فهرست مطالب

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 53 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/17
  • تعداد عناوین: 10
|
  • محمد جواد کارگران، مهدی شانه*، توحید نوری صفحات 1-14

    با افزایش اهمیت استفاده از انرژی های نو در جهت کاهش اثرات منفی حاصل از سوختن مواد فسیلی برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز، استفاده از مبدل های الکترونیک قدرت اهمیت زیادی پیدا کرده است. با توجه تغییرات ناگهانی بار یا سطح ولتاژ ورودی، مبدل مورد استفاده باید به عنوان یک تنظیم کننده ولتاژ، در محدوده خاصی از تغییرات ولتاژ خروجی به سرعت به مقدار مرجع خود بازگردد. در این مبدل ها باید رفتار دینامیک آنها مورد تحلیل قرار بگیرد و سرعت پاسخ آن نسبت به هر تداخلی مورد بحث قرار گرفته شود. از آنجا که مبدل های افزاینده پایه در تابع تبدیل خود دارای یک تاخیر ناشی از صفر نیم-صفحه سمت راست هستند، به کارگیری ساختارهایی با رویکرد حذف این تاخیر قابل ملاحظه است. استفاده از سلف تزویج در مدار های غیر ایزوله از ساختارهای قابل تعمیم در این زمینه است که علاوه بر حذف صفر نیم-صفحه سمت راست از تابع تبدیل باعث افزایش بهره ولتاژ، کاهش تنش ولتاژ روی نیمه هادی های مدار می گردد. در این مقاله یک ساختار جدید مبتنی بر سلف کوپل شده در جهت حذف صفر نیم-صفحه سمت راست ارایه شده است. ساختار جدید با یک افزایش بهره همراه خواهد بود. اما تنش ولتاژ روی کلید محدود شده است و از طرفی با توجه به موقعیت سلف کوپل شده ریپل جریان ورودی برای این ساختار به حداقل خواهد رسید.

    کلیدواژگان: پاسخ دینامیکی، صفر نیم صفحه سمت راست، مبدل DC-DC، مبدل بسیار افزاینده
  • فرشاد خلفیان* صفحات 15-32

    در این مقاله برنامه ریزی استوار سیستم ترکیبی جزیره ای جهت ایجاد یک سیستم یک پارچه شامل توربین بادی، فتوولتاییک، دیزل ژنراتور و ذخیره سازی ساکن (باتری) و سیار (خودروهای الکتریکی) ارایه می شود. طرح پیشنهادی کمینه سازی مجموع هزینه برنامه ریزی (شامل احداث، تعمیر، نگهداری و بهره برداری) عناصر مذکور و سطح آلایندگی زیست محیطی را بر عهده دارد. این مساله نیز مقید به مدل بهره برداری و برنامه ریزی منابع و ذخیره سازهای مختلف و قید تعادل توان در سیستم ترکیبی جزیره ای است. طرح مذکور در قالب بهینه سازی پارتو مبنی بر روش مجموع توابع وزن دار مدل سازی می شود. همچنین از بهینه سازی استوار مبنی بر عدم قطعیت کران دار برای مدل سازی عدم قطعیت های بار، توان تجدیدپذیر و انرژی ذخیره سازهای سیار استفاده می شود. سپس از الگوریتم تکاملی ترکیبی مبنی بر ترکیب بهینه سازی دسته میگوها و بهینه سازی گرگ های خاکستری جهت دست یابی به راه حل بهینه دارای انحراف معیار پایین در پاسخ دهی نهایی استفاده می گردد. در نهایت با استخراج نتایج عددی مشاهده می گردد که طرح پیشنهادی قابلیت مناسبی در برنامه ریزی سیستم یاد شده از نظر اقتصادی و زیست محیطی دارد.

    کلیدواژگان: الگوریتم تکاملی ترکیبی، بهینه سازی استوار، ذخیره سازهای ساکن و سیار، سیستم ترکیبی جزیره ای، منابع تجدیدپذیر
  • زهرا دهقانی، ناصر پرهیزگار*، حمید آزاد صفحات 16-30

    موقعیت یابی خودرو به عنوان یکی از شاخه های مهم اینترنت وسایل نقلیه، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. سیستم های موقعیت یابی سنتی بر پایه سیستم موقعیت یابی جهانی با تاخیرهای طولانی همراه هستند و ممکن است به دلیل موانع مختلف از کار بیفتند. در این مقاله، یک ساختار موقعیت یابی کمکی پیشنهاد می شود، که هسته اصلی آن تخمین زاویه ورود سیگنال ها (DOA) از نقاط مشخص، مانند نقاط دسترسی بیسیم، با استفاده از یک آرایه حسگر در خودرو است. به دلیل محدودیت فضا، آرایه ممکن است در یک هندسه دلخواه قرار گیرد و ممکن است اثر تزویج متقابل بین عناصر آرایه به شدت خاصیت استقلال عناصر آرایه را کاهش دهد و این اثر شامل برهمکنش هریک از عناصر با اشیاء نزدیک خود می شود. در آنتن های آرایه ای تزویج متقابل بین عناصر آرایه یک اثر نامطلوب بوده که عملکرد الگوریتم های پردازش سیگنال را بشدت خراب می کند. در این مقاله یک شکل جدید و دقیق از ماتریس امپدانس متقابل (MIM) جهت جبرانسازی اثر تزویج متقابل در آرایه های خطی (ULA) بوسیله یک روش جدید بر اساس حل مسئله مقادیر مرزی برای همه عناصر آرایه به کار می رود. با بکار گیری ماتریس امپدانس متقابل در الگوریتم های تخمین زاویه ورود باعث مقاوم سازی این الگوریتم ها نسبت به اثر تزویج متقابل خواهد شد. نتایج شبیه سازی، بهبود عملکرد الگوریتم تخمین DOA پیشنهادی را تایید می کند. ساختار پیشنهادی می تواند موقعیت خودرو را بین شبکه های موقت موجود بصورت دقیق به دست آورد و می تواند با سایر سیستم های موقعیت یابی برای ایجاد یک محیط رانندگی ایمن همکاری کند.

    کلیدواژگان: آرایه یکنواخت خطی، اینترنت وسایط نقلیه، تزویج متقابل، ماتریس امپدانس متقابل، موقعیت یابی خودرو
  • محمدرضا رضائی، سید رضا هادیان امرئی*، محمدرضا میوه صفحات 17-34

    در این مقاله، یک روش بهبود‎‎یافته آنلاین برای تخمین همزمان پارامترها و محل‎خطا در خطوط انتقال مبتنی بر واحدهای اندازه گیری فازور نصب‎ شده در دو ‎طرف خط انتقال پیشنهاد شده است. برخلاف روش های آفلاین، این روش به مشخصات هندسی خطوط، مقاومت ‎خطا و امپدانس منابع معادل تونن بستگی ندارد. مهمترین کاربرد مدل سازی خطوط، تخمین حد‎ حرارتی خطوط انتقال است که ظرفیت انتقال توان را محدود می سازد. روش های آفلاین به کار‎ رفته، باعث بدون استفاده ماندن بخشی از ظرفیت انتقال توان و ایجاد تراکم غیر‎واقعی در سیستم انتقال می شوند. بنابراین، تخمین حد حرارتی باید به روشی تعیین گردد که به صورت آنلاین بوده و دارای دقت و سرعت مناسبی باشد. محاسبه حد حرارتی کار پیچیده‏ای است که نیاز به تخمین پارامترهای خطوط، محاسبه دمای خطوط و تعیین شرایط آب و هوایی محیط اطراف خطوط مورد مطالعه دارد. لذا در این مقاله، روش جدیدی مبتنی بر ترکیب روش پایش مستقیم دمای هادی و روش مبتنی بر شرایط آب و هوایی پیشنهاد شده است. در این روش، ابتدا پارامترهای خط انتقال تخمین زده شده و سپس با استفاده از این پارامترها و شرایط آب و هوایی خط مورد نظر، حد حرارتی به صورت آنلاین محاسبه می گردد. برای انجام فرآیند تخمین همزمان محل خطا و پارامترهای خطوط از روش حداقل مربعات غیرخطی (NLS) استفاده شده است. شبیه سازی ها در محیط نرم افزاری متلب و بر روی یک سیستم انتقال استاندارد با جبران ساز سری انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی از دقت و سرعت بالایی برخوردار بوده و می تواند نقش بسزایی در افزایش سرعت تعمیر خطوط و قابلیت اطمینان سیستم و همچنین کاهش زیان های اجتماعی و اقتصادی داشته باشد.

    کلیدواژگان: تخمین آنلاین محل خطا، تخمین پارامترهای خطوط، حد حرارتی، خطوط جبران شده با خازن سری، واحد اندازه گیری فازور
  • منیر کمالی، بهادر فانی*، غضنفر شاهقلیان، گئورک قره پتیان، مسعود شفیعی صفحات 33-60

    به دلیل وجود فاصله های گوناگون و پیچیدگی ریزشبکه ها، امپدانس خطوط بین فیدرهای تولیدهای پراکنده و بارها متفاوت است. از این رو روش های کنترل افتی مرسوم از کارایی مناسبی در توزیع توان بین واحدهای تولید پراکنده (DG) برخوردار نیستند. عموما به دلیل ساده سازی، امپدانس خطوط به صورت مختلط مد نظر قرار نمی گیرد. شرایط بیان شده تا حد زیادی دقت و سرعت پاسخ دینامیکی سیستم کنترلی را کاهش می دهد. در این مقاله، جبران سازی هارمونیک، ولتاژ و فرکانس ریزشبکه با روش کنترل امپدانس مجازی تطبیقی مبتنی بر توزیع متناسب توان ارایه شده است. در روش پیشنهادی کاهش ضریب خطای توان اکتیو و توان راکتیو، کنترل هارمونیک ولتاژ و جریان در دو حالت اتصال به شبکه اصلی و جزیره ای و همچنین کنترل ولتاژ و فرکانس به منظور بهره برداری بهینه از ریزشبکه ارایه شده است. روش پیشنهادی بدون نیاز به بروزرسانی اطلاعات امپدانس فیدرها، قابلیت بهره برداری و توزیع بهینه توان تحت شرایط مختلف بهره برداری با در نظر گرفتن امپدانس مختلط را نیز دارا است. به منظور صحت سنجی، روش پیشنهادی در محیط نرم افزار متلب/سیمولینک سیستم شبیه سازی شده و نتایج حاصل از آن به همراه آنالیز پایداری و حساسیت ارایه شده است.

    کلیدواژگان: توزیع تناسبی توان، روش امپدانس مجازی تطبیقی، ریزشبکه، کنترل ولتاژ و فرکانس
  • عباس اسلامی، مجتبی صادقی*، زهرا عادل پور صفحات 39-50

    در یک دهه اخیر مدارهای مجتمع نوری مانند مدولاتورها، پیشرفت چشم گیری در زمینه های مختلف مانند مخابرات نوری، تصویربرداری و سنسور داشته اند. از میان مواد فعال مورد استفاده در مدولاتورها، گرافن و اکسید قلع آلاییده با ایندیم (ITO) به‎سبب ویژگی اپسیلون نزدیک به صفر (ENZ)، سرعت و پاسخ‎دهی قابل توجه که دارند، یکی از گزینه های مناسب در بین مواد فعال برای عمل مدولاسیون است. در این مقاله، با اعمال تزویج مستقیم نور به طراحی ساختار مدولاتور پلاسمونیکی در حالت سه بعدی پرداخته شده است. با تغییرات ضخامت لایه های ITO، اکسید هافنیوم (HfO2) و عرض موج بر ساختار بهینه شده که ضخامت های بهینه 3 نانومتر برای لایه ITO، 5 نانومتر برای HfO2 و 280 نانومتر برای عرض موج بر به دست آمده است. نتایج شبیه‎سازی های سه بعدی این مقاله همراه با تزویج مناسب نشان داده شده که تلفات الحاقی در حالت سه بعدی نسبت به دو بعدی تغییر پیدا نکرده و پارامتر نسبت خاموشی مدولاتور اندکی کاهش یافته است. از سویی تزویج مناسب و بهینه، تاثیری در انرژی مصرفی نداشته است. نتایج شبیه‎سازی های سه بعدی نشان دهنده این است که مدولاتور پلاسمونیکی می تواند برای طول 1 میکرومتر مدولاتور، در ولتاژ 5/0 ولت و طول موج 55/1 میکرومتر به نسبت تمایز 9/13 دسیبل، تلفات الحاقی 9/2 دسیبل، سرعت مدولاسیون 9/140 گیگاهرتز و مصرف انرژی بسیار کم 5/1 فمتو ژول بر بیت دست پیدا کند و نشان دهنده کاهش قابل توجه در مصرف انرژی و بهبود نسبت تمایز نسبت به مدولاتورهای مشابه پیشین است. همچنین در طول 2 میکرومتر مدولاتور، نسبت تمایز 76/27 دسیبل، تلفات الحاقی 68/5 دسیبل، سرعت مدولاسیون 14/70 گیگاهرتز و مصرف انرژی برابر با 88/2 فمتو ژول بر بیت به دست آمده است.

    کلیدواژگان: اکسید قلع آلاییده با ایندیم، گرافن، سه بعدی، مصرف انرژی کم، مدولاتور پلاسمونیکی، نسبت تمایز بالا
  • افشین سوزنی، محمدعلی پورمینا*، پاییز عزمی، محمد ناصر مقدسی صفحات 67-89

    هدف این مقاله ارایه راه کار بهبود و افزایش مجموع نرخ امن در لایه فیزیکی برای شبکه مخابرات بی سیم است که از فناوری های مختلفی مانند روش دسترسی چندگانه نامتعامد، صفحات بازتابنده هوشمند و ارتباطات دستگاه به دستگاه و مشارکت کاربران به عنوان همیار شبکه در انتقال دیتا، بهره می برد. مدل سیستم پیشنهادی برای این مقاله شامل یک ایستگاه فرستنده پایه ، یک صفحه بازتابنده ، دو کاربر قانونی، یک شنودگر است و به دلیل وجود موانع بسیار در محیط انتقال امکان وجود دید مستقیم بین کاربران و ایستگاه پایه در شبکه وجود ندارد و انتقال داده از طریق صفحات بازتابنده و همیاری کاربران شبکه امکان پذیر است. راه کار ارایه شده برای افزایش نرخ امن در لایه فیزیکی با فرض مشخص بودن موقعیت مکانی تمامی اجزای شبکه، با استفاده از روش های بهینه و غیربهینه، به صورت عبارت فرم بسته محاسبه شده است. مقدار نرخ امن متناسب با راه کار ارایه شده، برای مقادیر مختلف توان فرستنده ایستگاه پایه، جابجایی مکانی شنودگر در شبکه، تغییر تعداد آرایه های صفحات هوشمند و تغییر تعداد آنتن های ایستگاه پایه به دست آمده است. نتایج عددی به دست آمده اثربخشی راه کار پیشنهادی را تایید می کند و نشان می دهد افزایش تعداد آرایه های صفحات بازتابنده، مقدار نرخ امن را به دلیل اثر متمرکز نمودن انتشار پرتو سیگنال بر روی کاربر به میزان قابل توجه افزایش می دهد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان دهنده افزایش 50 درصدی مجموع نرخ امن برای شبکه در حالت استفاده از روش دسترسی نامتعامد در مقایسه با روش دسترسی متعامد است.

    کلیدواژگان: امنیت لایه فیزیکی، دسترسی چندگانه نامتعامد، صفحات بازتابنده هوشمند، مجموع نرخ امن، نویز مصنوعی، همیار شبکه
  • سید علیرضا علوی متین، پوریا رادمهر، امیر احمری نژاد*، سید امیر منصوری صفحات 79-98

    در این مقاله، یک مدل مدیریت انرژی جامع به منظور بهره برداری از یک سیستم توزیع 33 شینه شعاعی اصلاح شده، با در نظر گرفتن خانه های هوشمند ارایه شده است. در مدل پیشنهادی مشترکین خانه های هوشمند قادر به مشارکت در یک برنامه پاسخ گویی بار (DR) بوده و شاخص رفاه مشترکین به عنوان یک قید اصلی در نظر گرفته شده است. همچنین در مدل مذکور عدم قطعیت های میزان تقاضای بار، میزان تولید منابع تجدیدپذیر و همچنین قیمت برق در نظر گرفته شده اند. جهت تولید سناریوها از روش شبیه سازی مونت کارلو و جهت کاهش تعداد آنها نیز از الگوریتم ScenRed استفاده شده است. به منظور نزدیکی شرایط شبیه سازی به شرایط بهره برداری واقعی، در مدل تغییرات تقاضا و تولید فصلی در نظر گرفته شده و مسئله بهره برداری به صورت چهار فصل حل می شود. همچنین از یک برنامه پخش بار AC خطی شده در این مدل، استفاده شده است. مسئله نهایی به صورت یک مسئله برنامه ریزی عدد صحیح مختلط مدل شده و توسط حل کننده CPLEX در نرم افزار گمز حل شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که مدل پیشنهادی، یک مدل جامع برای بهره برداری از سیستم های توزیع در حضور خانه های هوشمند است، که نه تنها منجر به کاهش هزینه های بهره برداری می شود، بلکه شاخص رفاه مشترکین را نیز افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: برنامه پاسخگویی بار، خانه های هوشمند، شاخص رفاه مشترکین، شبکه توزیع، عدم قطعیت ها، مدیریت انرژی، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • مجید زارع، سید امین سعید*، حمیدرضا اکبری صفحات 99-120

    مدیریت انرژی در ریزشبکه ها با اهداف متفاوتی نظیر کاهش هزینه های بهره برداری انجام می شود. در این رویکرد، بهره بردار ریزشبکه با تعیین میزان تولید انرژی توسط هر یک از منابع انرژی در دسترس، سعی در مدیریت انرژی به منظور تامین انرژی مورد نیاز مصرف کنندگان با حداقل هزینه ممکن دارد. این منابع می توانند تولیدکننده انرژی الکتریکی، حرارتی یا ترکیبی باشند. در این مقاله مدیریت انرژی و ساختار در ریزشبکه با اهدافی نظیر کاهش هزینه های بهره برداری، کاهش آلودگی های زیست محیطی و بهبود شاخص های فنی نظیر کاهش تلفات توان حقیقی صورت گرفته است. به این منظور از ابزارهایی مانند برنامه های پاسخ گویی بار، ذخیره سازها، منابع تولید پراکنده مانند تولیدکننده های همزمان برق و حرارت، منابع تجدیدپذیر مانند واحدهای بادی و فتوولتاییک و بازآرایی فیدرهای ریزشبکه بهره گرفته شده است. از الگوریتم ژنتیک که از معتبرترین الگوریتم های فراابتکاری است برای حل مسئله بهینه سازی مدنظر استفاده شده است. نتایج عددی کارایی مدل ارایه شده را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: برنامه پاسخ گویی بار، ریزشبکه، کاهش هزینه ها، مدیریت انرژی و ساختار
  • زهرا کوچکی، محمدرضا یوسفی*، خوشنام شجاعی صفحات 171-188
    کنترل قند خون بیماران دیابتی نوع یک در حضور نامعینی های ساختاری و بی ساختار در این مقاله مطالعه شده است. در راستای افزایش کارآمدی رویکرد کنترلی ارایه شده، فرض شده که تمام دینامیک ‎های توصیف کننده تنظیم قند خون بیماران دیابتی نوع یک کاملا نامعین هستند. براساس توابع تقریب زن فازی مجهز شده به الگوریتم تطبیق و هم چنین استفاده از رویکرد کاهش تعداد پارامترهای تطبیق، دینامیک های نامعین مدل برگمن تقریب زده شده است. سپس براساس رویکرد کنترل خطی ساز فیدبک و جبران ساز تطبیقی مقاوم، طراحی کنترل کننده خطی ساز فیدبک مقاوم فازی به منظور تنظیم قند خون بیماران دیابتی نوع یک در حضور وعده غذایی برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از تیوری لیاپانوفی نشان داده شده که تمام سیگنال های سیستم حلقه بسته کنترل قند خون به صورت کران دار نهایی یکنواخت، پایدار هستند و همچنین قند خون بیماران دیابتی به کرانی از مقدار مطلوب همگرا شده است. در انتها، نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد مطلوب کنترل کننده در کاهش اثر اغتشاش وعده غذایی و همچنین رفتار مقاوم در برابر دینامیک های نامعین و خطای تخمین وعده غذایی است. هم چنین، عملکرد مطلوب کنترل کننده پیشنهاد شده در کنترل قند خون (نگه داشتن قند خون در محدوده مجاز 120-70 میلی-گرم در دسی لیتر) در مقایسه با برخی از مراجع نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: جبران ساز مقاوم، دیابت، کنترل تطبیقی فازی، کنترل خطی ساز فیدبک، مدل غیرخطی برگمن، وعده غذایی
|
  • Mohammad Javad Kargaran, Mahdi Shaneh *, Tohid Nouri Pages 1-14

    By increasing use of new energy to reduce the negative effects of burning fossil fuels to supply electricity, the need for power electronic converters have become very important. Due to sudden changes in load or input voltage level, the converter used as a voltage regulator in a certain range of output voltage changes should quickly return to its reference value, which should analyze the dynamic behavior of these converters and the speed of its dynamic response to any interference is discussed. Because the initial boost converter has a delay in its transfer function due to the right half plane zero, it is possible to use structures to eliminate this delay. The use of coupled inductor in non-insulated structures is one of the structures that can be repaired in this field, which in addition to removing right half plan zero of the transfer function, increases voltage gain, reduces voltage stress on circuit semiconductors. In this paper, a new coupled inductor structure is proposed to remove the right half plan zero. The new structure will be accompanied by an increase in gain, but the voltage stress on the switch is limited, and on the other hand, due to the position of the coupled inductor, the input current for this structure will be minimized.

    Keywords: DC-DC converter, Dynamic Response, high step up converter, Right Half Plane Zero
  • Farshad Khalafian * Pages 15-32

    In this paper, the robust planning of the islanded hybrid system (IHS) to create an integrated system with wind turbine, photovoltaic, diesel generator, stationary (battery) and mobile (electric vehicles) storages is presented. The proposed scheme minimizes the planning cost (including construction, maintenance, and operation) of the mentioned sources and storages, and environmental pollution level. This problem is constrained to operation and planning model of the different sources and storages, and power balance constraint in IHS. The proposed scheme is formulated in the Pareto optimization framework based on method of the summation of weighted functions. Also, the bounded uncertainty-based robust optimization (BURO) is used to model the uncertainties of load, renewable power, and energy of mobile storage. Then, the hybrid evolutionary algorithm according to composition of Krill Herd Optimization (KHO) and Grey Wolf Optimization (GWO) algorithms obtains an optimal solution including low standard deviation in the final response. Finally, it is seen that the proposed scheme has a suitable capability in the planning of the proposed system according to economic and environmental viewpoints based on obtained numerical results.

    Keywords: Hybrid evolutionary algorithm, Islanded hybrid system, Renewable sources, Robust Optimization, Stationary, mobile storage
  • Zahra Dehghani, Naser Parhizgar *, Hamid Azad Pages 16-30

    As an important branch of the Internet of Vehicles (IoV), vehicle positioning has drawn extensive attention. Traditional positioning systems based on a global positioning system incur long delays, and may fail due to obstructions. In this article, we propose an auxiliary positioning architecture, whose core is to estimate the direction of arrival (DOA) of signals from landmarks, such as wireless access points, utilizing a sensor array in the vehicle. Due to space limitations, the array may be placed in an arbitrary geometry and may suffer from mutual coupling effects, and it is possible that the effect of mutual coupling between the array elements greatly reduces the independence of the elements of the array, and this effect involves the interaction of each element with its nearby objects. Mutual coupling in antenna arrays can critically degrade the performance of signal processing algorithms. In this paper, a new and accurate form of mutual impedance matrix (MIM) is used to compensate for the effect of mutual coupling in uniform linear arrays (ULA) by a new method based on solving the boundary value problem for all array elements. By using the MIM in the DOA estimation algorithms, these algorithms will be robust to the mutual coupling effect. The simulation results confirm the performance improvement of the proposed DOA estimation algorithm. The proposed architecture can obtain robust self-localization with existing vehicular ad hoc networks, and it can collaborate with other positioning systems to provide a safe driving environment.

    Keywords: direction of arrival estimation, mutual coupling effect, mutual impedance matrix, vehicle of internet, vehicle positioning
  • Mohammad Reza Rezaei, Seyed Reza Hadian Amrei *, Mohammad Reza Miveh Pages 17-34

    In this paper, an improved online method for simultaneous estimation of parameters and fault location in transmission lines based on Phasor Measurement Units (PMUs) installed on both sides of the transmission line is proposed. Unlike offline methods, the proposed method does not depend on the geometric characteristics of the lines, the fault resistance and the impedance of the equivalent Thevenin sources. The most important application of line modeling is to estimate the thermal rating of transmission lines, which limits the power transmission capacity. Offline methods cause part of the power transmission capacity to be unused and create unrealistic congestion in the transmission system. Therefore, the estimation must be determined in a way that is online and has the appropriate accuracy and speed. Calculating the thermal rating is a complex task that requires estimating the parameters of the lines, calculating the temperature of the lines and determining the climatic conditions of the environment around the studied lines. Therefore, a new method based on a combination of direct conductor temperature monitoring method and method based on climatic conditions is proposed in this paper. In this method, first, the parameters of the transmission line are estimated and then using these parameters and the weather conditions of the desired line, the thermal rating is calculated online. In this paper, the Nonlinear Least Squares (NLS) method is used to perform the process of simultaneously estimating the fault location and line parameters. The simulations were performed in the MATLAB software environment on a standard series capacitor-compensated transmission lines. The simulation results show that the proposed method has high accuracy and speed and can play a significant role in increasing the speed of line repairs and system reliability and reducing social and economic losses.

    Keywords: Line parameters estimation, online fault location estimation, Phasor measurement unit, series capacitor-compensated lines, thermal ratings
  • Monir Kamali, Bahador Fani *, Ghazanfar Shahgholian, Gevork B. Gharehpetian, Masoud Shafiee Pages 33-60

    Due to the different distances and complexity of micro-grids, the lines impedance varies between the feeders of the distributed generation and the loads. Therefore, conventional droop control method does not have good efficiency in power distribution between distributed generation (DG) units. Generally, due to simplification, the impedance of the lines is not considered in a complex. The stated conditions greatly reduce the accuracy and speed of the dynamic response of the control system. In this paper, harmonic compensation, voltage and frequency control of micro-grid with adaptive virtual impedance method based on proportional power distribution are presented. In the proposed method, reducing the error coefficient of active power and reactive power, control of voltage and currents’ harmonic in two modes of connection to the main grid and islanded, as well as voltage and frequency control for optimal operation of the micro-grid is presented. The proposed method, without the need to update the impedance information of the feeders, has the capability of optimal operation and power distribution under different operating conditions, taking into account the complex impedance. To validate, the proposed method is simulated in MATLAB/Simulink software environment and the results are presented along with stability and sensitivity analysis.

    Keywords: adaptive virtual impedance method, Microgrid, proportional power distribution, voltage, frequency control
  • Abbas Eslami, Mojtaba Sadeghi *, Zahra Adelpour Pages 39-50

    In the last decade, optical integrated circuits, including modulators, have made significant progress in optical communications, imaging, and sensors. Among the active materials used in modulators, graphene and indium tin oxide (ITO) are some of the suitable options among the active materials for modulation action due to their epsilon-near-zero (ENZ) characteristics, speed, and considerable response. In this paper, by applying direct coupling of light, the structure of plasmonic modulator in three-dimensional mode has been designed. And by changing the thickness of ITO, HfO2 (hafnium oxide) layers and waveguide width, the structure is optimized. Optimization thickness of 3 nm for ITO, 5nm for HfO2 and 280nm for waveguide width is achieved. The results of three-dimensional simulations of this paper with appropriate coupling show that the insertion loss (IL) of three-dimensional mode have not changed and the extinction ratio (ER) of the modulator has been slightly reduced in comparison with two-dimensional mode .On the other hand, appropriate and optimal coupling has no effect on energy consumption.Three-dimensional results show that the proposed plasmonic modulator can achieve an extinction ratio of 13.9 dB, an insertion loss of 2.9 dB, modulation speed of 140.9 GHz and a very low power consumption of 1.51 fj/bit for a 1µm length of the modulator, at 0.5 V voltage and a wavelength of 1.55 µm. Our design demonstrates a considerable reduction in energy consumption and improvement in extinction ratio compared to previous works. Also, for a 2 µm length of the modulator, an extinction ratio of 27.76 dB, an insertion loss of 5.68 dB, modulation speed of 70.14 GHz and power consumption of 2.88 fj/bit is achieved.

    Keywords: Graphene, High extinction ratio, Indium Tin Oxide, Low energy consumption, Plasmonic modulator, Three-dimensional
  • Afshin Souzani, Mohammad Ali Pourmina *, Paeiz Azmi, Mohammad Naser Moghadasi Pages 67-89

    The use of new physical layer security approaches such as intelligent reflective surfaces as well as the use of existing capabilities in the mobile network such as the participation of network users as network partners are solutions that can be very effective in the next generation of mobile telecommunications to improve and increase the total Secrecy Rate in the physical layer.The proposed solution for improving the secrecy rate of the transmitted signal in the physical layer performed by closed-form solution to the described system. In this paper, we analyzed a network consisting of a gNB, two users, an IRS and an eavesdropper in an environment full of obstacles. Using Simulations, we evaluate our solution mathematically and investigate the effect of the eavesdropper location on the total secrecy rate. Also, the analysis and simulation of secrecy rate for the proposed network is performed by taking into account practical network considerations such as changing the location of the Eavesdropper in the network. In addition, the impact of changing the number of elements of smart surface arrays has been analyzed. The numerical results reveal that increasing IRS elements can enhance the ergodic secrecy rate, the reason is that increasing of IRS elements can focuses the main beam of data signal on the first user which increase secrecy rate. Finally, we compare the performance of the OMA and NOMA techniques in the proposed system model. We show that the NOMA technique provides 50% more ergodic secrecy rate compared to the OMA technique.

    Keywords: artificial noise, cooperative network, intelligent reflective surface, physical layer security, Secrecy sum rate, non-orthogonal multiple access
  • Seyed Alireza Alavimatin, Pouria Radmehr, Amir Ahmarinejad *, Seyed Amir Mansouri Pages 79-98

    In this paper, a comprehensive energy management model is proposed in order to the operation of a ‎modified 33-radial bus distribution system, in the presence of smart homes. In the proposed model, ‎smart home customers are able to participate in a demand response (DR) program and their comfort ‎index is also considered as the main constraint. The model also considers uncertainties related to the ‎load demand, the generation of renewable energy resources and electricity price. The Monte Carlo ‎simulation method and the ScenRed tool are utilized to generate and reduce the scenarios, respectively. ‎In order to mimic the actual operating conditions, in the simulation, the seasonal variations of load ‎and generation are considered and the operation problem is solved for four seasons.‎‏ ‏A linear AC ‎power flow is also used in the model. Finally, the problem is modeled as a mixed-integer linear ‎programming (MILP) problem and solved by the CPLEX solver in GAMS software. The simulation ‎results demonstrate that the model proposed in this study is a comprehensive framework for the ‎operation of distribution systems in the presence of smart homes, which not only reduces operating ‎costs but also increases the consumers’ comfort index.‎

    Keywords: Energy management, Distribution network, smart homes, Demand Response Programs, social welfare index, renewable energy resources, uncertainties
  • Majid Zare, Seyed Amin Saeed *, Hamidreza Akbari Pages 99-120

    Energy management in microgrids is done with different goals such as reducing operation costs. In this approach, the microgrid operator tries to manage energy in order to supply the energy required by consumers at the lowest possible cost, by determining the amount of energy generation by each of the available energy sources. These resources can generate electrical, thermal or combined energy. In this paper, energy and structure management in microgrids have been done with objectives such as reducing operation costs, reducing environmental pollution and improving technical indices such as reducing real power losses. For this purpose, it has been used from options such as demand response programs, storage devices, distributed generation resources such as combined heat and power generators, renewable sources such as wind and photovoltaic units and feeder reconfiguration. In this paper, the genetic algorithm, which is one of the most valid meta-heuristic algorithms, is used to solve the optimization problem. Numerical results show the efficiency of the proposed model.

    Keywords: Demand response program, Energy, structure management, Microgrid, reducing costs
  • Zahra Kochaki, Mohammad Reza Yousefi *, Khoshnam Shojaei Pages 171-188
    In this paper, Blood Glucose control in type 1 diabetic patients in the presence of structured and unstructured uncertainties is studied. In order to increase the effectiveness of the proposed control approach, assumed that all the dynamics describing the regulation of Blood Glucose in type 1 diabetic patients are completely unknown. Based on the fuzzy approximation function, which is equipped with the adaptive algorithm and employing the approach of reducing the number of adaptive fuzzy parameters, the unknown dynamics of the Bergman model approximated. Then, based on the feedback linearization control approach and robust adaptive compensator, the design of feedback linearization robust fuzzy controller to regulate Blood Glucose in type 1 diabetic patients in the presence of meal is studied for the first time. Using Lyapunov theory, it is shown that all signals of the closed-loop system are uniformly ultimately bounded and the Blood Glucose of diabetic patients converges to the neighborhood of the desired value. Finally, the simulation results show a good controller performance in reducing effect of the meal disturbance, and robustness against uncertain dynamics and meal estimation errors. Moreover, in comparison with some existing results, a good performance of the introduced controller in controlling Blood Glucose of diabetic patients (i.e., keeping Blood Glucose in allowed range 70-120 mg/dl) validated.
    Keywords: Diabetes, meal, nonlinear model Bergman, feedback-linearization, adaptive fuzzy control, robust compensator