فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال نوزدهم شماره 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/03
  • تعداد عناوین: 32
|
  • نیما سالک گیلانی، علیرضا فریدونیان* صفحات 1-11

    یکی از معیارهای مهم در سنجش عملکرد شرکت های توزیع برق، میزان رضایت مشترکین است. از دید اکثر مشترکین مهمترین معیار عملکرد این شرکت ها، مدت زمان تداوم وقفه ها است. یکی از ابزاری های شرکت های توزیع برق برای کنترل و کاهش مدت زمان تداوم وقفه ها نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه است. این پژوهش به مدلسازی مدت زمان تداوم وقفه با در نظر گرفتن نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه می پردازد. ابتدا داده های وقفه های سیستم از داشبورد بهره برداری شرکت توزیع نیروی برق تهران بزرگ استخراج گشت و سازماندهی شد و سپس با داده های هواشناسی در بازه زمانی مورد بررسی تلفیق گردید. در ادامه پس از پاکسازی داده ها از روش های رگرسیون خطی و غیرخطی برای مدلسازی مدت زمان تداوم وقفه استفاده شده است. نوآوری ها و مشارکت های این پژوهش را می توان: 1) مدلسازی داده رانه ی زمان تداوم وقفه با استفاده از الگوریتم های مختلف خطی و غیرخطی، 2) در نظر گرفتن اثر محل استقرار تیم تعمیرات و ترافیک شهری به صورت مدت زمان رسیدن تیم تعمیرات به محل حادثه، 3) در نظر گرفتن تاریخچه انجام عملیات نگهداری پیشگیرانه در مدلسازی زمان تداوم وقفه و تحلیل حساسیت زمان تداوم وقفه نسبت به عملیات نگهداری پیشگیرانه، و 4) تحلیل تاثیر ویژگی های ورودی بر پیش بینی زمان تداوم وقفه دانست.

    کلیدواژگان: تعمیرات و نگهداری پیشگیرانه، مدت زمان تداون وقفه، شبکه توزیع برق، داده کاوی، مدلسازی
  • مهدی عمادالاسلامی، حسن مجیدی، محمودرضا حقی فام* صفحات 13-22

    شرکت های برق از دیرباز به دنبال شناسایی و کاهش موارد برق دزدی به عنوان اصلی ترین بخش تلفات غیر فنی بوده اند.از طرفی شناسایی این موارد لزوما از طریق بازرسی مشترکین ممکن است که شرکت های برق به دلایلی نظیر هزینه بالا، تعداد مشترکین و... به دنبال کاهش محدوده بازرسی به موارد با احتمال برق دزدی بیشتر هستند. یکی از راهکارهای کاهش محدوده بازرسی، استفاده از روش های هوش مصنوعی است، اما چالش مهمی که در این حوزه وجود دارد عدم تعادل در نسبت مشرکین مشکوک به مشترکین عادی است که منجر به عملکرد ضعیف الگوریتم ها می شود. در این مقاله باهدف غلبه بر این چالش با فرض اینکه بتوان رفتار مشترک مشکوک را به صورت تابع ریاضی از رفتار مشترک عادی بیان کرد، در مرحله اول الگوی مصرف مشترکین عادی و مشکوک دسته بندی شده است؛ سپس یک شبکه عمیق اولیه جهت مدل سازی رفتار مشترکین مشکوک آموزش داده شده است. در ادامه به کمک شبکه آموزش داده شده اولیه، سناریوهای محتمل برق دزدی به ازای مشترکین عادی پیش بینی شده است. درنهایت یک شبکه عمیق ثانویه جهت تفکیک مشترکین عادی و مشکوک آموزش داده شده است. بررسی مدل پیشنهادی به ازای سناریوهای مختلف و مقایسه با تحقیقات پیشین بر روی مجموعه داده واقعی با بیش از 6000 مشترک عملکرد بالای آن را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: برق دزدی، تشخیص تقلب، دسته بندی مشترکین مشکوک، پیش بینی الگو مصرف، یادگیری عمیق
  • فرگل نعمت خواه، فرخ امینی فر*، محمد شاهیده پور صفحات 23-34

    تحولات اخیر در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی نظیر نفوذ گسترده ی منابع انرژی توزیع شده به این سیستم ها موجب شده است تا بهره برداران با چالش های جدیدی مواجه شوند. گذار از مدیریت مرکزی به مدیریت غیرمتمرکز سیستم های توزیع از جمله تغییراتی است که به منظور ایجاد مطابقت با تحولات اخیر و بهبود عملکرد، تاب آوری و پایداری این سیستم ها ایجاد شده است. استفاده از اینترنت در قالب اینترنت اشیاء، نمونه ای از تغییرات در زمینه اطلاعاتی و فناوری در سیستم های توزیع می باشد که توانسته زمینه ی لازم برای تغییرات بهره برداری و مدیریتی یاد شده را فراهم آورد. فناوری زنجیره ی بلوکی با ساختار غیرمتمرکز خود، می تواند بستری امن برای مبادله اطلاعات از طریق اینترنت باشد که با مدیریت غیرمتمرکز سیستم های توزیع سازگاری کامل دارد. در این مقاله نخست به معرفی زنجیره ی بلوکی و توضیح نحوه کارکرد آن می پردازیم. سپس دگرگونی های سیستم های توزیع را که منجر به ایجاد سیستم توزیع فعال شده است مرور و عملکرد آن را تشریح می کنیم. در انتها جایگاه زنجیره ی بلوکی به عنوان فناوری مناسب برای حفظ امنیت اطلاعات و حذف نهاد مرکزی در مدیریت سیستم توزیع فعال مورد بررسی قرار می گیرد و بازارهای انرژی نظیر به نظیر به عنوان سناریویی عملی از کاربردهای زنجیره ی بلوکی عنوان می گردد.

    کلیدواژگان: زنجیره ی بلوکی، اینترنت اشیاء، قرارداد هوشمند، انرژی تراکنشی، بازار انرژی، شبکه ی هوشمند
  • مرجان کرامتی* صفحات 35-41

    امروزه حملات سایبری را می توان یکی از نگرانی های اصلی زندگی بشر به حساب آورد. بنابراین به منظور مقاوم سازی شبکه در مقابل حملات سایبری به عنوان یک دغدغه اساسی متخصیصن امنیتی، نیازمند اولویت بندی آسیب پذیری ها و انتخاب پرخطرترین آنها هستیم. در نتیجه، ارزیابی دقیق خطر آسیب پذیری ها اهمیت بالایی دارد.  سیستم امتیازدهی به آسیب پذیری CVSS به عنوان یکی از محبوب ترین سیستم های امتیازدهی به آسیب پذیری دارای یکسری مشکلات اساسی است که ارزیابی خطر دقیق حملات را دچار مشکل می سازد. دامنه محدود امتیازها در CVSS را می توان یکی از مشکلات اساسی این سیستم امتیازدهی به آسیب پذیری به حساب آورد. چرا که مجزاسازی کارای  سیل عظیمی از آسیب پذیری ها توسط این سیستم را غیر ممکن می سازد. در این مقاله روشی برای اصلاح روند امتیازدهی به آسیب پذیری با محوریت چالش مذکور و افزایش دقت تخمین خطر حملات معرفی شده است.

    کلیدواژگان: دسترسی پذیری، محرمانگی، CVSS، Exploitability، Impact، صحت داده، مقاوم سازی شبکه، خطر، آسیب پذیری
  • علی جلیلیان، بابک طاهری، امیر صفدریان* صفحات 43-51

    بهینه سازی مدیریت خطا در شبکه های توزیع نیروی برق بالاخص در شرایط بحرانی خطاهای چندگانه در اثر شرایط نامساعد آب و هوایی به عنوان تلاشی در جهت کاهش پیامدهای مخرب اجتماعی و اقتصادی خاموشی های گسترده و طولانی مدت در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از محققین این حوزه قرار گرفته است. در این مقاله، یک طرح بازیابی بار بهینه با تمرکز بر روی برنامه ریزی اعزام تیم های تعمیر و عملیات و هماهنگی سیستم اتوماسیون و اعزام منابع تولید توان سیار با عملیات این تیم ها ارایه شده است. مدل ارایه شده اقدامات اصلاحی را در جهت کاهش خاموشی مشترکین در ضمن حفظ قیود بهره برداری شبکه شامل حفظ ساختار شعاعی، رعایت محدوده مجاز ولتاژ و حدود حرارتی هادی های شبکه طرح ریزی می کند. روابط ریاضی این مدل در چهارچوب مساله خطی-عدد صحیح (MILP) ارایه شده است. در نتایج عددی این مقاله، به منظور ارزیابی عملکرد مدل پیشنهادی، شبکه 69 باسه IEEE در نظر گرفته شده است. نتایج عددی به دست آمده کارآیی مدل را در تصمیم گیری بهینه در شرایط خطا تصدیق می کند.

    کلیدواژگان: مدیریت خطا، تیم های تعمیرات، کلید دستی، کلید قابل کنترل از راه دور، منبع تولید توان سیار
  • تیمور تاجداری*، محد فواد بن رحمت صفحات 53-60

    تابلوهای برق صنعتی برای تعمیر و نگهداری نیاز به رسیدگی منظم دارند. در این پروژه با بکارگیری اینترنت اشیاء در یک رایانه تک بردی، سیستمی هوشمند برای شناسایی خطا طراحی شده است که باعث تسهیل در نگهداری و کاهش زمان عیب یابی در مدار این تابلوها می گردد. سامانه الکترونیکی این طرح دارای یک رایانه Raspberry pi است که نقش کنترل کننده مرکزی را دارد، و یک مدار الکترونیکی است که ارتباط سنسورها با رایانه را برقرار می کند. کدنویسی برنامه پروژه به کمک زبان برنامه نویسی پایتون صورت گرفته است. همچنین از پلتفرم دسترسی ابری Dataplicity برای تبادل آنلاین اطلاعات بین Raspberry pi و ابزارهای هوشمند مانند رایانه یا گوشی اندرویدی استفاده شده است. این طرح به تکنسین ها اجازه می دهد که به طور مداوم وضعیت دمای پنل، ولتاژ منابع تغذیه DC و ابزارهایی مانند انواع رله های محافظ را از طریق ابزار های هوشمند یا رایانه ها به صورت آنلاین رصد کنند. عملکرد این سیستم برای کار در شرایط مختلف و خطاهای احتمالی در مدارات تابلوهای برق صنعتی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتیجه کار یک سیستم هوشمند ارزان قیمت برای تابلوهای الکتریکی است که اطلاعات ضروری را به سرعت جمع آوری، پردازش و ارسال می کند که باعث کاهش چشمگیر زمان مورد نیاز برای عیب یابی در این تابوها می شود.

    کلیدواژگان: تابلوی برق صنعتی، Raspberry pi، سیستم اینترنت اشیاء، عیب یابی هوشمند
  • پیام پوروحدانی، علیرضا جلیلیان* صفحات 61-73

    در این مقاله، کنترل اینورترهای واسط منابع تولید پراکنده به منظور بهسازی کیفیت توان در ریزشبکه ها با تاکید بر عدم تعادل ولتاژ مد نظر قرار گرفته است. کنترل این مبدل ها به نحوی هماهنگ شده است که منابع تولید پراکنده متناسب با توان نامی و با توجه به ظرفیت مازاد خود در جبران سازی عدم تعادل ولتاژ مشارکت نمایند. ساختارهای کنترلی ارایه شده در این مقاله به دو دسته مبدل کنترل شده ولتاژ و کنترل شده جریان دسته بندی شده اند. واحدهای کنترل شده ولتاژ با استفاده از امپدانس مجازی خازنی به جبران سازی عدم تعادل ولتاژ کمک می کنند، در حالی که در واحدهای کنترل شده جریان یک حلقه ادمیتانس مجازی پیشنهاد شده است که بر اساس ظرفیت باقی مانده اینورتر در جبران سازی عدم تعادل ولتاژ مشارکت می کند. همچنین، برای تقسیم توان راکتیو، روش های کنترل افتی و افتی معکوس به ترتیب برای واحدهای کنترل شده ولتاژ و جریان استفاده می شود که در آن ضرایب افتی با در نظر گرفتن ظرفیت محدود اینورترها و توان نامتعادل تنظیم می شوند. نتایج شبیه سازی بدست آمده بیانگر عملکرد موثر ساختار کنترل پیشنهادی در مراحل مختلف می باشد.

    کلیدواژگان: منابع تولید پراکنده، ریزشبکه، کنترل غیرمتمرکز، جبران سازی عدم تعادل ولتاژ، اشتراک توان راکتیو
  • مهدی نیکزاد، ابوذر صمیمی* صفحات 75-88

    در این مقاله، یک مدل برنامه ریزی تصادفی دو مرحله ای مبتنی بر بهینه سازی چند هدفه به منظور بهره برداری بهینه ریزشبکه هوشمند با هدف کمینه سازی هزینه بهره برداری و آلاینده های زیست محیطی با حضور منابع تجدیدپذیر و پاسخگویی بار پیشنهاد شده است. در مدل پیشنهادی، خطای پیش بینی توان منابع تجدیدپذیر به وسیله توابع چگالی احتمال مدلسازی شده و برنامه های پاسخ بار، جهت پوشش عدم قطعیت توان منابع تجدیدپذیر استفاده شده است. در مدل مساله فرض می شود که بهره بردار ریزشبکه برای مدیریت بهینه شبکه، در دو حوزه بهره برداری در وضعیت پایه و حوزه مربوط به سناریوهای مختلف برای تولید منابع تجدیدپذیر، تصمیم گیری می کند. وضعیت پایه ی ریز شبکه، اشاره به حالتی است که توان منابع تجدید پذیر برابر با مقادیر پیش بینی شده در نظر گرفته شوند. برای حل مساله، از روش بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات (MOPSO)[i] و برای استخراج خروجی از فضای پرتو، از روش TOPSIS استفاده شده است. مدل پیشنهادی بر روی یک ریزشبکه هوشمند نمونه پیاده سازی شده و نتایج عددی نشان دهنده کارایی مدیریت سمت تقاضا در کاهش هزینه ها، آلایندگی و پوشش عدم قطعیت ناشی از توان تولیدی منابع بادی و خورشیدی می باشد.

    کلیدواژگان: ریز شبکه هوشمند، منابع تجدید پذیر، عدم قطعیت، پاسخ بار، برنامه ریزی انرژی و رزرو، برنامه ریزی تصادفی
  • سبحان دراهکی، امیر عبداللهی، زین العابدین صادقی، مسعود رشیدی نژاد*، محمدرضا صالحی زاده صفحات 89-96

    مدیریت یکپارچه آب و دیگر حامل های انرژی مانند برق، گاز و توان حرارتی سبب ارتقای بازده اقتصادی در هاب انرژی می گردد. یکی از چالش های عمده ای که مانع اثربخشی این مدیریت یکپارچه می شود عدم قطعیت قیمت برق در بازار بالادست است. برای حل این مشکل، این مقاله یک روش بهینه سازی مقاوم برای مدیریت عدم قطعیت در مدل یکپارچه هاب هوشمند انرژی و آب ارایه می دهد. در رویکرد مقاوم پیشنهادی، تابع هدف با توجه به مجموعه عدم قطعیت مسئله بهینه می شود. پاسخ بهینه به دست آمده توسط روش پیشنهادی بهترین استراتژی را با توجه به رفتار بهره بردار سیستم نسبت به ریسک ارایه می دهد. مدل بهینه سازی مقاوم انرژی و آب پیشنهادی یک مدل بهینه سازی خطی آمیخته با اعداد صحیح است که توسط حلگر سیپلکس در محیط گمز حل می شود. اثربخشی روش پیشنهادی در یک مطالعه موردی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که هزینه بهره برداری مدل پیشنهادی تقریبا در بدترین حالت 1.6 درصد افزایش می یابد. با این حال، میزان مقاوم بودن سیستم به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: هاب انرژی و آب، برق، بهینه سازی مقاوم، مدیریت آب، برنامه های پاسخگویی بار
  • عباس خان احمدی، محمدمهدی سلیمانی، رضا غفارپور*، سعید زمانیان صفحات 97-110

    در سال های اخیر به دلیل افزایش تقاضای انرژی و هزینه ی سوخت های فسیلی در مناطق دورافتاده، تمایل به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مستقل از شبکه، رشد چشمگیری داشته است. هدف این مقاله، پیاده سازی عملی یک سیستم ترکیبی توربین بادی/ فتوولتاییک/ باتری/ دیزل ژنراتور بر اساس نتایج به دست آمده از شبیه سازی و تقاضای بار واقعی در یکی از مناطق دورافتاده ی استان سیستان و بلوچستان است. جهت تعیین تعداد بهینه ی اجزای سیستم ترکیبی در حضور عدم قطعیت سمت تقاضا و تولید توان منابع تجدیدپذیر، هزینه ی سالیانه ی سیستم با در نظر گرفتن احتمال هدررفت توان (LPSP) کمینه می گردد. مدل پیشنهادی از طریق سه الگوریتم ازدحام ذرات معمولی (PSO)، با ضرایب انقباض (CPSO) و بهبودیافته ی پیشنهادی (MPSO)، حل و مورد مقایسه قرار می گیرد که نتایج نشان از سرعت همگرایی بالاتر و عملکرد بهینه ی بهتر الگوریتم پیشنهادی دارد. جهت افزایش نفوذ انرژی های تجدیدپذیر و کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی، قید حداکثر مجاز مصرف سالیانه ی سوخت دیزل ژنراتور برای پیاده سازی عملی اضافه می شود. . در این حالت، هزینه ی سالیانه ی سیستم و مصرف سوخت دیزل ژنراتور به ترتیب $50/3974 و 33/98 لیتر در سال است.

    کلیدواژگان: انرژی های تجدیدپذیر ترکیبی، هزینه سالیانه سیستم، احتمال هدررفت توان، عدم قطعیت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات بهبودیافته، مطالعه ی موردی
  • سید مهدی حکیمی*، آرزو حسنخانی، الناز شهرابی فراهانی صفحات 111-123

    در این مقاله یک مسئله پخش بار اقتصادی برای کمینه کردن هزینه های بهره برداری در ریزشبکه های DC بررسی شده است. هزینه های بهره برداری شامل هزینه تولیدات پراکنده و برق شبکه می باشد که راندمان تجهیزات شبکه نیز در آن در نظر گرفته شده است. در این مقاله مدل سازی ریزشبکه DC بر روی شبکه ای دارای تولیدات بادی، خورشیدی، پیل سوختی و سیستم ذخیره سازی با کنترل کننده های محلی ولتاژ بر روی باس های تولیدات پراکنده با استفاده از امپدانس مجازی سری با منبع انجام شده است. همچنین این ریز شبکه به شبکه سراسری نیز متصل می باشد. بهینه سازی و شبیه سازی ها توسط دو نرم افزار MATLAB و GAMS صورت گرفته و نتایج حاصل از هر یک از این دو نرم افزار با یکدیگر  مورد مقایسه و سپس تحلیل و بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این نقش ذخیره سازها در کاهش هزینه های بهره برداری در ریزشبکه های DC نیز مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که در ساعات پرمصرف که کارایی الگوریتم اهمیت بیشتری پیدا می کند هر دو نرم افزار عملکرد مناسب و مشابه یکدیگر دارند. پروفایل ولتاژ در هر دو نرم افزار نشان می دهد که ولتاژ باس ها در هیچ ساعتی از حدود مجاز تجاوز نکرده و نمودارهای پخش بار اقتصادی نیز حاکی از آن هستند که در بهینه سازی با MATLAB بیشتر از انرژی سیستم ذخیره ساز استفاده شده اما در بهینه سازی با GAMS توزیع متنوع تری از تولیدات پراکنده به دست آمده و در ساعات بیشتری از شبانه روز، ریزشبکه به شبکه اصلی برق می فروشد.

    کلیدواژگان: ریز شبکه DC، منابع تجدید پذیر، پخش بار اقتصادی، الگوریتم ژنتیک
  • محمدحسن مرادی*، فرهاد امیری صفحات 125-137

    کنترل بار-فرکانس در ریزشبکه ایزوله بسیار مهم است، با اغتشاش بار، فرکانس ریزشبکه نوسان پیدا می کند و این نوسان باید توسط سیستم کنترل بار-فرکانس (کنترل ثانویه) میرا گردد. در این مقاله تعداد کنترل کننده ها مورد استفاده برای منابع ذخیره انرژی موجود در ریزشبکه کاهش پیدا کرده است (پیچیدگی کمتر) و از کنترل پیش بین مدل (MPC) که پارامترهای وزن آن با استفاده از الگوریتم ترکیبی جدید ازدحام ذرات مبتنی بر دیوانگی-جستجوی الگوبهینه شده (HCRPSO-PS)، برای کنترل بار-فرکانس در ریزشبکه دو ناحیه ای استفاده شده است. نتایج کنترل کننده پیشنهادی، در چند سناریو مختلف و با در نظر گرفتن تغییرات بار و منابع تولید پراکنده ریزشبکه با روش های مانند کنترل کننده PID بهینه شده با الگوریتم رفتار اجتماعی عنکبوت (SSO) و کنترل کننده پیش بین مدل که پارامترهای وزن آن با الگوریتم ازدحام ذرات مبتنی بردیوانگی (CRPSO) (برای نشان دادن کارایی الگوریتم ترکیبی جدید)، مقایسه شده است و موثر بودن روش پیشنهادی از لحاظ سرعت پاسخ و کاهش فراجهش و فرجهش، کنترل کننده کمتر (پیچیدگی کمتر) نشان داده شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار متلب انجام شده است.

    کلیدواژگان: کنترل بار-فرکانس، ریزشبکه دو ناحیه ای، کنترل پیش بین مدل بهینه شده، کاهش تعداد کنترل کنند ها، منابع ذخیره انرژی، ازدحام ذرات مبتنی بر دیوانگی-جستجوی الگوبهینه
  • سعید جوادی، نوید رضائی*، علی حسامی نقشبندی صفحات 139-147

    در سال های اخیر، انگیزش های زیست محیطی، اقتصادی و قابلیت اطمینان، حرکت بسوی بهره برداری سلولی از سیستم های قدرت هوشمند را در قالب مفهوم ریزشبکه ها، تسریع بخشیده است. بدیهی است با توجه به سطح پایین اینرسی، تنوع منابع تولید توان با مشخصات فنی مختلف و مدهای مختلف بهره برداری جزیره ای و متصل به شبکه، حفاظت و کنترل ریزشبکه ها به چالشی نوین بر سر راه مدیران این سلول های هوشمند تبدیل شده است. از سویی دیگر، با یکپارچه سازی بستر اندازه گیری و مخابراتی پیشرفته در ریزشبکه ها، حفاظت های دیفرانسیل، بعنوان مطمین ترین منطق حفاظتی، می تواند نقش حیاتی را ساختار حفاظتی ریزشبکه ها ایفا نماید. با توجه به ماهیت رخداد خطاها در ریزشبکه، خطاهای مقاومت بالا یک مشکل اساسی در بکارگیری حفاظت دیفرانسیل و جهت یابی خطا به وجود آورده است. در این مقاله از یک روش جدید برای تشخیص سریع و دقیق خطا در ریزشبکه DC استفاده شده است، بطوریکه به درستی خطاهای داخلی را از خطاهای خارجی تشخیص داده است، همچنین عملکرد این الگوریتم جدید به ازای افزایش مقاومت خطا نیز مشاهده گردیده و با عملکرد حفاظت دیفرانسیل رایج مقایسه شده است. اساس روش جدید استفاده از مولفه جریان های خطا دو طرف خط مورد مطالعه و رسم آنها در صفحه  برای تشخیص نوع خطا می باشد. در این مقاله شبیه سازی خطای داخلی و خارجی در EMTP-ATP به ازای مقادیر مختلف مقاومت خطا انجام شده و پیاده سازی الگوریتم جدید و حفاظت دیفرانسیل مرسوم نیز در MATLAB انجام می شود. نتایج شبیه سازی بیانگر دقت و سرعت عمل بالای روش جدید بیان شده، می باشد.

    کلیدواژگان: ریزشبکه DC، حفاظت دیفرانسیل، آنالیز خطا، حفاظت واحد و مولفه خطای جریان
  • هادی رزمی، حسن دعاگوی مجرد*، طاهر نیکنام صفحات 149-160

    در این مقاله، مساله ی بهره برداری بهینه ی احتمالاتی از واحدهای حرارتی، واحدهای تولید همزمان برق و حرارت، توربین های بادی و واحدهای خورشیدی با تابع هدف کاهش مجموع هزینه های بهره برداری به صورت یک مساله ی بهینه سازی تعریف شده است. در این مساله، عدم قطعیت های موجود در بار، واحدهای فتوولتاییک و بادی در قالب حل روش تخمین دونقطه ای در نظر گرفته شده اند. میزان تولید برق و حرارت در واحدهای مختلف، موقعیت تپ ترانسفورماتورها و میزان تزریق توان راکتیو توسط جبران سازهای موازی، متغیرهای کنترلی مساله ی بهینه سازی هستند. از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات با یادگیری جامع برای حل این مساله ی بهینه سازی استفاده شده است. به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، سیستم تست استاندارد 118 باس IEEE متشکل از واحدهای حرارتی، تولید همزمان برق و حرارت، بادی و خورشیدی انتخاب شده است. نتایج شبیه سازی در محیط نرم افزار MATLAB، برتری روش بهینه سازی ازدحام ذرات با یادگیری جامع را در مقایسه با سایر روش های بهینه سازی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: بهره برداری بهینه ی احتمالاتی، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات با یادگیری جامع، روش تخمین دونقطه ای
  • حامد ضیائی، مسعود رشیدی نژاد*، امیر عبداللهی، ابراهیم پیرمرادی صفحات 161-175

    در این مقاله سیستم‫های سنتی با مشکلاتی مانند اتلاف انرژی، افزایش تقاضای انرژی، قابلیت اطمینان و امنیت روبرو هستند. بنابراین برای حل این مشکلات به شبکه‫های هوشمند (SG) تبدیل می‫شوند. SG ها یک ارتباط انرژی دو طرفه بین ارایه دهندگان خدمات و مصرف کننده فراهم می‫کنند. از سوی دیگر، SG ها دارای دستگاه‫های مختلفی برای نظارت، تجزیه و تحلیل و کنترل در قسمت‫های مختلف شبکه هستند. بنابراین، SG ها به زیرساخت ارتباطی بین این دستگاه‫های مختلف نیاز دارند. در نتیجه، این اتصال با زیرساخت جدیدی مانند اینترنت اشیاء (IoT) حاصل می‫شود. اینترنت اشیا به سیستم‫های SG کمک می‫کند تا عملکردهای مختلف شبکه را در طول تولید، انتقال، توزیع و مصرف انرژی با استفاده از تجهیزات اینترنت اشیاء (مانند سنسورها، عملگر ها و کنتورهای هوشمند) و همچنین با ارایه اتصال، اتوماسیون و ردیابی را انجام دهند. در این مقاله، برنامه ریزی تولید در بازار برق تجدید ساختار یافته با زیرساخت‫های اینترنت اشیاء که در آن هدف حداکثرسازی سود شرکت‫های تولید کننده (GENCO) است، بهینه شده است. سپس، این مقاله از برنامه‫های پاسخ به تقاضا (DR) برای بررسی بهتر چالش‫های پیش رو در آینده SG ها با زیرساخت اینترنت اشیاء استفاده کرده است. نتایج به ارزیابی کیفیت و کارایی چنین سیستمی کمک می‫کند.

    کلیدواژگان: تجدید ساختار، شبکه هوشمند، برنامه ریزی، پاسخگویی تقاضا، اینترنت اشیاء ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
  • محسن علیزاده*، ناصر طالبی، امیر احمری نژاد صفحات 177-190

    در نیروگاه های تلمبه ذخیره ای دور متغیر بر خلاف نیروگاه های دور ثابت که ماشین سنکرون به کار گرفته می شود، از یک موتور-ژنراتور القایی از دو سو تغذیه به همراه یک مبدل پشت به پشت استفاده می شود. در این مقاله در ابتدا مدل ریاضی اجزا مختلف نیروگاه تلمبه ذخیره ای دور متغیر ارایه می شود. بخش های کنترلی، مبدل سمت ماشین و مبدل سمت شبکه، هر یک شامل دو مسیر کنترلی برای محورهای d-q می باشند که هر مسیر شامل یک حلقه خارجی و یک حلقه داخلی است، لذا حلقه های داخلی و خارجی استخراج و تابع تبدیل هر یک از آن ها ارایه می شوند. برای تنظیم ضرایب کنترلی، تابع تبدیل حلقه باز و حلقه بسته بخش های کنترلی مختلف از مبدل های سمت ماشین و شبکه و همچنین پمپ-توربین استخراج و با رسم دیاگرام روت لوکاس و تنظیم مکان صفر و قطب های سیستم، پایداری آن تضمین می گردد. در نهایت به منظور صحت سنجی طراحی انجام گرفته، یک نیروگاه تلمبه ذخیره ای دور متغیر در محیط Matlab/Simulink/SimPowerSystem شبیه سازی و نتایج آن برای آزمون تغییر بار پله ای در دو مد بهره برداری موتوری ژنراتوری ارایه می شود. نتایج شبیه سازی صحت عملکرد سیستم کنترلی طراحی شده را تایید می کند.

    کلیدواژگان: نیروگاه تلمبه ذخیره ای دور متغیر، ماشین القایی از دوسوتغذیه، کنترل برداری
  • حمید حسن پور، مهدی احسانیان* صفحات 191-200

    فاز، فرکانس و دامنه ولتاژ شبکه اطلاعات مهمی در سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه هستند. برای عملیات مناسب و پایدار یک سیستم، تخمین صحیح و سریع اطلاعات شبکه تحت تغییرات و اختلالات شبکه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله یک ساختار حلقه قفل فاز خود تطبیق جهت ردیابی سریع و صاف پرش های فازی ولتاژ شبکه ارایه شده است. به طوری که اگر پرشی در فاز ولتاژ شبکه ایجاد شود، زمان حالت گذرا در فرکانس تخمین زده شده توسط حلقه قفل فرکانس تقریبا برابر صفر خواهد بود. حلقه قفل فاز ارایه شده همچنین دارای زمان نشست بسیار کم برای فرکانس، فاز و دامنه تخمین زده شده است. در طراحی این حلقه قفل فاز از انتگرال گیر تعمیم یافته مرتبه دوم به همراه حلقه قفل فرکانس بهره گرفته شده است. تمامی شبیه سازی ها در محیط سیمولینک متلب انجام گرفته است. زمان نشست فرکانس و دامنه PLL پیش نهادی به ترتیب برابر با 0.023 و 0.024 ثانیه هستند.

    کلیدواژگان: فاز، فرکانس، دامنه، فوتوولتائیک، پرش فاز، حلقه قفل فاز، ولتاژ شبکه، انتگرال گیر تعمیم یافته مرتبه دوم، حلقه قفل فرکانس
  • میلاد رحیمی پور بهبهانی، محمدعلی امینی، علیرضا جلیلیان* صفحات 201-211

    امروزه با توجه به افزایش حضور بارهای حساس، کیفیت توان الکتریکی در شبکه های برق اهمیتی بیش ازپیش یافته است. علاوه بر این، شبکه های توزیع به دلیل وسعت و نسبت R/X بالا، تلفات بالایی دارند. بازآرایی به عنوان روشی که می تواند علاوه بر تلفات، کیفیت توان شبکه را تغییر دهد مطرح می شود. در این مقاله، اثر بازآرایی بر بهبود فروافتادگی ولتاژ شین ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور مدل سازی فروافتادگی ولتاژ از خطای تک فاز به زمین استفاده شده است. شبکه موردمطالعه، شبکه 69 شینه استاندارد IEEE می باشد و از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات به منظور یافتن آرایش بهینه بهره برده شده است. نتایج نشان دهنده این است که بازآرایی علاوه بر بهبود تلفات می تواند فروافتادگی ولتاژ شین ها، را نیز به طور هم زمان بهبود دهد و باعث شود که احتمال خاموشی تجهیزات حساس در هنگام خطا به کمترین مقدار خود برسد. علاوه بر این انالیز حساسیت آرایش نهایی به بارهای حساس شبکه با در نظر گرفتن هزینه کلیدزنی و تلفات انجام شده است.

    کلیدواژگان: بازآرایی شبکه توزیع، فروافتادگی ولتاژ، تلفات، الگوریتم ازدحام ذرات، کیفیت توان
  • مجتبی خدرزاده*، دامون محمد ظاهری صفحات 213-225

    این مقاله یک روش غیرمتمرکز مبتنی بر سیستم های چند عامله (MAS) را برای بازیابی شبکه توزیع با در نظر گرفتن ریزشبکه های مجاور متصل به هم (CNMGs) که در آن منابع انرژی تجدیدپذیر (RESs)، خودروهای برقی (EVs)، سیستم ذخیره سازی باتری (BSS) و بار مدل سازی شده است، بیان می کند. رویکرد MAS می تواند مسیر بازیابی مناسب را به ازای عامل های منطقه ای مختلف توزیع شده در طول شبکه به دست آورد و همچنین ریزشبکه های (MGs)دارای اضافه بار ناشی از عدم تعادل میان RES، BSS، EV و بار را با استفاده از اتصال این ریزشبکه ها به ریزشبکه های مجاوری که دچار اضافه بار نیستند، مدیریت کند. این استراتژی روش جدیدی است که در این مقاله پیاده سازی شده است و مبتنی بر قوانین سیستم خبره است و همچنین محدودیت های عملیاتی سیستم همچون محدودیت های جریان خط و ولتاژ را درنظر می گیرد. درنهایت، این تکنیک بر روی شبکه توزیع شعاعی 33 شینه و 12.66 kV اعمال شده است، که در آن عامل ها و محاسبات پخش بار به ترتیب برای تصمیم گیری و اعتبارسنجی صحت تصمیمات مربوط به عامل ها، در محیط MATLAB شبیه سازی شده است.

    کلیدواژگان: ریزشبکه های مجاور متصل بهم، روش غیرمتمرکز، بازیابی شبکه توزیع، سیستم چند عامله
  • رضا اسلامی*، سید امیر حسینی صفحات 227-236

    یکی از موثرترین راهکارها برای کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ در شبکه های توزیع، بازآرایی یا همان تجدیدآرایش خطوط شبکه می باشد. بازآرایی در حقیقت باز کردن برخی از خطوط بسته و بستن برخی خطوط باز به منظور رسیدن به اهداف از پیش تعیین شده از قبیل کاهش تلفات می باشد. براین اساس، در این مقاله مدل ریاضی جدیدی برای بازآرایی شبکه توزیع به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات شبکه در حضور تولیدات پراکنده، ارایه شده است. نوآوری این مقاله بهینه سازی همزمان برای کاهش انحراف ولتاژ نقاط مختلف شبکه و انرژی اتلافی شبکه با در نظرگیری قیود پخش بار شبکه، محدودیت دامنه ولتاژ باس ها، محدودیت توان عبوری خطوط، روابط حاکم بر تولیدات پراکنده و محدودیت توان ارسالی از شبکه بالادست می باشد. همچنین از دیگر نوآوری های مقاله حاضر، نرمالیزه کردن بخش های مختلف تابع چند هدفه می باشد که با این کار تمامی موارد به صورت درصد بوده و تابع مذکور از حالت چند هدفه به صورت تک هدفه درآمده و بنابراین نیازی به تعریف وزن برای هر بخش تابع هدف برای یکسان سازی واحد محاسباتی نیست. همچنین از آنجا که مسئله بازآرایی مدنظر مقاله حاضر، به صورت غیرخطی آمیخته با اعداد صحیح می باشد، لذا بمنظور کاهش زمان حل مسیله، استفاده از الگوریتم تکاملی رقابت استعماری تطبیقی بهبود یافته جدید، پیشنهاد می شود. روش جدید پیشنهادی در این مقاله بر روی شبکه توزیع 69 باسه IEEE پیاده سازی شده است. نتایج نشان از موفقیت این روش در دستیابی به اهداف پیش بینی شده دارد. براین اساس تلفات شبکه به میزان 57 درصد کاهش یافته است و پروفیل ولتاژ شبکه در چارچوب مجاز قرار گرفته است بطوریکه مینیمم مقدار ولتاژ پس از اجرای روش پیشنهادی 0.95 پریونیت بوده است. مقایسه با مطالعات گذشته نشان می دهد که نتایج حاصل شده از روش پیشنهادی در بهبود اهداف مدنظر بسیار موفق تر بوده است.

    کلیدواژگان: شبکه توزیع، تجدید آرایش، کاهش تلفات، پارامترهای کیفیت توان، بهینه سازی
  • شایان بهنام پور، محمودرضا حقی فام، علی اخوین*، حسن سیاهکلی صفحات 237-244

    پس از بروز خطا و از مدار خارج شدن بخشی از شبکه توزیع، به مدار برگرداندن حداکثر بار در حداقل زمان، هدف اصلی فرآیندی است که بطور کلی تحت عنوان بازیابی شناخته میشود. ابزارهای محاسباتی و تصمیم گیری می توانند نقش مهمی در موفقیت آمیز بودن بازیابی داشته باشند. یکی از این ابزارها، سیستم چندعامله است که یک سیستم نرم افزاری مبتنی بر اجزا یا عاملهایی با قابلیت تبادل اطلاعات و تصمیم سازی محلی است. در این مقاله روشی بر اساس سیستم چندعامله برای بازیابی شبکه های توزیع شعاعی پیشنهاد میشود. مزیت روش پیشنهادی، علاوه بر مدیریت غیرمتمرکز فرآیند بازیابی، امکان لحاظ کردن اولویت زون ها یا نواحی در فیدر توزیع برای به مدار برگرداندن آنها است. این اولویت بندی برمبنای نوع بارهای موجود در یک زون تعریف میشود. پیاده سازی روش پیشنهادی با استفاده از Java Agent Developement Framework یا JADE و ارزیابی آن بر روی یک شبکه توزیع آزمون، نشان دهنده کارایی آن در اجرای بازیابی ضمن اولویت بندی بارها است.

    کلیدواژگان: بازیابی بار، سیستم چندعامله، شبکه توزیع، اولویت بندی بار
  • اکرم بیگی*، امین اکبریان صفحات 245-258

    بازار شبکه های هوشمند برق پیچیده و پویاست. کارگزاران که واسطه گران فروش برق بین خرده فروشی ها و عمده فروشی ها هستند به صورت گسترده ای در بازارهای جدید شبکه های هوشمند به کار گرفته می شوند. به علت پیچیدگی و توزیع شدگی ذاتی بازار در شبکه های هوشمند رویکردهای استفاده از سیستم های چندعامله برای حل مسایل آن مناسب است. در این رویکردها می توانیم عامل های خودمختاری داشته باشیم که به صورت بیست و چهار ساعته درحال تبادل اطلاعات با دیگر عامل ها هستند. این عامل ها با چالش های اساسی شامل الگوی مصرف متنوع مشتریان، تغییر قیمت با توجه به الگوی مصرف مشتریان و میزان مصرف برق در طول شبانه روز مواجه اند. هدف ما در این مقاله این است که ضمن مدل کردن اجزای بازار برق با سیستم های چندعامله، با ارایه روشی مبتنی بر یادگیری عامل ها سودآوری در بازار شبکه های برق را افزایش دهیم. در روش پیشنهادی ابتدا مساله تنوع مصرف مشتریان را با انجام یک روش خوشه بندی متوالی مناسب داده های سری زمانی پردازش می کنیم. سپس برای هر گروه خوشه بندی شده به صورت مجزا یک روش یادگیری تقویتی سیاست فعال با عنوان یادگیری تقویتی عملگر- نقاد به کار می بریم. درنهایت تاثیر تغییر پاداش را در سود حاصله ارزیابی می کنیم و برای هر خوشه تعرفه ای مطابق با زمان مصرف مربوطه به صورت ساعتی ارایه می دهیم.

    کلیدواژگان: شبکه های هوشمند، انرژی های تجدیدپذیر، بازار تعرفه، یادگیری تقویتی، خوشه بندی
  • فرگل نعمت خواه، فرخ امینی فر* صفحات 259-271

    در سال های اخیر تقاضا برای انرژی الکتریکی به شدت افزایش یافته است. در مقابل، توسعه سیستم های قدرت علاوه بر نیاز به سرمایه گذاری های کلان، فرآیندی زمان بر است و اغلب با مخالفت دوستداران محیط زیست مواجه می شود. از این رو متولیان صنعت برق احداث واحدهای تولید و خطوط انتقال جدید را راه حل مناسبی برای تامین تقاضای رو به رشد مصرف کنندگان نمی بینند و به گزینه های دیگری مانند مدیریت سمت تقاضا روی آورده اند تا با اعمال سیاست های مدیریتی به مصرف کنندگان، تقاضا را با محدودیت های تولید برق همسو سازند. نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر به سیستم های توزیع و استفاده فراگیر از تجهیزات هوشمند، فضای سیستم های قدرت را دگرگون ساخته است. بدیهی است سیاست های مدیریت تقاضا نیز باید برای حفظ کارایی در شرایط جدید دستخوش تغییراتی شوند. انرژی تراکنشی یکی از حوزه های نوپدید مدیریت سمت تقاضا می باشد که به منظور حفظ تعادل توان در فضای کنونی شبکه برق هوشمند به کار گرفته می شود. این مقاله نخست به بررسی ضرورت مدیریت سمت تقاضا می پردازد و در ادامه با تشریح مفهوم پاسخگویی تقاضا و ارزیابی انواع برنامه های آن، چالش های موجود را واکاوی می کند. در انتها انرژی تراکنشی به عنوان شکل جامع تری از پاسخگویی تقاضا معرفی می گردد و اهداف، چالش های پیاده سازی و نیز برخی مطالعات انجام شده در خصوص چارچوب های انرژی تراکنشی بررسی می شوند.  در سال های اخیر تقاضا برای انرژی الکتریکی به شدت افزایش یافته است. در مقابل، توسعه سیستم های قدرت علاوه بر نیاز به سرمایه گذاری های کلان، فرآیندی زمان بر است و اغلب با مخالفت دوستداران محیط زیست مواجه می شود. از این رو متولیان صنعت برق احداث واحدهای تولید و خطوط انتقال جدید را راه حل مناسبی برای تامین تقاضای رو به رشد مصرف کنندگان نمی بینند و به گزینه های دیگری مانند مدیریت سمت تقاضا روی آورده اند تا با اعمال سیاست های مدیریتی به مصرف کنندگان، تقاضا را با محدودیت های تولید برق همسو سازند. نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر به سیستم های توزیع و استفاده فراگیر از تجهیزات هوشمند، فضای سیستم های قدرت را دگرگون ساخته است. بدیهی است سیاست های مدیریت تقاضا نیز باید برای حفظ کارایی در شرایط جدید دستخوش تغییراتی شوند. انرژی تراکنشی یکی از حوزه های نوپدید مدیریت سمت تقاضا می باشد که به منظور حفظ تعادل توان در فضای کنونی شبکه برق هوشمند به کار گرفته می شود. این مقاله نخست به بررسی ضرورت مدیریت سمت تقاضا می پردازد و در ادامه با تشریح مفهوم پاسخگویی تقاضا و ارزیابی انواع برنامه های آن، چالش های موجود را واکاوی می کند. در انتها انرژی تراکنشی به عنوان شکل جامع تری از پاسخگویی تقاضا معرفی می گردد و اهداف، چالش های پیاده سازی و نیز برخی مطالعات انجام شده در خصوص چارچوب های انرژی تراکنشی بررسی می شوند.

    کلیدواژگان: انرژی تراکنشی، پاسخگویی تقاضا، مدیریت سمت تقاضا، شبکه هوشمند
  • سید زمان حسینی*، فرهاد حسین زاده، مهناز احدزاده صفحات 273-281

    ارزیابی عملکرد، به معنای سنجش میزان کارایی تصمیمات مدیریت، در استفاده بهینه از منابع و امکانات سازمان ها بوده است. در این راستا، ارزیابی عملکرد صنعت برق به عنوان یک صنعت زیرساخت و مهم در کشور، امری است ضروری، تا بتوان عملکرد گذشته را ارزیابی و برای بهبود در آینده برنامه ریزی نمود. شناسایی نقاط قوت و ضعف برای بهبود در توسعه این صنعت بسیار موثر خواهد بود. بیش از دو دهه روش های مختلف ارزیابی عملکرد مانند KPI، BSC و EFQM در صنعت برق وجود دارند، که تاکید اصلی آن ها بر میزان دستیابی به اهداف، استانداردها و به کارگیری فرایندها بوده است، و کمتر به موضوع مصرف بهینه منابع (کارایی) توجه دارد. اگر در اندازه استاندارد اشتباهی رخ دهد، ارزیابی مطابق با واقعیت ها نخواهد بود. لذا، مدل تحلیل پوششی داده ها (DEA) که در چهار دهه اخیر رشد چشمگیری در ارزیابی عملکرد در بخش های مختلف علمی، صنعتی و اقتصادی کاربرد فراوانی داشته است، را انتخاب و با طراحی ساختار مفهومی شبکه ای شرکت های 16 گانه برق منطقه ای، میزان کارایی مرحله ها و کل و رتبه بندی (ابر کارایی) آن ها در سال 1395 (بازه مطالعاتی محقق) با نرم افزار در سیستم مدل سازی جبری عمومی (GAMS) اندازه گیری گردید. داده ها از گزارش ها سازمان حسابرسی و هییت مدیره شرکت ها استخراج شده است. نتایج حاصل از دو روش متفاوت بوده، به نحوی که ازنظر رتبه بندی 3 شرکت به هم نزدیک بودند و از منظر کارایی عمده شرکت ها در نزدیکی مرز کارایی قرار داشتند. با تحلیل داده و نتایج می توان گفت: شرکت های کوچک و متوسط نسبت به شرکت های بزرگ دارای رتبه بندی بالاتر و کاراتر هستند.

    کلیدواژگان: ارزیابی عملکرد، تحلیل پوششی داده ها (DEA)، رتبه بندی، کارایی، شرکت های برق منطقه ای 16گانه
  • صیاد نوجوان* صفحات 283-295

    در این مقاله منابع علمی مرتبط با مشارکت خرده فروش های برق در بازار برق مرور خواهد شد. بطورکلی، برنامه ریزی مشارکت خرده فروش ها در بازار برق را می توان به برنامه ریزی های بلندمدت، میان مدت و کوتاه مدت تقسیم نمود. منابع مختلف خرید انرژی خرده فروش ها شامل بازار برق، قراردادهای دوطرفه، واحدهای تولیدپراکنده و منابع انرژی های نو شامل توربین بادی و سیستم های فتوولتاییک است. همچنین، خودروهای برقی، سیستم ذخیره ساز باتری و سیستم ذخیره ساز هیدروژنی بعنوان سیستم های ذخیره ساز انرژی می توانند انعطاف پذیری بیشتری در مسایل مدیریت انرژی آنان داشته باشند. همچنین، مساله تعیین قیمت فروش برق به مصرف کنندگان توسط خرده فروش های برق مورد توجه قرار گرفته است. علاوه براین، مشارکت مصرف کنندگان خرده فروش ها در برنامه های پاسخ گویی بار بعنوان واحد تولید مجازی جهت کاهش هزینه خرید انرژی مصرف کنندگان و افزایش سود خرده فروش ها بررسی شده است. همچنین از نظر اینکه مراجع مربوطه، عدم قطعیت های پیش روی خرده فروش ها را که معمولا قیمت های بازار برق و بار مصرف کنندگان خود را مدل سازی کرده اند در مرور منابع بررسی خواهد شد. نهایتا، مدل سازی ریسک ناشی از عدم قطعیت های مختلف بررسی خواهد شد. در ادامه با جزییات به مرور منابع مشارکت خرده فروش ها در بازار برق خواهیم پرداخت.

    کلیدواژگان: خرده فروش های برق، منابع انرژی، قیمت گذاری برق، برنامه های پاسخگویی بار، عدم قطعیت ها
  • اشکان طالبی، علیرضا حاتمی* صفحات 297-306

    سیستم های تهویه مطبوع به عنوان بزرگ ترین مصرف کنندگان تجاری و خانگی، نقش مهمی در پاسخگویی بار دارند. در این پژوهش با استفاده از داده های پیش بینی دمای هوا و پیش بینی قیمت برق، برنامه ریزی بهینه نقطه تنظیم ترموستات به نحوی انجام شده است که هزینه برق مصرفی کاربر حداقل شود. پیش بینی قیمت برق با استفاده از مدل آریما و پیش بینی دمای هوا با استفاده از زنجیره مارکف صورت گرفته است. از آنجا که پیش بینی ها دارای قطعیت نیستند، باید ریسک در نظر گرفته شود. بدین منظور با تولید سناریوهای مختلف و با استفاده از CVaR  تلاش شده است تا ریسک مدیریت شود. با کمک داده های فوق و با استفاده از الگوریتم فراابتکاری GWO، برنامه ریزی بهینه نقطه تنظیم ترموستات و پهنای باند مرده انجام شده است. نتایج نشان می دهند که این شیوه برنامه ریزی می تواند اثر مهمی در مشارکت سیستم های تهویه مطبوع در پاسخگویی بار داشته باشد. همچنین نشان داده شده است که مدیریت باند مرده نقش موثری در مدیریت مصرف انرژی ایفا می کند. با مطالعه سطح ریسک پذیری افراد مختلف، نشان داده شده است که افراد ریسک پذیرتر مشارکت بیشتری در برنامه های پاسخگویی بار دارند و هزینه انرژی کمتری را متحمل می شوند. همچنین اثر دمای مطلوب کاربر بر انرژی مصرفی و هزینه کاربر سنجیده شده است.

    کلیدواژگان: مدیریت ریسک، سیستم های تهویه مطبوع، برنامه ریزی بهینه، الگوریتم GWO، باند مرده
  • زهره کاهه، مرتضی شعبان زاده* صفحات 307-317

    به منظور پیش بینی تقاضای مصرف انرژی الکتریکی یک شهر یا کشور، متداول است که داده های تاریخی بار مناطق مختلف آن شهر و یا شهرهای مختلف آن کشور جمع آوری و بر اساس آن تصمیمات راهبری و یا راهبردی اتخاذ شود. با این حال، ممکن است استفاده از داده های تاریخی تمام مناطق و یا انواع مختلف بارهای مصرفی (مسکونی، تجاری و صنعتی) به یک میزان حایز اهمیت نباشد؛ بدین معنی که امکان دارد تنها میزان بار مصرفی بعضی از مناطق و یا تنها میزان مصرف یک نوع بار بیشترین تاثیر و اهمیت را در تصمیم گیری داشته باشد. از آنجایی که جمع جبری پیش بینی های تمام مناطق و یا انواع بار لزوما پیش بینی مناسبی برای هدف مورد نظر ارایه نمی دهد، روش های مختلفی برای ادغام پیش بینی مناطق مختلف وجود دارد. در ساده ترین حالت ممکن، می توان به سادگی داده های مناطق مختلف را جمع جبری نمود و یک سری زمانی کلی به دست آورد و پیش بینی را بر اساس آن انجام داد. با این وجود، این روش ساده نه تنها همواره پیش بینی مناسبی ارایه نمی دهد بلکه نیازمند دسترسی به جزییات داده های تاریخی بار و عوامل موثر آن به تفکیک هر منطقه نیز می باشد. از این رو، در این مقاله روش های ادغام مختلفی نظیر روش های ادغام پایین به بالا، بالا به پایین و همچنین رویکرد ترکیب بهینه با در نظر گرفتن همبستگی بین سری های زمانی زیرمجموعه معرفی شده است. با توجه به اینکه تاکنون به حوزه پیش بینی سلسله مراتبی در صنعت برق پرداخته نشده است؛ این مقاله با بررسی کاربرد این موضوع به طور خاص برای پیش بینی تقاضای بار الکتریکی در شبکه قدرت از تحقیقات پیشین متمایز شده است. با توجه به تمرکز اصلی پژوهش حاضر بر تاثیر روش های ادغام، در این مقاله از روش های کلاسیک پیش بینی نظیر روش خودهمبسته میانگین متحرک یکپارچه (ARIMA) و هموارسازی نمایی استفاده شده است. در این مطالعه، پیش بینی سلسله مراتبی کوتاه مدت و بلندمدت برای داده های واقعی بازار برق استرالیا انجام گرفته است. نتایج به روشنی نشان می دهند که روش ترکیب بهینه بهترین نتیجه را ارایه می دهد.

    کلیدواژگان: پیش بینی سلسله مراتبی، ادغام اطلاعات، ARIMA، هموارسازی نمایی، برنامه نویسی R
  • مهران آزاد، محسن قاینی* صفحات 319-329

    در این مقاله روش جدیدی برای مکان یابی ایستگاه های شارژ سریع خودروی برقی با دیدگاه ناحیه بندی و با در نظر گرفتن ضریب تبادل بین نواحی پیشنهاد شده است. ابتدا شهر مورد نظر به نواحی مشخصی تقسیم بندی می گردد و سپس با استفاده از پارامترهای تراکم خودروهای برقی، وجود زمین مورد نیاز و دید اجتماعی ناظر بر منطقه، نقاط کاندید اولیه در هر ناحیه مشخص می شود. با در نظر گرفتن قیمت زمین و فاصله از پست فوق توزیع به عنوان پارامترهای اصلی، مکان یابی احداث ایستگاه بصورت یک مساله بهینه سازی تعریف و با استفاده از الگوریتم ژنتیک حل می گردد. در روش پیشنهادی علاوه بر این که محل احداث ایستگاه مشخص می شود، تعداد واحدهای شارژ سریع در هر ایستگاه یعنی ظرفیت آن نیز تعیین می گردد. در الگوریتم پیشنهادی با تعریف ضریب تبادل بین نواحی مجاور امکان جابه جایی واحدهای شارژ در نظر گرفته شده است تا متناسب با قیمت زمین در هر ناحیه بتوان تعداد واحدهای شارژ را منعطف تعریف کرد.  روش پیشنهادی برای کلان شهر مشهد مقدس با در نظرگرفتن 9 ناحیه مطابق با امور شرکت توزیع برق مشهد پیاده سازی شده و نتایج حاصل از شبیه سازی آن برای سناریوهای مختلف ارایه شده است.

    کلیدواژگان: خودروی برقی، ایستگاه شارژ سریع، جایابی، ناحیه بندی، ضریب تبادل، الگوریتم ژنتیک
  • رضا غنی آبادی، شهرام منتصر کوهساری*، ایرج پورکیوانی صفحات 331-340

    تاکنون تخمین حالت در شبکه های توزیع نسبت به شبکه انتقال کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در سیستم توزیع  بر خلاف شبکه انتقال دستگاه های اندازه گیری در بخش های مختلف شبکه وجود ندارد. بنابراین روش های ارایه شده که نیاز به تعداد بالای اندازه گیری در شبکه دارند را نمی توان در سیستم های توزیع مورد استفاده قرار داد. همچنین به دلیل وجود بارهای دینامیکی و وقوع تغییرات ناگهانی در شبکه های صنعتی چالش های بزرگی در تخمین حالت به وجود می آید. در این مقاله روشی ارایه شده است که با کمک اندازه گیری های محدود بتوان حالت شبکه توزیع صنعتی را تخمین زد. برای این منظور حالات مختلف عملکرد بارهای پایین دست فیدرهایی که دستگاه اندازه گیری بر روی آن ها قرار گرفته است در دسترس تخمین گر قرار گرفته و به کمک مقادیر اندازه گیری دریافتی، حالت شبکه مشخص می شود. روش پیشنهادی در آزمایشگاه آنالیز سیستم های قدرت در دانشگاه صنعتی امیرکبیر با اتصال دو رایانه به یکدیگر به صورت سخت افزاری و در محیط نرم افزار شبیه ساز زمان- واقعی POUYA به صورت نرم افزاری پیاده شده و بر روی شبکه توزیع یک پالایشگاه شیمیایی تست شده است. یکی از رایانه ها در نقش سیستم اسکادای سیستم قدرت واقعی است و رایانه دیگر در نقش مدل شبیه ساز(تخمین گر دینامیکی) عمل می کند.

    کلیدواژگان: تخمین حالت دینامیکی شبکه های توزیع صنعتی، تخمین حالت با اندازه گیری محدود، دنبال کردن حالت سیستم، تخمین حالت زمان- واقعی
  • جواد پورحسین* صفحات 341-351

    در این مقاله، ضمن ارزیابی دینامیکی قابلیت های کنترل کننده توان میان فاز استاتیک (Static Inter phase Power Controller) SIPC، نحوه تاثیر گذاری آن بر پایداری گذرای یک سیستم قدرت نمونه بررسی و بعلاوه تکنیکی مبتنی بر کنترل ناپیوسته آن جهت بهبود پایداری سیستم ارایه شده است. روش تحقیق مبتنی بر حل محاسباتی معادلات دینامیک سیستم، تکرار مراحل شبیه سازی، محاسبه زمان بحرانی رفع خطا (CCT) و تعیین اوج اضافه جهش ایجاد شده در زوایای روتور ماشین ها ناشی از یک خطای اتصال کوتاه سه فاز متقارن می باشد. برای این منظور، سیستم و تجهیز مربوطه در محیط نرم افزار دیگسایلنت شبیه سازی و مسایل تحقیق با طرح سناریوهای متعددی دنبال شد. در این راستا، ابتدا تمامی قابلیت های تجهیز در حوزه زمان تایید گردید و سپس حد پایداری گذرای سیستم با و بدون آن مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت که نتیجتا منجر به یک افت نسبی در حد پایداری گذرای سیستم گردید. سرانجام به منظور اعمال تکنیک مذکور، کنترل اصلی دستگاه به کنترل دیگری بنام کنترل گذرا منتقل گردید تا از این طریق، توان انتقالی از ماشین های شتاب گرفته در بازه زمانی بعد از رفع خطا بیشینه گردد که نهایتا  نتیجه منتهی به یک بهبودی نسبی در حد پایداری گذرای سیستم گردید.

    کلیدواژگان: SIPC (Static Inter phase Power Controller)، FACTS (Flexible AC Transmission System)، کنترل کننده سیلان توان، پایداری گذرا، کنترل ناپیوسته
  • جواد رحمانی فرد*، سعادت جمالی آرند صفحات 353-365

    سیستم موتور مغناطیس دایم با ساختار ترکیبی (CS-PMSM) یک سیستم درایو جدید است که برای وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی (HEVs) استفاده می شود. در این مقاله مدل ریاضی موتور CS-PMSM به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است. سپس، استراتژی کنترل CS-PMSM مورد بررسی قرار می گیرد. موتور CS-PMSM به دو ماشین سنکرون آهنربای دایمی تقسیم می شود: یک ماشین دو روتوره (DRM) و یک ماشین استاتور (SM). استراتژی های مختلف کنترل برای دو ماشین استفاده می شود. با توجه به ساختار و کاربرد، ماشین DRM کنترل گشتاور را انجام می دهد و ماشین SM کنترل سرعت را انجام می دهد. برای DRM کنترل id = 0 را اجرا می شود، در حالی که برای SM روش حداکثر گشتاور بر آمپر در ناحیه گشتاور ثابت و کنترل تضعیف شار در ناحیه توان ثابت اجرا می شود. ثانیا، روش کنترل مستقیم گشتاور برای هر دو ماشین مورد بررسی قرار می گیرد. امکان سنجی کنترل برداری و روش کنترل مستقیم گشتاور با نتایج شبیه سازی در MATLAB/SIMULINK مورد بررسی قرار می گیرد و همچنین این دو روش باهم مقایسه میشوند. در نهایت روش های کنترل مطلوب برای DRM و SM مشخص می شود و همچنین انتخاب تعداد دور بهینه برای استاتور مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: موتور مغناطیس دائم، ساختار ترکیبی، خودروهای هیبرید، کنترل برداری، کنترل مستقیم گشتاور
  • مژده حیدریان اصل* صفحات 367-374

    سنسور افق زمین یکی از ابزارهای اساسی در سیستم هدایتماهواره است. این سنسور جهت شبیه سازی سیستم کنترل ماهواره و همچنین تعیین جهت ماهواره ضروری است. از اینرو، آشکارسازهای پایروالکتریک برای دستیابی به این هدف بکار  برده شده اند. در این مقاله، مدل فیزیکی آشکارساز پایروالکتریک و مدل ریاضی یک سنسور افق زمین برای شبیه سازی یک ماهواره بررسی می شود. آشکارساز پایروالکتریک جهت محاسبه پاسخ پله و میدان دید، که به عنوان مهمترین پارامترهای تعیین افق زمین هستند، بکاربرده می شود. جهت بهبود آشکارسازی اشیاء در فواصل دور از آشکارساز، میدان دید باید تا حد ممکن کوچک باشد. همچنین اثر تداخل تشعشعات خورشید با استفاده از یک میداندید باریکتر، کاهش می یابد.  ارزیابی وسیله با استفاده از سیستم تست انجام شده است و عملکرد سنسور از این طریق تعیین می شود. نتایج حاصل نشان می دهد که مقدار بهینه میدان دید به 50 درجه با استفاده از لوله های پلاستیکی کاهش یافته است. نتایج مدلسازی تایید می کند که استفاده از آشکارسازهای پایروالکتریک برای دستیابی به اهداف تحقیق امکان پذیر است.

    کلیدواژگان: سنسور افق زمین، میدان دید، تشعشع مادون قرمز، آشکارساز پایروالکتریک، سنسور ماهواره، پاسخ پله
|
  • Nima Salek Gilani, Alireza Fereidunian* Pages 1-11

    Customer satisfaction is one of the important criteria in performance evaluation of electricity distribution companies. From the majority of customers’ point of view, interruption duration is the most important criterion. Electricity distribution companies control and reduce their interruption duration times using set of methods, including preventive maintenance. This paper develops an interruption duration model, considering preventive maintenance action. First, the system interruption data is extracted and organized from the operational dashboard in the Greater Tehran Electricity Distribution Company (GTEDC), and integrated with the meteorological data during the period under review. Then after cleaning the data, linear and nonlinear regression methods were used to model interruption duration. Innovations and contributions of this research can be considered as: 1) data-driven modeling of interruption duration using linear and nonlinear methods, 2) considering the effect of the repair crew locations and urban traffic, in terms of the repair crew travel time to the accident site, 3) considering the preventive maintenance operations history in modeling the interruption duration and sensitivity analysis of interruption duration to preventive maintenance, and 4) analyzing the influence of input features on interruption duration prediction.

    Keywords: Preventive Maintenance, Interruption Duration, Distribution Network, Data Mining, Modeling
  • Mahdi Emadaleslami, Hassan Majidi, Mahmoudreza Haghifam* Pages 13-22

    Electricity utility have long sought to identify and reduce energy theft, which represents significant part of non-technical losses. On the other hand, once a fraudulent customer is detected, on-site inspection is necessary for final verification. Since inspecting all customers is expensive, utilities seek to reduce the range of inspection to cases with a higher probability of theft. One way to reduce the scope of inspection is to use artificial intelligence-based methods. An essential challenge here is data imbalance in terms of the ratio of normal to fraudulent customers, which leads to the poor performance of algorithms. In This paper in order to overcome this challenge, assuming that suspicious behavior can be expressed as a mathematical function of normal behavior, in the first stage, the consumption pattern of normal and suspicious customers is categorized using clustering algorithms. Then a deep neural network is trained to model suspicious customers. Next, using trained network, possible theft scenarios for normal costumers are predicted. Finally, a secondary deep neural network is trained to separate the normal and suspicious customers. Assessment of the proposed algorithm for different scenarios on a real data-set with more than 6000 customers and comparison with previous research shows its high performance.

    Keywords: Energy theft, Fraud detection, Classification suspicious customers, Load forecasting, Deep learning
  • Fargol Nematkhah, Farrokh Aminifar*, Mohammad Shahidehpour Pages 23-34

    Recent changes in electricity distribution networks, such as extensive penetration of renewable energy resources (RERs), have brought about new challenges for operators. Transition from centralized energy management schemes toward decentralized ones is one of the major transformations that has been made to improve the performance, sustainability, and resilience of distribution networks and to adapt them for their ongoing changes. Internet has made its way to electricity distribution networks through the Internet of things (IoT). This information technology has emerged in the distribution networks to better accommodate the operational and management transformations. As a result, the intrinsically decentralized technology of blockchain has gained momentum as a secure platform for information exchange through IoT in distribution networks. This paper initially introduces the blockchain technology and elucidates its operation. Further, it analyzes the transition of the distribution networks to what is called active distribution networks and their functionality. Next, blockchain is represented as an effective technology for maintaining the information security and also eliminating trusted third parties in managing distribution networks. Finally, peer-to-peer energy markets are explained as an application of blockchain technology in distribution systems.

    Keywords: Blockchain, Internet of Things, Smart Contract, Transactive Energy, Energy Market, Smart Grid
  • Marjan Keramati* Pages 35-41

    Nowadays, computer network attacks are considered as the most serious issue in everybody’s life. Network hardening is a necessity which requires prioritizing vulnerabilities and finding the most dangerous ones. So, risk assessment should be done as much accurate as possible. The most widely used system for risk assessment is CVSS (Common Vulnerability Scoring System) that has some difficulties which make risk analysis inaccurate. Limited number of risk scores is the most critical issue which causes inefficient vulnerability discrimination. Here one novel approach is proposed which amends the Impact formula of CVSS by the aim of increasing risk estimation accuracy and scores diversity.

    Keywords: Availability, Confidentiality, CVSS, Exploitability, Impact, Integrity, Network Hardening, Risk, Vulnerability
  • Ali Jalilian, Babak Taheri, Amir Safdarian* Pages 43-51

    Fault management optimization in electrical distribution networks especially in critical situations of multiple faults due to adverse weather conditions as an attempt to reduce the destructive social and economic consequences of extensive and long network blackouts in recent years has attracted the attention of researchers in this field. In this paper, an optimal load restoration with the focus on planning the dispatch of repair and operation crews and coordinating the automation system and mobile power generation resources with the operations of these crews is presented. The proposed model designs remedial actions to reduce customer outages while maintaining network operational constraints, including radial structure, allowable voltage range, and the thermal limits of network conductors. The mathematical formulations of the proposed model are stated in the framework of the mixed-integer linear problem (MILP). In the numerical results of this paper, in order to evaluate performance of the model, IEEE 69-bus network is employed. The obtained numerical results confirm the efficiency of the model in optimal decision making in fault situations.

    Keywords: Fault management, repair crews, manual switch, remote control switch, mobile power generation resource
  • Teimour Tajdari*, Mohd Fua'ad Bin Rahmat Pages 53-60

    Industrial electrical panels require a regular inspection as maintenance. The project applied a single board computer to the IoT system, making the electrical panel smart, which makes the maintenance procedure much easier and faster. The electronic design used a Raspberry Pi single board computer as the central system controller, and an electronic circuit for data communication was designed. The Python programming language was used for software design. Dataplicity Cloud Commander on phones and computers was used as an interface for accessing the electrical panel online via the Raspberry Pi. The design allows technicians to continuously monitor devices such as protective relays, panel temperatures, and DC power supply voltages online via mobile phones or computers. The system was tested for various operating conditions and possible errors of the power panel. The result is a low-cost smart system for electrical panels that provides essential information quickly and easily, greatly reducing panel troubleshooting time.

    Keywords: Smart Electrical Panel, Raspberry Pi, IoT System, Fault Detection
  • Payam Poorvahdani, Alireza Jalilian* Pages 61-73

    In this article, the control of interfaced converters of distributed generations (DGs) in order to improve microgrid power quality with emphasis on voltage unbalance is considered. The control scheme of these converters is coordinated so that the DGs contribute to voltage unbalance compensation proportional to their rated power and by considering the residual capacity of each DG. The control structures presented in this article are classified into two categories: voltage_controlled mode (VCM) control scheme and current_controlled mode (CCM) control scheme. VCM units using capacitive virtual impedance contribute to voltage unbalance compensation, while in the control scheme of CCM units, a virtual admittance is implemented in order to compensate voltage unbalance with considering the residual capacity of the inverter. Also, VCM and CCM units contribute to reactive power sharing by droop and reverse droop control methods, respectively. Droop coefficients are adjusted considering the limited capacity of these inverters and the unbalance power. Finally, the results were then presented to show the effectiveness of the proposed control structure at different stages.

    Keywords: Microgrid, Decentralized Control, Voltage Unbalance Compensation, Reactive Power Sharing
  • Mehdi Nikzad, Abouzar Samimi* Pages 75-88

    In this paper, a two-stage stochastic programming model based on a multi-objective optimization has been proposed for optimal operation of smart micro-grid (MG) aiming at minimizing operational costs and environmental emissions in presence of renewable resources and demand response. In the presented model, the forecasting error of the renewable resources productions is modeled by probability density functions and demand response has been implemented to cover the uncertainty of the renewable resources. Here, it is assumed that the MG operator decides on two stages for optimum management of its network; first stage is the operation in the base state and the second one is pertaining to the domains of different scenarios for generation of renewable resources. The base state of the micro-grid refers to the situation in which the active power productions of renewables are equal to the predicted values. To solve the problem, Multi-Objective Particle Swarm Optimization method has been used and TOPSIS technique has been applied to extract the output from the Pareto Frontier. The proposed approach is applied to a typical MG and the numerical results show the efficiency of demand side management in reducing costs and environmental emissions as well as covering the uncertainty resulting from renewables.

    Keywords: Smart Micro-Grid, Renewable Resources, Uncertainty, Demand Response, Energy, Reserve Scheduling, Stochastic Programming
  • Sobhan Dorahaki, Amir Abdollahi, Zeinolabedin Sadeghi, Masoud Rashidinejad*, MohammadReza Salehizadeh Pages 89-96

    Energy and water are two important factors that are crucial for human survival. In an energy hub, integrated management of water and multi-type of energies such as electrical power, gas, and thermal power increases the economic efficiency of using vital resources. One of the major challenges that deter the effectiveness of this integrated management is the electricity price uncertainties of the upstream market. To address this problem, this paper provides a novel mathematical model along with a robust optimization approach for uncertainty management in smart water and energy hubs. In the proposed robust uncertainty approach, the objective function is optimized subject to the uncertainty set of the problem. Therefore, the optimal solution of the proposed optimization problem is an effective point referring to the amount of specified uncertainty budget by the energy hub system operator. Moreover, a new water infrastructure including a water desalination system and water storage is considered in the proposed smart water and energy hubs. The proposed power and water robust optimization (PWRO) is a Mixed Integer Linear Programing (MILP) model and is solved by CPLEX solver in GAMS environment. The effectiveness of the proposed approach is examined in a case study. Results show that the operation cost of the proposed model increases 1.6 % percent approximately in the worst case. However, the robustness of the system is significantly increased.

    Keywords: Water, Energy hub, Electricity, Robust optimization, Water management, Demand Response Programs (DRPs)
  • Abbas Khan Ahmadi, MohammadMehdi Soleimani, Reza Ghaffarpour*, Sied Zamanian Pages 97-110

    In recent years, the tendency to use renewable energy resources in remote areas has been raised due largely to increase in the energy demand and fossil fuel costs. In this paper, the aim is to find the optimal number of components of the off-grid hybrid PV/wind/battery/diesel system, in the presence of the load and renewable power generation uncertainty. Optimization is based on minimizing the value of the annualized cost of system, which meets the requirements of the desired loss of power supply probability (LPSP).Three various optimization algorithms including PSO, CPSO, and Modified PSO are proposed to solve the optimization problem. To exam the efficiency of the proposed model and optimization strategies, the proposed approach has been applied to a stand-alone hybrid energy system in Sistan and Bluchestan, Iran. Furthermore, the effect of different desired LPSP and optimization algorithms on the economic operation have been discussed. The results demonstrate that the MPSO has a faster solution and better performance than the PSO and CPSO. In this paper, while previous research has mainly focused on theoretical results only, for practical implementation, the maximum allowed constraint for diesel fuel consumption is added to the optimization algorithm and practical implementation has been done based on the simulation results and actual data.

    Keywords: Hybrid renewable energies, Annualized cost of system (ACS), Loss of power supply probability (LPSP), Uncertainty, Modified PSO algorithm, A case study
  • Seyed Mehdi Hakimi*, Arezoo Hasankhani, Elnaz Sharabi Pages 111-123

    In this paper, the economic load dispatch is investigated in order to minimize the operation cost in DC Microgrids. The operation cost includes the DG production cost and the grid electricity, while other parameters like component’s efficiency and demand response are considered in this study. In order to model the DC Microgrids, an electrical grid with wind and photovoltaic units, fuel cell and energy storage systems are considered connected to the main grid. This study is done in MATLAB and GAMS software, and the results are analyzed and compared in both cases. The results prove the suitability of both algorithms especially at peak hours. The voltage profile is within the limits for all cases. The economic load dispatch shows that energy storage systems are more applied in the optimization in MATLAB software; however, DGs are more applied in the optimization in GAMS software, while Microgrid is transferring more electricity with main grid.

    Keywords: DC MICROGRID, RENEWABLE ENERGY, ECONOMIC LOAD DISPATCH, GENETIC ALGORITHM
  • MohammadHassan Moradi*, Farhad Amiri Pages 125-137

    Load-frequency control in an isolated microgrid is very important.By turbulence the load, the frequency of the microgrid begins to oscillate which must be damped using the load-frequency control system (secondary control). In this paper, we have reduced the number of utilized controllers for the power supplies in the microgrid (less complexity) and we have incorporated the Model Predictive Controller (MPC), whose weight parameters are optimized using the novel Hybrid Craziness based Particle Swarm Optimization-Pattern Search (HCRPSO-PS) algorithm, for controlling the load-frequency in a two-area microgrid. The results of the proposed controller, in a number of different scenarios, are compared with other methods such as the PID controller optimized with the Social Spider Optimization (SSO) algorithm and the model predictive controller whose weight parameters are obtained using the Craziness based Particle Swarm Optimization (CRPSO) algorithm (to demonstrate the efficiency of the novel hybrid algorithm), considering load variations and the distribution of the sources in the microgrid. We have demonstrated the efficiency of the proposed method in terms of response speed, overshoot/undershoot reduction and control complexity(less complex). Simulations are performed using MATLAB software

    Keywords: Load-frequency control, two area Microgrid, Model Predictive Controller, reduced the number of utilized controllers, power supplies, Hybrid Craziness based Particle Swarm Optimization-Pattern search
  • Saeed Javadi, Navid Rezaei*, Ali Hesami Naghshbandi Pages 139-147

    Recently, environmental, economic and reliability oriented motivations facilitate cellular operation of smart power systems in the light of microgrid paradigm. Obviously, due to low inertia stack, high variety of generation units with various technical characteristics and different islanded and grid-connected operational modes, make the protection and control structures become new challenges. On the other hand, by integration of advanced metering and communication infrastructures in the microgrids, differential protection as the most reliable relaying logic, play a vital role in the protection structure of the microgrids. Owing to nature of occurring faults in the microgrids, high resistance faults have created a major problem in applying differential protection and directional fault. In this paper is used a new method for quick and accurate detection of fault in DC micro-grid, so that it detected internal fault from external fault, the performance of this new algorithm is also shown for increasing the fault resistance and compared with the conventional differential protection. The basis of new method is to use the Fault Component Current of the two sides of the study line and plot them on the  plan to identify the type of fault. In this paper simulation of internal and external fault in EMTP-ATP for different values of fault resistance is done and the implementation of the new algorithm and conventional differential protection is done in MATLAB. The simulation results indicate the accuracy and high speed of the operation of the new expressed method.

    Keywords: DC Micro-grid, Differential Protection, Fault Analyze, Unit Protection, Fault Current Component
  • Hadi Razmi, Hasan Doagou-Mojarrad*, Taher Niknam Pages 149-160

    In this paper, the problem of optimal stochastic operation of thermal units, combined heat and power (CHP) units, wind turbines (WTs) and photovoltaic (PV) units with the objective of reducing total operating costs is defined as an optimization problem. In this problem, the uncertainties in load, photovoltaic and wind units are considered in terms of solving the two-point estimation method. The amount of power and heat output in different units, the position of the transformers tap and the reactive power injection by the parallel compensators are the control variables of the optimization problem. A particle swarm optimization algorithm with comprehensive learning is used to solve this optimization problem. In order to evaluate the performance of the proposed method, the IEEE 118-bus standard test system consisting of thermal, CHP, WT and PV units is selected. The simulation results in MATLAB software environment show the superiority of the comprehensive learning particle swarm optimization method compared to other optimization methods.

    Keywords: Optimal Stochastic Operation, Comprehensive Learning Particle Swarm Optimization (CLPSO) Method, Two-point Estimation Method (PEM)
  • Hamed Ziaei, Masoud Rashidinejad*, Amir Abdollahi, Ebrahim Pirmoradi Pages 161-175

    Traditional systems are faced with problems such as energy loss, growing in energy demand, reliability and security, so they are turning into smart grids (SGs) to solve these problems. SGs provide a bi-directional energy connection between service providers and consumer. On the other hand, SGs have various devices for monitoring, analysis and controlling in different parts of the network. Therefore, the SGs needs a communication infrastructure between these different devices. As a result, this connectivity will be achieved by a new infrastructure such as the internet of things (IoT). IoT helps SGs systems to perform various network functions throughout the generation, transmission, distribution, and consumption of energy by using IoT equipment (such as sensors, actuator, and smart meters), as well as by providing the connectivity, automation and tracking for such devices. In this paper, the day-ahead generation scheduling is optimized in the deregulated power market with IoT infrastructure where the goal is to maximize the profit of generation companies (GENCOs). Moreover, this paper has used the demand response (DR) programs to better explore the challenges ahead in the future of SGs with IoT infrastructure. The results help to assess the quality and efficiency of such a system.

    Keywords: Deregulation, smart grid (SG), scheduling, demand response (DR), internet of things (IoT)
  • Mohsen Alizadeh*, Naser Talebi, Amir Ahmarinejad Pages 177-190

    In variable speed pumped storage hydropower plant (VS-PSHP), unlike fixed speed power plants where synchronous machines are used, they are powered by a doubly fed induction motor-generator (DFIM) coupled with a back-to-back converter. In this paper, first, the mathematical model of different components of VS-PSHP is presented. The control sections, the machine side converter (MSC) and the grid side converter (GSC), each contain two control paths for the dq axes, and each path containing an external loop and an internal loop. Therefore, the inner and outer loops is extracted and transfer functions are presented. To adjust the control coefficients, the open-loop and closed-loop transfer function of different control sections, MSC, GSC, and pump-turbine, are extracted and its stability is guaranteed by drawing the Lucas root diagram and tuning of the zero position and system poles. Finally, in order to validate the design, a VS-PSHP is simulated in Matlab/Simulink/SimPowerSystem environment and its results are presented to test the load change in two modes of generator motor operation. The simulation results verify the operation of the designed control system.

    Keywords: Variable speed pumped storage power plant, Doubly-fed induction machine, Vector control
  • Hamid Hassanpour, Mehdi Ehsanian* Pages 191-200

    Phase, frequency, and amplitude of grid voltage are important information in grid-connected photovoltaic systems. For proper and stable operation of a system, a fast and correct estimation of grid information under grid variations and disturbances is very crucial. In this paper, an adaptive phase-locked loop (PLL) structure is proposed which tracks the phase jumps of grid voltage fast and smoothly. If a jump occurs in grid voltage phase transient state at the frequency estimation of frequency lock loop (FLL) will be almost zero. The settling times of the estimated phase, frequency, and amplitude of the proposed PLL are also slightly low. The proposed PLL consists of the second-order generalized integrator (SOGI) and frequency locked loop (FLL). The whole system has been simulated in MATLAB/Simulink. The settling time of estimated frequency and amplitude for proposed PLL are 0.023 and 0.024 s, respectively.

    Keywords: Phase, frequency, amplitude, photovoltaic, phase jumps, PLL, grid voltage, SOGI, FLL
  • Milad Rahimi Pour Behbahani, Mohammadali Amini, Alireza Jailian* Pages 201-211

    Nowadays, due to increasing usage of sensitive loads, power quality in power grids is becoming more and more important. On the other hand, distribution networks have high losses due to high R/X ratio. Network reconfiguration is proposed as a tool that is changing power quality of the network in addition to power losses. In this paper, the effectiveness of network reconfiguration is evaluated on improvement of voltage sag. 1ph-to-ground fault is applied for modelling of voltage sag. IEEE Standard 69-bus distribution network is utilized as case study and particle swarm optimization algorithm for finding the optimum configuration. Results show that network reconfiguration is capable of improving voltage sag in addition to the improvement of power losses. This improvement leads to reduction of outages in sensitive loads during the occurrence of network faults. In addition, sensitivity analysis on the optimum configuration is performed considering the switching and losses cost

    Keywords: Distribution Network Reconfiguration, Voltage Sag, Power Loss, Particle Swarm Optimization, Power Quality
  • Mojtaba Khederzadeh* Pages 213-225

    This paper expresses the decentralized strategy based on multi-agent system (MAS) for distribution network restoration with considering coupling neighboring microgrids (CNMGs) which is modelled renewable energy sources (RESs), electric vehicles (EVs), battery storage system (BSS) and load. The MAS approach can be obtained suitable restoration path with the different zone agents distributed along the network and it can be managed the overloading microgrids (MGs) due to unbalancing between of RES, BSS, EV and load using interconnecting these MGs to neighboring non-overloading MGs. This strategy is new method that is implemented in this paper, and it is based on expert system rules, and it also considers the system operational limits such as voltage and line flow limits. Finally, this technique applied to 12.66 kV and 33-bus radial distribution network, where agents and power flow calculation are simulated in MATLAB environment for decisions making and validate the correctness of the agents’ decisions, respectively.

    Keywords: Coupling neighboring microgrids, Decentralized technique, Distribution network restoration, Multi-agent system
  • Reza Eslami*, Seyed Amir Hosseini Pages 227-236

    One of the most effective ways to reduce power loss and improve voltage profiles in distribution networks is to reconfiguration or redirect network lines. Reconfiguration is actually the opening of some closed lines and the closing of some open lines in order to achieve predetermined goals such as reducing power loss. Accordingly, this paper presents a new mathematical model for reconfiguration of distribution network in order to improve the voltage profile and reduce power loss in the presence of distributed generations. The innovation of this article is the simultaneous optimization to reduce the voltage deviation of different parts of the network and the energy dissipation of the network by considering the network load distribution constraints, limiting the bus voltage range, limiting power transmission lines, relationships governing distributed generations and limiting power transmission from the upstream network. Also, one of the other innovations of the present article is the normalization of different parts of the multi-objective function, which makes all the cases as a percentage and the mentioned function is converted from a multi-objective state to a single goal, and therefore there is no need to define weighting coefficients. Also, since the issue of reconfiguration considered in this paper is nonlinearly intertwined with integers, it is recommended to use an evolutionary algorithm of new improved adaptive colonial competition to reduce the time to solve the problem. The new proposed method is implemented in this article on the 69 IEEE distribution network. The results show the success of this method in achieving the predicted goals. Accordingly, the network losses have been reduced by 57% and the network voltage profile is within the allowable framework, so that the minimum amount of voltage after the proposed method was 0.95 (pu). Comparison with previous studies shows that the results of the proposed method have been much more successful in improving the intended goals.

    Keywords: Distribution network, Reconfiguration, Reduce power loss, Power quality indices, Optimization
  • S. Behnampour, M. R. Haghifam, A. Akhavein*, H. Siahkali Pages 237-244

    After occurrence of a fault and outage of loads in a distribution network, it is tried to reconnect as much as possible loads in the minimum time by a process which is generally known as restoration. Computational and decision-making tools can play an important role to have a successful restoration. One of these tools is multi-agent system, which is a software-based system that includes components or agents. These agents have the ability to exchange information and make local decisions. In this paper, a multi-agent system is proposed for restoration of radial distribution networks. The multi-agent system brings about decentralized management in the restoration. Also, the proposed system considers priority for zones in distribution feeders. The priority is in accordance with type of loads in the zones. Implementation of the proposed method using Java Agent Development Framework (JADE) and its evaluation on a test distribution network, demonstrates an effective restoration with consideration of load priorities.

    Keywords: Restoration, Multi-Agent System, Distribution Network, Load Priority
  • Akram Beigi*, Amin Akbarian Pages 245-258

    The electricity smart grid market is complex and dynamic. Brokers, which mediate the sale of electrical power between retailers and wholesalers, are widely used in new markets for smart grids. Due to the complexity and distribution properties of the market in smart grid networks, multi-agent systems are appropriate to solve its problems. In these approaches, we have autonomous agents exchanging information with other agents all 24 hours of a day. These agents encounter major challenges including diverse consumption patterns of consumers, price changing according to consumption patterns, and the amount of electricity consumed during the day. In this paper our goal is to increase profit in the electricity grid market while modeling the components of the electricity market with multi-agent systems. In the proposed method, we first process the customer diversity using a sequential clustering method suitable for time series data. Then, for each cluster, we apply an active policy reinforcement learning algorithm named Actor-Critic reinforcement learning. Finally, we evaluate the impact of the reward shaping on the profit earnings and we offer an hourly tariff for each cluster according to their respective consumption time

    Keywords: Smart grid, renewable resources, tariff market, reinforcement learning, clustering
  • Fargol Nematkhah, Farrokh Aminifar* Pages 259-271

    Electricity demand has increased drastically during recent years. Expansion of power generation and transmission systems to address the growing demand for electricity is a lengthy process and requires extensive capital investment. Moreover, conventional methods of power generation can cause severe environmental issues. Discussed concerns have attracted considerable attention to demand-side management (DSM) policies by which system operators can monitor and control consumers in order to better match the electricity demand with power supply conditions. Meanwhile, power systems are going through a transition period due to the high penetration of renewable energy resources (RERs) and widespread use of smart devices. To remain efficient, DSM policies need to adapt to these transformations. Transactive energy (TE) is a newly-introduced DSM policy which is intended for the changing environment of power systems and is able to maintain the dynamic power balance in smart grids. This paper studies the reasons that led to the initiation of DSM programs. Further, the concept of demand response (DR) is elaborated and various types of DR programs and the existing challenges toward these programs are evaluated. Last but not least, TE is introduced as a general form of DR and the benefits and challenges that implementation of TE frameworks may bring about are analyzed.

    Keywords: Transactive Energy, Demand Response, Demand-Side Management, Smart Grid
  • Seyyed zaman Hosseini*, Farhad Hosseinzadeh, Mahnaz Ahadzadeh Pages 273-281

    Performance appraisal in electricity industry by the meaning of assessment of management decisions’ effectiveness and all workers’ efforts in regional companies in using resources and facilities of the industry as an infrastructural and nurturing industry is quite vital that in turn helps recognize the performance  in the past and make plans for the future activities. On this basis, weakness and strength of the companies could be identified and appropriate planning be made according to the facilities, budget and existing human resources in order to maintain the strength points and make improvements on the weaknesses. This research work is practical and its data has been gathered from the reports issued by the statistical society of the independent auditors’ and the state audit firm as well as the board’s reports to the General Assembly of the Shareholders, which are 16 Regional Electricity Companies in charge of supplying reliable and sustainable electricity in the country. Along with analyzing various methods for performance appraisal for a two decade period using methods such as KPI, BSC, EFQM and so forth, regional companies’ performance have been assessed at each stage and totally to finally rank them (Cloud-efficiency Model) using Data Evaluation Analysis (DEA) model in 1395 by designing a 3-stage model with 5 input indices, 2 intermediate indices and 7 output indices with constant returns to scale in the form of multiplicative inputs utilizing GAMS software package. The conducted analysis demonstrate that two models yield different results such that only ranking of three regional companies are close and the rest show substantial discrepancy. In terms of the regional companies’ performance assessment using DEA model, one company is performing efficiently, ten companies are close to the borderline and five companies perform far from being efficient. Finally, it could be stated that small and medium size companies perform more effective than large size companies.

    Keywords: Performance Evaluation, Regional 16-Country Power Companies, Data Envelopment Analysis (DEA), Efficiency, Inefficiency, Division Performance, Ranking, GAMS
  • Sayyad Nojavan* Pages 283-295

    In this paper, scientific papers related to the participation of electricity retailers in the electricity market will be reviewed. In general, the planning of the participation of retailers in the electricity market can be divided into long-term, mid-term, and short-term planning. Various sources of energy purchasing for retailers include the electricity market, bilateral contracts, generating units and new energy sources, including wind turbines and photovoltaic systems. Also, electric vehicles, battery storage systems and hydrogen storage systems can be more flexible in energy management issues as energy storage systems. Also, the issue of determining the price of electricity sales to consumers is considered by electricity retailers. In addition, retailers' consumer participation in demand response programs as a virtual production unit has been explored to reduce consumer spending and increase retail profits. Also, in view of the fact that the relevant papers, the uncertainties of the retailers that typically model the prices of the electricity market and the consumption of their consumers, will be reviewed in a review of the sources. Finally, the risk modeling due to alternative uncertainties will be discussed. We will look into the details of the retailers' shareholding in the electricity market.

    Keywords: Electricity retailers, energy sources, electricity pricing, load response programs, uncertainties
  • Ashkan Talebi, Alireza Hatami* Pages 297-306

    HVAC systems, as the largest commercial and household power consumers, play an important role in demand response programs. In this research, using weather forecast data and using electricity price forecast, optimal scheduling for HVAC systems set points is performed in such a way that the user’s electricity consumption cost is minimized. Electricity price forecasting is achieved using an ARIMA model. A Markov’s chain has been employed for temperature forecasting. As these forecasts are not deterministic, the risk must be considered. To accomplish this, several scenarios were considered and CVaR was utilized to handle the risk aspect. In this research, the above-mentioned data was employed, and GWO algorithm was invoked to schedule the optimal set points of the HVAC systems and symmetrical dead band width. The results show that this planning method can have an important effect on the participation of the HVAC systems in demand response programs. Also, it has been shown that the dead-band width management plays an important role in energy consumption management. Different users with different attitudes toward the risk were analyzed; the results show that risk-averse users are more involved in demand response programs; and hence, they bear lower energy costs.

    Keywords: Risk management, HVAC systems, Optimized scheduling, GWO algorithm, Dead band
  • Zohre Kaheh, Morteza Shabanzadeh* Pages 307-317

    To forecast the electricity load of a city or country and facilitate the strategic decision-making, it is common to collect the historical data from different zones of the city or different cities of the country. However, normally all the zones or different sectors’ load (residential, industrial, and commercial) are not important equally. In other words, a certain zone or a sector may have the most effect on decision making. Therefore, the simple algebraic sum of the different zones’ forecasting may not be meaningful for the ultimate objective. There are different methods for aggregation of the different zones’ forecasts. The most convenient method is the simple algebraic sum of the different zones’ forecasts, which is not only inefficient but also needs more details about the effective factors on the electricity demand in each zone. In this paper, different aggregation approaches such as bottom-up, top-down, optimal combination methods are presented. It should be mentioned that any research paper in the field of the electrical power system and load forecasting have not studied the hierarchical forecasting; therefore, presenting the hierarchical method for load forecasting is a strict innovation of this paper. The Auto-Regressive Integrated Moving Average (ARIMA) and Exponential Smoothing methods are embedded in proposed aggregation approaches. The proposed methods are applied to forecast Australian electric load in short-term and long-term horizons.

    Keywords: Hierarchical Forecasting, Information ensemble, ARIMA, Exponential Smoothing
  • Mehran Azad, Mohsen Ghayeni* Pages 319-329

    In this paper, a new method for locating fast electric charging stations with a regional perspective and taking into account the coefficient of interchange between regions is proposed. First, the city must be divided into specific areas, then, using the parameters of electric vehicle density, the required earth and social visibility of the region, the initial candidate points in each area are determined. Given land price and distance from the network substation as the main parameters, the location of the construction of the fast charging station is defined as an optimization problem and then solved by the genetic algorithm. In the proposed method, in addition to the location of the fast charging stations, the number of fast charging units (capacities) at each station is also determined. In the proposed algorithm, by defining the coefficient of exchange between adjacent regions, it is possible to relocate charging units so that the number of charge units can be flexible in proportion to the price of land in each area. The proposed method has been implemented for Mashhad metropolitan area with consideration of nine areas in accordance with the Mashhad power distribution company and the results of simulation for different scenarios are presented.

    Keywords: Electric vehicle, fast charging station, placement, zonal perspective, coefficient of exchange, genetic algorithm
  • Reza Ghaniabadi, Shahram Montaser Kouhsari*, Iraj Pourkeivani Pages 331-340

    So far, state estimation in distribution networks has been less attentioned than transmission networks. Measurement devices are not exist in different parts of the network in a distribution system unlike a transmission network. Therefore, proposed state estimation methods which require large number of measurements in the network can not be used in distribution systems. Also, due to the presence of dynamic loads and sudden changes in the industrial network, major challenges take place in the state estimation calculation process. In this paper, a method is proposed for estimating the industrial distribution network state with the help of limited measurements. For this purpose, different performance modes of the downstream loads on which the measurement device is placed are made available to the estimator and the network state is determined by the received measurement values. The proposed method has been implemented in the Power Systems Analysis Laboratory of Amirkabir University of Technology as a hardware device by connecting two computers and has been tested on a distribution network of a chemical plant in the form of software in POUYA real-time simulator. One computer plays the role of the SCADA system of the real power system, and the other computer acts as the simulator model (dynamic estimator).

    Keywords: Dynamic State Estimation in Distribution Systems, State Estimation With Limited Measurement, Tracking System State, Real-time State Estimation
  • Javad Pourhossein* Pages 341-351

    In this paper, while dynamically evaluating the capabilities of Static Inter phase power controller (SIPC), its effect on the transient stability of a sample power system has been investigated, as well as a technique based on its discontinuous control has been presented to improve the stability of the system. The research method is based on the computational solution of the dynamic equations of the system, the repetition of the simulation stages, the calculation of the critical clearing time (CCT) and the determination of the  peak overshoot generated in the rotor angles of the machines due to a symmetrical three-phase short-circuit fault. For this purpose, the system and the related device were simulated in the DIgSILENT software envierment and the research issues were followed by considering multiple scenarios. In this regard, first all the capabilities of the device were confirmed in the time domain, and then the transient stability limit of the system with and without it was investigated and compared, resulting in a relative decrease in the transient stability limit of the system. Finally, in order to apply the technique, the main control of the device was transferred to another control called transient control so that the transmitted power of accelerated machines can be maximized within the time interval after the fault clearing, which ultimately results in a relative improvement in the transient stability limit of the system.

    Keywords: FACTS (Flexible AC Transmission System), SIPC (Static Inter phase Power Controller), Power flow controller, Transient stability, Discontinuous control
  • Javad Rahmani Fard*, Saadat Jamali Arand Pages 353-365

    The compound-structure permanent-magnet synchronous machine (CS-PMSM) system is a novel drive system used for hybrid electric vehicles (HEVs). In this paper, firstly, the mathematical model of the CS-PMSM motor is examined in detail, and then the control strategy of the CS-PMSM is investigated and established. The CS-PMSM is composed of two permanent magnet synchronous motors: a Double Rotor Machine (DRM) and a Stator Machine (SM). Different control strategies are applied for the two machines. According to their special structures and applications, the DRM performs the torque control, and the SM carries out the speed control. The DRM implements the id=0 control, while the SM carries out the maximum torque per ampere control during the constant torque region, and flux weakening control during the constant power region. Secondly, the direct torque control method is investigated and applied for both machines. The feasibilities of the vector control and direct torque control methods are both validated by the simulation results in the MATLAB/SIMULINK, and these two methods are further compared. The optimum control methods are finally established for the DRM and SM and also the selection of the optimal number of turns for the stator is considered.

    Keywords: PM Motor, compound structure, Hybrid Electric Vehicles, Vector Control, Direct torque control (DTC)
  • Mozhde Heydarianasl* Pages 367-374

    Earth horizon sensor is one of the fundamental instruments in satellite navigation system. This sensor is required to simulate satellite control system and to determine the satellite direction; hence, Pyroelectric detectors are employed to achieve this target. In this paper, the physical model of Pyroelectric detector and the mathematical model of an earth horizon sensor were presented to simulate a satellite. Pyroelectric detectors are applied to calculate the step response and field of view (FOV), which are significant parameters to recognize the earth horizon. To improve the detection of objects in far distances of detector, FOV should be as small as possible. Furthermore, the effect of solar interference has been reduced by the use of narrow FOV for sensors. The evaluation of the device has been performed through the use of test system that allows sensor performance to be determined. The observed results show the optimal value of FOV has decreased to 50° using plastic pipes. The modeling results verified that the Pyroelectric detectors are feasible to achieve functional requirements.

    Keywords: Earth horizon sensor, field of view, infrared radiation, pyroelectric detector, satellite sensor, step response