فهرست مطالب

کیفیت و بهره وری صنعت برق ایران - سال یازدهم شماره 1 (پیاپی 26، بهار 1401)

مجله کیفیت و بهره وری صنعت برق ایران
سال یازدهم شماره 1 (پیاپی 26، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/11
  • تعداد عناوین: 10
|
  • رضا عمادی فر، نوید تقی زادگان کلانتری*، وحید بهجت، رضا نجار صفحات 1-9

    ترانسفورماتورهای قدرت یکی از حیاتی ترین و گران ترین تجهیزات شبکه انتقال و توزیع انرژی الکتریکی هستند. ازاین رو پایش و ارزیابی وضعیت آن ها به منظور جلوگیری از بروز خرابی، مدیریت دارایی و افزایش بهره وری شبکه، برای مدیران صنعت برق بسیار حایز اهمیت است. تحقیقات نشان می دهد عمر مفید ترانسفورماتور معادل با عمر عایق کاغذی آن است. سنجش ترکیبات فوران آزادشده ناشی از تخریب عایق سلولزی یک روش متداول برای ارزیابی وضعیت ترانسفورماتورهاست. یکی از روش های سنجش ترکیبات فوران، استفاده از HPLC بر اساس استاندارد ASTM-D-5837 است. استفاده از طیف نگاری نوری ماوراء بنفش-مریی به عنوان یک روش جدید و جایگزینی موثر و اقتصادی برای اندازه گیری غلظت ترکیبات فوران پیشنهاد شده است. اما کدورت بیش ازحد روغن ترانسفورماتورهای مسن، نتایج این روش را غیرقابل استناد می کند. در این مقاله روشی جدید، جهت بهبود نتایج طیف نوری و رفع مشکل نمونه روغن های مستعمل، ارایه شده است. روش ارایه شده بر روی نمونه روغن 23 دستگاه ترانسفورماتور پیاده سازی شد. از یک الگوریتم فازی برای تخمین غلظت فوران از روی طیف نوری روغن استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که این روش، می تواند راهکاری مطمین، سریع و مقرون به صرفه برای بهره برداران شبکه برق، به منظور ارزیابی وضعیت ترانسفورماتورهای شبکه باشد.

    کلیدواژگان: ارزیابی عایق ترانسفورماتور، اسپکتروسکپی، ترانسفورماتور، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا، عایق کاغذی، منطق فازی، فوران
  • ابوالفضل شرافت، فرحناز کریمی، سید محمدرضا داودی* صفحات 10-29

    صنعت برق کشور که وظیفه تامین، تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در کشور را به عهده دارد، نیازمند توجه به رویکردهای خلاقانه است. این مهم در بررسی شناسنامه شغلهای مرتبط با این صنعت نیز قابل مشاهده هست بگونه ای که حدود پنجاه درصد شغلهای این صنعت نیاز به مهارت خلاقیت دارند و عدم توجه به استراتژیها و اقدامات هدفمند برای ارتقای خلاقیت سازمانی میتواند این صنعت را در آیندهای نزدیک با چالشهای اساسی مواجه کند. در این پژوهش با در نظر گرفتن سوالات اصلی و فرعی که در خصوص انتخاب استراتژی مناسب خلاقیت سازمانی در صنعت برق طرح شده بود با گردآوری نظر خبرگان صنعت برق، به تعیین عوامل و شرایط موثر بر خلاقیت سازمانی پرداخته شد و با استفاده از تکنیک تحلیل محتوای تفسیری نتایج حاصل از مصاحبه با خبرگان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با به کارگیری رویکرد سه مرحله ای نظریه برخاسته از داده ها، با روشی استقرایی در هر سطح به مطالعه پدیده خلاق نبودن پرداخته شد و روابط بین پدیده، شرایط علی، شرایط میانجی، استراتژی و راهکار و پیامدهای هر استراتژی به دست آمد. در سطح فرد پدیده خلاق نبودن در 5 مقوله و 58 کد دسته بندی شد. در سطح تیم یا واحد این پدیده در 5 مقوله و 36 کد، در سطح سازمان در 5 مقوله و 42 کد و در سطح صنعت این پدیده در 5 مقوله و 40 کد دسته بندی شد و در انتها نحوه انتخاب استراتژی مناسب در شرایط مختلف تشریح شد. از انجا که بسیاری از ویژگی های شرکتهایی که در دولت فعالیت میکنند با شرکتهای زیرمجموعه وزارت نیرو مشابه است این مدل میتواند در سایر حوزه های دولت کاربرد داشته باشد.

    کلیدواژگان: خلاقیت سازمانی، خلاقیت فردی، خلاقیت تیمی، استراتژی، نظریه برخاسته از داده ها
  • معراج نوروزی، فرهاد حق جو*، حمید جوادی صفحات 30-43

    اینورتر نیمه شبه-منبع امپدانسی (SqZS) با ساختار زمین مشترک و بدون ترانسفورماتور مزایای زیادی نسبت به  دیگر اینورترهای تک فاز فراهم می کند. حذف جریان نشتی، چگالی انرژی زیاد، تعداد عناصر کم و قیمت پایین، آن را به یک گزینه جذاب به عنوان میکرو-اینورتر در کاربردهای فوتوولتاییک تبدیل می کند. بااین وجود، بهره ولتاژ واحد یکی از معایب اینورتر SqZS است. به عبارت دیگر اینورتر پایه SqZS قابلیت افزایش ولتاژ را ندارد و بیشینه ولتاژ AC قابل استحصال برابر با ولتاژ DC ورودی است. بنابراین در این مقاله اینورتر اصلاح شده با قابلیت افزایش ولتاژ با عنوان (MSqZS) پیشنهاد شده است. اینورتر پیشنهادی، ساختاری اصلاح شده از اینورتر پایه SqZS است که با اضافه نمودن خازن سری ضمن حفظ خاصیت زمین مشترک، امکان دستیابی به بهره ولتاژ بالاتر از یک (حالت بوست) را فراهم می گردد. مدولاسیون پهنای پالس سینوسی غیرخطی (NLSPWM) به نحوی اصلاح می شود که امکان بهره مندی از قابلیت نهفته در ساختار پایه SqZS جهت دستیابی به بهره ولتاژ بالاتر فراهم می گردد. اینورتر پیشنهادی قادر به تغذیه بارهای با ضریب توان کمتر از یک بوده و قابلیت تزریق توان راکتیو را نیز دارد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها و آزمایش های عملی در حالت های حلقه باز و حلقه بسته، صحت عملکرد اینورتر پیشنهادی را تایید می کنند.

    کلیدواژگان: اینورتر نیمه شبه منبع امپدانسی، افزایش ولتاژ، خازن سری، مدولاسیون پهنای پالس سینوسی غیرخطی، ساختار بدون ترانسفورماتور، میکرو اینورتر فوتوولتائیک
  • مرتضی سعید، حامد زین الدینی میمند*، داود ابوترابی زارچی صفحات 44-56

    تشخیص نوع خطا در ترانسفورماتورهای قدرت اهمیت زیادی دارد، زیرا ترانسفورماتورها تحت تاثیر تنش های الکتریکی مانند موج سیار، کلیدزنی ها، و همچنین تنش های حرارتی مانند اضافه بار و واکنش های شیمیایی در روغن دی الکتریک هستند. ارزیابی شرایط و جلوگیری از گسترش خطا در ترانسفورماتور باعث افزایش طول عمر ترانسفورماتور، کاهش هزینه ها و تداوم بهره برداری در نیروگاه ها و پست های انتقال می شود. در این مقاله فرض بر این است که دو گازCO  وCO2  محلول در روغن ترانسفورماتور توسط سنسور TM8 به صورت آنلاین اندازه گیری شده و با استناد به استاندارد CIGRE 761-2019 جهت تشخیص خطا، هفت روش 1- تبدیل فوریه گسسته، 2- تبدیل موجک گسسته، 3- تبدیل هیلبرت، 4- تبدیل گابور، 5- ترکیب تبدیل موجک گسسته و تبدیل گابور، 6- اسپکتروگرام، 7- ترکیب تبدیل موجک گسسته و تبدیل هیلبرت، بصورت پیوسته بر روی این دو گاز محلول در روغن ترانسفورماتور اعمال می شود تا مشخص شود که در یک زمان یا یک فرکانس مشخص کدام یک از گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور تغییر می کنند و همبستگی زمانی تغییر گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور چگونه است، تا بتوان خطاهای تعیین شده توسط استاندارد CIGRE 761-2019 را تشخیص داد.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتور قدرت، تشخیص خطا، تبدیل موجک گسسته، تبدیل هیلبرت، تبدیل فوریه سریع، تبدیل گابور، اسپکتروگرام
  • سید امیر حسینی*، بهروز طاهری صفحات 57-69

    از رله های دیفرانسیل امپدانس پایین به طور گسترده برای حفاظت از ترانسفورماتورهای قدرت استفاده می شود. رله های دیفرانسیل با وجود قابلیت اطمینان بسیار بالا ممکن است در هنگام کلیدزنی ترانسفورماتور قدرت و ایجاد جریان هجومی دچار اشتباه شده و جریان هجومی ایجاد شده را به عنوان خطا تشخیص داده و فرمان قطع کلید قدرت را صادر نمایند. به همین دلیل نیاز به توسعه روش هایی است تا در رله دیفرانسیل بین جریان هجومی و خطای دایم تمایز گذاشته و از عملکرد بی مورد رله دیفرانسیل جلوگیری کنند. براین اساس در این مقاله روشی جدید بر پایه شبکه عصبی GMDH برای تمایز گذاشتن بین جریان هجومی و خطای دایم پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی قابلیت تشخیص سریع انواع خطای همزمان با جریان هجومی را دارا می باشد. همچنین این روش نسبت به نویز ایمن بوده و نویزی شدن سیگنال تاثیری بر عملکرد آن ندارد. روش پیشنهاد شده با روش های متداول مورد استفاده در صنعت (روش هارمونیک دوم و روش عبور از صفر سیگنال) مقایسه شده و نتایج نشان می دهند که روش پیشنهادی در این مقاله عملکرد بهتری در مقایسه با روش های معمول صنعتی دارد.

    کلیدواژگان: جریان هجومی، رله دیفرانسیل، شبکه های عصبی مصنوعی، حفاظت سیستم های قدرت، GMDH
  • رضا اسلامی* صفحات 70-81

    سیستم قدرت یک سیستم پیچیده است که درک و تحلیل آن آسان نیست. همچنین خطاها و اتفاقات زیادی در سیستم مذکور رخ می دهد که بسیاری از آن ها بدون دخالت انسان اصلاح می شود. در این میان شرکت های برق مسیولیت امنیت سیستم ها و اپراتورهای برق را بر عهده دارند، زیرا اگر هر قسمت از سیستم قدرت به عنوان جزیره ناخواسته عمل کند، ممکن است برای پرسنل شبکه ناامن باشد و همچنین ممکن است آسیب های جدی به تجهیزات شبکه وارد کند. بنابراین، شناسایی بخش هایی از شبکه که به جزیره تبدیل شده اند، مهم و ضروری است و برای از بین بردن این جزایر، کاهش بار اعمال می شود. در این مقاله، رویکرد جدیدی برای کاهش بار در ریز شبکه جزیره ای با حضور تولیدات پراکنده پیشنهادشده است. از ویژگی های روش پیشنهادی می توان به انعطاف پذیری، سرعت و دقت بالا اشاره کرد. روش پیشنهادی توسط نرم افزار قدرتمند DIgSILENT شبیه سازی شده و نتایج شبیه سازی باقابلیت روش پیشنهادی مطابقت دارد.

    کلیدواژگان: بار زدایی- پایداری فرکانس- ریزشبکه جزیره ای- بهینه سازی چندهدفه
  • محمدعلی یاوری، داود ابوترابی زارچی*، علیرضا صدیقی انارکی صفحات 82-96

    این مقاله روشی را جهت تشخیص محل تخلیه جزیی در خطوط هادی روکش دار فشار متوسط ارایه می دهد تخلیه جزیی یکی از عیوب رایج در هادی های روکش دار می باشد که در صورت وجود طولانی مدت حتی می تواند منجر به عملکرد رله تشخیص خطای اتصال کوتاه گردد. روش پیشنهادی ارایه شده در این مقاله، پالس PD دریافت شده در انتهای خط را به کمک روش حداکثر همبستگی سیگنال ها مورد تحلیل می دهد و محل وقوع تخلیه جزیی با دقت بالایی تشخیص می دهد.  جهت مدلسازی خط سه فاز CC در نرم افزار EMTP ، روابط تحلیلی مربوط به امپدانس ها و خازن های توالی های صفر، مثبت و منفی این نوع خط برای اولین بار ارایه شده است  و سپس به کمک روابط بدست آمده مدل مربوط به وقوع تخلیه جزیی در خطوط هادی روکش دار سه فاز  استخراج شده است. در ادامه به کمک روش پیشنهادی محل تقریبی وقوع تخلیه های جزیی ناشی از تماس درختان یا عوامل دیگر با هادی روکش دار  تعیین می شود تا از طریق بازدیدهای بصری و رفع مانع موجود بر هادی برقدار، از پیشروی رخداد تخلیه های جزیی و قطعی برق مشترکین جلوگیری شود. روش پیشنهادی در یک شبکه نمونه توزیع اعمال شده است ونتایج مطلوبی بدست آمده است. محل خطا با در نظر گرفتن حالت های مختلف برای وقوع PD با دقت بسیار مناسبی تشخیص داده شده است.

    کلیدواژگان: تخلیه جزئی، تشخیص محل، روش حداکثر همبستگی، ظرفیت خازنی فاز به زمین، مدلسازی هادی روکش دار، نرم افزار EMTP، هادی روکش دار
  • علی اکبر نظری، فرزاد رضوی*، احمد فخاریان صفحات 97-110

    امروزه تقریبا از رله دیفرانسیل به عنوان حفاظت اصلی ترانسفورماتورهای قدرت در سرتاسر جهان استفاده می شود. اما باوجود مزایای زیاد، این نوع رله ها در زمان ایجاد جریان هجومی مغناطیس کنندگی ترانسفورماتور دچار اشتباه شده و موجب قطع شدن ترانسفورماتور سالم می گردند. به همین دلیل نیاز است تا با استفاده از روش هایی از این مشکل جلوگیری به عمل آید. علاوه بر این میزان نرخ نمونه برداری می تواند تاثیر بسزایی بر روی عملکرد یک سیستم حفاظتی داشته باشد. با این وجود، با بالا بردن نرخ نمونه برداری سطح محاسبات موردنیاز افزایش می یابد. در برابر اگر نرخ نمونه برداری کاهش پیدا کند می تواند موجب کاهش دقت شود. به همین دلیل در این مقاله یک روش جدید برای تمایز بین جریان هجومی و خطای داخلی ترانسفورماتور قدرت با استفاده از نمونه برداری تطبیقی و تبدیل هیلبرت ارایه شده است. روش ارایه شده قابلیت تشخیص جریان هجومی معمولی و جریان هجومی همدردی را دارا می باشد. جریان هجومی همدردی نوعی از جریان هجومی است که در ترانسفورماتور های موازی رخ می دهد. در این نوع از جریان هجومی دامنه سیگنال جریان بر خلاف جریان هجومی معمولی در گذشت زمان افزایش پیدا مب کند. به علاوه این روش قابلیت تشخیص انواع خطا را دارد و در زمان به اشباع رفتن ترانسفورماتور جریان و نویزی شدن سیگنال عملکرد مناسبی خواهد داشت. روش پیشنهادی بر روی یک ترانسفورماتور 230 کیلوولت به 63 کیلوولت تست شده است. نتایج نشان می دهند که روش ارایه شده علاوه بر تشخیص جریان هجومی معمولی و انواع خطاهای مختلف توانایی تشخیص جریان هجومی همدردی را نیز دارا می باشد.

    کلیدواژگان: جریان هجومی، رله دیفرانسیل، حفاظت سیستم های قدرت، نمونه برداری تطبیقی
  • محمدحسن مرادی*، میثم مکاری، محمد عابدینی صفحات 111-125

    ذات غیر قطعی شبکه های قدرت، درنظر گرفتن عدم قطعیت ها در مسایل برنامه ریزی را اجتناب ناپذیر می نماید. این عدم قطعیت ها به دودسته فنی و اقتصادی تقسیم می شوند. عدم قطعیت های فنی شامل توپولوژی شبکه و بهره برداری می باشند. عدم قطعیت های اقتصادی شامل اقتصاد خرد و کلان هستند. این عدم قطعیت ها منشاء ریسک در شبکه های قدرت می باشند که باید در مسایل برنامه ریزی از جمله برنامه ریزی بهینه توان راکتیو، لحاظ شوند. در این مقاله برنامه ریزی بهینه توان راکتیو امنیت مقید غیرقطعی با درنظر گرفتن عدم قطعیت های فنی شبکه قدرت در غالب یک مسئله بهینه سازی فنی-اقتصادی ارایه شده است. حداکثرسازی حاشیه پایداری ولتاژ بر اساس شاخص جدید ریسک ناپایداری ولتاژ تابع هدف فنی و حداقل نمودن تلفات تابع هدف اقتصادی مسئله می باشداین شاخص درقیاس با شاخص های موجود، با معیارهای عملی بهره بردرای سازگارتر است. سپس از الگوریتم بهینه سازی SPEA-II برای یافتن پاسخ های غیرمغلوب استفاده می شود و در نهایت تصمیم گیری فازی برای انتخاب پاسخ غالب بکار می رود. شبکه استاندارد 30IEEE-  باس به منظور تست موردی الگوریتم پیشنهادی  بکار گرفته می شود. نتایج بیان می دارند، در قیاس با مراجع الگوریتم استفاده شده نتایج بهتری را ارایه می دهد و درنظر گرفتن ریسک ناپایداری ولتاژ، به خوبی حاشیه پایداری ولتاژ را برای پیشامدهای محتمل افزایش می دهد و همزمان هزینه های بهره برداری کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی بهینه توان راکتیو، ریسک ناپایداری ولتاژ، عدم قطعیت های فنی، نیروگاه بادی
  • مهرنوش کمرزرین، محمدحسین رفان*، پرویز امیری صفحات 126-138

    پایش وضعیت، عیب یابی و کنترل تحمل پذیر خطای توربین بادی موجب افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن توربین می شود. نرخ عیب مدار باز سوییچ IGBT مبدل در مقایسه با نرخ کل عیوب در توربین بادی قابل توجه است. در این مقاله به کنترل تحمل پذیر خطای مدار باز IGBT در مبدل های پشت به پشت ژنراتور DFIG پرداخته شده است. در ساختار پیشنهادی ابتدا تشخیص عیب سوییچ مبدل با استفاده از یک روش سریع و عددی انجام می شود و سپس کنترل تحمل پذیر خطا به منظور جبران سازی نقصان پیش آمده فعال می شود، در این روش ساق معیوب با باز شدن گیت هر دو IGBT در یک ساق توسط کنترل کننده، کنار رفته و یکی از ساق ها به عنوان ساق مشترک بین دو مبدل سمت شبکه و سمت روتور قرار می گیرد. ساختار پیشنهادی ارزان قیمت است و کنترل تحمل پذیر خطا در آن با حداقل سخت افزار اضافه عمل می کند. برای ارزیابی ساختار پیشنهادی از یک شبیه ساز نرم افزاری توربین 5/2 مگاوات بر اساس داده واقعی، استفاده شده است. شبیه سازی ها نشان داد که روش پیشنهادی در تشخیص عیوب، موثر و مقاوم است و به خوبی توانسته است جبران سازی خطای سوییچ را برای ساختن جریان های سه فاز خروجی انجام دهد، مقایسه شاخص های عددی، توانایی روش پیشنهادی را مشخص کرده است.

    کلیدواژگان: توربین بادی، DFIG، تشخیص عیب، کنترل تحمل پذیر خطا، مبدل پشت به پشت، توپولوژی بدون افزونه
|
  • Reza Emadifar, Navid Taghizadegan Kalantari*, Vahid Behjat, Reza Najjar Pages 1-9

    Power transformers are one of the most vital and expensive devices in the electricity transmission and distribution network. Therefore, monitoring and evaluating their operational condition is a vital issue for managers in the electricity industry to prevent failure in the power distribution network, maintain their highly reliable performance, manage their assets, and increase the productivity of the network. The results of many research works have indicated that the useful life of a transformer is directly related to the life of its paper insulation system. The measurement of furan compounds released into the insulation oil due to the degradation of cellulose in insulation paper is a common method for assessing the operational condition of the transformers. High-performance liquid chromatography (HPLC) has been introduced as one of the relatively well-established methods for measuring furan compounds according to ASTM-D-5837. Regarding the need for high profession and expertise for operating and using HPLC system as well as the high price of this system, it is inevitable to develop fast, simple, cheap, and user-friendly systems and techniques with high precision without any need for high operator profession. The use of ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy has been proposed as a new, effective, and economically preferable alternative method for measuring the concentration of cellulose degradation compounds in insulation oil. However, the excessive turbidity of the oil in older transformers caused by the cellulose degradation products exerts a relatively high ambiguity on the results of this technique and may make its results somehow unreliable. In this paper, a new method is proposed to improve the optical spectrum results and solve the turbidity problem of the used oil samples. This method is composed of the dilution of oil samples with adequate solvents to overcome their high turbidity in combination with the fuzzy logic to evaluate the UV-Vis results. The proposed method was implemented on oil samples taken from 23 transformers. A fuzzy logic algorithm is used to estimate the furan compound contents from the optical spectrum of the oil. The comparison between the results of the method developed in this work and the results of HPLC analysis reveals a relative error as low as 11%, proving that the developed method can be a safe, fast, and cost-effective solution for electricity distribution network operators to assess and monitor the status of network transformers.

    Keywords: Transformers, Transformer Insulator Evaluation, Furan, Spectroscopy, High Pressure Liquid Chromatography, Paper Insulation, Fuzzy Logic
  • Abolfazl Sherafat, Farahnaz Karimi, Sayyed Mohammad Reza Davoodi* Pages 10-29

    The countrys electricity industry, which is responsible for supplying, producing, transmitting and distributing electricity in the country, needs to pay attention to creative approaches. This can be seen in the review of jobs related to this industry, as about fifty percent of jobs in this industry require creativity skills, and not paying attention to strategies and targeted measures to promote organizational creativity can challenge the industry in the near future. Face basic. In this study, by considering the main and secondary questions regarding the selection of appropriate organizational creativity strategy in the electricity industry, by collecting the opinions of electricity industry experts, the factors and conditions affecting organizational creativity were determined and using content analysis technique. Interpretive The results of the interviews with the experts were analyzed. Using the three-step approach of data-driven theory, the phenomenon of non-creativity was studied in an inductive manner at each level, and the relationships between the phenomenon, causal conditions, mediating conditions, strategy and strategy and the consequences of each strategy were obtained. At the individual level, non-creative phenomena were categorized into 5 categories and 58 codes. At the team or unit level this phenomenon was categorized into 5 categories and 36 codes, at the organization level it was categorized into 5 categories and 42 codes and at industry level this phenomenon was categorized into 5 categories and 40 codes. This model can be used in other areas of government.

    Keywords: Organizational Creativity, Developing a Creativity Model, Amabile's Model of Creativity
  • Meraj Noroozi, Farhad Haghjoo*, Hamid Javadi Pages 30-43

    There is an increasing demand for low-cost single-phase DC–AC inverters in many applications such as PV systems. PV system may be used without the transformer to improve efficiency and make the whole system lighter, smaller, and easier to install. Using transformerless topology, the system efficiency may be increased by about 2%, and the related cost may be decreased by about 25%. There are large leakage currents in transformerless topologies, especially in photovoltaic systems, where safety issues and electromagnetic interference problems often occur. To overcome such disadvantages, common-ground topologies can be used, which minimize the leakage current of the transformerless inverter ones. The transformerless semi-quasi-Z-source inverter (SqZS) with a common-ground structure offers many advantages over conventional single-phase inverters. Leakage current elimination, high power density, lower components, and low-cost features make it an attractive option as a micro-inverter in photovoltaic applications. The basic topology of SqZSI is especially suitable for a PV module in the low-voltage application as a low-cost micro-inverter with high-voltage SiC switching devices. However, the unity voltage gain is one of the disadvantages of the SqZS inverter, which is referred to as a drawback; In other words, the conventional structure of SqZS is not able to step up the voltage and the maximum amplitude of AC voltage that can be extracted is equal to the input DC voltage; Therefore, in this paper, a modified structure of single-phase inverter (MSqZS) is proposed to achieve voltage boost capability. The voltage boost is achieved in a single-stage conversion just by adding an additional series DC blocking capacitor to the basic inverter. It also maintains the common-ground feature. Nonlinear sinusoidal modulation (NLSPWM) is modified to allow the SqZS basic structure to achieve high voltage gain. However, the proposed inverter is modified in topology and modulation; its complexity is not increased in comparison to the basic SqZSI. The proposed inverter has the least number of components than the similar step-up common-ground topologies. In this paper, the closed-loop control is proposed to improve the performance of the MSqZS under variable input voltage as well as output load and compensation for the undesired and non-ideal effect of the parasitic elements. In addition, the proposed inverter is also capable to generate reactive power. Also, the design considerations for series capacitor is analysed for proper capacitor selection. The simulation and experimental results under various closed-loop and open-loop scenarios comply with the IEEE Std 1547 and verify the appropriate performance of the proposed inverter.

    Keywords: Impedance source inverter, Voltage boost, seies capacitor, Common-ground, Transformerless, Photovoltaic micro-inverter
  • Morteza Saeid, Hamed Zeinoddini-Meymand*, Davoud Abootorabi Zarchi Pages 44-56

    Dissolved gases in transformer oil indicate the occurrence of a fault in the transformer. Many standards use the ratio of dissolved gases in transformer oil to detect faults in transformers. These traditional methods cannot, however, be used in cases in which the transformer needs to be immediately removed from service in case of a serious error such as electric arcs to prevent the error from spreading. For this purpose, this paper uses signal processing methods that analyze the signal online. The paper assumes that CO and CO2 dissolved gases in transformer oil are measured online by a sensor and then some signal processing methods are applied to the measurement data. These methods include Fast Fourier Transform, Discrete Wavelet Transform, Hilbert Transform, Gabor Transform, the combination of discrete wavelet and Hilbert transform, the combination of discrete wavelet and Gabor transform, and spectrogram. These methods are continuously applied to these two gases that are soluble in transformer oil to determine their variations in the transformer oil at a certain time or a certain frequency. The gases are also modified and then the performance of each of the processing methods mentioned in these changes is investigated. Fault detection reference is the CIGER 761-2019 standard. The purpose of this paper is to find out the samples of gases change in a frequency interval or timeframe together irrespective of the faults in the transformer and changes in the volume of dissolved gases in transformer oil, analyze the signal processing methods, and detect the type of fault using CIGRE 761-2019 standard. The fast Fourier transform method analyzes signal power by frequency. The discrete wavelet transform method extracts high-frequency components of gases and detects faults based on the largest components. The Hilbert transform method converts the signal into two real and imaginary parts. Then, it uses the imaginary part that represents the signal phase to detect faults. The Gabor transform method extracts instantaneous frequencies in the time-frequency plane and uses this method to detect faults. In the methods that combine discrete wavelet transform and Hilbert or Gabor transform, high-frequency components are extracted by discrete wavelet transform, and then Hilbert or Gabor transform methods are applied. The spectrogram method also indicates the size of the short-time Fourier transform, which is used to analyze the signal. These signal processing methods are compared in several features, and the discrete wavelet transform method is introduced as the best method for fault detection.

    Keywords: Power Transformer, Fault detection, Discrete Wavelet Transform, Hilbert Transform, Fast Fourier Transform, Gabor Transform, Spectrogram
  • Seyed Amir Hosseini*, Behrooz Taheri Pages 57-69

    Low impedance differential relays are widely used in the protection systems of power transformers. While being highly reliable, differential relays can misidentify the inrush currents generated during the switching of power transformers as faults and issue a tripping command when one is not needed. Therefore, these protection systems need a mechanism to differentiate between inrush currents and faults in order to prevent unnecessary activation. Accordingly, this paper presents a new method based on a group method of data handling (GMDH) neural network for differentiating faults from inrush currents. The proposed method can quickly detect a wide variety of faults that may occur simultaneously with inrush currents and is perfectly noise-resistant. The proposed method is compared with the conventional methods used in the industry, namely second harmonic and zero-crossing methods. The results demonstrate the ability of the proposed method to outperform conventional methods under a wide variety of operating conditions.

    Keywords: Inrush current, Differential relay, Power system protection, Group method of data handling (GMDH)
  • Reza Eslami* Pages 70-81

    Power systems are complex systems that are not easy to understand and analyze. Also, many faults and incidents occur in these systems, many of which are mended without human interference. Meanwhile, electricity companies are responsible for the security of power systems and operators because if any part of the power system acts as an unwanted island, it may be unsafe for grid personnel and may result in serious damages to grid equipment. Therefore, it is important and necessary to identify the parts of the grid, which have become islands, and apply load shedding to abolish these islands. This paper proposes a new approach for load shedding in the islanded microgrid in the presence of distributed generations. Features of the proposed method include high flexibility, speed, and accuracy. The proposed method is simulated by powerful DIgSILENT software, and the simulation results support the capability of the proposed method.

    Keywords: Load shedding, Frequency stability, Islanded microgrid, Multi-objective optimization
  • Mohammad Ali Yavari, Davoud Abootorabi Zarchi*, Alireza Sedighi Anaraki Pages 82-96

    This paper presents a method for detecting the location of partial discharge in medium voltage covered conductor (CC) lines. The use of CCs is increasing day by day due to higher reliability, less susceptibility to climate change, and fewer short circuit faults than overhead lines.  CCs are commonly used in forests.  The lack of rapid failure detection of protection relays when the tree falls on the CC is one of its most important disadvantages. Scratching of CC insulation due to a tree falling on it usually leads to partial discharge (PD), which can lead to short circuit faults in the long run. Because the CC may be installed in an impassable path, it is difficult to detect a tree falling on the CC or the growing foliage colliding with the CC, and if not done promptly, it can lead to a short circuit fault. In this paper, for the first time, while obtaining a three-phase CC model, the falling of a tree on CC is simulated by applying a PD pulse source at the desired location. The proposed method is that first the PD signal is applied at the location of the electrical posts and the waveform obtained at the end of the line is stored and then their FFT is calculated as reference signals. To find the location of an unknown location PD, the signal obtained at the end of the line is saved after eliminating its main component of frequency and noise. Afterward, its FFT is calculated. Then, using the method of maximum correlation of signals, the nearest electric pole to the location of PD is determined. The proposed method was applied in different cases in a sample system, and satisfactory results were obtained.

    Keywords: Covered Conductor, Partial Discharge, Location detection, Maximum Correlation Method, Phase to Ground Capacitor, Covered Conductor Modeling, EMTP
  • Ali Akbar Nazari, Farzad Razavi*, Ahmad Fakharian Pages 97-110

    One of the most important pieces of equipment in power systems is the power transformer. The main task of transformers is to change the voltage level in the system to deliver the generated energy to the final consumers. Power transformers are the main components of power systems because, without them, power transmission from the power plants to the consumers is not practically possible. Therefore, the importance of power transformers makes their protection a crucial issue. Differential relay is the relay most commonly used to protect power transformers throughout the world. Despite their many advantages, these types of relays may operate incorrectly during the magnetizing inrush current of the transformer and cause the healthy transformer to be separated from the power network. Thus, using some appropriate techniques to cope with this problem is necessary for power transformer protection. In a power network, the sampling rate can significantly impact the performance of the protection system. In this case, as the sampling rate increases, the computational complexity also rises. On the other hand, if the sampling rate decreases, it can reduce the accuracy of the protection system. Therefore, this paper presents a new method based on adaptive sampling and Hilbert transform to discriminate between inrush current and internal faults in a power transformer. The proposed method is also capable of detecting sympathetic inrush current. Besides, this method precisely detects various fault types and has an accurate performance when the current transformer is saturated, or the signal is noisy. The proposed method has been tested on a 230/63 kV transformer. The simulation results demonstrate that the proposed method has an appropriate performance during normal and sympathetic inrush currents. In addition, the proposed technique can distinguish between all fault types and

    Keywords: Inrush current, Differential relay, Power system protection, Adaptive sampling
  • Mh Moradi*, Meysam Makari, Mohamad Abedini Pages 111-125

    Optimal reactive power dispatch (ORPD), is one of the most challenging problems of power system operation. This problem deals with both system security and the economy. The problem’s objective functions are usually decreasing the voltage profile deviation of the system, improving the voltage stability margin, and decreasing system loss. ORPD is modeled as an optimization problem with nonlinear functions and constraint and mixed continuous/discrete decision variables. The decision variables are the reactive power of the generators and compensators and the tap number of the transformers. To consider the security of the system, the effect of unscheduled events must be modeled and investigated in the ORPD problem. This type of ORPD is called security constraint ORPD (SC-ORPD). However, the uncertain nature of power systems makes it inevitable to consider them in planning issues. These uncertainties are the source of risk in power grids and must be addressed in planning issues, including ORPD. Risk is the possibility of something bad happening. In other words, risk involves uncertainty about the effects of an activity. Therefore, risk functions include a combination of the probability of an event and its impact. Considering deterministic objective functions (not risk-based ones) in ORPD problems may decrease system economy because most of the events are rare in power system operation. In addition, due to low event probability, the calculated risk may not reflect the true risk that operators and networks are facing. These uncertainties are classified into two categories: technical and economic. Technical uncertainties, which affect the system security, include network topology and operation (like demand and generation) whereas economic uncertainties include micro and macro economies. This paper presents, security-constrained optimal reactive power dispatch by considering the technical uncertainties of power systems. Maximizing the voltage stability margin based on the new voltage instability risk index and minimizing losses are the technical and economic objective functions, respectively. The proposed index is more compatible with practical criteria than existing indicators because it excludes the effect of the low events outage probability of power system components on the risk index. The SPEA-II optimization algorithm is then used to find non-dominant solutions, and finally, the fuzzy decision-maker is used to select the dominant solution. The proposed method is applied to standard 30 IEEE-bus system. The results show, that the proposed algorithm is superior to existing methods and increases the voltage stability margin for postulated contingencies and at the same time reduces operating costs.

    Keywords: SPEA-II optimization, grids, fuzzy decision, uncertainties
  • Mehrnoosh Kamarzarrin, Mohammad Hossein Refan *, Parviz Amiri Pages 126-138

    One of the most common types of wind turbines (WTs) is the Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) with a back-to-back converter. The power converter with an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switch is essential equipment for power regulation and grid connection in WTs. The converter IGBT open-circuit causes a drawback in output current and as a result, the production performance of the turbine is reduced. Condition Monitoring (CM), Fault Diagnostic (FD), and Fault-Tolerant Control (FTC) of a WT increase the reliability and availability of the turbine and are typical methods to reduce energy production costs and WT downtime. The IGBT switch’s open-circuit failure rate is significant compared to the overall fault rate in WTs. This paper discusses IGBT open-circuit FTC in back-to-back DFIG converters. In the proposed structure, the converter switch fault is first diagnosed using a fast and numerical method. In the first part, a method based on normalized phase currents, the absolute of the phase currents, and an adaptive threshold is used. The FTC system can be divided into two classes of redundancy and non-redundancy or into active and inactive classes. In this article, the proposed method is active and non-redundancy. In the second step, the FTC process is activated to compensate for the system degradation. In this method, the faulty leg is removed with the gate opening of both IGBTs in one leg by the controller, and one of the legs is positioned as a common leg between the two grid side and rotor side converters. The conventional method in this structure is to use Pulse Width Modulation (PWM) with a zero sequence signal. The novelty of the paper is the use of the proposed SVM vector control. The proposed structure is inexpensive. Furthermore, the fault diagnostic structure operates without additional sensors and the FTC structure operates with minimal hardware. To evaluate the proposed structure, a 2.5 MW turbine software simulator based on real data is used. The simulations show that the proposed method is effective and robust in FD and FTC and that the proposed method is successful in detecting multiple defects of the grid-side and rotor-side converters, as well as the defects of one leg. The proposed method can compensate for the open switch fault to construct three-phase output currents by comparing the numerical parameters. The ability of the proposed method is specified.

    Keywords: Wind Turbine, DFIG, Fault Detection, Fault Tolerant Control, Back to Back Converter, Non-Redundant Topology