فهرست مطالب
نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال بیستم شماره 3 (پیاپی 72، پاییز 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/08/05
- تعداد عناوین: 7
-
-
صفحات 171-183
امروزه، ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه و سلولهای خورشیدی به طور گستردهای در صنایع مختلف و نیروگاههای بادی در حال استفاده هستند که هر کدام با استفاده از روشهای کنترلی مختلفی مورد بهرهبرداری قرار گرفتهاند. در میان روشهای ارایهشده به منظور کنترل DFIG، روش کنترل مستقیم توان بیشتر مورد توجه بوده است. استفاده از این روش به دلیل مزایایی همانند مقاومت در برابر تغییر پارامترها، پاسخ دینامیکی سریع، عدم وجود مدار کنترل جریان، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش پیچیدگی سیستم، در مقایسه با سایر روشهای کنترلی دارای برتریهای نسبی بوده است. هرچند نوسانات توان، گشتاور زیاد، فرکانس سوییچینگ بالا و عملکرد ضعیف در توانهای پایین، از جمله معایب این روش کنترلی هستند. از سوی دیگر در میان روشهای کنترل سلولهای خورشیدی، مدل کنترلی منبع امپدانسی Z بسیار مورد توجه پژوهشگران و بهرهبرداران قرار گرفته است. هر کدام از این روشها به طور جداگانه، بسیار مورد مطالعه قرار گرفتهاند. در پژوهش حاضر، جهت کنترل ساختار شبکه هیبریدی، ساختار کنترل پیشنهادی متشکل از مدل منبع امپدانسی Z و سیستم کنترلی تطبیقی عصبی- فازی برای بهبود عملکرد سیستم پیشنهاد داده میشود که دارای ساختار ساده و دقت کنترلی بالا است، نسبت به تغییرات سیستم مقاوم بوده و میتواند با صرف هزینه پایین و در محیط زمان واقعی پیادهسازی شود. به منظور تایید کارایی و برتری این روش کنترلی، سناریوهای مختلفی در نظر گرفته شده و با روش دیگری نیز مقایسه شده است. نتایج شبیهسازی نشاندهنده کاهش قابل توجه نوسانات توان و ولتاژ، افزایش دامنه ولتاژ، گشتاور و جریان ژنراتور و همچنین افزایش قابلیت اطمینان سیستم بوده است.
کلیدواژگان: ژنراتور القایی دو سو تغذیه، سیستم هیبرید، کنترل کننده تطبیقی عصبی- فازی، مبدل منبع امپدانسی -
صفحات 184-194
یکی از تجهیزات جدید و در حال رشد و توسعه در شبکههای قدرت مدرن، ترانسفورماتور حالت جامد یا ترانسفورماتور الکترونیک قدرت میباشد. این نوع از ترانسفورماتورها مبتنی بر کلیدهای نیمههادی قدرت و ترانس فرکانس بالا میباشند و نسبت به ترانسفورماتورهای سنتی دارای قابلیتهای متعددی از قبیل قابلیت کار با دامنه و فرکانس متغیر ولتاژ ورودی، تنظیم اتوماتیک ولتاژ خروجی و اصلاح ضریب توان ورودی هستند. ترانسفورماتور مورد بررسی، قابلیت انتقال توان دوطرفه داشته و دارای سه طبقه یکسوساز، میانی و اینورتر میباشد. این ترانسفورماتور دارای تعداد زیادی کلید نیمههادی بوده و مدلسازی، تحلیل، طراحی و شبیهسازی آن دشوار و پیچیده است. در این گونه موارد، استفاده از تیوری متوسطگیری، راه حلی مناسب به نظر میرسد. در این مقاله، تیوری متوسطگیری بر روی ترانسفورماتور حالت جامد اعمال شده و مدلسازی آن با روشی ساده و قدرتمند با قابلیت بررسی حالتهای گذرا و دایمی، صورت گرفته است. مدلسازی پیشنهادی شامل معادلات دیفرانسیل و مدار معادل مداری بوده و مدل یکپارچه ترانسفورماتور با قابلیت بررسی برهمکنش بین طبقات را به عنوان جزیی از سیستم قدرت ارایه میدهد. مدلهای حاصل در شبیهسازی شبکههای هوشمند، ریزشبکههای DC و اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه و همچنین تحلیل و طراحی رفتار ترانسفورماتور حالت جامد در حوزههایی چون انرژیهای نو و حمل و نقل برقی مورد استفاده قرار میگیرند. در کنار مدلسازی ارایهشده، ساختار کنترل حلقه بسته برای هر سه طبقه پیادهسازی گردیده است. شبیهسازی ترانسفورماتور از طریق پیادهسازی معادلات دیفرانسیل در محیط SIMULINK نرمافزار MATLAB صورت پذیرفته و تاییدکننده مدل پیشنهادی میباشد.
کلیدواژگان: یکسوساز، مبدل DC به DC، اینورتر، ترانسفورماتور حالت جامد، مدل دینامیکی، مدل متوسط گیری شده -
صفحات 195-205
در این مقاله با استفاده از شکاف تشعشعی، الگوی تابشی آنتن شیپوری SIW صفحه H با کاهش پهنای پرتو نیمتوان در صفحه E بهبود یافته است. این شکافها میتوانند علاوه بر حفظ ابعاد ساختار، تاثیر بسزایی بر روی مشخصات آنتن داشته باشند. قرارگرفتن صفحه بازتابنده در فواصل مناسبی از دهانه و شکافها نیز منجر به بهبود سطح پرتوهای فرعی و تشعشع آنتن در جهت معکوس میشود. سپس برای بهبود تطبیق امپدانس و افزایش پهنای باند امپدانسی آنتن، دیالکتریک ساختار به طور کامل حذف گردیده و شکافهای غیر تشعشعی در صفحههای بالا و پایین به آنتن اضافه میشوند. حذف عایق باعث افزایش پهنای باند آنتن نسبت به پهنای باند آنتن معمولی شیپوری SIW شده و اضافهکردن شکافهای تشعشعی، بهره آنتن را نیز بهبود قابل ملاحظهای میدهد. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهند که آنتن پیشنهادی این مقاله، محدوده فرکانسی GHz 2/27 تا GHz 3/28 را پوشش داده و بهره آن نیز در این بازه بین dBi 1/10 تا dBi 3/15 با بازده تشعشعی 98% تغییر میکند. در انتها به منظور افزایش بهره آنتن، یک آرایه دوبعدی از آنتن پیشنهادی در صفحه H با ساختار تغذیه مناسب طراحی شده است.
کلیدواژگان: آنتن شیپوری، موجبر مجتمع شده در زیرلایه، شکاف تشعشعی، شکاف غیر تشعشعی، صفحه بازتابنده -
صفحات 206-214
در بستر سیستمهای قدرت هوشمند، تعیین پتانسیل منابع پاسخگویی تقاضا به علت اثرگذاری بر تمامی سیاستهای تصمیمگیری حوزه انرژی حایز اهمیت است. در مقاله حاضر، پتانسیل منابع پاسخگویی تقاضا در حضور تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، با استفاده از روش الگوریتم طبقهبندی k-means به عنوان یک روش دادهکاوی، تعیین میشود. ابتدا دادههای انرژی مصرفی در ساعات پیک دورههای گرم (بهار و تابستان) و دورههای سرد (پاییز و زمستان)، با توجه به تغییرات قیمت و دما، با استفاده از الگوریتم k-means در خوشههای مختلفی گروهبندی میشوند. خوشههایی با امکان حضور وسایل سرمایشی و گرمایشی، انتخاب میشوند. سپس نمودار بازه اطمینان دادههای انرژی مصرفی در خوشههای منتخب با توجه به تغییرات قیمت انرژی ترسیم میگردد. با توجه به فاصله کمینه و بیشینه در میانگین دادههای موجود در آستانه بالا و آستانه متوسط نمودار بازه اطمینان، پتانسیل نامی منابع پاسخگویی تقاضا (بار انعطافپذیر) به دست میآید. اطلاعات انرژی مصرفی، دما و قیمت انرژی شبکه برق BOSTON در یک افق زمانی ششساله به منظور ارزیابی مدل پیشنهادی استفاده میشود.
کلیدواژگان: انرژی مصرفی، پاسخگویی بار، داده کاوی، شبکه هوشمند، قیمت، تغییرات دمایی -
صفحات 215-224
امروزه با پیشرفتهای صورتگرفته در الکترونیک قدرت و تمایل به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، ریزشبکهها توسعه قابل توجهی یافتهاند. یکی از حالتهای کاری در ریزشبکه، حالت جزیرهای است که کنترل توان و فرکانس برای منابع تولید پراکنده در این موقعیت با چالشهای بسیاری روبهرو است. با توجه به این که بسیاری از منابع انرژی پراکنده مبتنی بر مبدلهای الکترونیک قدرت هستند و این مبدلها برخلاف ژنراتورهای سنکرون فاقد اینرسی میباشند، موضوع کنترل توان و فرکانس در ریزشبکهها یک چالش جدی محسوب میشود. این مساله سبب ایجاد نوسانات شدید فرکانس در مواقع رخداد تغییرات توان و در مواردی سبب ناپایداری سیستم خواهد شد. در این مقاله، یک ریزشبکه به صورت نمونه، ابتدا با روش قاب چرخان شبیهسازی گردیده و سپس با الگوبرداری از اینرسی در ماشینهای سنکرون، روش کنترلی مناسب با قابلیت افزایش اینرسی مجازی در زمان نوسانات توان و فرکانس در مدل سینکرنورتر با هدف میراسازی نواسانات توان و فرکانس ارایه میشود. در انتها به وسیله شبیهسازی در حوزه زمان در نرمافزار Matlab/Simulink در یک ریزشبکه دارای چند مبدل مبتنی بر اینورتر در حالت جزیره روش پیشنهادی پیادهسازی و با روش کنترل برداری در قاب چرخان تحت سناریوهای مختلف مقایسه میشود.
کلیدواژگان: اینرسی، ریزشبکه، سینکرونورتر، قاب چرخان -
صفحات 225-232
تغییرات مداوم و پیچیدگی سیستمهای قدرت مدرن، باعث بروز چالشهایی در زمینه مدلسازی آنها شده است. امروزه با پیشرفت سیستمهای پایش حوزه وسیع، دادههای حاصل از این سیستمها میتوانند در شناسایی و تخمین مدل سیستمهای قدرت به کار روند. این مقاله بر تنظیم پایدارساز سیستم قدرت با استفاده از مدل شناساییشده به کمک اندازهگیریهای فازوری حوزه وسیع تمرکز دارد. مدل مرتبه پایین شناساییشده بر اساس اندازهگیریها دربرگیرنده خصوصیات دینامیکی مدهای غالب بین ناحیهای بوده و میتواند برای طراحی کنترلکننده میراگر و ارزیابی اثربخشی آن در سیستم قدرت واقعی استفاده شود. کنترلکننده از نوع پایدارساز سیستم قدرت انتخاب شده و به دو روش مقاوم و زیگلر- نیکولز طراحی شده است. نتایج عددی، اثربخشی این رویکرد را در بهبود میرایی مد بین ناحیهای سیستم دوناحیهای 4ماشینه با استفاده از دادههای فازوری و دینامیکی به دست آمده از شبیهسازی در نرمافزار MATLAB نشان میدهد.
کلیدواژگان: سیستم های پایش و کنترل حوزه وسیع، کنترل کننده میراگر، مد بین ناحیه ای، مدل مرتبه پایین -
صفحات 233-241
هدف این مقاله، بهبود کنترل بازوی رباتیک به کمک کنترلکننده تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر نظریه لیاپانوف با استفاده از طبقهبندی سیگنالهای الکترومیوگرام (EMG) است. در این مقاله، بازوی انسان با یک ربات دو درجه آزادی مدلسازی شده است. روش کنترلی پیشنهادی، کنترلکننده تطبیقی مدل مرجع است. ماحصل این پژوهش، طراحی و شبیهسازی بازوی رباتیک به همراه کنترلکننده تطبیقی مدل مرجع است که با استفاده از طبقهبندی دادههای EMG ثبتشده از حرکات بازوی انسان، منتج به ردیابی مناسب سیگنال مرجع، فراجهش و خطای حالت ماندگار کمتر در مقایسه با کنترلکننده مرسوم PI شده است. بدین منظور ابتدا دادههای EMG با استفاده از دو الکترود از عضلات دلتویید قدامی و دلتویید میانی بازوی پنج دختر و با انجام دو حرکت دورشدن (ابداکشن) و خمشدن (فلکشن) بازو جمعآوری شده و پس از رفع نویز، ویژگیهای ریاضی انتگرال مقدار مطلق، گذر از صفر، واریانس و فرکانس میانه از آنها استخراج میشود. سپس کلاسبندی به روش آنالیز تشخیصی خطی به منظور تشخیص حرکات بر اساس ویژگیهای دادهها صورت میگیرد. در نهایت، مدل و سیستم کنترلکننده پیشنهادی با توجه به ویژگیهای سیگنال EMG، برای دستیابی به پاسخ کنترلی مناسب، طراحی میشوند و سیگنال فرمان مناسب جهت انجام حرکت مربوطه به کنترلکننده ارسال میشود. نتایج و مقادیر خطاهای حاصلشده نشان میدهند که انطباق رفتار مدل و کنترلکننده حاصل با الگوی از پیش تعریف شده حرکتی قابل توجه و مورد تایید است.
کلیدواژگان: الکترومیوگرافی، آنالیز تشخیصی خطی، ربات دو درجه آزادی، کنترل کننده تطبیقی مدل مرجع
-
Pages 171-183
Renewable energies outfitted with low latency assets as wind turbines and photovoltaic exhibits give significant adverse consequences through power framework dynamic protections. For this issue, in view of fostering a high voltage direct current (HVDC) interface, a versatile Neuro-Fuzzy-based damping regulator is introduced in this paper for working on unique execution of low inertia resources associated with power frameworks. The created power framework comprises of various age sources including seaward and inland wind turbines (WTs), photovoltaic exhibits (PVs) and limited doubly fed induction generators (DFIGs) which are incorporated together through an interconnected framework. For this situation, thinking about various functional and innovative conditions, damping execution of proposed ANFIS plot is assessed. The proposed plot is a non-model-based regulator which utilizes the benefits of both neural and fluffy rationales together for giving a quick and secure design of damping regulator through continuous recreations. To research ANFIS plot through genuine cases, considering a commonplace microgrid comprises of various low-latency assets (for example WT, PV, DFIG), the framework damping exhibitions through hamper occasions are assessed. Recreation results demonstrate viability and effectiveness of the proposed plot for damping dynamic motions of low inertia resources with high damping proportions with respect to extreme issue occasions.
Keywords: Hybrid system, DFIG, adaptive neural-fuzzy network controller, impedance source convert -
Pages 184-194
One of the new and growing equipment in modern power networks is solid state or power electronic transformer. These types of transformers are based on power semiconductor switches and high frequency transformers. Compared to traditional transformers, it has several capabilities such as the ability to operate with input voltage variations in amplitude and frequency, automatic regulation of output voltage and input power factor correction. The investigated transformer has the ability to transfer power in both directions and has three stages, including the rectifier, the middle stage and the inverter stage. This transformer has a large number of semiconductor switches and its modeling, analysis, design and simulation is difficult and complex. In particular, real-time simulation of these transformers with conventional models is not possible. In these cases, the use of averaging theory seems to be the appropriate solution. In this paper, the averaging theory is applied to a solid-state transformer and its modeling is done in a simple and powerful way with the ability to study real-time, transient and steady states performance. The proposed modeling includes differential equations and equivalent circuits and offers an integrated transformer model with the ability to study the interaction between stages as a part of power system. The presented models are used in simulation of smart grids, DC microgrids and connection of distributed generation sources to the grid, as well as analysis and design of solid-state transformer behavior in areas such as renewable energies and electrical transportation. In addition to the proposed modeling, the closed-loop control structure has been implemented for all three stages. Transformer simulation is performed by implementing differential equations in SIMULINK/MATLAB software and verified the proposed model.
Keywords: Rectifier, DC to DC converter, inverter, solid state transformer, dynamic model, averaged model -
Pages 195-205
In this paper by using the radiation slots, the half power beam width (HPBW) of the SIW horn antenna is reduced in E-plane and the radiation pattern is improved. In addition to keeping the dimensions of the structure constant, these slots can have a significant effect on the characteristics of the antenna. Also placing the reflector plate at a suitable distance from aperture and slots leads to improve side lobe levels (SLLs) and front to back ration (FTBR). Then, to improve the impedance matching and increase the bandwidth of the antenna, the dielectric of the structure is completely removed and non-radiation slots added to the upper and lower plate of the antenna. Removing the insulation, increasing the bandwidth of the antenna compared to a conventional SIW horn and adding radiation slots significantly improves the gain of the antenna. The simulation results shows that the proposed antenna in this paper covers the frequency range of 27.2 GHz to 28.3 GHz and its gain changes between 10.1 dBi to 15.3 dBi with 98% radiation efficiency in this range. Finally, in order to increase the gain of the antenna, a two-dimensional array of the proposed antenna with suitable feeding structure is designed in the H-plane.
Keywords: Horn antenna, substrate integrated waveguide, radiation slot, non-radiation slot, reflector plate -
Pages 206-214
Under the smart power systems, determining the amount of Demand Response Resources(DRRs) potential is considered as a crucial issue due to affecting in all energy policy decisions. In this paper, the potential of DRRs in presence of cooling and heating equipment are identified using k-means clustering algorithm as a data mining technique. In this regard, the energy consumption dataset are categorized in different clusters by k-means algorithm based upon variations of energy price and ambient temperature during peak hours of hot (Spring and Summer) and cold (Autumn and Winter) periods. Then, the clusters with the possibility of cooling and heating equipment’s commitment are selected. After that, the confidence interval diagram of energy consumption in elected clusters is provided based upon energy price variations. The nominal potential of DRRs, i.e. flexible load, will be obtained regarding the maximum and minimum differences between the average of energy consumption in upper and middle thresholds of the confidence interval diagram. The energy consumption, ambient temperature and energy price related to BOSTON electricity network over a six-year horizon time is utilized to evaluate the proposed model.
Keywords: Energy consumption, demand response, data mining, smart grid, energy price, temperature variations -
Pages 215-224
Nowadays, due to the advances made in power electronics and the desire to use renewable energy resources, micro-grids have been developed considerably. One of the challenging operation modes of Micro-grids is named islanded mode, where the control of power and frequency is a challenging problem. Many distributed energy resources are operated based on electronic power converters and these converters have no inertia unlike synchronous generators, as a result, the issue of power and frequency control in micro-grids is considered as a serious problem. This issue will cause severe frequency fluctuations following to power changes which can lead to system instability. In this paper, first a sample micro-grid is simulated and modeled in synchronous reference frame then using the idea of inertia in synchronous machines, a novel control method with the capability of damping enhancement during system transients is proposed. The control scheme utilizes the idea of virtual inertia injection during the power and frequency fluctuations based on the synchronverter model. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified using a set of the time domain simulations carried out in Matlab/Simulink software in an inverter based multi-source micro-grid operating in the island mode, and the results are compared with the vector control method implemented in the rotating reference frame under different scenarios.
Keywords: Inertia, micro-grid, synchronverter, rotating frame -
Pages 225-232
Continuous changes besides increasing complexities of modern power systems cause emergence of new challenges in modeling of power systems. Nowadays, with development of wide-area monitoring systems, data from the overall system can be used to identify and estimate model for power systems. This paper focuses on power system stabilizer tuning using the derived measurements-based model. The derived low-order model includes dynamic characteristics of inter-area dominant modes and can be used to design the damping controller and evaluate its effectiveness in power system studies. The controller can be reinterpreted as power system stabilizer and may be designed in two different methods of i) robust and ii) Ziegler-Nichols. The numerical results show the effectiveness of this approach in improving the small signal stability behavior of two-area 4-machine system using measured data, obtained from time domain simulation in MATLAB software.
Keywords: Wide-area monitoring, control systems, damping controller, inter-area mode, low-order mode -
Pages 233-241
The purpose of designing and manufacturing prosthetic organs is to create their maximum behavioral similarity to human organs. The aim of this paper is to improve the robotic arm control via Model Reference Adaptive System (MRAS) based on Lyapunov theory using EMG data classification. In this paper, human arm is modeled with a robot with two degrees of freedom. The proposed control method is MRAS. The outcome of this research is a robotic arm with MRAS, using the classification of electromyogram (EMG) data recorded from human arm movements, results in proper tracking of the reference signal, less overshoot and steady-state error compared to the conventional PI controller. For this purpose, using two electrodes, EMG data is collected from the anterior deltoid and middle deltoid muscles of the arm of five female athletes and by performing two movements of abduction and flexion of the arm. Then, after eliminating noise, integral of absolute value (IAV), zero crossing (ZC), variance (VAR) and median frequency (MF) are extracted. Then, classification is done by linear discriminant analysis (LDA) method to detect movements based on data characteristics. Finally, the proposed controller and model are designed according to the EMG characteristics to achieve the proper control response and the appropriate command signal is sent to the controller to perform the corresponding movement. The results and the values of the obtained errors show the conformity of the model and controller behavior with the predefined movement pattern.
Keywords: Electromyography, linear discriminant analysis, model reference adaptive system, two degrees of freedom robot