اینورتری با توجه به نبود گشتاور همگام ساز کافی فرآیند طراحی باید با حداکثر دقت انجام پذیرد. به این منظور ابتدا باید مدل دینامیکی کاملی از ریزشبکه به دست آورد. یکی از مهم ترین بخش های ریزشبکه های اینورتری بخش بار است، به این دلیل که رفتار بار در خروجی بخش تولید توان، بر تمامی ارکان سیستم تاثیرگذار است؛ بنابراین تمرکز مقاله ی حاضر بر بررسی تاثیر مدل سازی بار در فرآیند طراحی سیستم خواهد بود. ابتدا با ارایه ی معادلات اجزای ریزشبکه مدل فضای حالت آن به دست آمده و در حضور مدل بار استاتیکی پایداری سیستم بررسی خواهد شد. سپس با قرار دادن مجموعه ی بارهای مدل دینامیکی بازیابی نمایی و استاتیکی چندجمله ای، صحت نتایج حاصل از طراحی مبتنی بر مدل استاتیکی مورد تحقیق قرار می گیرد. در این مسیر روش مکان ریشه ها و مشاهده ی عملکرد ریزشبکه معیار پایداری سیستم خواهد بود. به منظور دست یابی به اهداف پایدارسازی و بهبود عملکرد سیستم، ضرایب مشارکت متغیرهای حالت استخراج و پارامترهای تاثیرگذار مورد مطالعه قرار خواهند گرفت.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، پایداری دینامیکی، مدل دینامیکی بار، مدل دینامیکی بازیابی نمایی، مدل استاتیکی چندجمله ای
|
  • Mina Ghayoor, Hossein Pourghassem * Pages 1-19
    Diabetes is one of the most common diseases in the world, adversely affects different body organs. One of the most common causes of eye problems is diabetes. Analyzing retinal damage is one of the best ways to diagnose diabetes so one of the best ways to diagnose diabetes is to look at the damage to the retina. Hence, first, a highly applicable and effective method, which is a combination of the Wiener filter and the discrete wavelet transform (DWT), is used for the removal of noise from images. Afterward, the k-means clustering algorithm is used to remove the bad image sections including very light and very dark areas of the image. Next, the image color and shape features are extracted. We transfer the images to the lab space, which fits the eye more, to extract the image color features. To extract the image shape features, first the images are converted into grey images and then the shape features are extracted. After extracting the features, the number of features is reduced using the Principal Component Analysis (PCA) algorithm. Besides, the best and most effective features are also selected. Finally, the support vector machine classifier with different kernel is used to classify the features and images into two categories, namely the healthy participants and patients. The accuracy resulting from this algorithm using the test images is over 90%.
    Keywords: : Diabetic retinopathy, shape, color properties of images, principal component analysis, Support vector machine
  • Amirreza Alizadeh, Seyed Mohamad Kargar * Pages 21-35

    In this paper, a model predictive control approach is presented to regulate indoor temperature. In recent years, the highest energy consumption in buildings is related to heating, ventilation, and air conditioning systems. Therefore, the control of heating, ventilation, and air conditioning systems in buildings has been taken into consideration to reduce energy consumption. At first, a construction model is designed in the Energy-plus software, then all input and output data is collected from this software to identify the state-space model. Then the Model-based predictive control algorithm is applied to control the indoor building temperature. The contribution of this paper is two-fold. Firstly, the data used in the system identification section is based on the assumption that the rooms are not isolated. There is a temperature relationship between the rooms, which provides a more realistic model of the system. Secondly, the external ambient temperature is considered as a disturbance, and its effect on controller design has been investigated. The simulation results for 24 hours show the good performance of the model predictive control approach over the optimal control method along with reducing energy consumption while maintaining the optimal temperature conditions.

    Keywords: Energy efficiency, Multi Input-Multi Output, heating, Ventilating, Air Conditioning (HVAC), Model predictive control, Subspace Identification
  • Hadi Shams Solari, Behroz Majidi *, Majid Moazzami Pages 37-46
    Risk level evaluation of power systems and reduction of its related destructive effects costs have been transformed to one of the basic challenges in power industry’s operation and scheduling. In this paper a new method for mathematical modeling of failure correlation of parallel transformers using Poisson process and multi-Gaussian Copula function is presented. In this method, by using computation of selected reliability indices and related costs, a modeling method for estimation of expectation value of failure cost of parallel transformers with failure correlation and also cost of annual risk of power system has been proposed. According to the capability of production of stage-gate process of the system real mode and failure correlation and probability of parallel transformers, sequential Monte Carlo method for calculation of system’s reliability indices and related costs estimation has been employed. Simulation results of the proposed method show that annual increase of failure correlation probability of parallel transformers in power stations, will lead to increase of expectation value of their failure, level and cost of power system’s risk.
    Keywords: Expected Failure Cost, Power transformers, Poisson Process, reliability, Cost of Risk, Failure Correlation
  • Amin Aboutalebi Najafabadi * Pages 47-69
    The increasing application of single-phase axial flux induction motors with a permanent capacitor and their low efficiency has led to the importance of optimization of this type of motors. In this paper, by introducing the classical algorithms of design of this type of motors, which consists of finding the dimensions of different parts of the motor and calculation of electrical parameters such as resistance and reactance, and capacitor, by introducing the proposed equivalent circuit in the permanent state to reduce the air gap of the motor, introduces the structure of optimization algorithms and then uses a genetic algorithm and improved particle swarm algorithm to optimize the design of the axial flux motor to increase efficiency, increase power factor and reduce core volume. For this purpose, a single-phase axial flux induction motor with a permanent capacitor that has considerable application in ventilation systems is investigated, and using design formulas and with the help of a circuit equivalent to the proposed permanent state, as well as using Intelligent methods such as genetic algorithm and improved particle swarm algorithm, engine optimization to increase maximum efficiency and the results are drawn in the form of torque-speed and efficiency-speed diagrams and compared with each other. Finally, the designed motor is simulated by the finite element method to verify the design algorithm, the steady-state model, the proposed optimization algorithm, and the test results.
    Keywords: Optimization algorithm, improve particle swarm optimization algorithm, Finite Element Method, continuous mode functional model, single-phase axial flux induction motor
  • Zahra Heydaran Daroogheh, MohammadJalal Rastegar Fatemi, Maryam Rastgarpour * Pages 71-89

    Deep learning algorithms achieves some results at human level or even better in pattern recognition problems. Meanwhile they apply a different mechanism other than human brain. This paper describes a human-inspired segmentation and interpolation algorithm, which applies the retinal layer in the proposed model after the input layer. Following this retina, this layer encrypts the input image and transmits the input image to the second space, which try to change deep network structure inspired of the brain's visual path. Network feedback, recognition rate, and network energy level or the comprehensiveness of the trained network examined in subsets of the Caltech data set. In similar examples, deep learning algorithms require more data to learn other than human. In the difference between deep learning and human, there is a difference in the representation of information. In deep learning, weights improve in a way that optimizes the result in a particular experiment, but in millions of years of human evolution, the human brain has evolved optimally and effectively representation. Another point of contention is the deepening of deep learning layers. The number of these layers has multiplied compared to the brain that lead to more complexity and energy expenditure. However, in the brain it can make a diagnosis with less energy. The maximum recognition rate of the proposed model is 93% and the base model is close to 91%. Also, the proposed model is thinner and the rate of fire of neurons in the initial layers is lower and has a high stability to changes in light intensity. The Dissimilarity of the model layers has been higher and it has been able to show a better response in the face of noise images and record less recognition loss.

    Keywords: deep learning, Convolutional system, Recognition rate, Gaussian differential filter, Network Energy level, Sparsity, Representational Dissimilarity Matrix
  • Saeid Zamanian, Sajad Sadi, Reza Ghaffarpour, Aram Mahdavian * Pages 91-109

    The proper and sustainable performance of any electrical system is mainly related to the designers' insight into the nature of that system. Therefore, the need to provide an accurate model based on the actual behavior of the system has considerable importance. In the case of inverter-based microgrid, due to the lack of sufficient synchronizing torque, the design process must be carried out with the utmost precision. In this paper, the stability of the inverter-based microgrid will be studied. First by presenting the equations of the microgrid components its state-space model is obtained and in the presence of the static load model the stability of the system will be investigated. Then, by placing the inventory of dynamic exponential recovery and static polynomial load models, the results of the static model-based design are investigated. In this study, the measure of system stability will be eigenvalue plots and system performance. In order to achieve system stability and performance improvement, the state variables participation factors extracted and the effective parameters will be studied

    Keywords: Microgrid, Dynamic stability, dynamic load model, exponential recovery load model, polynomial load model