فهرست مطالب

نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
سال دوم شماره 1 (پیاپی 5، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امید ناظم، هادی ثقفی اصفهانی* صفحات 1-19

    در سال های اخیر نرخ وقوع حوادث طبیعی شدید افزایش پیدا کرده است که این امر منجر به خسارت های گسترده به سیستم قدرت و وقوع خاموشی های گسترده شده است. برای کم کردن اثرات نرخ وقوع حوادث طبیعی شدید می توان از اقدامات کنشگرانه در شبکه توزیع استفاده کرد. اقدامات کنشگرانه در مقابل اقدامات واکنشگرانه قرار دارند. اقدامات کنشگرانه قبل از حادثه و در مقابل اقدامات واکنشگرانه پس از حادثه انجام می شوند. در این مقاله یک مدل ریاضی برای نشان دادن تاثیرات اقدامات پیشگیرانه ارایه شده است. در مدل پیشنهادی به محض پیش بینی وقوع حادثه، با پیش بینی خروج خطوط آسیب دیده در شبکه با استفاده از روش مونت کارلو در نرم افزار متلب، سناریوهای خرابی پس از حادثه تولید می شوند. سپس به منظور کاهش حجم محاسبات از کاهش سناریو در نرم افزار GAMS استفاده می شود. در مرحله آخر با اجرای مدل پیشنهادی محل بهینه نصب منابع تولید پراکنده قابل حمل و تیم تعمیر تعیین می گردد. با تعریف مطالعات موردی مختلف و شبیه سازی بر روی شبکه نمونه مشاهده می شود که بر اساس نتایج بدست آمده،  مقدار انرژی تامین نشده و مدت زمان خاموشی بارها به طور قابل توجهی کاهش پیدا می کند که این امر نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی در مواجهه با حادثه پیش رو می باشد.

    کلیدواژگان: تاب آوری، اقدامات پیشگیرانه، شبکه توزیع، تیم های تعمیر، منابع تولید پراکنده قابل حمل
  • فرزاد حاجی محمدی، احسان حیدریان فروشانی*، سید فریبرز زارعی، حسین مختاری صفحات 20-52

    در سال های اخیر، فرآیند توسعه از سیستم های قدرت الکتریکی معمولی به شبکه های هوشمند منجر به تعریف و پایه گذاری مفهوم ریزشبکه ها (MGs) شده است. در واقع، MG یک ساختار آینده نگر برای اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر، سیستم های ذخیره انرژی و بارها است. MG را می توان به عنوان یک شبکه توزیع (DN) محلی شامل تولیدات پراکنده (DGs) خطاب کرد. ادغام چنین منابعی مزایای فراوانی از جمله کاهش تلفات توان، بهبود کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه و کاهش ازدحام شبکه الکتریکی به همراه دارد. از سوی دیگر، پیکربندی جدید شبکه باعث ایجاد چالش های متعدد حفاظتی می شود که با طرح های حفاظتی معمول قابل برطرف کردن نیستند. این مسایل عبارتند از: حرکت توان در دو جهت مختلف، تغییر سطح جریان خطا به دلیل حالت های مختلف عملکرد شبکه، قطع اشتباه و حفاظت ناحیه کور. بنابراین، طرح های هماهنگی حفاظتی جدید و کارآمدی برای MGها و DN شامل DGها تعمیم یافته است. این مقاله مروری بر تکنیک های حفاظتی اعمال شده جهت کاهش تاثیر DGها بر DN را ارایه می کند.

    کلیدواژگان: ریز شبکه، شبکه توزیع، تولید پراکنده، تکنیک حفاظتی
  • اصلان صانعی، اسماعیل رک رک*، فرهاد نامداری صفحات 53-76
    حضور گسترده تولیدات پراکنده (DG) با بالا بردن سطح اتصال کوتاه، باعث از بین رفتن هماهنگی ادوات حفاظتی در سیستم توزیع می شود. با توجه به این که DG های از نوع ماشین سنکرون (SMDG) بیشترین مشکل را برای هماهنگی سیستم (رله های اضافه جریان) ایجاد می کنند؛ در این پایان نامه کنترل جریان خروجی ژنراتورهای سنکرون توسط تغییر تپ چنجر ترانسفورماتور متصل به آن، هنگام وقوع خطا پیشنهاد شده است. در این روش، مشارکت SMDG ها در تغذیه ی جریان خطا، با کنترل تپ چنجر، محدود می شود. قبل از وقوع خطا و متناسب با شرایط سیستم تپ چنجر ترانسفورماتور متصل به ژنراتور سنکرون تغییر کرده و باعث کاهش جریان در هنگام بروز خطا می شود. روش پیشنهادی روی یک سیستم توزیع نمونه در ETAP پیاده سازی شده است؛ نتایج حاصل از شبیه سازی کارایی روش پیشنهادی را تایید می کند.
    کلیدواژگان: تولید پراکنده، ژنراتور سنکرون، تپ چنجر ترانسفورماتور، رله های اضافه جریان
  • محمد عمادی، حمید رضا مسرور*، اسمعیل رک رک، امین سامان فر صفحات 77-95
    به دنبال گسترش استفاده از سپهرهای چند حاملی انرژی در صنایع، این مقاله یک چارچوب تصادفی جامع جهت مدیریت بهینه و برنامه ریزی روزانه یک سپهر انرژی ادغام شده با منابع انرژی تجدید پذیر و بارهای پاسخگوی سرمایشی، حرارتی و الکتریکی و سیستم ذخیره ساز یخ ارایه می دهد. برای حل این چالش، از روش تخمین نقطه ای2m+1 جهت ارزیابی دقیق عدم قطعیت های سیستم با پیچیدگی محاسباتی کم استفاده می شود. روش تخمین نقطه ای2m+1 یک روش تحلیل عدم قطعیت سریع بر اساس سری تیلور است. در این روش عدم قطعیت منابع انرژی تجدید پذیر و بارهای الکتریکی و حرارتی سپهر انرژی و همچنین قیمت مبادله با شبکه های مختلف توزیع انرژی بالادستی در نظر گرفته شده است. این مقاله همچنین یک روش بهینه سازی خود-تطبیق جدید به نام الگوریتم بهینه سازی خود-تطبیق بهبودیافته کپک مخاطی (SMSMA) را جهت حل مسیله پیچیده غیرخطی برنامه ریزی بهینه روزانه یک سپهر انرژی ارایه می دهد. روش خود-تطبیق بهبودیافته شده بر مبنای تیوری موجک است که قابلیت و توانایی الگوریتم اصلی کپک مخاطی را جهت حل مسیله برنامه ریزی بهینه روزانه یک سپهر انرژی یکپارچه بهبود می بخشد. نتایج عددی نشان می دهد که چارچوب برنامه ریزی تصادفی روزانه پیشنهادی، همراه با الگوریتم بهینه سازی SMSMA پیشنهادی، هزینه های بهره برداری سپهر انرژی را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم کپک مخاطی، تولید چند انرژی، روش تخمین نقطه ای، سپهر انرژی یکپارچه، مدیریت تصادفی سپهر انرژی
  • لیث خضیر عباس هلای، محمد مهدی رضایی* صفحات 96-116
    انرژی خورشیدی منحصربه فردترین و مقرون به صرفه منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان است و می تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد. لذا در این مقاله قرار است تا به صورت کلان و در چشم انداز دراز مدت به امکان سنجی فنی و اقتصادی نصب یک واحد نیروگاه خورشیدی از نوع منفصل از شبکه با پشتیبانی باتری برای تامین بخشی از برق شهر بغداد در کشور عراق پرداخته شود. تابع هدف این مسیله شامل هزینه نصب و تعمیر و نگهداری صفحات خورشیدی، باتری ها و اینورتر است که با نرخ بهره مشخص در چشم انداز 20 ساله با استفاده از روش های فرا ابتکاری IPSO و ALPSOبرای حل شده است، همچنین فاکتور میزان بار از دست رفته، حد مجاز شارژ و دشار باتری ها از جمله قیود اصلی مسیله هستند. یکی از ویژگی هایی که این مقاله را از سایر مقالات متمایز می کند اجرای آن برای مورد عملی شهر بغداد است، همچنین بررسی سود احتمالی حاصل از فروش برق به شبکه بالادست و استفاده از الگوریتم جدید  ALPSOهم از دیگر ویژگی ها و نوآوری های این مقاله به شمار می روند. این الگوریتم از یک فرآیند جستجوی تطبیقی سه مرحله ای استفاده می کند و باعث می شود تا قیود مسیله به خوبی رعایت شوند. نتایج نشان می دهند که روش های پیشنهادی باعث کاهش قابل توجه بار از دست رفته (به خصوص در روش ALPSO)، کاهش هزینه تعمیر نگهداری و نصب می شوند و در کل باعث بهبود عملکرد سیستم می شوند.
    کلیدواژگان: فتوولتائیک، بهینه سازی، الگوریتم فرا ابتکاری، اینورتر، باتری، انرژی خورشیدی
  • سپهر معلم، رویا محمدعلی پوراهری*، غضنفر شاهقلیان، مجید معظمی، سید محمد کاظمی صفحات 117-139
    رشد اقتصادی هر کشوری ارتباط زیادی با زیرساخت های زنجیره تامین انرژی الکتریکی و قابلیت دسترسی کم هزینه به آن دارد. بالا بردن تاب آوری زنجیره تامین انرژی الکتریکی جهت قابلیت پاسخگویی به تقاضای لحظه ای مشترکین پرمصرف و استراتژیک چالشی است که بدون در نظر گرفتن پیش بینی بلندمدت تقاضا و برنامه ریزی توسعه یکپارچه این زنجیره ممکن نخواهد بود. در این مقاله یک رویکرد پیش بینی بلندمدت تقاضا در زنجیره تامین انرژی الکتریکی صنایع سنگ آهن اسپیدان اصفهان با استفاده از ترکیب تبدیل موجک، شبکه عصبی مبتنی بر یادگیری عمیق (LSTM) و در نهایت ادغام نتایج با تکنیک داده کاوی مبتنی بر ماشین یادگیری شدید تنظیم شده پیشنهاد شده است. شرکت مورد مطالعه در این تحقیق از تامین کنندگان اصلی مواد اولیه در زنجیره تامین صنایع تولید فلزات اساسی و یکی از ده صنعت انرژی بر در زنجیره تامین انرژی الکتریکی استان اصفهان است. تنها اطلاعات موجود و در دسترس از این شرکت سری زمانی سیگنال تقاضای تاریخی انرژی الکتریکی این صنعت در یک بازه زمانی 40 ماهه و به صورت 24 ساعته می باشد. داده ها در سری زمانی مورد مطالعه منقطع است به طوریکه فقط 50 درصد از داده ها دارای مقدار و50 درصد مابقی صفر می باشد. این نقصان داده و عدم امکان دسترسی به داده های مکمل و ویژگی های موثر جهت پیش بینی باعث کاهش تراکم داده ها شده و امکان پیش بینی تقاضای بلندمدت را نسبت به سری های زمانی پیوسته با مشکلات بیشتری روبرو می کند. آنالیزآماری بکار رفته نشان داد که داده های سالانه و فصلی از توزیع نرمال پیروی نمی کند و دارای تورش و ناهمگونی بالایی می باشد. روش پیشنهادی و نتایج حاصل از آن با سایر روش های موجود مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از 10 تکرار روش های ماشین یادگیری شدید نشان می دهد که تکنیک (RELM) با سطح اطمینان بالای 95% از سایر روش های یادگیری ماشین موثر تر و نتایج دقیق تری دارد.
    کلیدواژگان: تبدیل موجک، حافظه کوتاه مدت بلند، ماشین یادگیری شدید تنظیم شده، پیش بینی بلند مدت، زنجیره تامین انرژی الکتریکی، میانگین مطلق درصد خطا
|
  • Omid Nazem, Hadi Saghafi * Pages 1-19

    In recent years, the rate of occurrence of natural disasters has increased, which has led to extensive damage to the power system and extensive blackouts. preventive measures can be used in the distribution network to reduce the effects of severe natural disasters. preventive actions are opposite to reactive actions. preventive measures are taken before the incident and reactive measures are taken after the incident. In this paper, a mathematical model is presented to show the effects of preventive actions. In the proposed model, as soon as the accident is predicted, by predicting the exit of the damaged lines in the network using the Monte Carlo method, post-accident failure scenarios are generated. Then, in order to reduce the volume of calculations, scenario reduction is done using Gams. In the last stage, by implementing the proposed model, the optimal location for the installation of portable distributed generation sources and the repair team is determined. The simulation on different case studies shows that using proposed method results in considerable reduction of the energy not supplied (ENS) and the time of power outage for loads, which shows the good performance of the proposed method in facing to future disaster.

    Keywords: resilience, Preventive actions, Distribution network, Repair teams, Portable distributed generation resources
  • Farzad Hajimohammadi, Ehsan Heydarian-Forushani *, Seyed Fariborz Zarei, Hossein Mokhtari Pages 20-52

    In this paper, the different protection challenges of active distribution networks are reviewed and the conventional and non-conventional schemes are examined. In active distribution networks, due to the presence of distributed generations at different levels of distribution network, the functionality of the conventional protection strategies are partially or totally are affected. Therefore, the protection strategies should be updated, and the conventional protective schemes and characteristics should be changed. In this paper, first, the potential protection issues raised of active distribution networks are reviewed. Among the challenges, the bidirectional flow of the fault current, the increased amplitude of fault current, the dependency of the fault current on the operating point, the reduction of reach of the relays, the blinding of the protective relay, unwanted islanding, and etc. are reviewed. Then, the performance of the conventional protections including fuses, overcurrent relays, reclosers under such conditions has been investigated. Furthermore, the existing modified protection methods in the literature are examined, which are classified into two general categories of (i) protective relays with unconventional characteristics, and (ii) adaptive protective relays. Finally, the studied different methods are compared with each other, and their performance characteristics are evaluated.

    Keywords: Microgrid (MG), Distribution Network (DN), Distributed Generation (DG), Protection Technique
  • Aslan Sanei, Esmaeel Rokrok *, Farhad Namdari Pages 53-76
    The presence of distributed generation sources (DGs) will affect the extent and duration of system failures. This will inevitably require the need to review the functioning of the system of protection and re-coordination of the relevant equipment. Because the lack of an appropriate coordination between the DG units connected to a distribution system could lead to the exchange of power between these units and the system's instability, improper operation of the system of protection or the unintended islanding of a part of the system. Due to the fact that synchronous machine type DGs (SMDGs) are the most problematic for system coordination (over-current relays) than other types of DGs; in this paper, controlling the output current of generators Synchronization is proposed by tap changer of the transformer connected to it. In this method, the SMDG's participation in the flow of error is limited by the control of the pincer. Before the fault occurred and in accordance with the system conditions, the transformer tapping device connected to the synchronous generator has been changed and it reduces the flow during an error. This strategy, in addition to reducing the generation error of the generators and transformer assembly installed as a dispersed generation source, also increases the permeability coefficient of these sources. The proposed technique is implemented on a sample distribution system in the ETAP software; the results of the simulation show the effectiveness of the proposed method.
    Keywords: Distribution network, distributed generation, synchronous generator, Tap-changer of Transformer, Over-Current Relay
  • Mohamad Emadi, Hamid Reza Massrur *, Esmaeel Rokrok, Amin Samanfar Pages 77-95
    Following the expansion of the use of multi-carrier energy hubs in industries, this paper presents a comprehensive stochastic framework for optimal management and daily scheduling of an energy hub integrated with renewable energy sources and responsive cooling, thermal and electrical loads, and ice storage system. To solve this challenge, the 2m+1 Point Estimation Method (PEM) is used to accurately evaluate the system's uncertainties with low computational complexity. The 2m+1 PEM is a fast uncertainty analysis method based on the Taylor series. This method considers the uncertainty of renewable energy sources, the cooling, electrical and thermal loads, and the exchange price with different upstream energy distribution networks. This paper also presents a new self-adaptive optimization method called the Self-adaptive Modified Slime Mold optimization Algorithm (SMSMA) to solve the complex nonlinear problem of optimal daily scheduling of an energy hub. The improved self-adaptive method is based on the wavelet theory, which improves the capability and ability of the original slime mold algorithm to solve the daily optimal scheduling problem of an integrated energy hub. Numerical results show that the proposed daily stochastic scheduling framework, together with the proposed SMSMA algorithm, effectively reduces the operating costs of energy hubs.
    Keywords: Slime mold algorithm, Multi-energy generation, Point estimate method, Integrated energy hub, Stochastic energy hub management
  • Layth Khudhair Abbas Halae, Mohamadmahdi Rezaei * Pages 96-116
    Solar energy is the world's most unique and affordable renewable energy source and can be converted into many other forms. In this article, it will be discussed in a long-term perspective the technical and economic feasibility of installing stand-alone solar power plant units with battery support to supply part of Baghdad's electricity. The objective function of this problem includes the cost of installation and maintenance of solar panels, batteries and inverter, which is solved with a certain interest rate in a 20-year perspective using IPSO and ALPSO methods. Furthermore, the load loss supplied and the charging/discharging limit are among the constraints. This article is unique in that it is implemented in the context of Baghdad city, and it also investigates the possible profit from selling power to main grid. Other features and innovations include the implementation of the new ALPSO algorithm. In this algorithm, the constraints of the problem are respected through a three-step adaptive search process. The results show that the proposed methods significantly reduce the lost load (especially in the ALPSO method), reduce the cost of maintenance and installation, and generally improve the performance of the system.
    Keywords: photovoltaic, Optimization, Meta-heuristic Algorithm, Inverter, Battery, Solar Energy
  • Sepehr Moalem, Roya M.P. Ahari *, Ghazanfar Shahgholian, Majid Moazzami, Seyed Mohammad Kazemi Pages 117-139
    The economic growth of any country has a lot to do with the infrastructure of the electrical energy supply chain and the ability to access it at low cost. Increasing the resilience of the electric energy supply chain in order to be able to respond to the real time demand of high-consumption and strategic consumers is a challenge that will not be possible without considering long-term demand forecasting and integrated development planning of this chain. This paper presents a long-term demand forecasting approach in the electrical energy supply chain of Isfahan's Espidan iron stone industries. This approach is a combination of wavelet transform, long short-term memory (LSTM) network and finally integrating the results with data-mining technique based on machine learning. The company studied in this research is one of the main suppliers of raw materials in the supply chain of basic metal production industries and one of the ten energy-intensive industries in the electrical energy supply chain of Isfahan province. The only information available from this company is the daily time series signal of the historical electrical energy demand of this industry in a period of 40 months. The data in the studied time series is interrupted so that only 50% of the data has a value and the remaining 50% is zero. This lack of data and the impossibility of access to supplementary data and effective features for forecasting has reduced the density of data and the possibility of long-term demand forecasting faces more problems than continuous time series. The used statistical analysis showed that the annual and seasonal data do not follow the normal distribution and have high distortion and heterogeneity. The proposed method and its results have been compared with other available approaches. The results of 10 iterations of extreme learning machine methods show that the RELM technique with a high confidence level of 95% is more effective than other machine learning methods and has more accurate results.
    Keywords: Wavelet Transform, Long Short-Term Memory, regulated extreme learning machine, Long-term forecasting, Electrical energy supply chain, mean absolute percentage error