فهرست مطالب

Operation and Automation in Power Engineering - Volume:9 Issue: 1, Spring 2021

Journal of Operation and Automation in Power Engineering
Volume:9 Issue: 1, Spring 2021

  • تاریخ انتشار: 1399/09/22
  • تعداد عناوین: 8
|
  • عباس خورشیدی، طاهر نیکنام*، بهمن بهمنی فیروزی صفحات 11-22

    در این مقاله یک طرح کنترلی جدید برای سنکرونیزم ریزشبکه های AC با سیستم قدرت بالادست ارایه شده است. اثر دینامیک های خودرو به شبکه بر روی فرآیند سنکرونیزم مورد مطالعه قرار گرفته است. طرح کنترلی جدید مبتنی بر محاسبات کسری بوده که برای سنکرونیزم ریزشبکه توسعه داده شده است. اثر دینامیک های خودرو به شبکه بر روی ریزشبکه با استفاده از تحلیل پایداری بهره کوچک و شبیه سازی بررسی شده است. این اثرات با در نظر گرفتن یک ریزشبکه شامل  PHEVغالب، در نظر گرفته شده اند. طرح کنترلی پیشنهادی یک طرح کنترل هماهنگ منابع تولید پراکنده بوده که یک سنکرونیزم نرم و قابل اعتماد را برای ریزشبکه فراهم می کند. در طرح پیشنهادی، کنترلرهای مرتبه کسری FOPID با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه سازی و پیاده سازی شده اند. نتایج شبیه سازی موثر بودن طرح کنترلی پیشنهادی را در انجام سنکرونیزم سریع و نرم ریزشبکه تایید می کنند.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، سنکرونیزم، FOPID، V2G
  • علیرضا ناطقی، حسین شهسواری * صفحات 23-33

    در این مقاله، تیوری و مدلسازی سلول های خورشیدی (PV) مقیاس بزرگ در شبکه های قدرت و تاثیر آن ها بر روی پایداری سیستم قدرت، مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه، مدل مبنا سیگنال کوچک و تحلیل ریاضی PV مقیاس بزرگ متصل به شبکه قدرت چند ماشینه آورده شده است. بخش اصلی مقاله کاهش نوسانات فرکانس پایین توسط پایدارساز در حضور واحد PV است. به منظور بهینه سازی عملکرد سیستم، یک پایدارساز نوین بهینه شده فازی مبتنی بر کنترل کننده PID  کسری ( ) برای تقویت پایداری سیگنال کوچک شبکه قدرت در حضور PV ارایه شده است. به منظور بهینه سازی عملکرد سیستم  از الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری (GWO) استفاده شده است. به منظور بررسی عملکرد پایدارساز پیشنهادی، دو مدل از کنترل کننده های مختلف شامل، پایدارساز کلاسیک و کنترل کننده  مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی جستجوی ذرات (PSO) با یکدیگر مقایسه شده اند. برتری کنترل کننده پیشنهادی  مبتنی بر GWO  در بهبود پایداری سیگنال کوچک در سیستم مورد مطالعه متصل به PV با استفاده از شبیه سازی در حوزه زمان نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: کنترل کننده کسری PID، کنترل فازی، فتوولتاییک، الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری، مدل سیگنال کوچک
  • غلامرضا اقاجانی*، ایرج حیدری صفحات 34-48

    ریزشبکه و هوشمندسازی شبکه های الکتریکی یکی از مفاهیم نوین در سیستم های قدرت هستند که توانسته اند فناوری های جدیدی را در درون خود پشتیبانی نمایند. یکی از مهمترین این فناوری ها، خودروهای الکتریکی می باشند که استفاده بهینه از ان می تواند سبب افزایش بهره وری شبکه گردد. با وجود زیرساخت های لازم و مدیریت صحیح، خودروهای الکتریکی مدرن می توانند برخی اوقات به عنوان یک منبع انرژی به تامین بارهای شبکه نیز کمک کنند. این مقاله با توجه به قیمت بازار انرژی، قیمت پیشنهادی توسط منابع تولید پراکنده و همچنین خودروهای الکتریکی موجود در ریزشبکه و بارهای پاسخگو، مدیریت انرژی را برای منابع تولید و ذخیره مورد مطالعه قرار داده است. برنامه های پاسخگویی بار مورد استفاده شامل برنامه پاسخگویی زمان استفاده و کنترل مستقیم بار می باشد. ساختار مساله بصورت برنامه ریزی خطی امیخته با عدد صحیح می باشد که برای یک سیستم نمونه توسط نرم افزار GAMS شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که به کمک این برنامه ریزی، برنامه های پاسخگویی بار پیشنهادی تاثیر مثبتی در جهت کاهش هزینه ها دارند.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، مدیریت انرژی، خودروهای الکتریکی، منابع تجدیدپذیر، برنامه پاسخ گویی بار
  • فرید محمدی، جعفر میلی منفرد، حسن رستگار، محمد فرهادی کنگرلو * صفحات 49-59

    در این مقاله اینورتر PV متصل به شبکه بدون ترانسفورماتور تکفاز جدیدی ارایه شده است. بررسی ها در اینورترهای PV متصل به شبکه بدون ترانسفورماتور نشان می دهد وجود جریان نشتی رابطه مستقیم با ولتاژ مد مشترک متغیر دارد، که در جزییات نشان داده شده است. از طرفی، در سالهای اخیر ارضای کدهای شبکه جدید از قبیل LVRT با قابلیت تزریق توان راکتیو در طول خطا در شبکه برای اینورترهای PV متصل به شبکه بدون ترانسفورماتور اجباری شده است. بنابراین، طراحی ساختار پیشنهادی بر مبنای ثابت نگه داشتن ولتاژ مد مشترک به منظور سرکوب جریان نشتی و جهت فراهم آوردن قابلیت تزریق توان راکتیو در طول خطا در شبکه می باشد. استراتژی های کنترلی برای تزریق توان راکتیو در شرایط LVRT نیز مورد بررسی قرار گرفته شده است. به منظور تایید مفاهیم تیوری ارایه شده، عملکرد و پاسخ دینامیکی اینورتر PV بدون ترانسفورماتور پیشنهادی به وسیله سیمولینک متلب بررسی شده اند و نتایج شبیه سازی ارایه و بحث شده است.

    کلیدواژگان: اینورتر PV متصل به شبکه بدون ترانسفورماتور، جریان نشتی، ولتاژ مد مشترک، LVRT
  • مریم عظیمی، ابوالفضل سلامی * صفحات 60-67

    این مقاله یک چارچوب بهینه برای بهره برداری سیستم های یکپارچه انرژی با استفاده از برنامه های پاسخ گویی تقاضا ارایه می دهد. هدف اصلی از سیستم های یکپارچه انرژی، تامین بهینه انواع مختلف دیماند با استفاده از حامل های گوناگون انرژی مثل الکتریسیته، انرژی حرارتی و انرژی سرمایشی می باشد.  این مقاله با در نظر گرفتن قیمت بازار برق، تاثیرات سیستم های ذخیره ساز انرژی و برنامه های پاسخ گویی تقاضا شامل قیمت گذاری زمان استفاده، قیمت گذاری زمان واقعی و برنامه پاسخ گویی تقاضای یکپارچه را بر بهره برداری بهینه هاب انرژی ارزیابی می کند. همچنین، تاثیر روش های مختلف بهینه سازی بر برنامه ریزی بهینه سیستم های چند حامله انرژی بررسی می شود. برای نمایش تبادل دو طرفه توان بین هاب انرژی با شبکه قدرت، حداکثر سازی سود فروش انرژی الکتریکی و حداقل سازی هزینه خرید حامل های ورودی به عنوان توابع هدف در نظر گرفته می شود. علاوه بر این برای حداقل سازی هزینه تولید حامل های انرژی، یک تابع هدف درجه دوم جدید با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه می گردد. در این مطالعه بهره برداری بهینه هاب انرژی مبتنی بر تابع هدف درجه دوم، یک مساله پخش بار اقتصادی است که در آن توان الکتریکی خریداری شده توسط هاب انرژی به عنوان بار شبکه قدرت بالا دستی در نظر گرفته می شود. مساله بهینه سازی ارایه شده برای هاب انرژی نمونه به کار گرفته شده تا کارآیی نقش ذخیره ساز های مختلف انرژی و برنامه های پاسخ گویی تقاضای به کار گرفته شده را در بهره برداری بهینه سیستم های هاب انرژی نشان دهد.

    کلیدواژگان: سیستم های یکپارچه انرژی، برنامه پاسخ گویی تقاضا، بهینه سازی خطی، بهینه سازی درجه دوم، ‏ ذخیره سازهای انرژی ‏
  • عبدالله راستگو *، صلاح بهرام آرا صفحات 68-79

    هدف از مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه‌ها، زمانبندی خروجی نیروگاه‌ها به منظور تامین بار الکتریکی با کمترین هزینه می‌باشد. مساله در مدار قرار گرفتن نیروگاه‌ها در واقع بعد زمان را به مساله پخش بار اقتصادی اضافه می‌کند و مشخص می‌نماید که یک نیروگاه چه زمانی خاموش و یا روشن شود. در این مقاله، به منظور بهبود هر دو توانایی بهره‌برداری و اکتشاف الگوریتم کرم شب تاب، یک روش اصلاح جدید مبتنی بر اپراتورهای جهش و تقاطع و همچنین فرمول تطبیقی به عنوان یک الگوریتم کرم شب تاب اصلاح شده ارایه شده است و همچنین نشان داده می‌شود که رفتار الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با سایر روش‌ها ابتکاری عملکرد بهتری دارد.. الگوریتم پیشنهادی بر روی تعدادی سیستم آزمون نمونه از جمله سیستم متداول 10 ماشینه، سیستم های 12، 17، 26 و 38 ماشینه و همچنین سیستم 118 شینه IEEE پیاده‌سازی می‌شود و نتایج نشان از کارایی و سرعت الگوریتم مزبور دارد.

    کلیدواژگان: الگوریتم کرم شب تاب اصلاح شده تطبیقی، بهینه سازی در سیستم قدرت، زمانبندی تولید انرژی الکتریکی، مساله در مدار قرار گرفتن واحدها
  • بهروز شیخ لویی* صفحات 80-87

    افزایش میزان استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر با وجود عدم قطعیت های این منابع، باعث توجه به اهمیت زیرساخت‌های تامین انرژی برق شده است. تجمیع سیستم قدرت و شبکه گاز طبیعی راهکاری مناسب در راستای کاهش فشار بر روی این  زیر ساخت ها می‌باشد. در این مقاله، یک روش بهینه‌سازی تصادفی سناریو محور برای عملکرد سیستم‌های مجتمع برق و گاز طبیعی در نظر گرقته شده است. در واقع، با استفاده از تابع چگالی نرمال سناریوهایی تصادفی جهت مدل کردن ماهیت غیرقابل پیش‌بینی باد، تشعشع خورشید و بار تولیدی ایجاد شده است. همچنین نمونه‌برداری هایپربولیک لاتین جهت کاهش این چهارچوب تصادفی اعمال می شود. در نهایت، نه تنها میزان توان تولیدی از مولدهای انرژی مرسوم به حداقل می‌رسد بلکه میزان گاز دریافتی از چاه‌ها نیز در یک بازه زمانی 24 ساعت کمینه می‌گردد. سیستم تحت مطالعه در این مقاله شامل یک سیستم قدرت 24-باسه در حضور توربین‌های بادی، فتوولتاییک و ذخیره‌ساز انرژی بوده که با یک شبکه گاز 7-گره‌ای تجمیع شده است.

    کلیدواژگان: سیستم قدرت، شبکه گاز طبیعی، عدم قطعیت، برنامه ریزی تصادفی، MINLP
|
  • S. Ghaderi, H. Shayeghi*, Y. Hashemi Pages 1-10

    In this paper, a model for hybrid transmission expansion planning (TEP) and reactive power planning (RPP) considering demand response (DR) model has been presented. In this study RPP considered by TEP for its effects on lines capacity and reduction of system expansion costs. On the other hand the expansion of the transmission system is an important subject, especially dealing with the new issues of smart networks like as demand response. Demand response program can change the network expansion planning by shifting elasticity loads and reducing of peak load to improve conditions and decrease the costs. To combine demand response model into the transmission expansion planning and reactive power planning, nonlinear mixed integer meta-heuristic optimization algorithm is used. To evaluate the impact of the proposed expansion planning, this model is exerted to the 30-bus test system. Simulation outcomes display the proposed technique considering demand response model reduces the overall cost of the hybrid TEP-RPP.

    Keywords: Demand response, Transmission expansion planning, Reactive expansion planning
  • A. Khorshidi, T. Niknam *, B. Bahmani Pages 11-22

    In this work, a new control scheme for synchronization of AC microgrids with upstream power grid is presented. The effects of V2Gs (vehicle to grid) dynamics on synchronization process is studied. This new control approach is based on the optimal fractional calculus and has been developed for synchronization of the microgrid. The V2Gs effect on the dynamics of the microgrid is analyzed through small signal stability and simulations. This effect is also considered in synchronization process by considering a PHEV-dominated-microgrid. The proposed control scheme is a coordinated control of distributed resources and provides a soft and reliable synchronization for microgrid. In the proposed control scheme, the fractional order proportional-integral-derivative (FOPID) controllers have optimally been tuned and implemented using the genetics algorithm (GA). The simulation results confirm the effectiveness of the proposed control strategy in soft and swift synchronization of the microgrid.

    Keywords: Microgrid, synchronization, FOPID, V2G
  • A. Nateghi, H. Shahsavari * Pages 23-33

    In this paper, the theory and modeling of large scale photovoltaic (PV) in the power grid and its effect on power system stability are studied. In this work, the basic module, small signal modeling and mathematical analysis of the large scale PV jointed multi-machine are demonstrated. The principal portion of the paper is to reduce the low frequency fluctuations by tuned stabilizer in the attendance of the PV unit. In order to optimize the system performance, a novel optimal fuzzy based fractional order PID ( ) stabilizers are proposed to meliorate small signal stability of a power network connected PV unit. For optimizing the performance of the system,  is exploited by Gray Wolf Optimization (GWO) algorithm. In order of evaluation of the proposed stabilizers performance, two different types of controllers are compared, include optimal classic stabilizer and  based particle swarm optimization (PSO) algorithm. The superiority of  based GWO on improving small signal stability in the studied system, including large scale PV is shown via time-domain simulations.

    Keywords: Fractional order PID controller, Fuzzy Control, Photovoltaic, Gray Wolf Optimization (GWO) Algorithm, Small Signal Model
  • G.R Aghajani *, I. Heydari Pages 34-48

    Microgrid and smart electrical grids are among the new concepts in power systems that support new technologies within themselves. Electric cars are some advanced technologies that their optimized use can increase grid efficiency. The modern electric cars sometimes, through the necessary infrastructure and proper management, can serve as an energy source to supply grid loads. This study was conducted to investigate the energy management for production and storage resources. For this purpose, we considered the market price of energy, the prices quoted by distributed generation sources, and electric vehicles in the grid and responsive loads. The load response programs used include the time of use and direct load control. The problem has a linear mixed-integer planning structure that was simulated using the GAMS software. The results show that with this planning, the proposed load response programs have a positive impact on cost reduction.

    Keywords: Microgrid, energy management, electric vehicles, renewable energy sources, demand response program
  • F. Mohammadi m J. Milimonfared m H. Rastegar m M. Farhadi-Kangarlu * Pages 49-59

    A new single-phase transformerless grid-connected PV inverter is presented in this paper. Investigations in transformerless grid-connected PV inverters indicate the existence of the leakage current is directly related to the variable common-mode voltage (CMV), which is presented in detail. On the other hand, in recent years it has become mandatory for the transformerless grid-connected PV inverters to satisfy new grid-codes such as low-voltage ride-through (LVRT) capability via injecting reactive power during grid faults. Therefore, in this paper, the design of the proposed topology is based on retaining the constant CMV to suppress the leakage current and also to provide reactive power injection capability during grid faults. The control strategies for injecting reactive power in the LVRT condition are also examined. To validate the presented theoretical concepts, the performance and dynamic response of the proposed transformerless PV inverter are investigated by MATLAB/Simulink and the simulation results are presented and discussed.

    Keywords: Transformerless grid-connected PV inverter, leakage current, common-mode voltage, LVRT
  • M. Azimi, A. Salami * Pages 60-67

    This study presents an optimal framework for the operation of integrated energy systems using demand response programs. The main goal of integrated energy systems is to optimally supply various demands using different energy carriers such as electricity, heating, and cooling. Considering the power market price, this work investigates the effects of multiple energy storage devices and demand response programs, including the time of use pricing, real-time pricing, and integrated demand response on optimal operation of energy hub. Moreover, impacts of different optimization methods are evaluated on the optimal scheduling of multi-carrier energy systems. Maximizing profits of selling electrical energy and minimizing the purchasing cost of input carrier energies are considered as objective functions to indicate bidirectional interchanges of energy hub systems with the power grid. To minimize the generation cost of energy carriers, a new quadratic objective function is also optimized using genetic algorithm. In this study, optimal operation of the energy hub based on the proposed quadratic objective function is an economic dispatch problem where the purchasing electrical power by the energy hub is considered as a load of the upstream grid. The optimization problem is implemented in the sample energy hub to indicate the effectiveness of different energy storage roles and applied demand response programs in the optimal operation of energy hub systems.

    Keywords: integrated energy systems, demand response, linear optimization, quadratic optimization, energy storage
  • A. Rastgou*, S. Bahramara Pages 68-79

    Unit commitment (UC) problem tries to schedule output power of generation units to meet the system demand for the next several hours at minimum cost. UC adds a time dimension to the economic dispatch problem with the additional choice of turning generators to be on or off.  In this paper, in order to improve both the exploitation and exploration abilities of the firefly algorithm (FA), a new modification approach based on the mutation and crossover operators as well as an adaptive formulation is applied as an adaptive modified firefly algorithm (AMFA). In this paper, it is shown that AMFA can solve the UC problem in a better manner compared to the other meta-heuristic methods. The method is applied on some case studies, a typical 10-unit test system, 12, 17, 26, and 38 generating unit systems, and IEEE 118-bus test system, all with a 24-hour scheduling horizon. Comparison of the obtained results with the other methods addressed in the literature shows the effectiveness and fastness of the applied method.

    Keywords: Adaptive modified firefly algorithm, Optimization in power system, Power generation scheduling, Unit commitment problem
  • B. Sheykhloei *, T. Abedinzadeh, L. Mohammadiyan, B. Mohammadi-Ivatloo Pages 80-87

    The increment integration of renewable distributed energies means the desired operation of the electric power system will significantly depend on the performance of primary energy. In this order, an integrated approach for mutual interaction between the electricity and natural gas systems has been considered for the purpose of ensuring optimal energy exchanging between the electric power system and the natural gas network. We propose a scenario based optimal operation approach to optimize the operation of integrated power and gas systems (IPGS). Regarding the unpredictable nature of wind speed and solar radiation as well as uncertain load demand, random scenarios are generated by a normal probability density function. Then, Latin hypercube sampling is applied to realize the stochastic framework of IPGS operation. The proposed model minimizes the operation cost of conventional power system generators and gas wells over a 24 h operation horizon. In addition, the conditional value-at-risk is utilized to manage financial risks and uncertainties due to the operation cost-minimizing in the proposed IPGS optimal operation problem. The proposed integrated operating approach is applied to a 24-Bus power system with renewable resources of a photovoltaic, wind turbine, energy storage, with a 7-node natural gas network and two gas wells.

    Keywords: Power system, gas network, uncertainty, stochastic scheduling, MINLP