فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال سیزدهم شماره 2 (تابستان 1401)

فصلنامه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال سیزدهم شماره 2 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/13
  • تعداد عناوین: 8
|
  • پدرام قصیری دربنده، محمد اردبیلی*، مهدی علیاری شوره دلی صفحات 1-14
    مغناطیس های دایم، یکی از آسیب پذیرترین و مهم ترین اجزای ماشین های مغناطیس دایم جدیدند که به دلایلی همچون گرمایش بیش از حد و فرسودگی در خطر مغناطیس زدایی قرار دارند. یکی از مهم ترین وظایف مهندسین در صنعت، جلوگیری از بهره برداری ماشین در شرایط مغناطیس زدایی و تا حد امکان تعویض مغناطیس های دایم معیوب ماشین است؛ زیرا بهره برداری در این شرایط باعث کاهش شار دور پیوندی سیم پیچی، کاهش نیروی الکترومغناطیسی تولیدی، افزایش نوسانات نیرو و گرم شدن ناحیه ای در ماشین می شود. در این مقاله، یک راهکار جدید برای شناسایی مغناطیس زدایی در یک ژنراتور سنکرون خطی مغناطیس دایم با استفاده از تبدیل بسته ای موجک با هدف تعیین دقیق محل مغناطیس دایم معیوب ارایه می شود. با بررسی این روش روی موارد مختلف مغناطیس زدایی، مشخص شد این روش از عملکرد مطلوبی در شناسایی برخوردار است. در این روش از سیگنال ولتاژ القایی به عنوان سیگنال شناساگر استفاده شد. همچنین، از نرم افزار اجزای محدود ماکسول برای شبیه سازی ماشین و نرم افزار متلب برای تحلیل داده ها و ارایه روش مذکور بهره برده شد.
    کلیدواژگان: تبدیل بسته ای موجک، ماشین سنکرون مغناطیس دائم، مغناطیس زدایی
  • سعید جورکش، جواد پشتان*، حمیده جعفری صفحات 15-26
    در این مقاله، عملکرد شبکه عصبی در تشخیص و جداسازی وضعیت های موتورالقایی (سالم، عیب حلقه بیرونی یاتاقان، اتصال کوتاه سیم پیچی استاتور و شکستگی میله روتور) با استفاده از ترکیب اطلاعات سیگنال های جریان و ولتاژ پیش پردازش شده با آنالیز مولفه های مستقل بررسی شده است. همچنین، مقاوم بودن روش پیشنهادی در حضور اغتشاشات (نامتعادلی منبع تغذیه و خشک کار کردن پمپ) بررسی شده است. نتایج حاصل از آزمایش نشان می دهند روش ترکیب داده عصبی با قابلیت اطمینان زیادی، عیوب ذکرشده را تشخیص می دهد و نسبت به اغتشاشات موجود، عملکرد مقاومی دارد.
    کلیدواژگان: آنالیز مولفه های مستقل، موتورالقایی، ترکیب داده عصبی، تشخیص و جداسازی عیب
  • حسین قاسمی، رضا محمدی چبنلو* صفحات 27-38
    یکی از راه های بهبود تاب آوری شبکه توزیع، استفاده از ژنراتورهای سیار (MEGs) در شبکه است. این ژنراتورها با قابلیت جابه جایی در شبکه و برق رسانی به قسمت های مختلف، امکان بازیابی بارهای مهم شبکه را افزایش می دهد؛ اما به دلیل سوخت محدود این ژنراتورها، جابه جایی آنها با محدودیت روبه رو خواهد شد که این موضوع باعث کاهش اثربخشی آنها می شود. در این مقاله با در نظر گرفتن این نوع از ژنراتورها و نیز سوخت محدود برای آنها الگوریتمی برای جابه جایی بهینه آنها در طول مدت حادثه ارایه شده است. همچنین، با در نظر گرفتن خودروهای سوخت رسان و برنامه ریزی برای جابه جایی آنها برای تزریق سوخت به این ژنراتورها سعی به کاهش اثر محدودیت سوخت این ژنراتورها شده است. درنهایت، با شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی روی شبکه 33-باس IEEE با در نظر گرفتن بارهای متغیر روزانه، اثربخشی الگوریتم پیشنهادی بر بهبود تاب آوری شبکه توزیع نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: تاب آوری، شبکه توزیع، ژنراتور سیار، بازیابی شبکه
  • صابر فلاحتی، سید عباس طاهر* صفحات 39-49

    سیستم تنظیم خودکار ولتاژ (AVR) یکی از سیستم های بااهمیت در سیستم های قدرت است. در صنعت، بیشتر از کنترل کننده تناسبی انتگرالی (PI) برای کنترل سیستم AVR استفاده می شود؛ با این حال، برای افزایش انعطاف پذیری یا بهبود عملکرد کنترل کننده PI می توان از کنترل کننده های PID مرتبه کسری یا ترکیب آن با کنترل کننده فازی استفاده کرد. در این مقاله، روش جدیدی به منظور کنترل سیستم AVR ارایه شده است. در این روش، کنترل کننده Fuzzy-PID با توابع عضویت بهینه شده برای انجام این امر به کار گرفته شده است. بدین منظور، در ابتدا توابع عضویت کنترل کننده مذکور، ایجاد و سپس توابع عضویت ورودی به همراه بهره های این کنترل کننده بهینه می شوند. برای بهینه سازی از الگوریتم رقابت استعماری استفاده می شود. بهینه سازی ها با توابع هدف مختلفی صورت می گیرد و به منظور مقایسه، شبیه سازی ها با کنترل کننده PID مرتبه کسری (FOPID) بهینه شده نیز انجام می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی ها در همه موارد، عملکرد بهتر کنترل کننده پیشنهادی را نسبت به کنترل کننده FOPID بر حسب زمان نشست، فراجهش، مقدار تابع هدف و حداکثر سیگنال کنترلی نشان می دهند؛ به گونه ای که فراجهش حداقل به مقدار 59%، زمان نشست حداقل به اندازه 33%، سیگنال کنترلی حداقل به میزان 65% و مقدار تابع هدف حداقل به میزان 3% بهبود یافته اند. همچنین، به منظور بررسی میزان مقاوم بودن کنترل کننده پیشنهادی نسبت به عدم قطعیت های موجود در سیستم، شبیه سازی ها با تغییر پارامترهای سیستم نیز انجام شده اند که نتایج حاصل از آن، عملکرد مطلوب کنترل کننده پیشنهادی را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: کنترل کننده Fuzzy-PID، توابع عضویت بهینهشده، سیستم AVR، کنترل کننده FOPID
  • پرویز امیدی بروجنی، سعید اباذری*، محمد مدنی صفحات 51-63

    در این مقاله به تنظیم بهینه رله های اضافه جریان جهتی با استفاده از روش های هوشمند پرداخته شده است؛ البته هنگامی که مسئله دارای چندین تابع هدف با قیود مختلف است. با توجه به قیود خطی و غیرخطی در هماهنگ کردن رله های اضافه جریان جهتی، روش به کاررفته مبتنی بر الگوریتم انتخاب براساس شکل دهی پارتو و با هدف به دست آوردن مقادیر بهینه تنظیم ضریب زمان، تنظیم پیک جریان و نوع منحنی مشخصه رله است. در این مطالعه، به طور هم زمان کاهش زمانی بین عملکرد رله های اصلی و پشتیبان صورت می پذیرد. همچنین، علاوه بر حل یک تابع چندهدفه، بدون نیاز به فاکتورهای وزنی از یک تابع جریمه نیز برای بررسی هماهنگی صحیح رله های اصلی و پشتیبان استفاده شده است. روش پیشنهادی روی دو شبکه استاندارد مختلف اجرا شده که شامل شبکه 3 باسه و شبکه اصلاح شده 14 باسه IEEE است. نتایج به دست آمده کارایی روش به کاررفته و بهینه بودن مقادیر را نسبت به سایر الگوریتم های به کاررفته نشان می دهند.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، تابع چندهدفه، رله های اضافه جریان جهتی، روش های هوشمند، مشخصه رله
  • محمد رضایی، علی اکبر عبدوس*، مهدی فرزین فر صفحات 65-82
    در کابل های فشارقوی به دلیل القای متقابل بین هسته و غلاف و نیز خاصیت خازنی بالای کابل، مکان یابی خطا نسبت به خطوط هوایی پیچیده شده است. با به کارگیری حفاظت دیستانس به منظور حفاظت کابل های فشارقوی AC، امپدانس دیده شده نسبت به مکان خطا دارای رفتار غیرخطی خواهد بود. در این مقاله، مکان یابی خطا با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده ولتاژ و جریان هسته و غلاف در دو طرف کابل و به کمک ماشین یادگیری بی نهایت انجام می گیرد. الگوریتم پیشنهادی قادر به شناسایی روابط غیرخطی و پیچیده بین کمیت های اندازه گیری شده و محل خطا است. در سیستم مطالعه شده ابتدا خطای هسته به غلاف در فواصل مختلف با در نظر گرفتن مقاومت های متعدد در نرم افزار PSCAD/EMTDC شبیه سازی می شود. سپس به منظور آموزش هسته هوشمند الگوریتم پیشنهادی، بردارهای ورودی در شرایط مختلف، استخراج و برای هر کدام، یک خروجی مطلوب متناظر با محل خطا در نظر گرفته می شود. بررسی نتایج به دست آمده از به کارگیری ابزارهای هوشمند مختلف، برتری ماشین یادگیری بی نهایت را نسبت به شبکه های عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان از جهت دقت نتایج و سرعت یادگیری نشان می دهد.
    کلیدواژگان: حفاظت کابل های فشارقوی AC، مکان یابی خطا، ماشین یادگیری بی نهایت
  • امین قاقیش پور، امانگلدی کوچکی*، مسعود رادمهر صفحات 83-101

    در این مقاله، یک روش هوشمند به منظور تخمین آنلاین حد پایداری ولتاژ (VSM) براساس سیستم فازی - عصبی تطبیقی (ANFIS) بهینه شده ارایه شده است. الگوریتم بهینه سازی شاهین هریس (HHOA) به عنوان الگوریتم آموزش ANFIS استفاده شده است و روش مرسوم تبدیل موجک نیز به عنوان تکنیک استخراج ویژگی روی پروفیل ولتاژ شبکه اعمال خواهد شد. مشخصه های بارگذاری سیستم به عنوان ویژگی های اولیه به منظور تخمین VSM به کار می روند؛ به دلیل اینکه حاوی اطلاعات لازم درباره ساختار شبکه، سطوح بار، الگوی تولید و عملکرد سیستم کنترلی در شبکه است. به کمک تکنیک تبدیل موجک با قدرت تفکیک بالا (MRWT)، ویژگی های لازم برای ورود به بلوک ANFIS استخراج می شوند؛ اما به دلیل تنوع و تعدد این ویژگی ها به خصوص در شبکه های بزرگ، روش تحلیل مولفه اساسی (PCA) با هدف انتخاب ویژگی های غالب به کار خواهد رفت که بیشترین تاثیر را بر پایداری شبکه دارند. ویژگی این الگوریتم ترکیبی این است که می توان از آن، هم در شرایط دینامیکی و هم در شرایط استاتیکی شبکه استفاده کرد. درنهایت، الگوریتم پیشنهادی روی سیستم های تست 39 و 118 باس IEEE، پیاده سازی و نتایج آن ارزیابی شده است. مقایسه نتایج با مدل های مشابه تخمین VSM، نشان دهنده اثربخشی مدل پیشنهادی برای شبکه های قدرت بزرگ است.

    کلیدواژگان: تخمین آنلاین حد پایداری ولتاژ، سیستم استنتاج فازی - عصبی تطبیقی، الگوریتم بهینه سازی شاهین هریس، تبدیل موجک مبتنی بر تحلیل مولفه اساسی
  • ایمان بهادرنژاد، مجید معظمی، غضنفر شاهقلیان*، بهادر فانی، مهناز هاشمی صفحات 103-114
    پیش بینی بار مسکونی نقش مهمی در مدیریت و برنامه ریزی در شبکه های هوشمند مدرن دارد. در برنامه ریزی برای متعادل نگه داشتن تقاضا و تولید توان، لازم است پیش بینی دقیقی از بار مناطق مسکونی انجام شود. در این مقاله، یک روش پیش بینی میان مدت بار مسکونی مبتنی بر انتخاب ویژگی برای حل مسئله رگرسیون خطی ارایه شده است؛ به این ترتیب که برای انتخاب ویژگی به منظور انجام رگرسیون، از روش تحلیل اجزای مجاور استفاده می شود. بنابراین، یک مسئله بهینه سازی طرح شده است؛ مسئله مذکور با استفاده از الگوریتم حافظه محدود BFGS (LBFGS) حل می شود. مجموعه داده های AMPds2 برای اجرای روش پیشنهادی استفاده شد و نتایج به دست آمده با نتایج شش روش پیش بینی دیگر مقایسه شدند. مقایسه ازطریق شاخص های میانگین مربعات خطا، جذر میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق درصد خطا انجام شد و نتایج شبیه سازی موثربودن روش پیشنهادی را برای پیش بینی دقیق بار مسکونی تایید کردند.
    کلیدواژگان: پیش بینی میان مدت، تحلیل اجزای مجاور، الگوریتم LBFGS، میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق درصد
|
  • Pedram Quseiri Darbandeh, Mohammad Ardebili *, Mahdi Aliyari Shoorehdeli Pages 1-14
    Permanent Magnets (PM), which are one of the most vulnerable and important components of permanent magnet machines, are at risk of demagnetization for reasons such as overheating and corrosion. One of the most critical tasks of engineers in the industry is to prevent the machine's operation in the demagnetization condition and replace the machine's defective PMs as much as possible. Demagnetization causes linkage flux reduction, electromagnetic force changes, and machine heating. This paper presents a new approach for demagnetized PM diagnosis in a permanent magnet linear synchronous machine using wavelet packet transform. Due to the high sensitivity to the flux changes, the electromotive force signal was selected as a detection signal.By examining this method in different demagnetization cases, it is determined that this method has a proper performance. In this paper, the finite element software (Maxwell) and MATLAB were used to simulate the machine and analyze the data, respectively.
    Keywords: Wavelet Packet Transform, Permanent Magnet, Demagnetization, linear Synchronous machine
  • Saeid Jorkesh, Javad Poshtan *, Hamideh Jafari Pages 15-26
    In this paper, the performance of the neural network in diagnosing an induction motor situations (safe, bearing outer race, broken rotor bar and stator short circuit faults) has been evaluated using fusion ofthe pre-processed-current-and-voltage-signals information. Moreover, the robustness of the proposed approach is evaluated against the unbalanced power source and dry running of the electro-pump. Results indicate that the proposed neural data fusion has better reliability in this fault detection application, also provides more robust behavior.
    Keywords: Independent Component Analysis, induction motor, Neural data fusion, fault detection, diagnosis
  • Hossein Ghasemi, Reza Mohammadi Chabanloo * Pages 27-38
    One way to improve the distribution network resilience is to use mobile generators (MEGs) in the network. Such generators with the ability to move in the network and supply power to different parts increase the possibility of supplying important loads. However, due to the limited fuel of these generators, their movement will be limited, which will reduce their efficiency. Therefore, in this paper, considering this type of generators and also their limited fuel, an algorithm for their optimal displacement during the disaster is presented. Also, by considering fueling vehicles and planning to move them to inject fuel into these generators, an attempt has been made to reduce the effect of fuel restrictions on these generators. Finally, by simulating the proposed algorithm on the IEEE 33-bus network, taking into account the daily variable loads, the effectiveness of the proposed algorithm on improving the resilience of the distribution network is shown.
    Keywords: Network Restoration, Mobile Generator, Distribution system, resiliency
  • Saber Falahati, Seyed Abbas Taher * Pages 39-49

    The Automatic Voltage Regulator (AVR) system is one of the important systems in power grids. Proportional – Integral (PI) controller is usually used in industries to control the AVR system. However, to increase the flexibility or improving the performance of the PI controller, fractional order PID (FOPID) or combined PID and fuzzy controllers can be used. A new method for the control of AVR has been proposed in this paper. For this purpose, a Fuzzy-PID controller with optimized membership functions has been employed. Input membership functions along with gains of Fuzzy-PID controller have been optimized with imperialist competitive algorithm (ICA) to control the AVR system. Optimizations have been done with various fitness functions. To compare, simulations have been carried out by optimized fractional order PID (FOPID) controller, too. Results of simulations have illustrated that the proposed controller has better performance compared to the FOPID controller according to settling time, overshoot, fitness function and the maximum of control signal values in all cases in such a way  that the minimum improvement of overshoot, settling time, the maximum value of control signal, and fitness function value have improved 59%, 33%, 65%, and 3%, respectively. Moreover, to verify the robustness of the proposed controller to system uncertainties, simulations have been carried out by changing the parameters of the system. Results of simulations have shown the perfect performance of the proposed controller.

    Keywords: Fuzzy-PID controller, Optimized membership functions, FOPID controller, AVR system
  • Parviz Omidi Brojeni, Saeed Abazari *, Mohammad Madani Pages 51-63

    This paper deals with the optimal set of directional overcurrent relays using intelligent methods when the problem has multi-objective functions with different constraints. Due to the linear and nonlinear constraints in the coordination of the directional overcurrent relays, the method used is based on Pareto Envelope-based Selection Algorithm to obtain optimal values of plug setting, time multiplier setting, and relay characteristic curve by considering all governing constraints setting parameters of the network primary and backup relays. In this study, there is a simultaneous time reduction between the performance of the main and backup relays. Besides, in this method, while solving a multi-objective function without the need for weight factors, a penalty function is used to check the correct coordination of the primary and backup relays. The proposed method is implemented in two different standard networks, i.e. 3-bus and modified IEEE 14-bus networks. The results show the efficiency of the method used and the optimality of the values compared to other algorithms.

    Keywords: Optimization, Multi-objective function, Directional overcurrent relays, Intelligent methods, Relay characteristic
  • Mohammad Rezaee, Aliakbar Abdoos *, Mehdi Farzinfar Pages 65-82
    In high voltage cables, due to the mutual induction between the core and the sheath as well as the high capacitance of the cable, the fault location in alternative current (AC) cable is more complicated than the head transmission line. By using distance protection scheme for AC transmission line, the seen impedance by the relay has a nonlinear behavior with respect to fault location. In this paper, with the help of extreme learning machine (ELM), the fault locating algorithm is implemented by using the measured values of voltage and current of core and sheath on both sides of the cable. The proposed algorithm can detect the non-linear and complicated relations between measured quantities and fault location. In the system under study, at first, the core to sheath faults are simulated in the PSCAD/EMTDC software considering different fault resistances and different fault distances. Then, in order to train the intelligent core of the proposed method, input vectors are extracted for different conditions and a desirable output is considered corresponding to the fault distance. Examination of the results obtained from the use of various intelligent tools shows the superiority of the ELM over the ANN and SVM in terms of accuracy of and learning speed.
    Keywords: High Voltage AC Cable Protection, Fault Location, Extreme Learning Machine
  • Amin Ghaghishpour, Amangaldi Koochaki *, Masoud Radmehr Pages 83-101

    This paper presents an intelligent method for online voltage stability margin (VSM) assessment using optimized adaptive ANFIS. Harris Hawks Optimization Algorithm (HHOA) is used to train the ANFIS and conventional wavelet transform (WT) is also  applied as a feature extraction technique on the network voltage profile. The network voltage profile is used as the main data to estimate VSM because it contains the necessary information about the network structure, load levels, production pattern, and control system performance in the network. Using wavelet transform technique with high resolution, the necessary features for entering the ANFIS block are extracted, but due to the variety and multiplicity of these features, especially for large networks, the Principal Component Analysis (PCA) method is used to select the appropriate features and remove additional data. The characteristic of this hybrid algorithm is that it can be used both in dynamic and static conditions of the network. Finally, the proposed VSM estimation algorithm is applied to the 39-bus and 118-bus IEEE test systems, and its results are evaluated. The comparison of the results with other VSM methods shows that the proposed algorithm is effective for large power grids.

    Keywords: Online Voltage Stability assessment, Adaptive neuro-fuzzy inference system, Harris hawks Optimization Algorithm, Wavelet Transform Based on Principal Component Analysis
  • Iman Bahadornejad, Majid Moazzami, Ghazanfar Shahgholian *, Bahador Fani, Mahnaz Hashemi Pages 103-114
    Residential load forecasting plays an important role in management and planning in modern smart grids. In planning to keep demand and supply balanced, accurate residential load forecasting is needed. This paper presents a mid-term residential load forecasting method based on feature selection for solving the linear regression problem. Utilization of neighborhood component analysis Method is proposed in this paper. For this purpose, an optimization problem is designed and the problem is solved using LBFGS algorithm. The AMPds2 dataset is used to implement the proposed method and the results were compared with the results of the other six forecasting methods. Comparisons were made by means of mean squared error, root mean squared error, and mean absolute percentage error. The simulation results confirm the effectiveness of the proposed method for accurate residential load forecasting.
    Keywords: Mid-Term Forecasting, Neighborhood Component Analysis, LBFGS Algorithm, Mean Squared Error, mean absolute percentage error