فهرست مطالب

مهندسی برق و الکترونیک ایران - سال بیستم شماره 2 (تابستان 1402)

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال بیستم شماره 2 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/26
  • تعداد عناوین: 19
|
  • نیما فرزین، احسان حاجی پور*، علی عاقلی، سیدمحمد هاشمی صفحات 1-10

    بر اثر رشد چشمگیر استفاده از کولرهای گازی خانگی در شبکه برق ایران، پدیده بازیابی تاخیری ولتاژ ناشی از خطا (FIDVR) به یکی از عوامل مستعد در ناپایداری ولتاژ شبکه کشور تبدیل شده است. شناسایی پرریسک ترین پست های کشور از لحاظ احتمال وقوع FIDVR و تخمین شدت آسیب های احتمالی آن، برای محدود کردن اثرات این پدیده بسیار حیاتی است. این مقاله با بررسی پدیده های FIDVR واقعی رخ داده در شبکه برق ایران، نشان می دهد که علاوه بر آرایش شبکه و قدرت تامین توان راکتیو، دمای محیط و نرخ استفاده از کولرهای گازی نیز در شناسایی پست های مستعد بسیار موثرند. این مقاله ضمن معرفی ضریب افزایش بار و ضریب افت ولتاژ موثر، شاخص جدیدی به نام MVA-Volt بهبودیافته را تعریف می کند که به کمک آن می توان در خطرترین پست های انتقال کشور را شناسایی نمود. از مهم ترین ویژگی های شاخص پیشنهادی این است که اگر چه FIDVR ذاتا یک پدیده گذرای دینامیکی است، اما برای تعیین این شاخص تنها مطالعات حالت ماندگار شبکه کافی است. در این مقاله، از شبیه سازی دقیق دینامیکی شبکه انتقال استان کرمان جهت تایید عملکرد این شاخص استفاده شده است. سپس، از این شاخص برای تعیین پست های مستعد در کشور بهره برده شده است. مقایسه پست های تعیین شده توسط روش پیشنهادی با حوادث حقیقی FIDVR گزارش شده در کشور نشان می دهد که شاخص پیشنهادی عملکردی موثر و قابل اطمینان دارد.

    کلیدواژگان: پدیده بازیابی تاخیری ولتاژ ناشی از خطا، توقف موتورها، دمای محیط، کولر گازی خانگی
  • حسن مجیدی، محمودرضا حقی فام* صفحات 11-18

    تلفات انرژی الکتریکی به عنوان بخش جداناپذیر سیستم های تحویل توان همواره به عنوان معیاری برای سنجش نحوه ی مدیریت شبکه از سوی فعالان صنعت برق شناخته می شود. به شکلی که تلفات بالای شبکه نشان دهنده ی ضعیف مدیران و عدم کارایی برنامه های اجرا شد در این شبکه است. سنجش میزان دقیق تلفات از طریق پخش بار صورت می پذیرد؛ اما شبکه های توزیع به خصوص شبکه های ولتاژ ضعیف به دلیل گستردگی و عدم توسعه ی سیستم های اطلاعاتی دارای کمبود های زیاد اطلاعاتی هستند این امر باعث شده سنجشی از تلفات این بخش در دسترس نباشد. از همین رو نهاد  قانون گذاری شبکه برق و شرکت های توزیع برای سنجش وضعیت مدیریتی شبکه، کارایی طرح های اجرا شده، برنامه ریزی آینده و تخصیص بودجه دید مناسبی ندارند. در این مقاله با استفاده از تحلیل های آماری و قابلیت بالای پاسخ گویی شبکه های عمیق عصبی به مسایل غیر خطی روشی جدید برای تخمین تلفات در فضای ضعف سیستم اطلاعاتی ارایه شده است.

    کلیدواژگان: تخمین تلفات، فیدرهای فشار ضعیف، ضعف سیستم های اطلاعاتی، شبکه های عصبی عمیق
  • عرفان رجائیان، روح الامین زینلی داورانی* صفحات 19-27

    منابع تجدیدپذیر انرژی می توانند یک راه حل مناسب برای پاسخگویی به افزایش تقاضای بار مشترکین ارایه دهند. لذا باید بر مبنای اهداف بهره بردار و با توجه به ساختار شبکه توزیع و تنوع شدت تابش خورشید، دمای محیط و سرعت وزش باد در باسهای مختلف شبکه، جایابی و تعیین ظرفیت منابع تجدیدپذیر به صورت بهینه انجام گردد. با توجه به اینکه در شبکه توزیع معمولا پایداری ولتاژ خطوط و پروفیل ولتاژ باسها در حالت مطلوبی قرار ندارد، بنابراین می توان بهبود پایداری ولتاژ را به عنوان یکی از اهداف اصلی در جایابی و تعیین ظرفیت منابع تجدیدپذیر در نظر گرفت. برای این منظور در این مقاله به تعیین مکان و ظرفیت بهینه هیبرید منابع تولید پراکنده شامل نیروگاه های فتوولتاییک، بادی، دیزل ژنراتور و سیستم ذخیره ساز انرژی پرداخته شده است. توابع هدف در نظر گرفته شده شامل کاهش احتمال از دست دادن بار و تولید منابع تجدیدپذیر، کمینه کردن مجموع هزینه های خالص فعلی و بهبود پایداری ولتاژ شبکه می باشد. به این منظور بر مبنای اطلاعات سالیانه شدت تابش، سرعت باد، میزان دما و پروفیل بار های خانگی، تجاری و صنعتی، جایابی و تعیین ظرفیت بهینه منابع تولید پراکنده با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفه در شبکه توزیع 33 باسه  IEEEصورت گرفته است.

    کلیدواژگان: منابع تولید پراکنده، تعیین مکان و ظرفیت بهینه، پایداری ولتاژ، هزینه خالص فعلی
  • عرفان خرازیان، علیرضا جلیلیان* صفحات 29-42

    امروزه کیفیت برق رسانی و مشکلات مربوط به تغییرات ولتاژ اهمیت مضاعفی هم نزد مشترکین و هم نزد شرکت های توزیع پیدا کرده است. بنابراین جبران سازی مسایلی نظیر فروافتادگی ولتاژ و انحرافات ولتاژ شایان توجه است. در این مقاله، ابتدا یک الگوریتم برنامه ریزی ترکیبی پیشنهادی به منظور تخصیص بهینه تولیدات پراکنده و ذخیره سازهای باتری برای حل مشکلات فنی و اقتصادی مرتبط با رخداد فروافتادگی ولتاژ در شبکه معرفی می گردد. این الگوریتم متشکل از دو مسیله اصلی و فرعی با حلی تو در تو با درنظرگرفتن عدم قطعیت واحدهای پراکنده و تقاضای بار می باشد. سپس از ظرفیت و مکان بهینه باتری ها و تولیدات پراکنده حاصل از اجرای الگوریتم برنامه ریزی ترکیبی در الگوریتمی تحت عنوان بازآرایی شبکه پس از خطا به منظور بهره برداری اقتصادی از شبکه و بهبود انحرافات ولتاژ به صورت زمان حقیقی استفاده می گردد. در گام بعدی به تاثیر تخصیص بهینه تولیدات پراکنده و باتری ها در کاهش تلفات شبکه پرداخته می شود. دو الگوریتم پیشنهادی در شبکه توزیع اصلاح شده 33 شینه IEEE تحت آزمایش قرارگرفته اند. نتایج بدست آمده کاهش 53 درصدی تابع هزینه الگوریتم برنامه ریزی به همراه عدم تحمیل هزینه اضافه به شبکه بر اثر وقوع فروافتادگی ولتاژ، بهره برداری اقتصادی از شبکه بدون نیاز به انقطاع بار پس از وقوع خطا و کاهش 50 درصدی تلفات کل شبکه را با استفاده از تخصیص بهینه تولیدات پراکنده و باتری ها نشان می دهد.

    کلیدواژگان: الگوریتم برنامه ریزی، بازآرایی شبکه، تلفات شبکه، تولیدات پراکنده، ذخیره ساز باتری، فروافتادگی ولتاژ
  • الهام صادقی، مصطفی غلامی* صفحات 43-52

    امروزه با افزایش روزافزون مصرف انرژی الکتریکی و مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی، تمایل به استفاده از منابع تجدیدپذیر افزایش یافته است. همچنین با توجه به تجدید ساختار شبکه های قدرت از ساختار سنتی به ساختار مبتنی بر بازار، بازارهای مختلف انرژی و خدمات جانبی طراحی شده است. از سوی دیگر با توجه به عدم قطعیت در تولید منابع تجدیدپذیر، واحدهای ذخیره ساز انرژی مورد توجه قرار گرفته است که می توانند در کنار منابع تجدیدپذیر و یا به تنهایی، در بازارهای مختلف انرژی و خدمات جانبی شرکت کنند. با توجه به سرعت بالای ورود و خروج واحدهای ذخیره ساز مبتنی بر باتری به شبکه، استفاده از این منابع در بازارهای خدمات جانبی فرکانس همچون بازار ذخیره خودکار بازیابی فرکانس مناسب می باشد. یکی از مسایلی که در برنامه ریزی این واحدها مطرح است، چگونگی شرکت در بازارهای انرژی و یا بازارهای خدمات جانبی برای بیشینه کردن سود حاصل از شرکت در بازار می باشد. در این مقاله، یک استراتژی بهینه برای شرکت همزمان واحد ذخیره ساز انرژی در بازار انرژی و بازار ذخیره خودکار بازیابی فرکانس ارایه شده است. نتایج شبیه سازی کارآمدی روش پیشنهادی برای شرکت همزمان واحد ذخیره ساز انرژی و بیشینه کردن سود حاصل از شرکت در بازارهای مذکور را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: واحد ذخیره ساز انرژی مبتنی بر باتری، بازار انرژی، بازار ذخیره خودکار بازیابی فرکانس، بازار خدمات جانبی، برنامه ریزی بهینه واحدهای ذخیره ساز
  • منصور رفیعی*، مهرداد مرسلی گلبوس، زهرا رفیعی صفحات 53-63

    بارهای غیر خطی یکی از عوامل اصلی ایجاد هارمونیک در شبکه برق هستند. هارمونیک ها شکل موج سینوسی جریان و ولتاژ را تخریب کرده و موجب آسیب به اجزای شبکه برق می شوند. در این مقاله هدف تامین و کنترل توان های اکتیو و راکتیو همراه با  کاهش جریان های هارمونیکی شبکه و ایجاد شده توسط بارهای غیر خطی  است. بنابراین، روش پیشنهادی با استفاده از یک سیستم ذخیره ساز انرژی باتری و ارایه یک شیوه کنترلی برای آن علاوه بر کنترل و تامین مقدار توان اکتیو و راکتیو بار غیرخطی به طور مستقل از هم، کاهش هارمونیک های جریان شبکه نیز صورت می گیرد. سیستم کنترلی پیشنهادی به دو بخش کلی کنترل توان و کاهش هارمونیک تقسیم بندی می شود. برای کنترل توان از کنترل کننده های کلاسیک PI که ضرایب آن با روش زیگلر-نیکولز بدست آمده اند انجام می گردد و برای کاهش هارمونیک از کنترل کننده PI-Fuzzy استفاده می گردد. ورودی این کنترل کننده سیگنال هارمونیکی جریان است درحالیکه مولفه ی اصلی (50هرتز) از آن جدا شده است . نتایج شبیه سازی در سه سناریوی مختلف نشان می دهند که سیستم پیشنهادی توانایی کنترل توان های اکتیو و راکتیو  بار غیر خطی در شرایط متفاوت شارژ و دشارژ و کاهش هارمونیک های جریان تا هارمونیک 31 را داراست.

    کلیدواژگان: توان اکتیو و راکتیو: هارمونیک: سیستم ذخیره ساز انرژی باتری (BESS): کنترلر Fuzzy-PI
  • محمد رسول جان نثار*، سجاد صدر، مهدی ثواقبی صفحات 65-76

    در این مقاله، تاثیر افزایش ضریب بالای نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر بر شبکه انتقال مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش تعداد منابع مبتنی بر اینورتر، در مجموع اینرسی شبکه کاهش می یابد و پایداری شبکه تحت تاثیر قرار می گیرد. به منظور بررسی رفتار شبکه اینرسی-پایین، در ابتدا با توجه به نوع نیروگاه های سنتی و توربین بادی، مدل سازی دینامیکی مناسب انجام شده است. در ادامه با ایجاد خطاهای اتصال کوتاه، تاثیر افزایش ضریب نفوذ توربین های بادی بر پایداری ولتاژ و فرکانس مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین تاثیر مدت زمان و محل خطا بر پایداری شبکه بررسی شده است. شبکه مورد مطالعه مبتنی بر سیستم چهار ماشینه Kundur است که در نرم افزار PowerFactory مدل سازی شده است.

    کلیدواژگان: پایداری ولتاژ و فرکانس، مدل سازی دینامیکی، توربین بادی و سیستم انتقال
  • رضا خلیل زاده، محمودرضا حقی فام* صفحات 77-86

    در این مقاله یک مدل بهینه سازی چندهدفه برای طراحی شبکه های توزیع ارایه می شود. مدل پیشنهادی به دنبال حصول دو هدف اصلی است: (1) کمینه کردن هزینه ی تمام شده و (2) کمینه کردن انرژی تامین نشده موردانتظار1. در روش پیشنهادی، باس ها و فیدرهای شبکه می توانند بسته به نتیجه ی حاصل از بهینه سازی AC یا DC باشند. به منظور مدل کردن تغییرات تصادفی مربوط به تقاضای بار و میزان تولید منابع تولید پراکنده موجود، از شبیه سازی مونته کارلو2 استفاده شده است. مسیله طراحی موردنظر با استفاده از الگوریتم ژنتیک چندهدفه حل می شود و با استفاده از اصل بهینگی پارتو و ایجاد مصالحه بین هزینه های تمام شده و انرژی تامین نشده موردانتظار، پاسخ بهینه حاصل خواهد شد. روش پیشنهادی، در دو حالت روی یک شبکه 14 باسه متشکل از نقاط بار AC و DC، منابع تولید پراکنده با خروجی AC و DC مورد ارزیابی قرار می گیرد. در حالت اول یک منطقه شهری و در حالت دوم، یک شهرک صنعتی مد نظر است که برخی نقاط بار آن هزینه خاموشی بالایی دارند. پس از حل مسیله طراحی به صورت AC خالص و AC/DC ترکیبی، برخی خروجی ها مانند هزینه تمام شده، انرژی تامین نشده، تلفات و یک شاخص قابلیت اطمینان مانند متوسط زمان خاموشی سالانه هر مشترک در این دو طرح مورد مقایسه قرار خواهند گرفت.

    کلیدواژگان: طراحی شبکه توزیع، قابلیت اطمینان، بهینه سازی چندهدفه، شبکه های توزیع ترکیبی AC، DC، منابع تولید پراکنده، شبکه های توزیع هیبرید
  • حمید گرجی پور، مجتبی نجفی*، نقی مودبی پیرکلاهچاهی صفحات 87-100

    با گسترش منابع تجدیدپذیر انرژی و کاهش اینرسی معادل شبکه های قدرت، مسیله تامین پاسخ فرکانسی اولیه شبکه قدرت مطرح شده است که در میان تمامی راهکارهای پیشنهادی، دو روش تغییر مدیریت نیروگاه های شبکه و فعال سازی اینرسی مجازی تولیدات تجدیدپذیر بیشتر از سایر روش ها مورد استقبال قرار گرفته است. مسیله برنامه ریزی توسعه تولید/انتقال نیز باید خود را با این روش ها تطبیق دهد؛ بنابراین در این مقاله مدلی از برنامه ریزی توسعه تولید/انتقال ارایه شده است که در آن هر یک از نیروگاه های تجدیدپذیر بادی و خورشیدی دارای اینرسی مجازی هستند و می توانند در پاسخ فرکانسی اولیه مشارکت نمایند. همچنین، قیود مربوط به حاشیه امنیت فرکانسی در مسیله لحاظ شده است. حاشیه امنیت فرکانسی، حداکثر مقدار مجاز و قابل تحمل نامتعادلی میان تولید و مصرف برق یک شبکه است که با در نظرگیری آن می توان، برنامه ریزی صحیح تری برای توسعه تولید/انتقال شبکه نسبت به روش هایی که در آن پاسخ فرکانس شبکه را به صورت چند ضابطه ای مدل می کردند، ارایه می دهد. نسبت به روش سنتی نیز تحمل شبکه در مقابل حوادث ناگهانی افزایش پیدا کرده است و مانع از خروج مقادیر قعر فرکانس و نرخ تغییرات فرکانس از حد مجاز شده است که مسلما با صرف هزینه بیشتری نسبت به مدل سنتی این امر محقق شده است. از شبکه IEEE-RTS96 برای بررسی صحت مدل استفاده شده است. از ترکیب نرم افزارهای YALMIP و MOSEK برای حل مدل برنامه ریزی خطی عدد صحیح به دست آمده استفاده شده است که کارایی قابل توجهی در حل این مدل ها از خود نشان داده اند. همچنین دینامیک فرکانس شبکه در اثر خروج بزرگ ترین نیروگاه و تحلیل حساسیت پارامترهای پاسخ فرکانسی نسبت به افزایش سطح نفوذ تولیدات تجدیدپذیر ارایه شده است.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی توسعه تولید، انتقال، حاشیه امنیت فرکانسی، اینرسی مجازی، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • رمضانعلی نقی زاده* صفحات 101-109

    هدف از این مقاله، به کارگیری و مقایسه عملکرد سه روش یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی (RF)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و اسپلاین‎های رگرسیون تطبیقی چندمتغیره (MARS) برای پیش بینی کوتاه مدت و بلندمدت بار الکتریکی است. اطلاعات ورودی به صورت بار الکتریکی ساعت قبلی، دمای هوا و زاویه فعلی ارتفاعی خورشید و روزهای تعطیل رسمی در نظر گرفته شده است. سه معیار مختلف برای مقایسه عملکرد شامل خطای جذر میانگین مربعات، خطای میانگین قدر مطلق و ضریب تعیین R2 مورد استفاده قرار گرفته است. روش ها بر روی داده های ثبت شده واقعی مصرف بار الکتریکی یکی از پست های فوق توزیع شهر همدان و با استفاده از زبان برنامه نویسی متن باز R پیاده سازی شده است. داده دمای هوای منطقه از نزدیک ترین ایستگاه هواشناسی دریافت شده و زاویه تابش خورشید برای کل ساعات سال بر اساس موقعیت جغرافیای محل و روابط نجومی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که روش‎های پیاده شده با دقت بسیار خوبی بار مصرفی را پیش بینی می‎نمایند و همچنین روش RF در پیش بینی بار کوتاه مدت و روش SVM در پیش بینی بار بلندمدت عملکرد بسیار مناسبی ارایه می‎دهند و دقت بیشتری دارند.

    کلیدواژگان: پیش بینی بار کوتاه مدت، پیش بینی بار بلندمدت، یادگیری ماشین، جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، اسپلاین های رگرسیون تطبیقی چند متغیره
  • امیرحسین عطایی کچویی، حامد هاشمی دزکی*، عباس کتابی صفحات 111-130

    تغییر در آرایش شبکه و حالات بهره برداری ریزشبکه ها یکی از چالش های اساسی سیستم های حفاظتی است که می توان نقض قیود هماهنگی حفاظتی در برخی از شرایط را به دنبال داشته باشد. علیرغم مزایای متعدد طرح های مبتنی بر بستر ارتباطی و حفاظت تطبیقی، از آن جایی که این گونه طرح های حفاظتی نیاز به زیرساخت های سخت افزاری و نرم افزاری داشته و از سویی ممکن است با مشکلات حملات سایبری یا خرابی سیستم های ارتباطی مواجه شوند، توسعه طرح های بی نیاز از بستر مخابراتی بسیار مورد توجه قرار دارد. در این مقاله، تلاش شده است روشی نوین بر اساس استفاده از رله های حفاظتی اضافه جریان با منحنی مشخصه دوگانه (دوسطحی) ارایه گردد که بدون نیاز به بستر مخابراتی برای حفاظت سریع ریزشبکه در شرایط مختلف بهره برداری مناسب باشد. در پژوهش های ارایه شده موجود، خلاء تحقیقاتی در زمینه بهینه سازی نوع منحنی مشخصه بخش های مختلف منحنی عملکرد دوسطحی رله ها و نقطه شکست بهینه وجود دارد. در روش پیشنهادی، بهینه سازی نوع منحنی مشخصه بخش اول و بخش دوم رله های حفاظتی و نقطه شکست در کنار تنظیمات جریانی و زمانی انجام می گیرد. از نرم افزار DIgSILENT برای انجام مطالعات پخش توان و اتصال کوتاه استفاده شده و حل مسیله بهینه سازی در نرم افزار MATLAB با کمک الگوریتم ژنتیک پیاده سازی شده است. نتایج پیاده سازی روش پیشنهادی بر روی شبکه های 8 شین IEEE و بخش توزیع شبکه 30 شین IEEE به ترتیب % 12/42 و  % 9/56 بهبود در زمان عملکرد طرح های حفاظتی ایجاد نموده، که دلالت بر مزایای روش پیشنهادی دارد. نتایج نشان می دهد بهینه سازی نوع منحنی مشخصه و نقطه شکست، کارآیی منحنی مشخصه دوسطحی برای حفاظت ریزشبکه در شرایط مختلف بهره برداری را افزایش قابل توجهی خواهد داد.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، رله های اضافه جریان جهت دار، هماهنگی حفاظتی بهینه، مشخصه دوگانه (دوسطحی)، شرایط مختلف بهره برداری، انتخاب بهینه نوع منحنی، منحنی مشخصه استاندارد
  • ساسان علیلو، توحید غنی زاده بلندی*، داریوش نظرپور اکبری صفحات 131-142

    ریزشبکه ها برای مدیریت فنی و اقتصادی نفوذ منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع طی دهه اخیر مطرح شده اند. ارایه یک طرح حفاظتی اولیه با امنیت و قابلیت اعتماد مناسب برای ریزشبکه های جریان متناوب به دلیل استفاده از انواع تکنولوژی های تولید پراکنده یک مساله چالش برانگیز است. در این مقاله یک طرح حفاظتی جدید و مستقل با استفاده از اندازه گیری های فازور سنکرون جریان به دست آمده از باس های ریزشبکه برای تشخیص انواع خطاهای اتصال کوتاه داخلی از خارجی در مکان های مختلف ارایه می شود. عملکرد طرح حفاظتی پیشنهادی در شرایط بهره برداری مختلف ریزشبکه (در حالت اتصال و انفصال از شبکه) و با ورود و خروج DGها و تغییر سطح نفوذ آن ها مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این راستا شاخص جدیدی مبتنی بر زاویه فاز تفاضلی مولفه های تحمیلی خطای جریان اندازه گیری شده از دو باس ریزشبکه برای تشخیص خطاهای اتصال کوتاه از شرایط غیرخطا ارایه می گردد. عمکرد شاخص پیشنهادی روی سیستم 15 باسه استاندارد به ازای شرایط مختلفی نظیر خطاهای با مقاومت بالا و تغییر سطح نفوذ منابع تولید پراکنده درحالت اتصال و انفصال ریزشبکه ارزیابی می شود. نتایج به دست آمده نشانگر توانمندی و برتری طرح پیشنهادی در حفاظت مطمین ریزشبکه می باشد

    کلیدواژگان: ریزشبکه AC، حفاظت، اندازه گیری های فازور سنکرون، منابع تولید پراکنده، مولفه های تحمیلی خطا
  • امیرحسین اسدنجفی، پیمان باقری، معصومه مغفوریان، علی اصغر رضی کاظمی* صفحات 143-158

    کلیدهای قدرت نقش بسزایی بر پایداری شبکه برق و رفع سریع خطا در این شبکه دارند. بنابراین، پایش مستمر این تجهیزات بحرانی به منظور تشخیص خرابی های متداول الزامی است. در این صورت، می توان از خطاهای احتمالی و قطعی ناخواسته در شبکه برق جلوگیری کرد. در این مقاله، امکان پایش کلیدهای قدرت و تشخیص و دسته بندی خطاها به واسطه هوش مصنوعی (AI)[1] بررسی می شود. در این رویکرد امکان پیشگیری از وقوع خطا وجود خواهد داشت که باعث کاهش هزینه های نگهداری خواهد شد. به همین منظور پایش عملکرد کلیدهای قدرت، با استراتژی نگهداری مبتنی بر وضعیت (CBM)[2] و استفاده از سیگنال جریان بوبین (CC)[3] وصل/قطع برای یک ساختار واقعی از کلید 5/72 کیلوولتی ارایه می گردد که با بهره مندی از آن امکان تشخیص و پیش بینی خطا در بخش های مختلف کلید شامل منبع تغذیه، سیم بندی سیم پیچ ها، ضامن[4] و کنتاکت های کمکی وجود دارد. با شبیه سازی بوبین کلید در نرم افزار COMSOL Multiphysics و اتصال آن به نرم افزار MATLAB، طیف گسترده ای از خطاهای موردنظر شبیه سازی شده و داده های لازم برای آموزش الگوریتم های یادگیری ماشین (ML)[5] تامین می شود، الگوریتم های مورد استفاده که وظیفه تشخیص خطا را برعهده دارند، عبارتند از: رگرسیون منطقی[6]، ماشین بردار پشتیبان (SVM)[7]، درخت تصمیم گیری[8] و K-نزدیک ترین همسایه (KNN)[9] . به این ترتیب می توان انواع خطاهای ممکن را تشخیص داد و طبقه بندی نمود. نتایج نشان می دهد که از میان الگوریتم های فوق، الگوریتم SVM به علت همپوشانی زیاد داده ها عملکرد مناسبی نداشته و بیشترین دقت مربوط به الگوریتم KNN می باشد، بنابراین این الگوریتم برای سیستم تشخیص خطا انتخاب می گردد.

    کلیدواژگان: کلید قدرت، جریان بوبین، هوش مصنوعی، یادگیری ماشین
  • حنانه ابوالقاسم پور، علی اصغر رضی کاظمی* صفحات 159-169

    امروزه برای حفاظت بیشتر از محیط زیست و با توجه به آلودگی های حاصل از سوزاندن سوخت های فسیلی و همچنین به دلیل محدودیت این منابع، جهت گیری جهانی به سمت تولید انرژی از منابع انرژی تجدیدپذیر می باشد. از آن میان، استفاده از انرژی خورشیدی به دلیل پایداری نسبی، قیمت مناسب در مناطق با پتانسیل زیاد تابش  روز به روز در دنیا رو به گسترش است. از طرفی، با توجه به نصب تجهیزات نیروگاه ای فتوولتاییک در فضای باز و پشت بام ها، احتمال برخورد مستقیم و یا غیر مستقیم صاعقه به این تجهیزات وجود دارد. در این مقاله، با مدل سازی دقیق قاب مبتنی بر خطوط انتقال و درنظر گرفتن عناصر پارازیتی متفاوت، اجزای متفاوت سیستم فتوولتاییک در محیط نرم افزار MAXWELL و EMTP-RV، اضافه ولتاژ گذرای ایجاد شده در اثر برخورد مستقیم و غیر مستقیم صاعقه به قاب، در نقاط مختلف سیستم فوتوولتاییک بررسی می شود. همچنین، رفتار فرکانس بالای غیرخطی زمین در این مطالعات به منظور افزایش دقت مطالعات نیز لحاظ شده است.  نتایج نشان میدهد که  با توجه به توزیع اضافه ولتاژها در سیستم های فتوولتاییک (PV)، نقطه میانی بهترین نقطه برای نصب سیستم حفاظتی یا زمین کردن می باشد. همچنین، میله حفاظتی در فاصله مناسب و با زمینی مستقل  قرار گیرد، کارایی بهتری را نسبت به میله حفاظتی متصل به سیستم نشان خواهد داد. از طرفی مدلسازی های دقیق بدنه و زمین می تواند منجر به بهبود حدودا 40% نتایج گردد.

    کلیدواژگان: صاعقه، فوتوولتائیک، اضافه ولتاژ گذرا، Transient Voltage، Lightning، EMTP
  • حمیدرضا عزیزپور، محسن جنتی*، محمدرضا انصاری صفحات 171-181

    استفاده از پست های با عایق گاز در سطوح ولتاژ بالا سیستم های قدرت به خاطر مزیت های متعدد آن از قبیل نیاز به فضای کمتر، مقاومت در برابر آلودگی های محیطی، قابلیت اطمینان بالا و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری متوالی در حال گسترش است. یکی از پدیده هایی که فواصل عایقی داخل محفظه بسته را در این پست ها تهدید می کند وقوع اضافه ولتاژهای گذرای بسیار سریع می باشد. این اضافه ولتاژها در اثر عملکرد کلیدزنی درپست های با عایق گاز برای تجهیزات داخل پست و متصل به آن خطرناک بوده و در صورت تکرار می تواند به عایق داخلی تجهیزات آسیب برساند. همچنین این اضافه ولتاژهای گذرا در موارد خاص چون ولتاژهای فوق العاده بالا ممکن است آسیب های جدی را به تجهیزات گران قیمت پست وارد نماید. از این رو در این مقاله ضمن بررسی روش های موجود جهت محدود نمودن اضافه ولتاژهای گذرای بسیار سریع در نقاط مختلف و حساس پست های GIS، یک روش ترکیبی جدید مبتنی بر استفاده هم زمان از حلقه های نانو کریستالی در باسبار و دو مسیر کابل XLPE جهت اتصال ترانسفورماتور قدرت به پست ارایه شده است. نتایج شبیه سازی در سمت 230 کیلوولت پست GIS دانشگاه شیراز نشان می دهد که در صورت کلیدزنی در نقاط مختلف، روش پیشنهادی در این مقاله نسبت به سایر روش ها دارای کمترین دامنه اضافه ولتاژها می باشد. با استفاده از روش ترکیبی پیشنهادی، دامنه اضافه ولتاژهای گذرای بسیار سریع در پایانه ترانسفورماتور قدرت شبکه تحت مطالعه به میزان 7/59 درصد کاهش یافته و این کاهش در دیگر نقاط پست نیز قابل مشاهده است.

    کلیدواژگان: اضافه ولتاژهای گذرای بسیار سریع، پست های فشارقوی گازی، EMTP-RV
  • غلامرضا شهابادی، مجیدرضا ناصح*، سیاوش اسحقی صفحات 183-194

    استفاده از روش کنترل مد لغزشی در مبدل های الکترونیک قدرت به علت سادگی پیاده سازی در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. برای تثبیت فرکانس کلیدزنی می توان از روش کنترل معادل مد لغزشی استفاده نمود. در هنگام استفاده از کنترل کننده معادل مدلغزشی اغلب پارامترهای کنترل کننده با سعی و خطا انتخاب می گردد لذا امکان بررسی پایداری در محدوده کاری وسیع وجود ندارد. در این تحقیق برای حل مشکل مذکور، یک روش سیستماتیک برای طراحی و همچنین انتخاب ضرایب کنترلی کنترل کننده معادل مدلغزشی در کنترل مبدل منبع امپدانسی ارایه گردیده است. معیارهای اصلی مورد ارزیابی شامل خطای حالت ماندگار، مقاومت کنترل کننده نسبت به تغییر ولتاژ مرجع، بار و منبع ورودی است. شبیه سازی ها به کمک نرم افزار  MATLAB/Simulink انجام شده است و کارآیی روش پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: مبدل های منبع امپدانسی، کنترل مد لغزشی، انتخاب پارامترهای کنترل، کنترل مقاوم
  • علیرضا توکلی*، فاطمه خراسانی صفحات 195-203

    در این مقاله، کنترل مدل پیش بین با مجموعه کنترلی محدود در دو سرعت کم و زیاد برای کنترل موتور جریان مستقیم بدون جاروبک با گشتاور بار متغیر ارایه شده است. در روش کنترلی پیشنهادی با حذف سنسور مکانیکی و با استفاده از مشاهده گر مدلغزشی ، به تخمین دقیق نیروی ضدمحرکه و همچنین سرعت و موقعیت روتور پرداخته می شود. سپس از طریق روش کنترل مدل پیش بین با مجموعه کنترلی محدود برای بهبود عملکرد کنترل سرعت و کاهش چترینگ ، با کمینه سازی تابع هزینه رفتار آینده متغیرهای سیستم پیش بینی می شود. . روش مورد نظر به کمک نرم افزار متلب شبیه سازی می شود و سرعت خروجی و نیروی ضدمحرکه حاصل از روش کنترل مدل پیش بین با مجموعه کنترلی محدود با روش مشاهده گر مدلغزشی مقایسه می شود . نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش کنترلی مورد استفاده سبب بهبود دقت همگرایی سرعت و کاهش خطای حالت ماندگار و نوسانات حالت مانا می شود.

    کلیدواژگان: کنترل مدل پیش بین با مجموعه کنترلی محدود، موتور جریان مستقیم بدون جاروبک، مشاهده گر مدلغزشی، نیروی ضدمحرکه، کنترل فازی
  • سعید حسن زاده* صفحات 205-213

    امروزه، بخاطر معضلات زیست محیطی استفاده از خودروهای الکتریکی مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. یکی از مشکلات موجود در این حوزه، شارژ باطری این خودرها است. شارژرهای مبتنی بر القای مغناطیسی بخاطر مزایای از جمله حذف سیم و کابل و قابلیت اطمینان بالا نسبت به شارژرهای پلاگین معمول؛ با پیشرفت تکنولوژی در حوزه الکترونیک قدرت در حال توسعه هستند. این راه حل جدید امکان ساخت سیستم های انتقال انرژی کم هزینه و هوشمند را فراهم می کند. شارژرهای القایی یک سیم پیچ فرستنده بر روی زمین و یک سیم پیچ گیرنده بر روی خودرو دارند. بخاطر فاصله هوایی، تزویج مغناطیسی بین اولیه و ثانویه ضعیف است. در این مقاله یک شارژر القایی دو طرفه معمولی مبتنی بر مبدل تشدیدی مورد مطالعه قرار می گیرد. سپس ساختار آن با مدل تزویج مغناطیسی ضعیف ترکیب می شود و مدل ترکیبی مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. در نهایت مدل بدست آمده و تحلیل های محاسباتی صورت گرفته، با انجام شبیه سازی بر روی یک مبدل شارژ باتری 6.6 کیلوواتی در محیط سیمولینک Matlab مورد تایید قرار می گیرند. نشان داده می شود با تغییر تزویج در گستره 0.1 تا 0.9، اگر فرکانس تشدید با خازن تشدیدی متغیر، ثابت نگه داشته شود،  ولتاژ شارژ باتری تقریبا در گستره 440 ولت تا 450 ولت ثابت می ماند.

    کلیدواژگان: انتقال توان القایی، خودرو الکتریکی، شارژرهای دو طرفه، مبدل تشدیدی
  • منصور رفیعی*، سعید امیری شادمهری صفحات 215-225

    در این مقاله یک منبع تغذیه بدون وقفه دینامیکی(DUPS) با ترکیب سیستم ذخیره ساز باتری و چرخ طیار با هدف غلبه بر مشکلات کیفیت توان نظیر کاهش موقت ولتاژ و قطعی برق ارایه شده است. برای تامین برق در لحظه بروز خطا و چندثانیه بعد از آن از سیستم ذخیره انرژی چرخ طیار و در چند دقیقه بعد از بروز خطا یا قطعی برق از سیستم ذخیره سازی باتری و در صورت رفع نشدن قطعی برق، از راه اندازی یک دیزل ژنراتور استفاده شده است. سیستم ذخیره سازی انرژی چرخ طیار متشکل از یک مبدل دوطرفه، یک چرخ طیار و یک موتور سنکرون آهنربای دایم (IPMSM) می باشد. در طرح کنترل IPMSM، از کنترل برداری، حداکثرسازی گشتاور در هر آمپر (MTPA) و تضعیف شار استفاده شده است. سیستم ذخیره سازی باتری، شامل یک مبدل دوطرفه DC/DC کاهنده-افزاینده به همراه یک کنترل کننده ی شارژ و دشارژ است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که سیستم ذخیره انرژی چرخ طیار در کمتر از 10 ثانیه از حالت ساکن به حالت آماده کار تغییر وضعیت داده و آماده تامین برق بار بحرانی برای پدیدهای کوتاه مدت می شود. در حالت UPS نیز ولتاژ بار بحرانی را در کمتر از یک سیکل در مقدار نامی حفظ می کند. در صورت وقوع قطع برق بلندمدت نیز پس از تخلیه انرژی چرخ طیار طی حدود 2 ثانیه، سیستم ذخیره انرژی باتری وارد مدار شده و ولتاژ لینک DC را با خطای ماندگار صفر، در مقدار مرجع خود حفظ نموده و زمان لازم برای راه اندازی دیزل ژنراتور را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: منبع تغذیه بدون وقفه دینامیکی (DUPS)، سیستم ذخیره انرژی چرخ طیار (FESS)، سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS)، مبدل DC، DC کاهنده - افزاینده، کیفیت توان، افت ولتاژ، قطع برق
|
  • Nima Farzin, Ehsan Hajipour*, Ali Agheli, Sayyed Mohammad Hashemi Pages 1-10

    Due to the growing penetration of residential air conditioners (RACs) in Iran power grid, fault-induced delayed voltage recovery (FIDVR) has been recognized as a serious threat to the voltage stability. In order to confine FIDVR adverse impacts, it is vital to identify the most “at-risk" buses in a power grid. This paper by analyzing the real-world FIDVR events in Iran bulk network shows that in addition to the power system topology and reactive power support, the RAC penetration rate and the ambient temperature are also effective in order to identify the critical FIDVR-prone buses. By introducing the load incremental factor, and the effective voltage depression coefficient, this paper proposes an enhanced MVA-Volt index to distinguish the most at-risk buses. The proposed screening tool can be evaluated only by conducting steady-state simulations, though the FIDVR phenomenon is inherently a dynamic phenomenon. To examine the effectiveness of the proposed index, firstly, it has been verified over a restricted region of Iran power grid (Kerman region) by carrying out precise dynamic simulations. Then, it is validated considering the actual FIDVR events. The identified at-risk buses are in good agreement with the real-world reported FIDVR events, and therefore, the proposed index is found reliable and effective.

    Keywords: Fault-Induced Delayed Voltage Recovery, Residential Air Conditioner, Motor Stalling, Ambient Temperature
  • Hassan Majidi, Mahmoodreza Haghifam* Pages 11-18

    Electricity losses as an integral part of power delivery systems have always been recognized by electricity industry actors as a measure of how the network managed. In a way, the high losses of the network show the weak managers and the inefficiency of the programs implemented in this network. The exact amount of losses is measured by load flow; But distribution networks, especially low voltage networks, have many information deficiencies due to the expansion and lack of development of information systems; This has left no measure of losses available in this section. Therefore, the electricity network regulator and distribution companies do not have a good view to assessing the management status of the network, the efficiency of the implemented projects, future planning, and budget allocation. In this paper, by using statistical analysis and high responsiveness of deep neural networks to nonlinear problems, a new method for estimating losses in the weak space of information systems is presented.

    Keywords: Loss Estimation, Low voltage Feeders, Weak Information Systems, Deep Neural Networks
  • Erfan Rajaeyan, Roohalamin Zeinali Davarani* Pages 19-27

    Renewable energy sources can provide a suitable solution to meet the increasing load demand. Therefore, based on the objective functions and according to the structure of the distribution network, and the variety of solar radiation intensity, ambient temperature, and wind speed in different network nodes, the location, and capacity of renewable sources should be determined optimally. As in the distribution networks, the voltage stability of the lines and the voltage profile of the buses are usually not in the desired condition, so improving the voltage stability can be considered as one of the main goals in the allocation and capacity determination of renewable sources. For this purpose, in this paper, the optimal location and capacity of hybrid distributed generation sources including photovoltaic power plants, wind farms, diesel generators, and energy storage systems are done. The objective functions include reducing the probability of loss of power supply, minimizing the total net present costs, and improving the network voltage stability. For this purpose, based on annual information of radiation intensity, wind speed, temperature, and profile of residential, commercial, and industrial loads, optimal allocation and capacity determination of hybrid distributed generation are done in IEEE 33-bus radial distribution system using multi-objective genetic algorithm.

    Keywords: Distributed generations, Optimal allocation, capacity determination, Voltage stability, Net present cost
  • Erfan Kharazian, Alireza Jalilian* Pages 29-42

    Nowadays, power quality issues and problems related to voltage variations have been emphasized by consumers of electrical energy and distribution utilities. Thus, compensating issues such as voltage sag and voltage deviations in the distribution network level are of paramount importance. This paper proposes a hybrid planning algorithm to locate distributed generations (DGs) and battery energy storage systems (BESSs) in an optimal way for solving economic and technical problems related to the occurrence of voltage sag in a distribution network. This algorithm is a nested problem, which is considered to represent the uncertainty of DGs along with load demand for simulating the occurrence of the voltage sag. In the next step, the DGs and BESSs obtained from the planning algorithm are used in a real-time post-fault network reconfiguration algorithm for economical operation and improvement of voltage deviations of the network. In the final part, total power loss is calculated with the presence of DGs and battery storage systems. The two proposed algorithms have been tested on a modified IEEE 33-bus distribution system. The obtained results demonstrate the 53 percent reduction of the cost function of the planning algorithm without the need for adding the cost of the occurrence of voltage sag and the 50 percent reduction of the total power loss due to the suitable compensation.

    Keywords: Voltage sag, Power loss, Planning algorithm, Distribution generation, Battery storage system, Network Reconfiguration
  • Elham Sadeghi, Mostafa Gholami* Pages 43-52

    Today, with the increasing consumption of electricity and environmental problems caused by fossil fuels, the tendency to use renewable sources is increased. Also, due to the restructuring of power networks from the traditional structure to the market-based structure, different energy markets and ancillary services is designed. On the other hand, due to the uncertainty of the renewable sources generation, energy storage units are considered as a participant in energy and ancillary service markets alongside renewable sources or as an independent unit. Due to the high speed of battery energy storages, using these resources in frequency ancillary service markets such as the automatic frequency restoration reserve market is an appropriate choice. One of the issues in scheduling these units is how to participate in energy or ancillary services markets simultaneously, to maximize the net profit. In this paper, an optimal strategy for the simultaneous participation of the battery energy storage unit in the energy and the automatic frequency restoration reserve markets is proposed. Simulation results show the good performance of the proposed strategy for the simultaneous participation in the energy and the automatic frequency restoration reserve markets to maximize the battery energy storages profit.

    Keywords: Battery energy storage, power market, Automatic frequency restoration reserve market, Ancillary service market, Optimal scheduling of energy storages
  • Mansour Rafiee*, Mehrdad Morsali Golboos, Zahra Rafiee Pages 53-63

    Non-linear loads are a major contributor to harmonics in the power system. Harmonics harm electrical network components by destroying the sinusoidal waveform of current and voltage. The goal of this article is to provide and control active and reactive power, as well as to reduce network harmonic currents caused by non-linear loads. As a result, the proposed method decreases grid current harmonics by employing a battery energy storage system and providing a control mechanism for it, in addition to managing and supplying the amount of active and reactive power of the nonlinear load individually. Power control and harmonic reduction are the two parts of the proposed control system. Power control is done with classic PI controllers, whose coefficients are obtained with Ziegler-Nichols method, while harmonic reduction is done with PI-Fuzzy controllers. The current harmonic signal is sent into the PI-Fuzzy controller, while the main component (50 Hz) is isolated from it. The simulation results in three distinct scenarios demonstrate that the proposed approach can regulate the active and reactive powers of the nonlinear load under different charging and discharging situations, as well as reduce current harmonics up to the 31st harmonic.

    Keywords: Active, reactive power, Harmonics, Battery Energy Storage System (BESS), Fuzzy-PI Controller
  • Mohammad Rasol Jannesar*, Sajad Sadr, Mehdi Savaghebi Pages 65-76

    In this paper, the effect high penetration of renewable energy resources on the transmission network stability is investigated. By increasing the number of inverter-based resources, the overall inertia of the network decreases and the stability of the network is affected. In order to analyze the behavior of low-inertia grids, initially according to the type of traditional power plants and wind turbines, appropriate dynamic modeling has been done. Then, by creating a short circuit, the effect of increasing the penetration of wind turbines on the voltage and frequency stability is evaluated. The effect of duration and location of the fault on network stability has also been investigated. The study network is a modified Kundur’s four-machine system modeled in PowerFactory.

    Keywords: Voltage, frequency stability, dynamic modeling, wind turbine, transmission system
  • Reza Khalilzadeh, Mahmoud Reza Haghifam* Pages 77-86

    In this paper, a stochastic multi-objective optimization model for planning distribution networks has been proposed. After running this model, the optimal configuration will be obtained. The proposed model has two main objectives (1) Minimizing the Net Present Value and (2) Minimizing the Expected Energy Not Supplied. In this model, based on the optimal solution, the network’s buses and feeders can be either AC or DC. Monte Carlo Simulation (MCS) has been used in order to model stochastic variations of load demands and distributed generations’ output. For obtaining the best solution, the planning problem will be solved with NSGA, and then a tradeoff between NPV and EENS will be calculated with Pareto Front. The proposed model will be tested on a 14-Bus network, which includes AC and DC load points, and DGs with AC or DC output. The test network will be planned as a pure AC network, and also as a hybrid AC/DC network for (1) an urban zone and (2) a case in which some of the load points are industrial loads and have a very large interruption cost. Finally, at the end of the paper, some results such as NPV, ENS, network’s loss, and a reliability index such as SAIDI will be compared.

    Keywords: Distribution Network Planning, Reliability, Multi-Objective Optimization, Hybrid AC, DC distribution networks, Distributed Generation, Hybrid Networks
  • Hamid Gorjipour, Mojtaba Najafi*, Naghi Moaddabi Pirkolahchahi Pages 87-100

    With the expansion of renewable energy resources and the reduction of the power system total inertia, the problem of providing the primary frequency response (PFR) has been raised. Other methods were welcomed. The issue of generation/transmission expansion planning must also adapt to these methods. Therefore, in this paper, a model of generation/transmission expansion planning is presented in which each of the renewable energy sources such as wind and solar power plants has virtual inertia. So, they can participate in the primary frequency response. Moreover, Frequency security margin constraints are also included in the issue. Frequency security margin is the maximum allowable and tolerable unbalance between the generation and consumption power of the network which can lead to more accurate expansion planning than other PFR-based method, if considered. Compared to the traditional method, the network's tolerance to sudden events has increased, which has certainly can be achieved at a higher cost than the traditional one. The IEEE-RTS96 network was used to verify the proposed model. The results show a percentage increase in cost compared to the traditional method, and an increase in network frequency security margin. The combination of YALMIP and MOSEK software has been used to solve the mixed integer linear programming model, which have shown its superiority in solving these models.

    Keywords: Generation, Transmission Expansion Planning, Frequency Security Margin, Virtual Inertia, Renewable Energy Resources
  • Ramezan Ali Naghizadeh* Pages 101-109

    This study is aimed to apply three machine learning techniques including Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), and Multivariate Adaptively Regression Spline (MARS) in both short-term and long-term electric load forecasting problems and compare their performance. Last hour load, temperature, and solar altitude angle of the present hour with holidays were considered as inputs. Three different criteria including root mean square error, mean absolute error, and coefficient of determination were used to evaluate the performance of prediction methods. These methods are all applied to practical electric load demand data obtained from a sub-transmission substation in Hamedan using R programming language. The temperature data are collected from the nearest meteorological weather station and the hourly solar altitude angle for the whole year is accurately calculated with astronomical equations for the studied location. The results show that the implemented methods provide acceptable forecasts and RF and SVM models exhibit superb results and provide more accurate forecasts in short-term load and long-term load forecasting respectively.

    Keywords: Short-Term Prediction, Long-Term Prediction, Machine Learning, Random Forest, Support Vector Machine, Multivariate Adaptively Regression Spline
  • Amir-Hossein Ataee-Kachoee, Hamed Hashemi-Dezaki*, Abbas Ketabi Pages 111-130

    The change in network topology and operation modes of microgrids is one of the most crucial challenges for protection systems, which might lead to some coordination constraint violations.  Although communication-based and adaptive protection schemes have various advantages, because of their required hardware and software infrastructures, the communication-free schemes have received a great deal of attention. The cyber-attacks and failures in communication-based protection schemes highlight the advantages of communication-free systems. In this paper, the main contribution is to develop a new communication-free method using double setting directional overcurrent relays considering different operation modes and network topologies. There is a research gap in developing a method incorporating the optimal selection of relay characteristics and curve breakpoints for dual setting directional overcurrent relays. The proposed method tries to fill such a research gap by proposing a new method using the dual setting relays, while the time settings, current settings, types of relay curves, and curve breakpoints are simultaneously optimized. The microgrids are simulated in DIgSILENT environment, and power flow and short circuit analyses are performed to determine the required data and information for the proposed optimization problem. Thus, the proposed optimization problem for protection coordination of microgrids is solved using the Genetic Algorithm (GA) in MATLAB. Test results of applying the proposed method on the IEEE 8-bus and the distribution portion of the IEEE 30-bus test systems result in 12.42% and 9.56% improvement in the operating time of the protection system, respectively, that illustrate the advantages of the proposed method. Obtained results show that optimizing the curve types for dual setting directional overcurrent relays besides the optimal selection of curve breakpoints significantly improves the performance of the protection schemes using the dual setting characteristics in various operation modes and network topologies.

    Keywords: Microgrids, Directional Overcurrent Relays, Optimal Protection Coordination, Dual Setting Characteristics, Different Operation Modes, Optimal Selection of Relay Curves, and Standard Relay Characteristics
  • Sasan Aliloo, Tohid Ghanizadeh Bolandi*, Daryoush Nazarpour Akbari Pages 131-142

    In the last decades, microgrids have been developed for the techno-economic management of distributed generation (DG) penetration in distribution networks. Providing a primary secure and dependable protection scheme for AC microgrids is a challenging task due to the use of a variety of DG technologies. In this paper, a new independent protection scheme using current synchrophasor measurements obtained from microgrid buses is presented to detect the different kind of internal and external faults in different location. The performance of the proposed protection scheme is evaluated under different operating conditions of the microgrid (in the grid connected and islanded mode) by entering and disconnecting the DGs and changing their penetration level.  In this regards, a novel index based on differential phase angle of fault component current obtained from both ends measurements of microgrid buses is proposed to distinguish the fault condition from no-fault situations. The proposed protection index is tested on standard 15-bus microgrid considering high resistance faults and variation in DG penetration in the grid connected and islanded mode. The obtained results indicate the capability and superiority of the proposed approach in reliable microgrid protection

    Keywords: AC Microgrid, Protection, Synchrophasor Measurement, Distributed Generation, Fault Component
  • Amirhosein Asadnajafi, Peyman Bagheri, Masoumeh Maghfourian, Ali Asghar Razi-Kazemi* Pages 143-158

    High voltage circuit breakers (CBs) play an important role in power grid stability and fast clearing faults on this grid. Therefore, real-time monitoring of these critical components is necessary to prevent possible failures and uundesirable interruptions on power grid. In this paper, the possibility of monitoring of HVCBs as well as fault diagnosis and classification are investigated using artificial intelligence. Accordingly, failure prevention is possible, therefore maintenance costs will be reduced. Here, monitoring of CBs has been implemented through condition-based maintenance strategy (CBM) using close/trip coil current signal (CC) of a real 72.5 kV CB, which helps to detect and predict faults in different parts of CB such as supply voltage, coil winding, latch and auxiliary contacts. Through simulation of the coil in COMSOL Multiphysics software and linking it with MATLAB software, a wide range of faults is obtained for training of machine algorithms. These algorithms are being used to detect faults, such as: logistic regression, support vector machine (SVM), decision tree and nearest neighbor (KNN). Results indicate that among these algorithms, SVM algorithm does not perform well because of overlapping, and the most accuracy is related to KNN algorithm, so this algorithm is selected for the fault diagnosis system.

    Keywords: high voltage circuit breaker, coil current, artificial intelligence, machine learning
  • Hannaneh Abolghasempour, Ali A. Razi-Kazemi* Pages 159-169

    Nowadays, to having greater protection of the environment and due to the pollution caused by using fossil fuels and the limitation of these resources, the global orientation towards is renewable energy sources. As a sustainable form of energy, solar energy is really important, because that is almost the cheapest source of energy production in areas with high solar radiation potential; so global demanding of electricity generation can be supplied with using this technology. There is possibility of direct or indirect lightning strike on photovoltaic system equipment due to the installation of this equipment outdoors or on rooftops. In this paper, the transient overvoltage crated by direct and indirect lightning strike to the photovoltaic frame in different parts of the photovoltaic system is investigated by an accurate modeling of the frame, pillars and ground of a photovoltaic system in EMTP-RV.

    Keywords: EMTP, Lightening, Photovoltaic, Transient Voltage
  • Hamid Reza Azizpour, Mohsen Jannati*, Mohammad Reza Ansari Pages 171-181

    Use of Gas Insulated Substations (GISs) at high voltage power systems is expanding due to their advantages such as: less required space, resistance to environmental pollutions, high reliability and no need for continuous maintenance. One of the phenomena that threatens the insulation distances inside the closed enclosure in these substations is the occurrence of Very Fast Transient Overvoltages2 (VFTOs). These overvoltages that are resulted from switching3 operation in the GIS are dangerous for the equipment connected to or inside the GIS and can damage the internal insulation of the equipment. Moreover, these transient overvoltages can cause serious damage to the expensive substation equipment in special cases such as extremely high voltages. In this paper, while reviewing the existing methods to limit VFTO in different sensitive points of the GIS, a new hybrid method is proposed based on the simultaneous use of Nanocrystalline rings in busbars and parallel XLPE4 cable path to connect power transformer to the GIS. The simulation results for Shiraz University 230 kV GIS show that in the case of switching operation, the proposed method has the lowest amplitude of overvoltages compared to other methods at different places in this substation. Using the proposed hybrid method, the amplitude of VFTO in the terminal of power transformer of the under-study network is reduced by 59.7% and this reduction can be seen in other points of the substation, as well.

    Keywords: Very Fast Transient Overvoltages, High Voltage Gas Insulated Substation, EMTP-RV
  • Gholamreza Shahabadi, Majidreza Naseh*, Siavash Es'haghi Pages 183-194

    Due to its simplicity of implementation, the sliding mode control (SMC) method has been increasingly used in converters in the field of power electronics in recent years. The equivalent control approach can be leveraged to make the switching frequency stable in the sliding mode control of converters. In the SMC approach, most of the controller parameters are tuned by trial and error, and as a result, it is not possible to guarantee the stability of the controller in a wide range of operation. To cope with this challenge, a novel approach for designing the sliding mode controller and adjusting its parameters in a Z-source converter is proposed in this paper. To evaluate the proposed design, various important criteria including steady-state error and controller robustness against variations in the reference voltage, load, and input voltage have been investigated. The efficiency of the proposed method has been proved with the experiments through extensive MATLAB/Simulink simulations.

    Keywords: Z-source converter, Sliding mode control, control parameter selection, robust control
  • Alireza Tavakoli*, Fatemeh Khorasani Pages 195-203

    this paper presents finite control set-model predictive control (FCS-MPC) in the low and high speed range for the control of brushless DC (BLDC) motor. In the proposed control method, by removing the mechanical sensor and using the sliding mode observer (SMO), the electromotive force (BACK-EMF) as well as the speed and position of the rotor are accurately estimated. Then through fcs-mpc to improve speed control performance and reduce chattering, by minimizes a cost function, predicts the future behavior of the  system variables. The method is simulated with MATLAB software and the output speed and back-emf obtained from the control model control method with a limited control set are compared with the slip model observer method. The simulation results show that the control method used improves the speed convergence accuracy and reduces the steady-state error and the steady-state fluctuations.

    Keywords: finite control set-model predictive control (FCS-MPC), brushless DC (BLDC), sliding mode observer (SMO), electromotive force (BACK-EMF), fuzzy control
  • Saeed Hasanzadeh* Pages 205-213

    Nowadays, electric vehicles have gained more attention due to environmental issues. In this regard, charging the batteries of electric vehicles is one of the main challenges. Because of recent advancements in power electronics, inductive power transfer (IPT) chargers are rapidly developing due to some advantages compared to conventional plug-in chargers, such as no cable required and higher reliability. This new solution allows the building of low-cost and intelligent energy transfer systems. IPT chargers have a transmitter coil on the ground and a receiver coil on the vehicle. Due to the air gap, the magnetic coupling between the primary and secondary is weak. In this paper, the structure of a typical bidirectional charger based on a resonant converter is developed by a weak magnetic coupling. Finally, the obtained model and the performed computational analyzes are confirmed by simulation on a 6.6 kW battery charging converter in the Simulink Matlab. It is shown that by changing the electromagnetic coupling in the range of 0.1 to 0.9, if the resonance frequency is kept constant with a variable resonance capacitor, the battery charging voltage remains almost constant in the range of 440 V to 450 V.

    Keywords: Bidirectional charging, Electric Vehicles, Resonant Converter, Inductive Power Transfer
  • Mansour Rafiee*, Saeed Amiri Shadmehri Pages 215-225

    This paper presents a dynamic uninterruptible power supply (DUPS) consisting of both battery and flywheel energy storage systems with the aim of overcoming power quality problems such as temporary voltage drop and power outages. To supply a critical load at the moment of fault occurrence and a few seconds later, the flywheel energy storage system(FESS) and for a few minutes after that or in the case of power outage, the battery storage system and after that, a diesel generator are used respectively. The FESS system consists of a bidirectional inverter, a flywheel and an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). In the IPMSM control scheme, vector control, torque maximization per ampere(MTPA) and field weakening technics are used. The battery energy storage system consists of a bidirectional DC / DC buck-boost converter and a charge-discharge control. The simulation results show that the FESS changes from standstill to charged and standby condition in less than10  seconds and is ready to supply critical load for short-term phenomena. In UPS mode, it also maintains the critical load voltage at the nominal value in less than one cycle. In the event of a long-term power outage, after discharging the flywheel energy for about 2 seconds, the battery energy storage system maintains the DC link voltage at its reference value and provides the necessary time to start the diesel generator.

    Keywords: Dynamic Uninterruptible Power Supply (DUPS), Flywheel Energy Storage (FESS), Battery Energy Storage (BESS), buck-boost DC, DC converter, Power Quality, Voltage sag, Power Outage