فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 56 (زمستان 1402)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 56 (زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/28
  • تعداد عناوین: 10
|
  • محمدداود سعیدی، مجید معظمی* صفحات 1-20

    پیش بینی میان- مدت بار الکتریکی اغلب برای برنامه ریزی عملیات نیروگاه های حرارتی و آبی، زمان بندی بهینه برای بازرسی و تعمیرات و نگهداری نیروگاه ها و شبکه برق استفاده می شود. در این مقاله یک روش ترکیبی با استفاده از تبدیل موجک و ماشین یادگیری شدید مقاوم به داده های خارج از محدوده، برای پیش بینی بلند مدت بار ارایه شده است. داده های بار و دمای ساعتی، از پایگاه داده GEFCOM 2014 استخراج شده و به دو دسته آموزش و آزمایش تقسیم شده است. از تبدیل موجک یک سطحی برای تجزیه داده ها به منظور استخراج ویژگی ها و کاهش ابعاد ماتریس داده ها استفاده می شود. دو دسته مقادیر مولفه های فرکانس پایین (تقریب) و مقادیر مولفه های فرکانس بالا (جزییات) حاصل از تجزیه جهت آموزش و پیش بینی به مدل وارد شده و خروجی‏ مقادیر پایین با خروجی مقادیر بالای مدل جمع می‏شود تا پیش‏بینی نهایی را تشکیل دهد. جهت سنجش و مقایسه دقت و کارایی روش پیشنهادی، اعمال تبدیل موجک روی داده ها، برای سه مدل دیگر ماشین یادگیری شدید انجام گردیده است. همچنین داده ها بدون اعمال تبدیل موجک به چهار مدل پیش بینی دیگر نیز وارد شده و نتایج پیش بینی حاصل با روش پیشنهادی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج ارزیابی فوق نشان می دهد که تبدیل موجک و ماشین یادگیری شدید مقاوم به داده های خارج محدوده باعث بهبود دقت پیش بینی می گردد و مقدار میانگین درصد خطای مطلق به عدد 0966/3 کاهش یافته است. مقدار خطای کلی محاسبه شده روش پیشنهادی بهترین نتیجه در بین سایر مدل های ماشین یادگیری شدید و روش های بدون پیش پردازش بوده است. خطای فوق بر مبنای مقدار میانگین درصد خطای مطلق به ترتیب 4208/0 نسبت به مدل ماشین یادگیری شدید اصلی، 1194/0 نسبت به مدل تنظیم شده و 1353/0 نسبت به مدل تنظیم شده و وزن دار، کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: بهبود دقت پیش بینی، پیش پردازش، پیش بینی بلند مدت بار، تبدیل موجک، ماشین یادگیری شدید، میانگین درصد خطای مطلق
  • سعید سوری، حسین محمدنژاد شورکائی*، سودابه سلیمانی، سید بابک مظفری صفحات 21-42

     از آنجایی که ادغام منابع فتوولتاییک (PV) خورشیدی در شبکه توزیع فشار ضعیف در سال های اخیر به سرعت رو به افزایش است، استفاده از قابلیت اینورترهای منابع فتوولتاییک می تواند فرصتی برای بهبود شاخص های فنی و اقتصادی از طریق مدیریت توان راکتیو در شبکه های توزیع ولتاژ پایین باشد. این مقاله جهت بهبود افت ولتاژ و افزایش درآمد ناشی از فروش برق، با استفاده از قابلیت اینورتر PV و خازن ثابت، مدل بهینه ای برای مدیریت توان راکتیو پیشنهاد می کند. در این روش ظرفیت بهینه اینورتر PV همزمان با مکان و تعداد خازن ثابت مشخص می شود تا سرمایه گذاری برای اینورتر PV، خازن ثابت و هزینه عملیاتی حداقل و درآمد فروش برق حداکثر گردد. در این راستا، طول عمر و هزینه اضافه ظرفیت اینورتر PV، جهت ارزیابی فنی و اقتصادی سالانه لحاظ می گردد. در این مطالعه معادلات پخش بار همراه با محدودیت های فنی در یک مدل برنامه ریزی مخروطی مرتبه دوم ادغام شده اند. دو شبکه توزیع فشار ضعیف با دیتاهای واقعی و با استفاده (کدنویسی) از نرم افزار متلب به منظور نشان دادن اثر بخشی مدل پیشنهادی شبیه سازی شده است. مقایسه روش پیشنهادی مدیریت توان راکتیو با روش های مرسوم، تغیرات قابل توجه مطلوبی، برای سرمایه گذاری، هزینه تلفات انرژی، بهبود شاخص انحراف ولتاژ و درآمد فروش برق را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: اینورتر فتوولتائیک، توان راکتیو، خازن، شبکه های توزیع
  • امید ایزدی قهفرخی، مزدا معطری*، احمد فروزان تبار صفحات 43-58

    مدل سازی بار یکی از وظایف ضروری در مطالعات سیستم های قدرت محسوب می شوند. با توسعه سیستم های قدرت این مسیله بیش از پیش پیچیده تر شده است. روش های پیشین مدل سازی بار دارای عیوب اساسی مانند الف) حساسیت بالا به نویز، ب) عدم لحاظ همگرایی بارهای الکتریکی در یک شبکه، ج) وابستگی به مدل ریاضی، د) بار محاسباتی بالا و ه) وابستگی به اندازه گیری محلی هستند. برای رفع این مشکلات، در این مقاله یک ساختار مبتنی بر یادگیری عمیق توسعه داده شده است که قادر به شناسایی تعداد زیادی از پارامترهای بار به صورت همزمان با سرعت و دقت مطلوب است. ساختار طراحی شده قادر به درک کامل ویژگی های زمانی بر مبنای یک ساختار حافظه دار بازگشتی است. همچنین، برای تخمین تعداد متغیرهای زیاد یک روش اختصاص دهی وزن برای این مدل توسعه داده شده است. نهایتا، یک تابع تلفات فرمول بندی شده است تا مقاوم بودن ساختار در برابر با نویز را افزایش دهد. مطالعات عددی بر روی شبکه 68-شینه IEEE موثر بودن و برتری روش پیشنهادی را در مقایسه با تعدادی از روش های کم -عمق و عمیق را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: تابع تلفات، ساختار یادگیری عمیق چند متغیره، سیستم اندازه گیری گسترده، شبکه بازگشتی حافظه دار، مدل سازی بار
  • مهدی افروزه، حمیدرضا عبدالمحمدی*، محمداسماعیل نظری صفحات 59-76
    در این مقاله نسخه جهش یافته دینامیکی الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری برای حل مسیله پخش بار اقتصادی- زیست محیطی سیستم قدرت استاندارد 40 واحدی به همراه دو مزرعه بادی پیشنهاد شده است. لذا تابع هدفی جامع از هزینه های بهره برداری که ترکیبی از هزینه های مستقیم انرژی باد، هزینه جریمه تخمین بیش از حد، هزینه جریمه تخمین کمتر از حد، هزینه واحد حرارتی و هزینه آلایندگی، ارایه شده است. با توجه به ماهیت تصادفی سرعت باد توان تولیدی توسط توربین های بادی غیرقابل پیش بینی است، بنابراین از تابع توزیع احتمال ویبول برای مدل سازی توان مزرعه های باد در این مقاله استفاده شده است. هزینه بهره برداری مزرعه بادی به صورت احتمالاتی در نظر گرفته شده است تا سناریوهای باد با احتمال پایین تاثیر کمتری در هزینه نهایی داشته باشند. شبیه سازی ها در قالب سه بخش انجام شده است و به منظور اعتبارسنجی با مرجع های دیگر مورد مقایسه واقع شده است. نتایج حاصل شده از بهینه سازی ها در هر سه سناریو و مقایسه آن با الگوریتم های هوشمند تاییدی بر عملکرد بهتر و دقت بالاتر الگوریتم پیشنهادی نسبت به نسخه اصلی الگوریتم گرگ خاکستری و همچنین سایر الگوریتم ها دارد.
    کلیدواژگان: اثر شیر بخار، توزیع اقتصادی زیست محیطی، الگوریتم گرگ خاکستری جهش یافته، مزرعه های بادی
  • حسن کشاورز زیارانی، سید حسین حسینیان، احمد فخاریان* صفحات 77-96
    خودترمیمی ضروری ترین ویژگی جهت بازیابی شبکه توزیع هوشمند در هنگام بروز خطا است. جزیره سازی منطقه دچار خطا را می توان هم به صورت آفلاین و هم به صورت آنلاین انجام داد. با استفاده از روش جزیره سازی آنلاین برای بازیابی سرویس در منطقه خطادار، می توان مرز ریزشبکه های جزیره ای و تعداد ریزشبکه ها را به صورت بهینه، حین وقوع خطا تعیین نمود. در این مطالعه، یک روش ریاضی دو مرحله ای جدید جهت بازیابی خودترمیمی هنگام وقوع خطا ارایه شده است. در لایه اول آرایش بهینه سیستم در ناحیه دچارخطا، توسط یک مدل ریاضی جدید تعیین می شود. سپس در لایه دوم مسیله مشارکت واحدها در سیستم توزیع هوشمند حل می شود. کاهش یا قطع بار برنامه ریزی مجدد منابع تولید پراکنده غیرقابل توزیع و برنامه ریزی بهینه سیستم های ذخیره ساز انرژی تعیین می شوند. زمان اجرای کم و راه حل بهینه از مهم ترین مزایای طرح پیشنهادی است. ابزارهایی مانند کاهش هوشمند بار و برنامه های پاسخ گویی به تقاضا نیز جهت بازیابی بهینه سیستم استفاده شده است. سیستم توزیع 33 شینه IEEE برای اعتبارسنجی روش پیشنهادی استفاده می شود. نتایج مطالعات موردی اثربخشی روش پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: برنامه های پاسخ گویی به تقاضا، خودترمیمی، ریزشبکه جزیره ای، مشارکت واحد
  • ابوالفضل بیاتیان، امیر احمری نژاد* صفحات 97-118
    در این مقاله یک چارچوب سه مرحله ای مبتنی بر سناریو برای تعیین استراتژی بهینه و برنامه ریزی ریزشبکه های قرار گرفته در یک سیستم توزیع 118 شینه ارایه شده است. عدم قطعیت های منابع تجدیدپذیر، تقاضای بار و برنامه شارژ/دشارژ خودروهای الکتریکی در نظر گرفته شده است. برای ارتقای انعطاف در برنامه ریزی، بهره بردار قادر خواهد بود تا از طریق بازآرایی سیستم توزیع مسیر شارش توان را تغییر دهد. همچنین در مدل پیشنهادی مشترکین قادر به کاهش هزینه های خود از طریق مشارکت در یک برنامه پاسخگویی تقاضا هستند. در مرحله اول مدل پیشنهادی، استراتژی پیشنهادی ریزشبکه ها تعیین می شود. در مرحله دوم قیمت تسویه بازار توسط بهره بردار مستقل سیستم و با توجه به پیشنهادات ارسالی مشخص می گردد. در نهایت، در مرحله سوم مسیله برنامه ریزی نهایی ریزشبکه ها توسط یک روش تیوری بازی مشارکتی حل می شود. مدل پیشنهادی توسط حل کننده CPLEX در نرم افزار گمز حل شده و نتایج نشان می دهند که توپولوژی دینامیک انعطاف برنامه ریزی را ارتقا داده و از این طریق منجر به کاهش حدود 10 درصدی هزینه بهره برداری کل شده است. همچنین نتایج نشان می دهند که هماهنگی خودروهای الکتریکی با برنامه ریزی، حضور سیستم های ذخیره ساز و اجرای برنامه پاسخگویی تقاضا منجر به کاهش چشمگیر سطح قیمت تسویه بازار و در نتیجه کاهش هزینه های بهره برداری می شود.
    کلیدواژگان: استراتژی پیشنهادی بهینه، برنامه ریزی ریزشبکه ها، برنامه های پاسخگویی تقاضا، خودروهای الکتریکی، روش تئوری بازی مشارکتی، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • صادق رضایی، محسن پارسا* صفحات 119-130
    کنترل متغیرهای حیاتی در افراد بیمار که سیستم کنترل طبیعی آن ها به دلایلی با مشکل مواجه شده، امری ضروری است. یکی از این متغیرهای حیاتی سطح گلوکز خون است و متاسفانه در افرادی که دچار بیماری دیابت (بیماری قند خون) هستند تنظیم سطح گلوکز خون به درستی صورت نمی گیرد. در جهت جبران این فقدان، در سال های گذشته تحقیقات و تلاش های متعددی جهت ساخت و بهبود عملکرد پانکراس مصنوعی به جهت کنترل قند خون انجام گرفته است. وجود عواملی مانند نامعینی های متعدد که ناشی از تفاوت های فیزیولوژیکی در اشخاص، فعالیت های گوناگون در طول روز، اثرگذاری با تاخیر کربوهیدرات ها در میزان قند خون بدن، استرس و ورزش، کنترل پانکراس مصنوعی را به موضوعی پر چالش تبدیل کرده است.  اما یکی از چالش های مهم در این حوزه که کمتر در تاریخچه به آن پرداخته شده است، وجود محدودیت در دز مجاز تزریق انسولین در پانکراس مصنوعی برای بیماران دیابت نوع یک است. از سویی تزریق دز بالا می تواند مشکلاتی مانند هایپرگلیسمی را در بیماران به وجود آورد و از سوی دیگر تزریق دز منفی انسولین بی معنا است. در این مقاله پس از انتخاب مدل برگمن و در نظر گرفتن وجود اشباع نامتقارن در عملگر، از روش کنترل گام به عقب و تلفیق آن با تکنیک تطبیقی برای بهبود عملکرد کنترل کننده استفاده شده و پایداری سیستم حلقه بسته تضمین می گردد. در انتها با کمک نتایج شبیه سازی نشان داده می شود که با وجود اغتشاش پله ای بزرگ، دز انسولین تزریقی در محدوده مجاز بین صفر تا 20 میلی واحد بر دقیقه باقی مانده و سطح گلوکوز خون از محدوده مناسب 130 میلی گرم بر دسی لیتر فراتر نمی رود.
    کلیدواژگان: اشباع نامتقارن محرک، پانکراس مصنوعی، کنترل تطبیقی شبکه عصبی، مدل برگمن
  • سمیه پیرزادی، محمدعلی پورمینا*، سید مصطفی صفوی همامی صفحات 131-150
    با توجه به اینکه کاهش تاخیر در دریافت اطلاعات در شبکه های بی سیم گسسته در شرایط بحرانی حایز اهمیت است، جهت سرعت بخشیدن به انتقال پیام ها در شبکه های اقتضایی گسسته، پروتکل مسیریابی ترکیبی با رویکرد ذخیره و حمل به جلو در معماری شبکه مبتنی بر جعبه پرتاب با توجه به جنبه هایی مانند پیش بینی رله مناسب و مدیریت موثر بافر در این مقاله ارایه شده است. به منظور حفظ حداکثر نرخ انتقال موفق و کاهش زمان انتقال اطلاعات در معیارهای انتخاب گره رله علاوه بر در نظر گرفتن سوابق گره ها، تاثیر سه عامل مختلف تاخیر مبدا به مقصد، فضای بافر در دسترس گره ها و همچنین اطلاعاتی مانند متوسط سرعت و جهت حرکت گره ها در نظر گرفته شده است. همچنین با به کار بردن الگوریتم شبیه سازی تبرید از هوش مصنوعی در انجام مسیریابی بهینه استفاده می شود. جهت مطالعه عملکرد مدل ارایه شده معیارهای عملکرد مشترک مهمی مانند متوسط تاخیر، نسبت تحویل، تعداد پیام های از دست رفته و سربار شبکه مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش مسیریابی پیشنهادی نسبت به سایر روش های مسیریابی علاوه بر حفظ حداکثر انتقال از تاخیر دریافت کمتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: تاخیر تحویل، شبکه اقتضایی متحرک، شبکه تحمل پذیر اختلال یا تاخیر، شبکه های مبتنی بر جعبه پرتاب، الگوریتم شبیه سازی تبرید، مسیریابی ترکیبی
  • سید احسان مسئله گو، علی سلیمانی* صفحات 151-168
    وجود ارتعاشات در جعبه دنده از ویژگی های ذاتی آنها است زیرا ماهیت و ذات درگیری چرخ دنده ها در جعبه دنده به دلیل ضربه موجود حین درگیری دندانه ها، تولید ارتعاشات می کند. این ارتعاشات اجتناب ناپذیر در حالت هایی باعث اختلال در کار جعبه دنده می شود، بنا بر این در تحلیل عملکرد جعبه دنده ها و بهینه سازی آن ها، تحلیل های ارتعاشی بسیار مهم و کارآمد هستند. جعبه دنده سیاره ای از یک چرخ دنده اصلی خورشید به عنوان محرک که در مرکز قرار دارد، چند چرخ دنده سیاره به دور آن، یک چرخ دنده حلقه ای که این مجموعه درون آن می چرخند و یک بازو که به چرخ دنده های سیاره ای متصل است و کار را به عنوان خروجی برای جعبه دنده سیاره ای انجام می دهد تشکیل شده است.در این مقاله ابتدا رابطه های ارتعاشی مورد نظر در جعبه دنده سیاره ای بیان شده است. سپس اعمال رابطه های حاکم بر موتور الکتریکی در نرم افزار متلب بررسی شده و مدل ارتعاشی کوپل موتور-جعبه دنده سیاره ای به منظور مشاهده و تحلیل اثر متقابل موتور الکتریکی و جعبه دنده سیاره ای شبیه سازی شده است. نمودار ها و تحلیل های فرکانسی استخراج شده و نشان داده شد که فرکانس های مجموعه قابل قبول هستند. مدل سازی دینامیکی و تحلیل در نرم افزار آباکوس جهت استخراج سختی درگیری متغیر با زمان بین دندانه های دو چرخ دنده درگیر در جعبه دنده سیاره ای انجام شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، جعبه دنده سیاره ای، خطای انتقال، سختی درگیری، طیف فرکانسی
  • محمدرضا جبارپور*، علی محمد صغیری صفحات 169-194

    در سال های اخیر، توجه به انرژی های تجدیدپذیر و تولید پراکنده به دلیل افزایش تقاضای انرژی و آلودگی های زیست محیطی، افزایش یافته است. به همین علت در ساختار جدید شبکه قدرت، مصرف کنندگان می توانند نقش تولیدکننده هم داشته باشند. با توجه به این که تعداد تولید/مصرف کنندگان در این ساختار بسیار بیشتر از شبکه های قدرت سنتی است، نیاز به بستری امن، شفاف، سریع و مقیاس پذیر برای تبادلات انرژی به شدت احساس می شود. فناوری بلاکچین با توجه به خصوصیات منحصربفردش می تواند چنین بستری را فراهم کند. با این که پلتفرم های مبتنی بر بلاکچین زیادی در کشورهای مختلف در حوزه انرژی ارایه شده است، اما در ایران چنین پلتفرمی وجود ندارد. بنابراین هدف اصلی این مقاله طراحی و پیاده سازی پایلوت پلتفرم بومی مبادله انرژی همتا به همتای مبتنی بر بلاکچین با در نظر گرفتن شرایط خاص شبکه برق ایران است. معماری کلان پلتفرم براساس مفهوم حداقل محصول قابل عرضه (MVP) با درنظر گرفتن نیازهای عملکردی و غیرعملکردی در قالب نمودارهای زبان مدل سازی یکپارچه (UML) طراحی شده است. پایلوت پلتفرم پیشنهادی در قالب 4 عنصر اصلی شامل قرارداد هوشمند، رابط کاربری، پلتفرم بلاکچین، پایگاه داده بلاکچینی و غیربلاکچینی پیاده سازی شده و با استفاده از سناریوهای مختلف مورد ارزیابی و آزمون قرار گرفته است. این آزمون ها عمدتا شامل آزمون واحد و آزمون یک پارچگی هستند که با موفقیت بر روی پلتفرم انجام شده اند. این پلتفرم برای اولین بار در کشور مطابق با پروتکل اتریوم و بر مبنای معماری میکروسرویس طراحی و پیاده سازی شده است. این پلتفرم علاوه بر امکان ادغام با سامانه های مبتنی بر اتریوم، به واسطه طراحی ماژولار دارای قابلیت توسعه پذیری است.

    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، بلاکچین، توکن انرژی، صنعت برق، قرارداد هوشمند، مبادله انرژی همتا به همتا، مدیریت انرژی
|
  • Mohammad Davoud Saeidi, Majid Moazzami * Pages 1-20

    Electrical load forecasting is the prediction of future demands based on various data and factors containing different consumptions on weekdays, electricity prices and weather conditions that are different for societies and places. Generally, medium-term electrical load forecasting is often used for the operation of thermal and hydropower plants, optimal time planning for maintenance of power plants and the power grids. However, long-term electrical load forecasting is used to manage on-time future demands and generation, transmission and distribution expansion planning. In this paper, a hybrid long-term load forecasting approach using wavelet transform and an outlier robust extreme learning machine is proposed. Hourly load and temperature data were extracted from the GEFCOM 2014 database and divided into two classes of training and test. The one-level wavelet transform is used to decompose data to extract properties and reduce the dimensions of the data matrix. Decomposed low-frequency component (approximations) and high-frequency component values (details) from wavelet analysis are entered into the model for training and forecasting. For comparison accuracy of the proposed method, wavelet transform is applied to the data for the other three extreme learning machines. Also data without wavelet transform entered into four other forecasting models and the load forecasting results are compared with the proposed method. The results of the above mentioned evaluation show that electrical load forecasting by using wavelet transform and outlier robust extreme learning machine improves forecasting accuracy and the MAPE reduces to 3.0966. The overall calculated error by the proposed method was the best result obtained between the three several models of extreme learning machines and without preprocessing model. The MAPE is 0.4208 less than the ELM, 0.944 less than the RELM, and 0.1353 less than the WRELM model, respectively.

    Keywords: Extreme learning machine, Improve forecast accuracy, Preprocessing, Long-term load forecasting, mean absolute percentage error, Wavelet Transform
  • Saeed Souri, Hosein Mohammadnezhad Shourkaei *, Soudabeh Soleimani, Seyed Babak Mozafari Pages 21-42

    Since integration of solar photovoltaic (PV) sources into the power grid is increasing rapidly in recent years, the capability of photovoltaic source inverters can be an opportunity to improve the technical and economic indicators via reactive power management in low voltage distribution networks grids. This work proposes an optimal planning model to improve the voltage deviation index and increase the revenue sale electricity with the capability of PV inverters and fixed capacitors. In this regard, the optimal capacity of the PV inverter is determined simultaneously with the location and number of fixed capacitors to minimize investment (for PV inverter, fixed capacitor, operating cost) and maximize electricity sales revenue. For this purpose, an innovative model is presented that is able to calculate the annual technical-economic evaluation. To make the costs for investment, operation and maintenance of compensating devices more realistic, the lifespan and additional cost of inverter oversizing in the objective function are modelled. In this article, load flow equations along with technical constraints are integrated into a mixed-integer second-order conic programming model. Two real grids were simulated using MATLAB software in order to show the effectiveness of the proposed model. The comparison of the proposed RPM method with conventional methods confirmed considerable reduction of investment and energy losses in the low voltage distribution networks grids.

    Keywords: Capacitor, distribution grids, photovoltaic inverter, reactive power
  • Omid Izadi Ghaforkhi, Mazda Moattari *, Ahmad Forouzantabar Pages 43-58

    Electrical load modeling has been considered an essential task in power system studies. With the recent development of power systems, load modeling is becoming more and more challenging. The previous methods on load modeling are suffered from: i) high sensitivity to noise; ii) neglecting the load correlation in a power system, iii) high computational burden, and iv) dependency on the local measurement devices. To address these problems, this paper develops a deep neural network-based structure that can identify a large number of parameters simultaneously with fast performance as well as high accuracy. The designed network can fully understand the temporal features using a gated recurrent neural network-based structure. Furthermore, to provide the ability to estimate a large number of load parameters, a technique to assign the learning weight has been developed. Consequ ently, to enhance the robustness of the designed network considering noisy conditions, a loss function has been developed in this paper. The numerical results on the IEEE 68-bus system demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed network in comparison with several shallow-based and deep-based structures.

    Keywords: gated recurrent network, Load modeling, loss function, multi-variant deep learning, wide-area measurement system
  • Mahdi Afroozeh, Hamidreza Abdalmohammadi *, Mohammad-Esmaeil Nazari Pages 59-76
    In this paper, a dynamic mutant version of the gray wolf optimization algorithm (MGWO) is proposed to solve the economic-environmental dispatch (E-ED) problem of a standard 40-unit power system with two wind farms. Thus, a comprehensive objective function of operating costs is presented, which is a combination of wind energy costs, over-estimated penalty costs, under-estimated penalty costs, thermal unit costs and emission costs. Due to the random nature of wind speed, the power generated by wind turbines is unpredictable. Therefore, the Weibull probability distribution function has been used to model the wind farm power in this paper. The cost of operating a wind farm is considered probabilistic so that low-probability wind scenarios have less effect on the total operation cost. The simulations are performed in the form of three section and the optimization results are compared with several meta-heuristic algorithm results for validation. The results of the optimizations in all three scenarios and its comparison with other algorithms confirm the better performance and higher accuracy of the proposed MGWO algorithm than the original version of the gray wolf algorithm (GWO) as well as other algorithms.
    Keywords: economic environmental dispatch, mutant gray wolf optimization algorithm, Steam valve effect, Wind Farms
  • Hasan Keshavarz Ziarani, Seyed Hossein Hosseinian, Ahmad Fakharian * Pages 77-96
    Self-Healing is the most essential feature for smart distribution network Restoration when a fault occurs. Islanding of the fault zone can be done both offline and online. Using the online islanding method to restoration the service in the fault zone, the boundary of islanding micro-grids and the number of islands can be determined optimally during the fault. In this study, a novel two-step mathematical method for self-healing restoration after the fault is presented. In the first layer, the optimal arrangement of the system in the faulty area is determined by a new mathematical model. In the first layer, the boundary of island-operating MGs is determined after the fault, which leads to decreasing load shedding and operation costs of the distribution system. Then, in the second layer, the unit commitment problem in the smart distribution system is solved. The load shedding or outage, non-dispatchable distributed generation (DG) resources rescheduling, and optimal planning energy storage systems (ESSs) are determined. Low execution time and the optimal solution are the most essential advantages of the pro po s ed scheme. Tools such as smart load shedding and demand response Programs (DRP) have also been used for optimal system restoration. The IEEE 33-bus distribution system is used to validate the prop osed method. The results of case studies demonstrate the effectiveness of the proposed methodology.
    Keywords: Demand Response Programs, islanding micro-grid, Self-healing, Unit commitment
  • Abolfazl Bayatian, Amir Ahmarinejad * Pages 97-118
    In this paper, a three-level scenario-based framework for determining the optimal strategy and planning of microgrids located in a 118-bus distribution system is presented. This paper considers the uncertai nties of renewable energy resources, load demand, and the charge / discharge schedule of electric vehicles. In order to increase planning flexibility, the operator will be able to change the flow through the distribution feeder reconfiguration. Also in the proposed model, customers will be able to reduce their costs by participating in a demand response program. In the first level of the proposed model, the bidding strategy of microgrids is determined. In the second level, the market clearing price is determined by the independent system operator and according to the submitted bids. Finally, in the third stage, the problem of final microgrid programming is solved by a participatory game theory method. The proposed model is solved by the CPLEX solver in GAMS software and the results show that the dynamic topology improves the planning flexibility and thus reduces the total operating cost by about 10%. The results also show that the coordination of electric vehicles with scheduling, the presence of storage systems and the implementation of the demand response program leads to a significant reduction in the level of market-clearing price and thus reduce operating costs.
    Keywords: Cooperative Game Theory Approach, Demand Response Programs, electric vehicles, Microgrids Scheduling, optimal bidding strategy, renewable energy resources
  • Sadegh Rezaei, Mohsen Parsa * Pages 119-130
    It is essential to control vital variables in patients whose natural control system has been compromised for some reason. One of these vital variables is blood glucose levels. Unfortunately, in people with diabetes (blood sugar), blood glucose levels are not regulated properly. To compensate for this lack, in recent years, several studies and efforts have been made to build and improve the function of the artificial pancreas to control blood sugar. The presence of factors such as multiple uncertainties due to physiological differences in individuals, various activities during the day, delayed effects of carbohydrates on blood sugar levels, stress and exercise make controlling the artificial pancreas a challenging system. But one of the most important challenges in this area, which has not been less addressed in the literature is the limitation on the allowable dose of insulin injected into the artificial pancreas for patients with type 1 diabetes. On the one hand, injecting a high dose of insulin can cause problems such as hyperglycemia issues and on the other hand, injecting a negative dose of insulin is meaningless. In this paper, after selecting the Bergman model and considering the existence of asymmetric saturation in the actuator, the back-stepping control method is used and it is combined with an adaptive technique to improve the controller performance. Finally, simulation results depict that in the presence of large step disturbance, the insulation rate remains in the allowed band of zero to 20 mU/min, and the blood glucose level does not exceed the appropriate level 130mg/dl.
    Keywords: adaptive neural network control, Artificial Pancreas, asymmetric actuator saturation, Bergman model
  • Somaye Pirzadi, Mohammad Ali Pourmina *, Seyed Mostafa Safavi-Hemami Pages 131-150
    Given the importance of reducing data latency in discrete wireless networks in critical situations, we present the combined routing protocol with a storage and forwarding approach in Throw-Box-based network topology concerning aspects such as proper relay prediction and effective buffer management. To reduce the data transfer time in the relay node selection criteria, we consider the effect of different factors: node records, end-to-end latency, the nodes' available buffer space, and information such as average speed and node movement direction. We also use artificial intelligence to perform optimal routing using the Simulated Annealing algorithm. Important common performance criteria such as average latency, delivery ratio, number of lost messages, and network overhead were used to evaluate the performance of the proposed model. The results showed that our proposed routing method has less reception delay than other routing methods and maintains maximum transmission.
    Keywords: Delay-Tolerant Network, Delivery delay, hybrid routing, Mobile Ad hoc Network, Simulated Annealing Algorithm, Throw-Box-based network
  • Seyed Ehsan Masalegoo, Ali Soleimani * Pages 151-168
    Gearbox and vibrations are two inseparable components of each other. In other words, the nature of the gear meshing in the gearbox has inevitable vibrations due to the impact during the meshing of the teeth. These unavoidable vibrations in some cases cause the gearbox to malfunction, so vibration analyzes are very important and efficient in analyzing gearbox performance and optimizing them. A planetary gearbox has a main gear of the sun as the actuator in the center, several planetary gears around it and a ring gear in which this set rotates and an arm is attached to the planetary gears and acts as the output for the planetary gearbox. In this paper, first to express the desired vibration relations in the planetary gearbox. Then to investigate and apply the relations governing the electric motor in MATLAB software. In the following, the vibration model of the planetary gearbox motor coupling model is simulated in order to observe and analyze the interaction between the electric motor and the planetary gearbox. Frequency spectrum are analyzed to investigate the interaction of motor and planetary gearbox. It should be noted that dynamic modeling and analysis has been performed in ABAQUS software to extract the mesh stiffness of time-varying engagement between the teeth of the two gears involved in the planetary gearbox.
    Keywords: frequency spectrum, Mesh stiffness, Planetary gearbox, Transmission error, Vibration
  • Mohammad Reza Jabbarpour *, Alimohammad Saghiri Pages 169-194

    In recent years, attention to renewable energy and distributed generation has increased due to increased energy demand and environmental pollution. To this end, in the new power grid structure, consumers can also play a producer role. Considering that the number of prosumers in this structure is much more than traditional power networks, the need for a secure, transparent, fast, scalable platform for energy exchanges has greatly increased. Blockchain technology can provide such a platform due to its unique properties. Although there are many blockchain-based platforms in different countries in enregy field, but in Iran there is no such platform. Therefore, the main purpose of this paper is to design and implement a local pilot platform for peer-to-peer blockchain-based energy exchange, taking into account the specific conditions of Iran's electricity grid. The macro platform architecture is designed based on the concept of Minimum Viable Product (MVP) considering functional and non-functional requirements in the form of unified modeling language (UML) diagrams. The proposed platform pilot has been implemented in the form of 4 main elements including smart contract, user interface, blockchain platform, and blockchain and non-blockchain databases and has been evaluated and tested using different scenarios. These tests mainly include the unit test and the integrity test, which were successfully performed on the platform. This platform has been designed and implemented for the first time in Iran in accordance with the Ethereum protocol and based on microservice architecture. In addition to the ability to integrate with Ethereum-based systems, this platform is scalable due to its modular design.

    Keywords: Blockchain, Energy Token, Energy management, Peer-to-Peer Energy Exchange, Power Industry, Renewable Energy, Smart Contract