فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال هجدهم شماره 2 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/04/12
  • تعداد عناوین: 16
|
  • محسن تقی آبادی، فاطمه جهانبانی اردکانی* صفحات 1-8

    واحدهای اندازه گیری فازور (PMU) نقش مهمی در بهره برداری مطمین از سیستم های قدرت ایفا می کنند. به دلیل هزینه بالای PMUها و نیز فراهم نبودن زیرساخت های ارتباطی مناسب جهت انتقال اطلاعات اندازه گیری شده، مسئله جایابی بهینه PMUها برای رویت پذیری ناقص مطرح شد. در این مقاله، به منظور جایابی بهینه PMU با در نظر گرفتن تعداد محدود آنها، روش جدیدی ارایه گردید تا بتوان به بالاترین درجه از دقت در تخمین حالت رسید. روش پیشنهادی همزمان با حداکثر کردن تعداد شین های رویت پذیر، درجه عمق رویت ناپذیری در شبکه را نیز حداقل می نماید. بدین منظور، ابتدا فرمول بندی جامعی جهت مدل کردن مسئله جایابی بهینه PMU برای رسیدن به حداقل عمق پیشنهاد شد و برای مطالعه تاثیر در نظر گرفتن عمق مشاهده ناپذیری، سه سناریو مختلف طراحی شد. به منظور شبیه سازی، از سیستم های تست 14، 24، 30، 39 و 57 شینه EEE استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان دهنده عملکرد مناسب فرمول بندی پیشنهادی است به عنوان نمونه در یک سیستم تست 39 شینه با حداکثر رویت پذیری 27 که دارای بیشترین درجه عمق 7 می باشد، می توان با استفاده از روش پیشنهادی و تغییر مکان نصب PMUها، به حداکثر رویت پذیری 26 و بیشترین درجه عمق 4 رسید.

    کلیدواژگان: جایابی بهینه، رویت پذیری ناقص، عمق رویت ناپذیری، واحدهای اندازه گیری فازور
  • سجاد احمدی، هامون پورروشنفکر عربانی، دنیا آشتیانی حقیقی، جوزپ ام گوئریرو، یزدان اشکواری، عادل اکبری مجد* صفحات 9-21

    ددر این مقاله، جایابی بهینه ی چندهدفه ی واحد های اندازه گیر فازوری در سیستم قدرت ارایه می شود که دو هدف را به طور همزمان بهینه می کند. هدف اول کمینه کردن هزینه کلی نصب تجهیزات که معادل کمینه کردن تعداد واحدهای اندازه گیر فازوری نصب شده در شبکه، و هدف دوم بیشینه کردن شاخص افزونگی اندازه گیری سیستم که معادل بیشینه کردن قابلیت اطمینان سیستم است. همچنین در این تحقیق مسئله ی تاثیر محدودیت تعداد کانال های اندازه گیری واحدهای اندازه گیر فازوری و اثر شین تزریق صفر مورد بررسی قرار می گیرد. در سیستم های قدرت، تپ ترانسفورماتور به عنوان یکی از ابزارهای تنظیم ولتاژ شبکه بکار می رود که در اکثر مواقع سیگنال تغییر این پارامتر به مرکز کنترل شبکه ارسال نمی شود. این امر موجب اختلال جدی در عملکرد برنامه تخمین حالت می گردد. در نتیجه مشاهده پذیری تپ ترانسفورمر باید در مسئله ی جایابی واحدهای اندازه گیر فازوری در سیستم قدرت لحاظ گردد. بدین منظور یک شین مجازی به شبکه اضافه شده تا بتوان تپ متغیر ترانسفورمر را در آن مدل نمود.  با توجه به مزایای روش های فراابتکاری از الگوریتم گرگ خاکستری با ساختار چندهدفه مبتنی بر مفهوم غلبه و بهینه ی پارتو برای حل مسئله استفاده می شود.

    کلیدواژگان: واحد های اندازه گیری فازور، افزونگی اندازه گیری، محدودیت تعداد کانال، شین تزریق صفر، الگوریتم گرگ خاکستری
  • امیر حیدری*، حمید رادمنش، محمد اخلاقی، کامران قربانیان، امیرحسین مرادخانی صفحات 23-33

    استفاده از منابع تولید پراکنده و بانک های خازنی و سلفی به دلیل توسعه شبکه های توزیع و همچنین افزایش تقاضای برق روزبه روز در حال افزایش است. تعیین محل نصب و ظرفیت، دو شاخص مهم و موثر بر روی تلفات توان شبکه و بهبود عملکرد شبکه است. نیروگاه های تولید پراکنده و راکتورها درصورتی که در محل مناسب به شبکه برق متصل شوند، اثرات مختلفی ازجمله کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و افزایش قابلیت اطمینان شبکه را خواهند داشت. از طرفی عدم جایابی مناسب آن ها در شبکه باعث افزایش تلفات و بالا رفتن هزینه های تولید و انتقال می شود. در این مقاله به مطالعه و شناخت شبکه برق منطقه ای زنجان با رویکرد حفاظت شبکه پرداخته شده است و با بررسی حساسیت های حفاظت نقاط آزمون جهت نصب راکتور DC معرفی شده است و سپس یک ساختار راکتور DC معرفی شده است و با اعمال این راکتور به نقاط نمونه موردمطالعه از شبکه اثرات راکتور شبکه بررسی و نتایج شبیه سازی ارایه شده است.

    کلیدواژگان: محدود کننده جریان خطا، راکتور دی سی
  • محمد رحیمی، اصغر اکبری ازیرانی*، پیتر ورله صفحات 35-48

    در این مقاله به بررسی نتایج حاصل از انجام اندازه گیری های تخلیه جزیی بر روی بیش از 25 ژنراتور نیروگاه های برق آبی کشور پرداخته شده است. کلیه عیوب ژنراتورها بررسی شده و داده هایی آماری از انواع عیوب عایقی ژنراتورها آورده شده و پارامترهای مختلف آماری برای عیوب عایقی مختلف به دست آمده است. با استفاده از نتایج اندازه گیری های تخلیه جزیی آنلاین که به صورت هم زمان بر روی سه فاز انجام شده است به تفکیک عیوب مختلف به روش سه محوری و حذف نویز پرداخته شده است. اثر اندازه گیری در فرکانسهای بالا و پایین در عیوب مختلف بررسی شده است و ضرایبی برای تصحیح دامنه تخلیه های جزیی اندازه گیری شده در فرکانس بالا به منظور ارزیابی شدت وخامت عیب مورد نظر در فرکانس استاندارد ارایه شده است. با توجه به اثر پذیری الگوهای مبتنی برفاز از شرایط بار و دما، اثر تغییر شرایط عملکردی بر این الگوها بررسی شده است. با در نظر گرفتن اثرات تغییرات بار و دما و استفاده از ضرایب تصحیح دامنه، امکان تحلیل دقیق تر داده های تخلیه جزیی و ارایه تخمین مناسب تر از وضعیت عایقی ژنراتور میسر خواهد شد.

    کلیدواژگان: تخلیه جزئی، عیوب عایقی، الگوی مبتنی بر فاز، اثر دما و بار
  • علی اصغر رضی کاظمی* صفحات 49-57

    امروزه فضای محدود شهری و نیاز به افزایش تعداد پست ها باعث شده است استفاده از پست های GIS به دلیل نیاز به مساحت کمتر از جایگاه ویژه ای برخوردار گردد. یکی از چالش های موجود در این نوع پست ها، اضافه ولتاژهای بسیار سریع (VFTO) در حین عملیات کلیدزنی می باشد. این اضافه ولتاژها در هادی های داخل محفظه این پست ها  ایجاد و شروع به سیر به سمت تجهیزات می کنند. نکته جالب توجه، ایجاد اضافه ولتاژ القایی دیگر در همین حین برروی بدنه فلزی لوله های پست GIS است که به آن امواج گذرای سطحی (TEV) اطلاق می گردد. این اضافه ولتاژها نیز می توانند به تجهیزات مجاورکلید آسیب وارد کرده و از نظر ایمنی نیز پست را دچار اختلال نمایند. این مقاله به تشریح نحوه مدل سازی این پدیده ها و  ارزیابی اثر عوامل متفاوت بر تغییر رفتار آنها می پردازد. روابط تحلیلی لازم جهت ارزیابی این پدیده ها ارایه خواهد شد و در ادامه، اثر طراحی پست، المان های مجاور پست همچون CVT و برقگیر و نوار زمین بر مشخصات این اضافه ولتاژها به وسیله شبیه سازی در نرم افزار EMTP-RV مورد بررسی قرار می گیرند. در نهایت اثر مدل سازی فرکانس بالای زمین و اهمیت این موضوع در مدل سازی این دسته اضافه ولتاژها ارایه می شود. مدل سازی و تحلیل رفتار این گذراها به تعیین راهکار جهت حفاظت بهتر تجهیزات در برابر آنها و همچنین طراحی زمین مناسب برای این پست ها کمک خواهد نمود.

    کلیدواژگان: پست GIS، اضافه ولتاژ گذرا، VFTO، TEV
  • مهتاب خلیلی فر، سید محمد شهرتاش*، هاجر عبدی، فرشاد آدینه پور، ناصر قندهاری صفحات 59-66

    در این مقاله روشی جدید برای تشخیص وضعیت عملکرد نامتقارن مدارشکن های خطوط انتقال بدون دریافت هیچ گونه اطلاعات مخابراتی از پست مقابل، ارایه شده است. روش پیشنهادی با دریافت دستور بازشدن و یا بسته شدن خط فعال شده و با استفاده از اطلاعات ولتاژی سمت خط و باس به ارزیابی وضعیت عملکرد هر یک از پل های مدارشکن می پردازد. از آنجاییکه این روش مبتنی بر اطلاعات ولتاژی شبکه تصمیم گیری می نماید و برخلاف روش های مبتنی بر جریان، از شرایط مختلف بارگذاری شبکه و وضعیت باز و بسته بودن مدارشکن های خط در طرف مقابل تاثیر نمی پذیرد. همچنین برخلاف روش های تشخیص نامتقارتی مبتنی بر تیغه های کمکی، مشکلات مکانیکی، روش پیشنهادی را تحت تاثیر قرار نمی دهد. ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی در مدلسازی سناریوهای مختلف، حاکی از عملکرد موفق روش پیشنهادی در مقایسه با روش های موجود است. این روش قابل پیاده سازی در سیستم حفاظت خط است و بکارگیری آن باعث تشخیص به موقع بهره برداری نامتقارن در شبکه می گردد.

    کلیدواژگان: تابع دیفرانسیل ولتاژ، عملکرد نامتقارن مدارشکن، گیرکردن پل مدارشکن، عدم هماهنگی پل های مدارشکن
  • امین سامان فر، محمودرضا شاکرمی*، جعفر سلطانی زمانی، اسماعیل رک رک صفحات 67-82

    در این مقاله، روشی جدید برای مدل سازی دینامیکی سیستم های قدرت چندماشینه شامل خطوط HVDC هنگام وقوع خطاهای متقارن و نامتقارن پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی، از شبکه های توالی مبتنی بر فازورهای فضایی، جهت مدل سازی شبکه قدرت حین خطا استفاده شده است. در شبکه های توالی، ژنراتورهای سنکرون و خطوط HVDC توسط فازورهای فضایی جریان تزریقی و بارهای شبکه به صورت امپدانس های ثابت مدل می شوند. در هر گام زمانی شبیه سازی، پس از حل معادلات گره شبکه های توالی، جریان خطا و ولتاژهای توالی ترمینال ژنراتورها در دستگاه سنکرون بدست می آیند. سپس برای هر ژنراتور، با انتقال این ولتاژها به دستگاه مرجع روتور آن، معادلات دینامیکی ژنراتور حل می شوند. با حل معادلات دینامیکی ژنراتورها و خطوط HVDC مقادیر جدید متغیرهای حالت و فازورهای فضایی جریان تزریقی این تجهیزات در شبکه های توالی مختلف محاسبه شده و گام های بعدی شبیه سازی انجام می شود. نتایج شبیه سازی یک شبکه تک ماشینه متصل به شین بی نهایت  و شبکه استاندارد 33 شینه IEEE شامل یک خط HVDC با روش پیشنهادی و نرم افزار EMTP برای یک خطای تکفاز به زمین و یک خطای پارگی دوفاز مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی ها حاکی از قابل اعتماد بودن روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: مدل سازی دینامیکی سیستم های قدرت، خطاهای متقارن، خطاهای نامتقارن، فازورهای فضایی و شبکه های توالی، خطوط HVDC
  • سید محمد شهرتاش*، علیرضا کریم النفس صفحات 83-92

    کلید زنی سنکرون باعث کاهش حالت های گذرای ایجاد شده ناشی از کلید زنی در خط انتقال می شود. الگوریتم ارایه شده در این مقاله در لحظه ارسال فرمان وصل کلید توسط اپراتور، با در نظر گرفتن ولتاژ کوپلینگ بین فازها، نحوه بسته شدن سنکرون هر سه فاز کلید خط انتقال جبران سازی نشده را در وضعیتی که انتهای خط باز باشد، کنترل می کند. الگوریتم مذکور با بدست آوردن مقادیر تاخیر در ارسال فرمان به هر فاز کلید بر مبنای روابط ریاضی، به ازای انواع مختلف پیکر بندی خط انتقال (ترانسپوزه بودن یا نبودن، متعادل بودن یا نبودن) و مقادیر مختلف طول خط و زمان های عملکرد مکانیکی برای هر فاز کلید، بستن سنکرون هر سه فاز را کنترل می کند. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که با اعمال این الگوریتم در حوزه عملکرد مذکور، با توجه به زمان نمونه برداری، هر فاز کلید با خطای حداکثر سه نمونه (معادل اختلاف 3/0 میلی ثانیه از زمان بهینه بستن کلید) در وضعیت صفر ولتاژ بسته می شود.

    کلیدواژگان: کلید زنی سنکرون، ولتاژ کوپلینگ، خط انتقال
  • سید عباس جزایری، غضنفر شاهقلیان*، بهادر فانی، مجید معظمی صفحات 93-106

    در این مقاله الگوریتمی برای بهبود عملکرد سیستم حفاظت شبکه‏های توزیع در حضور منابع تولید پراکنده با استفاده از تجهیزات هوشمند پیشنهاد شده است. این الگوریتم که بر روی یک ساختار چندعاملی سلسله مراتبی پیاده سازی می گردد، به کمک استفاده از بستر مخابراتی مبتنی بر مدل اطلاعاتی استاندارد IEC-61850 قادر است تا مشکلات مربوط به از دست رفتن هماهنگی بین رله های جریان زیاد را بهبود بخشد. در این روش طرح حفاظتی در سه سطح بر روی رله ها پیاده سازی می گردد. هر سطح وظایفی دارد که با توجه به قرارگیری شبکه در شرایطی مشخص بر روی یکی از لایه های ساختار سیستم چندعاملی پیاده سازی می گردد. در سطح حفاظتی اول که توسط عامل های رله انجام می شود از منحنی مشخصه حفاظتی رله ها به همراه توابع تعریف شده بر روی تجهیزات هوشمند استفاده می شود. در سطح دوم به منظور جلوگیری از گردش اطلاعات در شبکه و همچنین تسریع بخشیدن به عملکرد سیستم حفاظتی از یک پایگاه داده به منظور ثبت رویدادها و الگوی رفتار انتخاب شده متناسب با آنها استفاده شده است. الگوهای عملکردی ثبت شده در پایگاه داده این امکان را فراهم می کنند تا در صورت وقوع شرایط مشابه، عامل ها تنظیمات مناسب را بدون ارسال اطلاعات به واحد مرکزی دریافت نمایند. در سطح حفاظتی سوم، در صورت عدم وجود الگوی مشابه، تنظیمات جدید رله ها متناسب با شرایط شبکه توسط واحد نظارت شبکه محاسبه شده و برای آن ها ارسال می گردد. در انتها به منظور بررسی و آشکارسازی صحت روش پیشنهادی، طرح ارایه شده بر روی یک شبکه تست در نرم افزار ETAP شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: شبکه توزیع، منابع تولید پراکنده، حفاظت سلسله مراتبی، استاندارد IEC-61850
  • مهدی حسن نیا خیبری*، سید حمید حسینی، سودابه سلیمانی صفحات 107-118

    اجرای برنامه های پاسخگویی بار زمانی مفید خواهد بود که ضمن انجام برنامه ریزی صحیح، با مشارکت قابل توجهی از مشترکین نیز همراه باشد. از این رو همواره شرکت های توزیع بر مشارکت بیشتر مشترکین در برنامه های پاسخگویی بار تاکید داشته اند. اما عدم برنامه ریزی صحیح برای اعمال برنامه های پاسخگویی بار ممکن است باعث کاهش فروش برق شده و یا آنکه تاثیرات منفی بر مشخصات فنی شبکه توزیع داشته باشد. در این بین آنچه که در اکثر مطالعات مربوط به پاسخگویی بار مورد توجه قرار نگرفته است، آهنگ تغییر بار و تاثیر انعطاف شبکه توزیع در کاهش تاثیرگذاری منفی برنامه های پاسخگویی بار می باشد. در این مقاله یک مدل پیشنهادی ارایه شده که با در نظر گرفتن طیف وسیعی از ویژگی های شبکه توزیع که در اثر جابجایی بار دچار تغییر می شوند، می تواند آستانه تاثیرگذاری منفی برای مشارکت مشترکین در برنامه های پاسخگویی بار را تعیین نماید. همچنین با در نظر گرفتن قابلیت انعطاف شبکه توزیع در تغییر آهنگ بارهای جابجا شده و معرفی شاخص های جدید، اولویت بندی مناسبی برای اعمال سیاست های تشویقی-تنبیهی یا اعمال تغییرات فنی لازم بر روی هر فیدر پیشنهاد می گردد. همچنین مدل پیشنهادی بر روی شبکه توزیع نمونه RBTS-BUS5 در نرم افزار MATLAB شبیه سازی شده که نتایج آن صحت مدل پیشنهادی را تایید می کند.

    کلیدواژگان: الگوی مصرف، پاسخگویی بار، تاثیرپذیری منفی، شبکه توزیع، محدوده مشارکت
  • معصومه کریمی، سجاد نجفی روادانق*، محمودرضا حقی فام صفحات 119-129

    سیستم قدرت به طورمعمول بر مبنای اصول اساسی قابلیت اطمینان، امنیت و کفایت، طراحی و بهره برداری می شوند. این اصول می توانند به درستی با خطاهای شناخته شده در تجهیزات زیرساخت قدرت تعامل کنند. بااین حال، اخیرا با رخداد تهدیدهایی با احتمال وقوع پایین و شدت تخریب بالا، نگرانی هایی در باب نگرش متداول قابلیت اطمینان گرا اوج گرفته است. از این رو تاب آورساختن سیستم قدرت در برابر انواع تهدیدها و ارتقا امنیت انرژی در شرایط بحرانی، از نکات بسیار مهمی است که باید موردتوجه جدی قرارگیرد. شبکه ی توزیع به دلیل نقطه اتصال به مصرف کنندگان نهایی دارای جایگاه ویژه ای است و با توجه به گستردگی آن، امنیت عرضه ی انرژی الکتریکی وابستگی شدیدی به این شبکه دارد. از این روی تلاش زیادی در راستای برنامه ریزی، طراحی و بهره برداری بهینه آن از دیرباز انجام گرفته است. از این روی، طراحی تاب آور بهینه ی شبکه ی توزیع فشار متوسط مرسوم، به منظورکاهش آسیب پذیری در برابر حوادث طبیعی چندگانه هدف گذاری شده است. در این مقاله، استراتژی جدیدی برای بیان رابطه ی بین نمودارهای شکنندگی تجهیزات، مکان جغرافیایی تجهیزات و شاخص ریسک فضایی طوفان و سیل پیشنهاد شده است. به منظور نیل به این هدف، مفهوم تاب آوری و عوامل موثر در ارتقای آن، استخراج اطلس جامع آسیب پذیری شبکه های توزیع و هم چنین مدلسازی ریسک مبتنی بر حوادث طبیعی در این مقاله مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی رایانه ای روش پیشنهادی بر روی شبکه فشار متوسط مقیاس بزرگ انجام گردیده است. نتایج ارایه شده حاکی از صحت مدلسازی و اثربخشی روش پیشنهادی دارد.

    کلیدواژگان: طراحی شبکه های توزیع الکتریکی، سیستم قدرت، وقایع با احتمال وقوع پایین و شدت تخریب بالا، تاب آوری، اطلس آسیب پذیری، حوادث طبیعی
  • مسعود سلیمانی، حسین محمدنژاد شورکائی* صفحات 131-138

    در این مقاله بازیابی مشترکین شبکه ی توزیع با درنظر گرفتن زیان های مالی سالانه مرتبط با قطع فرآیند، مورد مطالعه قرار گرفته است. مهم ترین هدف، برای بازیابی مشترکین، بازیابی بیشترین بار ممکن می باشد. برای ارزیابی زیان های مالی مرتبط با قطع فرآیند از مفهومی جدید در حوزه ی کیفیت توان به نام زمان مصونیت استفاده شده است. اثر دو تجهیز، سکسیونر و سکشنلایزر بر روی ناحیه بندی شبکه، زیان مالی و شاخص های قابلیت اطمینان مورد بررسی قرار می گیرد. در این تحقیق، اولویت بازیابی با مشترکانی خواهد بود که خارج از ناحیه وقوع خطا قرار دارند. شبکه ی نمونه 34 باسه ی IEEE به عنوان شبکه ی پایه شبیه سازی شده و نتایج مورد تحلیل و بررسی قرار خواهد گرفت. سپس به شبکه ی پایه دو منبع تولید پراکنده در دو محل دلخواه اضافه می گردد. در نهایت منابع تولید پراکنده به نزدیکی بارهای صنعتی انتقال پیدا می کنند تا نتایج بررسی شوند.

    کلیدواژگان: زیان مالی سالانه مرتبط با قطع فرآیند، بازیابی شبکه توزیع، سکشنلایزر، قابلیت اطمینان، ناحیه بندی شبکه
  • عباس خان احمدی، رضا غفارپور* صفحات 139-151

    با توجه به عدم دسترسی به شبکه توزیع الکتریکی در مناطق دور افتاده و افزایش بهای سوخت های فسیلی و هزینه های حمل و نقل سوخت، اهمیت استفاده از انرژی های تجدید پذیر در این مناطق رو به افزایش است. به دلیل قیمت بالای تجهیزاتی از قبیل توربین بادی، پنل خورشیدی و باتری، تعیین ظرفیت بهینه تجهیزات امری حیاتی به شمار می رود. در این پژوهش، به طراحی بهینه و پیاده سازی عملی سیستم های انرژی تجدید پذیر در یک منطقه دور افتاده در سیستان و بلوچستان پرداخته شده و تابع هدف خالص ارزش فعلی هزینه ها، توسط نرم افزار GAMS به صورت MILP مدل سازی و حل شده است. در ادامه به پیاده سازی عملی بر مبنای شبیه سازی کامپیوتری پرداخته شده و سناریو اجرایی به صورت 4 کیلووات پنل خورشیدی، 28 عدد باتری سیلد اسید، توربین بادی 1200 وات و اینورتر 4 کیلوواتی تعیین و اجرا می گردد. بررسی های اقتصادی نشان می دهد که سیستم انرژی های تجدید پذیر با 35 درصد کاهش هزینه نسبت به تامین انرژی با دیزل ژنراتور صورت می پذیرد.

    کلیدواژگان: انرژی تجدید پذیر ترکیبی، مدل سازی ریاضی، پیاده سازی عملی، نقاط دور افتاده، MILP
  • سید علیرضا احمدی، وحید وحیدی نسب*، محمدصادق قاضی زاده صفحات 153-161

    در این مقاله، به منظور اجرای بازآرایی شبکه توزیع هوشمند و تعیین ظرفیت تولیدات پراکنده به طور هم زمان، چارچوبی چندهدفه و تصادفی ارایه می شود که در آن اهداف کاهش تلفات، کاهش هزینه های بهره برداری و کاهش انتشار آلاینده های زیست محیطی دنبال می شود. در بیشتر تحقیقات انجام شده درزمینه ی بازآرایی، بار مشترکین و پست های توزیع ثابت فرض شده است؛ درحالی که در واقعیت این بارها دایما در حال تغییر هستند. عموما به جهت برنامه ریزی، بدترین حالت که همان حداکثر بار است را مدنظر قرار می دهند، ولی آرایش به دست آمده با این فرضیه، به طور حتم آرایش بهینه نیست. به همین دلیل برای رفع این مشکل، در این مقاله به منظور پوشش عدم قطعیت های مربوط به بار، چارچوب مسئله بازآرایی و تعیین ظرفیت تولیدات پراکنده در قالب یک مسئله ی برنامه ریزی مقید به شانس ارایه شده و در آن شبیه سازی مونت کارلو به کار گرفته شده است. مسئله بازآرایی و تعیین ظرفیت تولیدات پراکنده به طور هم زمان به منظور دست یابی به اهداف از پیش تعیین شده، یک مسئله بهینه سازی چندهدفه است. به منظور حل مسئله ی بهینه سازی ارایه شده در چارچوب چندهدفه تصادفی این مقاله، از یک روش بهینه سازی قدرتمند تازه معرفی شده به نام رهیافت بهینه سازی مبتنی بر رفتار انسان استفاده شده است. در نهایت چارچوب چندهدفه ی تصادفی ارایه شده، بر روی یک شبکه ی 33 شینه IEEE پیاده سازی شده و نتایج حاصل از آن تحلیل شده است.

    کلیدواژگان: بازآرایی شبکه توزیع، تولیدات پراکنده، برنامه ریزی مقید به شانس، بهینه-سازی مبتنی بر رفتار انسان
  • محمدجواد رستمی، جعفر ادبی*، محمد رضانژاد صفحات 163-174

    هدف در این مقاله ارایه یک ساختار جدید در زمینه اینورترهای چندسطحی کلیدخازنی (SCMLI) و همچنین پیاده سازی عملی آن است. ساختار پیشنهادی قادر است تا با استفاده از یک منبع ولتاژ پایین، چند خازن (بدون استفاده از هیچ ترانس و القاگری) ولتاژ AC نزدیک به سینوسی با دامنه ولتاژ بیشتر از ورودی تولید نماید. از روش کلیدزنی NLC برای کنترل مبدل در ساخت سطوح ولتاژ و برای انتخاب بهترین حالات کلیدزنی استفاده شده است. حالات کلیدزنی به نحوی انتخاب شده اند که مبدل پیشنهادی همواره دارای قابلیت خودمتعادل سازی ولتاژ خازن ها باشد. پایین بودن فرکانس کلیدزنی، کنترل ساده و تولید ولتاژ دوقطبی بدون نیاز به پل H از مزایای این ساختار هستند. از آنجا که خازن ها در ماژول های پیرو (فالوور) به اندازه 3 برابر منبع ورودی شارژ می شوند، این ساختار در مقایسه با سایر ساختارها در رسیدن به سطح ولتاژ یکسان، به تعداد ادوات مداری کمتر نیاز خواهد داشت. هم چنین ماژولار بودن این ساختار، گسترش آن را برای رسیدن به سطوح ولتاژ بالاتر ممکن می کند. برای بررسی عملکرد این ساختار از نرم افزار MATLAB Simulink استفاده شده است. همچنین برای تایید موثر بودن ساختار ارایه شده یک نمونه 13 سطحی از آن با کمک پردازنده AVR ATMEGA16 و تحت بارهای مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج حاصل، صحت عملکرد این ساختار را تایید می کنند. در نهایت پس از انجام محاسبات مربوط به تلفات، بازده اینورتر پیشنهادی به اندازه 92.72 % بدست آمد.

    کلیدواژگان: اینورتر کلید-خازنی، مبدل ماژولار، مدولاسیون کنترل نزدیکترین سطح، خود متعادل سازی ولتاژ، چند برابر کنندگی ولتاژ
  • علی سیفی، مجید حسین پور* صفحات 175-188

    مبدل های چندسطحی نسل جدیدی از مبدل ها برای تبدیل DC-AC در سطح ولتاژ و توان متوسط و بالا می باشند. در این مقاله یک مبدل چندسطحی آبشاری تک فاز جدید ارایه شده است. برای این منظور ابتدا یک سلول پایه ارایه شده و سپس با اتصال سری این سلول ها در حالت منابع متقارن و نیز منابع نامتقارن ساختار جدید اینورتر چندسطحی ارایه شده است. سلول جدید ارایه شده صرفا توانایی تولید سطوح ولتاژ مثبت را دارا می باشد و از این رو برای تولید سطوح ولتاژ صفر و منفی، ساختار پیشنهادی مبتنی بر مبدل پل H می باشد. مقایسه جامعی بین مبدل چندسطحی پیشنهادی با ساختارهای کلاسیک و ساختارهای ارایه شده اخیر از نظر تعداد ادوات کلیدزنی، تعداد درایور، مقدار ولتاژ مسدودکنندگی کل سوییچ ها و نیز میزان تلفات و راندمان انجام شده است. صحت عملکرد اینورتر پیشنهادی در حالت منابع متقارن برای ولتاژ خروجی 21سطحی و در حالت منابع نامتقارن برای ولتاژ خروجی 37سطحی در محیط Matlab/Simulink شبیه سازی شده و سپس توسط نمونه آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: اینورتر چندسطحی، توپولوژی متقارن و نامتقارن، تعداد سوییچ کمتر، تلفات مبدل
|
  • Mohsen Taghi Abadi, Fatemeh Jahanbani Ardakani* Pages 1-8

    Phasor measurement units (PMU) have an important role for reliable operation in the power systems. Because of the high cost of PMU and also the lack of suitable communication infrastructure to transfer the measured information, the problem of optimal PMU placement (OPP) for incomplete observability has been proposed. In this paper, a new formulation was proposed to optimize the OPP problem considering the limited number of PMU in the power system. In the proposed formulation, to achieve the higher degrees of precision in state estimation, the fitness function was defined to maximize the number of observable buses and to minimize the depth of unobservability, simultaneously. Also, a comprehensive formulation of the OPP problem was introduced to have a minimum depth of unobservability and three different scenarios were designed to study the effect of considering the depth of unobservability. To simulate the results, IEEE 14, 24, 30, 39, and 57 bus test systems were used. The calculated results showed that the proposed formulation has a proper performance e.g. in IEEE 39 bus test system which had 27 observable bus in the best solution with a maximum depth of degree as 7, could reach to the 26 observable bus with a maximum depth of degree as 4 by changing the PMU placement.

    Keywords: Depth of unobservability, Incomplete observability, Optimal placement, Phasor measurement unit
  • Sajjad Ahmadi, Hamoun Pourroshanfekr Arabani, Donya Ashtiani Haghighi, Josep M. Guerrero, Yazdan Ashgevari, Adel Akbarimajd* Pages 9-21

    In this paper, the multi-objective PMU placement is presented. Two objectives are fulfilled simultaneously which are the minimization of the equipment installation cost (i.e. minimizing the number of installed PMUs) along with the maximization of the system measure redundancy index which is equal to the maximization of system’s reliability. Moreover, the limitation on the number of PMU measurement channels is investigated for fulfilling the total system observability and increasing the measurement redundancy. In a power system, transformers tap is employed as an equipment for voltage regulation, however, the variation signal of this parameter is not mostly sent to the central control which leads to a severe disturbance in state estimation program. Consequently, transformers tap observability should be considered in PMU placement problem. Accordingly, a virtual bus is added to the grid in order to model the variant transformer tap. Due to the advantages of meta-heuristic methods, the multi-objective Gray wolf algorithm based on dominancy and Pareto criteria concepts is applied.

    Keywords: Phasor measurement units, Measuring Redundancy, Zero injection bus, Limitation on the channel number, GWO algorithm
  • Amir Heidary*, Hamid Radmanesh, Soroush Akhlaghi, Kamran Ghorbanyan, AmirHossein Moradkhani Pages 23-33

    The use of scattered generation sources, capacitors and reactor banks is rised due to the development of distribution networks as well as rising demand for electricity. Determining the place of installation and capacity are two important factors that affect network power losses and improve network performance. Distributed power plants and reactors, if connected to the grid in an appropriate location, will have various effects, including loss reduction, improved voltage profiles, and increased network reliability. On the other hand, their lack of proper location on the network increases the losses and increases the cost of production and transmission. In this paper, the Zanjan Regional Power Network has been studied and identified with network protection approach. By reviewing the sensitivity of the test points for introducing the DC reactor, a DC reactor is introduced, and by applying the reactor to the points, a sample of the network is investigated and simulation and experimental results are given.

    Keywords: DC reactor, Fault current limiter, power grid
  • Mohammad Rahimi, Asghar Akbari Azirani*, Peter Werle Pages 35-48

    In this paper, the results of partial discharge measurements on more than 25 hydroelectric power plant generators have been investigated. All generators’ insulation defects have been considered and a statistical report is made of types of defects and the share of each defect. statistical parameters for different insulation defects are calculated. Using 3-phase partial discharge measurements that performed simultaneously on each machine, enabled us to apply 3PARD (3-Phase Amplitude Relation Diagram) method for differentiating multiple defects and reducing noises. Effect of PD measurement in High and low frequency ranges for different PD types has been investigated and a correction factor for correlating High frequency measurement data with corresponding value in low frequencies has been proposed. Different Types of PRPD (Phase Resolved Partial Discharge) patterns of insulation defects investigated. Considering the effect of load and temperature conditions on these patterns, with several insulating defects noted, the effect of load and temperature changes on these patterns has been analyzed. Considering the effects of load and temperature changes on partial discharge patterns and using amplitude correction factor in high frequency measurements, it is possible to diagnose machines more accurately and have a better estimation of stator’s insulation status.

    Keywords: Partial Discharge, Insulation defects, Phase resolved pattern, Temperature, load effect
  • Ali A. Razi Kazemi* Pages 49-57

    Due to space limitation along with the necessity to the increase of the substations, gas insulated substations (GISs) have been favorable option owing to their minimum required space for installation. One of the main challenge in this substation is very fast transient overvoltage (VFTO) giving rise to the operation of disconnector. These waves travel through various components. Interestingly, along with waves, a wave is inducted on the ducts called transient enclosure voltage (TEV) or transient ground potential rise (TGPR). This paper has been devoted to investigate these waves through modeling GIS and presenting some analytical approach. Subsequently, the impact of GIS design, CVT, arrester, and ground strap have been discussed through simulations in EMTP-RV. Finally, the impact of high frequency ground behavior has been discussed to show the importance of the design of grounding system in GISs from high frequency point of view.

    Keywords: GIS, VFTO, TEV, Transients
  • Mahtab Khalilifar, Seyyed Mohammad Shahrtash*, Hajar Abdi, Farshad Adinehpour, Naser Ghandehari Pages 59-66

    This paper proposes a novel non-communication method for detection of uneven phase operation of transmission lines. The proposed algorithm is triggered by receiving the line opening/ closing command and works on the principle of comparison between the amplitude of bus voltage signal and line voltage signal. This protection function can be easily implemented in the numerical line relay and it can quickly detect this problem in power system, if applied.

    Keywords: Voltage differential function, Circuit breaker mechanical mal-operation, Stuck pole in circuit breaker, Circuit breaker pole discordance
  • Amin Samanfar, Mahmoudreza Shakarami*, Jafar Soltani Zamani, Esmaeel Rokrok Pages 67-82

    In this paper, a new method is proposed for dynamic modeling of multi-machine power systems including HVDC-links facing symmetrical and asymmetrical faults. In the proposed method, the space phasors based sequence networks are used to power systems modeling during the fault time. In the sequence networks, synchronous generators and HVDC-links are modelled by injected current space phasors and loads are modelled by constant impedances. In each step time of simulation, after solving Y-matrix equations of the sequence networks, fault current and generators terminal sequence voltages are obtained in the synchronous reference frame. Then, for each generator, these voltages are transferred to the rotor reference frame and the machine dynamic equations are solved. By solving the synchronous machines and HVDC-links dynamic equations the state variables are updated and the current space phasors are calculated and the procedure is repeated for the next time steps. In a single-machine-infinite-bus (SMIB) network and a two-open-conductor faults. Moreover, the simulation results of the method have been compared to EMTP for the standard 33-bus-bar IEEE power system including a HVDC-link, the simulation results of the proposed method and EMTP software have been compared for a single-phase-to-ground and a two-open-conductor faults. The simulations results show the proposed method is reliable.

    Keywords: Power systems dynamic modeling, Symmetrical faults, Asymmetrical faults, Space phasors, Sequence networks, HVDC-links
  • S. Mohammad Shahrtash*, Alireza Karimonnafs Pages 83-92

    The synchronous switching reduces the transients caused by switching of the transmission line. By considering the coupling voltages between phases, the proposed algorithm controls the synchronous closing of all three phases of an uncompensated transmission, whenever the other end of the line is open. The algorithm by calculating the delay times for sending commands to each phase of CB, based on mathematical relations, controls the switching of the three phases of CB. It can be applied for different types of configuration of the transmission line (whether they are transposed or not, and balanced or not), various line lengths, the mechanical operation time for each phase of CB, and independent of the opening time of each phase. The results show that by applying this algorithm each phase of CB is closed in the zero-voltage state with a maximum error of three samples.

    Keywords: Synchronous Switching, Coupling voltage, Transmission Line
  • Seyed Abbas Jazayeri, Ghazanfar Shahgholian*, Bahadour Fani, Majied Moazzami Pages 93-106

    In this paper, a method for improving the performance of the network protection system in the presence of DGs by use of intelligent devices is proposed. The method, which is implemented on a hierarchical multi-agent structure, can improve the coordination problems between overcurrent relays by using a telecommunications platform based on the IEC-61850 standard information model. By this way, the protection scheme is implemented on three levels on the relays. Each level has tasks that are implemented on a layered multi-agent structure, depending on the layout of the network under certain conditions. At the first protection level performed by relay agents, the relay protection characteristic curve is used along with the functions defined on the intelligent devices. At the second level, a database is used to record the events and the pattern of behavior chosen according to them in order to prevent the flow of information on the network and to speed up the performance of the protection system. Functional patterns recorded in the database allow agents to obtain appropriate settings without sending information to the central unit if similar conditions occur. At the third protection level, in the absence of a similar pattern, the new relay settings are calculated according to the network conditions and transmitted to the network monitoring unit. Finally, in order to verify and validate the proposed method, the proposed scheme is simulated on an experimental network in the ETAP software.

    Keywords: Distribution network, distributed generation resources, hierarchical protection scheme, IEC-61850 standard
  • Mahdi Hassannia Kheibari*, Seyed Hamid Hosseini, Soodabeh Soleymani Pages 107-118

    Executing demand response programs will be effective when they are accompanied by the considerable cooperation of participants in addition to appropriate planning. Therefore, distribution companies always emphasize on the higher cooperation of participants in demand response programs. However, lack of proper planning may reduce electricity sale or may have negative impacts on the technical indices of the distribution network. Of the issues which have not been considered in most studies related to demand response are the rate of change in load and the impact of distribution network flexibility in reducing the negative impact of load response programs. In this paper, a model has been proposed that can determine the negative effect threshold for participantschr('39') cooperation in demand response programs by considering a wide range of distribution network features that change due to load shifting. Moreover, by considering flexibility in distribution network and introducing new indices, proper prioritization is proposed for applying reward and punishment policies or for determining the necessary technical changes in order to rate of change in load on each feeder. Based on the proposed model, maximum peak power reduction in determined in the RBTS-BUS5 test system. The results confirm the accuracy of the proposed model.

    Keywords: Consumption Pattern, Demand Response, Negative Effect, Distribution Network, Reactive Power
  • Masoumeh Karimi, Sajad Najafi Ravadanegh*, Mahmoodreza Haghifam Pages 119-129

    Power systems have been traditionally designed and operated based on the main principles of reliability, i.e. security and adequacy. These principles can properly deal with the known failures in the power infrastructure components. However, recently occurred High Impact Low Probability (HILP) threats have raised the concerns about the classical reliability-oriented view. Hence, resilient distribution networks against various threats and enhancement of energy security in critical situations are the most significant challenges that must be taken into consideration. Distribution network plays vital role in power systems because of its connection point to the end users and due to its wide range, security of electricity supply is strongly dependent on it. Hence, a lot of efforts have been done on distribution networks scheduling, planning and operation. So, optimal resilient planning of conventional medium voltage distribution network is aimed at mitigating vulnerability to natural disasters. In this paper, a new method is suggested to make a relation between network component fragility curves, component geographical location and natural disasters spatial risk index. To achieve this goal, the resiliency concept and effective solutions for resiliency increment, elicitation of vulnerability atlas of distribution networks and natural disaster risk based modelling have been discussed and assessed comprehensively in this paper. The simulation of proposed method is applied on a large scale distribution network. The obtained results validate the effectiveness of proposed methodology.

    Keywords: Electric Distribution Network Planning, Power System, High Impact- Low Probability, Resiliency, Vulnerability, Natural disasters
  • Masoud Soleimani, Hosein Mohammadnezhad Shourkaei* Pages 131-138

    In this paper, restoration of the customers in distribution network considering the annual financial losses of the process trips has been studied. The most purpose for restoration of customers is to the restore the maximum possible load. For evaluation of the financial losses of the process trips, a new concept in the field of power quality named process immunity time have been used. Impact of two equipmentchr('39')s – disconnector and automated sectionalizing switches on the geographic area, financial losses and reliability indices will be reviewed. In this paper, restoration priority will be with the customers outside of the fault section. IEEE 34 node test feeder is simulated as the base network and the results will be analyzed and evaluated. Then two DGchr('39')s are connected in two arbitrary locations. Eventually, DG will be transferred to near the industrial load in order to examine the results. In this paper, restoration priority is with customers outside of the fault section.

    Keywords: Annual financial losses of the process trips, Restoration of Distribution Network, Automated sectionalizing switches, Reliability, Geographic Area
  • Abbas Khanahmadi, Reza Ghaffarpour* Pages 139-151

    Given the lack of access to the electricity distribution network in remote areas, rising fossil fuel prices and transportation costs, the importance of using renewable energy in these areas is increasing. Due to the high price of equipment such as wind turbine, solar panels and batteries, capacity sizing of the equipment is vital. In this research, the optimal design and practical implementation of renewable energy systems in a remote area in Sistan and Baluchestan province have been investigated and the net present value function has been modeled and solved by the GAMS software as MILP. In the following, practical implementation based on computer simulation has been considered and the operating scenario is set to 4 kW of solar panels, 28 seald acid batteries, 1200 W wind turbines and 4 kW inverter. Economic analysis shows that renewable energy systems will be utilized by a 35% reduction in costs relative to energy from diesel generators.

    Keywords: Hybrid renewable energy, Mathematical modeling, Practical implementation, Remote areas, MILP
  • Seyed Alireza Ahmadi, Vahid Vahidinasab*, MohammadSadegh Ghazizadeh Pages 153-161

    In this paper, to implement the reconfiguration of the intelligent distribution network and sizing the distributed generations (DGs), simultaneously, a stochastic multi-objective framework is presented in which the goals of reducing the energy losses, operating costs and emissions of environmental pollutants are followed. In most of the researches carried out for the network reconfiguration, the customer and distribution substation loads have been assumed to be fixed, while in reality these loads are changing. Generally, in the power system planning, the worst case which is the maximum possible load is considered, but the obtained configuration with this assumption is certainly not the optimal configuration. Therefore, in this paper, in order to cover the uncertainties associated with the load, the framework for the reconfiguration and DGs sizing problem is presented as a chance constrained programming problem and the Monte Carlo simulation is used in it. The problem of reconfiguration and DGs sizing at the same time in order to achieve predetermined goals is a multi-objective optimization problem. In order to solve it, this paper uses a newly introduced powerful optimization method called human-behavior based optimization approach. Finally, the proposed stochastic multi-objective framework is implemented on an IEEE 33-bus network, and the results are analyzed.

    Keywords: Distribution system reconfiguration, Distributed generation, Stochastic programming, Human behavior based optimization
  • Mohammadjavad Rostami, Jafar Adabi*, Mohammad Rezanejad Pages 163-174

    This paper presents a new Switched-Capacitor Multilevel Inverter (SCMLI) structure. The presented configuration generates a staircase almost sinusoidal AC voltage by using a single DC source and a few capacitors which its amplitude is several times the input voltage. The operation of the converter is controlled by the help of NLC modulation strategy to choose the best switching states in a way that they always ensure the self-balancing capability of the capacitors voltages. Low switching frequency, simple control and inherent bipolar output are some of the advantages of the presented SCMLI. In comparison with other existing topologies, to reach a specific voltage level, the structure requires less circuit elements since the capacitors in follower modules can be charged up to 3 times the input voltage. Having a modular structure, facilitates the expansion of the circuit to attain higher voltage levels. In order to investigate the performance of the presented topology, MATLAB software was used. Furthermore, a 13-level laboratory prototype was performed to affirm the efficacy of the circuit under different loads using AVR ATMEGA 16A microcontroller. Both simulation and experimental results accredit the appropriate performance of the converter. Finally, after calculating losses, a theoretical efficiency of 92.72% is reached.

    Keywords: Switched-Capacitor Inverter, Modular Converter, NLC Modulation, Self-balancing Voltage, voltage multiplier
  • Ali Seifi, Majid Hosseinpour* Pages 175-188

    Multilevel inverters are a new generation of DC-AC converters at medium and high voltage and power levels. In this paper, a new single-phase cascaded multilevel inverter is presented. For this purpose, a basic cell is first presented and then by series connection of these cells, the new multilevel inverter structure is presented. The proposed new cell is only capable of generating positive voltage levels, and therefore, to produce zero and negative voltage levels, the proposed structure is constructed based on H-bridge module. A comprehensive comparison is carried out between the proposed multilevel inverter with the classical and recently introduced structures in terms of the number of switching devices, the number of drivers, the total blocking voltage of the switches as well as the loss and efficiency. The accuracy of the proposed inverter’s performance is simulated in Matlab/Simulink in symmetric and asymmetric topologies fora 21-level and 37-level output voltage respectively, and then evaluated by the laboratory prototype.

    Keywords: Multilevel inverter, Symmetric, asymmetric topology, Less switch count, Converter loss