فهرست مطالب

نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
پیاپی 1 (بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • فرزاد حاجی محمدی، محمدرضا اسماعیلی*، غضنفر شاهقلیان، جواد فیض صفحات 1-12

    توجه به مسایل زیست محیطی و استفاده از منابع انرژی سبز، منجر به افزایش اتصال تولیدات پراکنده به شبکه قدرت الکتریکی شده است. در کنار مزایای متعدد، این تولیدات چالش هایی به سیستم الکتریکی تحمیل می کنند. دو چالش عمده که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد مربوط به تاثیر تولیدات پراکنده بر روی هماهنگی تجهیزات حفاظتی و پایداری گذرای این منابع در زمان وقوع خطا است. به طور ویژه برای تولیدات پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون، چالش هماهنگی حفاظتی ناشی از سهم جریان تزریقی این منابع در شرایط خطا بوده و چالش پایداری گذرا به دلیل ثابت اینرسی پایین می باشد. در روش پیشنهادی به کمک شیفت منحنی مشخصه رله به سمت پایین و قرار گرفتن مجدد منحنی زیر مقدار زمان بحرانی رفع خطا، نه تنها هماهنگی بین تجهیزات حفاظتی بهبود پیدا خواهد کرد؛ بلکه از ناپایدار شدن تولیدات پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون نیز جلوگیری می شود. در این مقاله یک منحنی مشخصه زمان - جریان - ولتاژ اصلاح شده برای رله ها ارایه می گردد. نتایج شبیه سازهای انجام شده با نرم افزار ETAP، عملکرد موثر روش پیشنهادی را تایید می کند.

    کلیدواژگان: تولیدات پراکنده مبتنی بر ژنراتور سنکرون، شبکه توزیع، پایداری گذرا، هماهنگی حفاظتی
  • سبحان طحان زاده، فرشاد زندی، بهادر فانی، متین دشتی پور، احسان ادیب، اسماعیل رک رک* صفحات 13-35
    اکثر ریزمنابع از طریق مبدل های الکترونیک قدرت به ریزشبکه متصل می شوند. بنابراین، ریزشبکه می تواند به عنوان یک گروه از مبدل-های موازی در نظر گرفته شود. یک روش شناخته شده برای کنترل گروهی از مبدل های موازی در ساختار کنترل غیر متمرکز در یک ریزشبکه ی جزیره ای، استفاده از مشخصه های افتی فرکانس و ولتاژ است. مشکل استفاده از مشخصه های افتی معمول این است که تقسیم توان راکتیو متناسب با ظرفیت ریزمنابع میان آن ها انجام نمی شود. این موضوع ممکن است منجر به اضافه بار شدن مبدل ها گردد. ماهیت مشخصه های افتی مرسوم خطی است. بنابراین این مشخصه ها درجه ی آزادی کافی برای عملکرد مناسب در شرایط غیرخطی همچون وقوع خطای اتصال کوتاه را ندارند. راه حل های ارایه شده برای این مشکل عمدتا محدود به ریزشبکه های با ساختار خاص بوده و یا نیازمند دانستن اطلاعات وسیع از شبکه می باشد. به همین منظور در این مقاله یک استراتژی جدید کنترل توان مبتنی بر روش غیرمتمرکز برای یک ریزشبکه خودگردان متشکل از منابع ولتاژ اینورتری ارایه شده است. استراتژی کنترل پیشنهادی بر پایه -ی روش های افتی معمول بنا نهاده شده است. در روش پیشنهادی مشخصه های افتی معمول از طریق تنظیم عرض از مبدا و با استفاده از حلقه ی امپدانس مجازی به گونه ای اصلاح می گردنند که نسبت به تغییرات نقطه ی کار منابع موجود در ریزشبکه به صورت وفقی و به سرعت پاسخ داده و منجر به تقسیم توان اکتیو و راکتیو ایده آل گردند. همچنین رویکرد پیشنهادی منجر به بهبود تنظیم ولتاژ هم در شرایط عادی ریزشبکه و هم در هنگام وقوع خطا می شود.
    کلیدواژگان: روش افتی معمول، ریزشبکه جزیره ای، تقسیم توان راکتیو، تنظیم ولتاژ، خطای اتصال کوتاه
  • دانیال علی بیگی، احسان عباسپور، بهادر فانی، حیدر صامت* صفحات 36-62
    امروزه حضور منابع تولید پراکنده این شبکه ها را به حالت پویا تبدیل کرده است. تغییر حرکت جریان، افزایش میزان جریان خطا و به دنبال آن از دست رفتن هماهنگی و همچنین اشتباه در عملکرد رله های نواحی سالم در شبکه از جمله مشکلات استفاده از این منابع بوده است. پیدا کردن راه حل برای رفع این دسته از مشکلات در طول سالیان متوالی، همواره چالش برانگیز بوده است. هدف این مقاله ارایه یک راه حل جدید در بررسی عملکرد سیستم حفاظت شبکه های انرژی الکتریکی به کمک تجهیزات هوشمند الکترونیکی و با استفاده از پروتکلهای ارتباطی موجود در سطح شبکه های توزیع می باشد. در سالهای اخیر استفاده از بستر مخابراتی و بکارگیری تجهیزات هوشمند بستری را فراهم کرده که توانسته است کارآمدی خود را در برابر تغییرات ناگهانی شبکه نشان دهد. سیستم چندعاملی، نام این بستر ارتباطی می باشد که توانسته است با طرحی نو، پیشگام در شروع یک تحول بنیادی در طراحی سیستمهای حفاظتی شبکه های انرژی الکتریکی باشد. این سیستم ها نشان داده اند که بدون مشکل نیز نبوده و در مواردی شبکه را با مشکلاتی مواجه کرده اند. در طرح پیشنهادی ساختار چندلایه سیستم چندعاملی شکسته شده و سطوح از وابستگی یکدیگر خارج خواهند شد. بر خلاف روش حفاظتی سیستم چندعاملی که در گذشته وجود داشته است، تنظیمات حفاظتی در لحظه خطا برای تمام شبکه محاسبه نمی گردد. این مسیله که در روش های قبلی دیده نشده چگالی بار زیادی را هم از روی واحد مرکزی برداشته و سرعت عملکرد و قابلیت اطمینان در عملکرد سیستم حفاظت را بالا می برد.
    کلیدواژگان: حفاظت هوشمند، شبکه توزیع، تولید پراکنده، سیستم چندعاملی
  • هادی بیشه، احسان حیدریان فروشانی*، حسن هایس الحلو صفحات 63-80
    امروزه معمولا در سیستم های قدرت پارامترهای شبکه توسط عامل های کنترل کننده پایش شده تا از کیفیت انرژی الکتریکی تولید شده اطمینان حاصل شود. تداوم در برق رسانی و سرویس دهی به مشترکین شبکه از مواردی بوده که ممکن است توسط اغتشاش های گوناگون دچار اختلال شود، لذا شبکه نیازمند سیستم حفاظتی کاملا مطمین، سریع و با تشخیص انتخاب صحیح می باشد. حفاظت سیستم های توزیع توسط تجهیزات اضافه جریان کنترل شده که با توجه به افزایش حضور منابع تولید پراکنده هماهنگی آنها به دلیل جابجا شدن جهت جریان، پیچیده می شود. در این مقاله با مطالعه بر روی چگونگی تاثیر این منابع بر عملکرد هماهنگ سیستم حفاظتی شبکه، اقدام به ارایه یک راهکار جدید به منظور بازیابی و رفع مشکل ناهماهنگی حفاظتی شده است. روش پیشنهادی بر روی تجهیزات حفاظتی اضافه جریان سنتی قابل پیاده سازی بوده و قادر است با کمترین هزینه پاسخگوی چالش هماهنگی حفاظتی در شرایط مورد مطالعه باشد. نتایج شبیه سازی صحت مطالعه انجام شده را به خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: منبع تولید پراکنده، هماهنگی حفاظتی، اضافه جریان، شبکه توزیع
  • سید محسن موسوی* صفحات 81-97
    ماتریس های MDS نقش مهمی در رمزنگاری و کدگذاری دارند. ماتریس های MDS به عنوان لایه انتشار در سیستم های رمزنگاری و همچنین در ساخت کدهایی با بیشترین میزان تصحیح خطا استفاده می شوند. ازیک طرف، درایه های ماتریس های MDS عناصر میدان های متناهی هستند. از طرف دیگر، پیاده سازی میدان های متناهی در رمزنگاری سبک وزن مشکل است. بنابراین برای بکار بردن ماتریس های MDS در رمزنگاری سبک وزن، در ابتدا این دسته از ماتریس ها را به ماتریس های دودویی تبدیل نموده و در ادامه با استفاده از الگوریتم های ابتکاری، پیاده سازی می شوند. در این مقاله، یک روش برای پیاده سازی ماتریس های دودویی با هزینه XOR کم پیشنهادشده و در ادامه با استفاده از روش پیشنهادی، یک الگوریتم ابتکاری برای پیاده سازی ماتریس های MDS معرفی می گردد. عملکرد الگوریتم ابتکاری معرفی شده بر این اساس است که فرض کنید A یک ماتریس دودویی (یا شکل دودویی یک ماتریس MDS) باشد. در ابتدا با استفاده از یک روش تکراری-تصادفی یک لیست S از ماتریس دودویی A به دست می آید. سپس، با استفاده از لیست S یک ماتریس دودویی به نام B تشکیل می گردد. در ادامه یک ارتباط بین پیاده سازی ماتریس های A و B پیدا می شود. به عبارت دیگر با استفاده از پیاده سازی ماتریس B یک پیاده سازی کم هزینه برای ماتریس A ارایه می گردد. در ساختار الگوریتم ابتکاری پیشنهادشده از یکی از الگوریتم های متداول SLP به نام Paar استفاده شده است.
    کلیدواژگان: پیاده سازی ماتریس های دودویی، الگوریتم های ابتکاری، ماتریس MDS
  • موسی خدادادی آرپناهی*، مجید خوشنما صفحات 98-113
    روش های دو طرفه موجود برای مکان یابی خطا در خطوط انتقال یا مخصوص خطوط تک مداره هستند و یا تنها برای خطوط دو مداره ‏طراحی شده اند. همچنین، فرمول بندی این روش ها برای انواع مختلف خطا متفاوت است؛ چرا که این روش ها برای هر نوع خطا از یک ‏مدار معادل خاص در حوزه ‏abc‏ و یا یک شبکه توالی مشخص استفاده می کنند. علاوه بر این، برخی از روش های موجود، نمی توانند ‏برخی از جنبه های مساله مکان یابی خطا مانند اثر خازن شنت خط، تزویج سلفی و خازنی بین فازها و عدم ترانسپوز خطوط را در نظر ‏بگیرند. در این مقاله، یک روش جامع، دقیق و سریع برای مکان یابی خطا در خطوط انتقال ‏N‏ مداره پیشنهاد می شود. برای این ‏منظور، ابتدا یک مدار معادل ماتریسی- برداری (‏MVEC‏) پیشنهاد می شود که صرف نظر از نوع خطا، تعداد مدارهای خط، وجود و ‏یا عدم وجود خازن شنت، تزویج سلفی و خازنی بین فازهای مختلف و عدم ترانسپوز خطوط، به یک فرمول بندی واحد منجر می شود. ‏برای حل فرمول بندی ماتریسی-برداری حاصل و یافتن مکان خطا، یک الگوریتم دو مرحله ای پیشنهاد می شود که علی رغم ‏تکراری بودن در تعداد تکرار بسیار پایین همگرا می شود. روش پیشنهادی، از اندازه گیرهای فازوری دو طرف خط برای محاسبه مکان ‏خطا استفاده می کند، نیازی به دانستن امپدانس منابع دو سمت خط ندارد و دقت آن حساسیت بسیار کمی نسبت به مقاومت خطا ‏دارد. شبیه سازی روش پیشنهادی بر روی مجموعه زیادی از سناریوها بر حسب نوع خطا، مقدار مقاومت خطا، مکان های مختلف وقوع ‏خطا و در نظر گرفتن نویز، دقت و کارایی الگوریتم پیشنهادی را نشان می دهد. ‏
    کلیدواژگان: انتقال، N مداره، دو طرفه، فازور، مکان یابی خطا
  • هادی حسین پور، محمدرضا اسماعیلی*، امین خدابخشیان صفحات 114-127

    علیرغم وجود کلیه تجهیزات کنترلی و حفاظتی در یک سیستم قدرت، احتمال وقوع یک خاموشی امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین، فرآیند بازیابی یکی از مهمترین دغدغه های بهره برداران سیستم است تا بتوانند در کمترین زمان ممکن خسارات ناشی از آن را کاهش دهند. در فرآیند بازیابی موازی ابتدا جزایر مورد نظر تشکیل شده و سپس بار هر جزیره به طور جداگانه و بصورت همزمان بازیابی می شود. در مرحله بعد، جزایر تشکیل شده با رعایت حداقل مقدار زاویه فاز ایستا با یکدیگر سنکرون شوند. برای انجام این کار، یک طرح چند هدفه بهینه در این مقاله تعریف شده است تا مسایل بازیابی بار و کاهش SPA را به طور هماهنگ بهینه سازی نماید. توابع هدف مدل پیشنهادی شامل به حداقل رساندن زاویه فاز ایستا و به حداقل رساندن انرژی تامین نشده است که با در نظر گرفتن محدودیت های مورد نظر بهینه می شوند. در این راستا از الگوریتم بهینه سازی آموزش و یادگیری (TLBO) به عنوان تکنیک پیشنهادی استفاده شده و با برخی از الگوریتم های هوشمند مقایسه شده است. شبیه سازی ها با ایجاد ارتباط بین دو نرم افزار MATLAB و DIGSILENT انجام می شود. نتایج به دست آمده نشان دهنده کارایی مدل پیشنهادی برای دستیابی به اهداف ذکر شده است.

    کلیدواژگان: بازیابی سیستم قدرت، زاویه فاز ایستا، بازیابی بار، انرژی تامین نشده
|
  • Farzad Hajimohammadi, Mohammad Reza Esmaili *, Ghazanfar Shahgholian, Jawad Faiz Pages 1-12

    Considering environmental issues and the use of green energy resources has led to the increase of Distributed Generations (DGs) connection to electric power grid. Beside many benefits, these generations impose challenges to the electric system. Two main challenges investigated in this article are related to the impact of DGs on the Protective Devices (PDs) coordination and the transient stability of these resources at the fault time incidence. As for Synchronous-based Distributed Generations (SBDGs), the challenge of protection coordination arises from the injection current rate of these generations under fault circumstances and the transient stability challenge is due to the low inertia constant. In proposed method, by shifting the relay characteristic curve downwards and repositioning the curve below the Critical Clearing Time (CCT), not only the coordination of the PDs will be improved, but also the instability of SBDGs will be eliminated. This paper presents a modified time-current-voltage characteristic curve for the overcurrent relays. The simulation results done by ETAP software confirm the effective performance of the proposed method.

    Keywords: Synchronous-based Distributed Generations, Distribution network, transient stability, Protection coordination
  • Sobhan Tahanzadeh, Farshad Zandi, Bahador Fani, Matin Dashtipour, Ehsan Adib, Esmaeel Rokrok * Pages 13-35
    Most Micro-Sources (MSs) are interfaced to a Micro-Grid (MG) using power electronics converters. Therefore, a MG can be envisioned as a group of parallel converters. A well-known method to control a group of parallel converters in the decentralized control structure in a MG is to use frequency and voltage droop characteristics. A problem associated with conventional droop characteristics is that reactive power is not always properly shared among MSs which may lead to converter overloading. The nature of conventional droop characteristics is linear. Therefore, these characteristics do not have a sufficient degree of freedom to function properly in nonlinear conditions, such as the occurrence of short circuit faults. Most of proposed methods in the literature are limited to specific MG structures or need extensive information of grid. For this purpose, in this paper, a new power control strategy based on a decentralized method for autonomous micro-grid consisting of voltage source inverters is presented. The control strategy based on voltage and frequency droop control methods. In the proposed method, conventional droop characteristics are corrected by using virtual impedance loop to adjusting the y-intercept of conventional curves. The proposed approach also improves voltage regulation both under normal micro-grid conditions and when faults occur.
    Keywords: Conventional droop method, Islanded micro-grid, Reactive power sharing, Voltage Regulation, Short Circuit Fault
  • Danial Alibeigi, Ehsan Abbaspour, Bahador Fani, Haidar Samet * Pages 36-62
    Nowadays, the presence of distributed generations has made traditional networks into dynamic state. Current flow fluctuation, increment of fault current and as a result loss of coordination and also error in relays operation in safe sections in the network have been among the problems due to using these generations. Finding solution for these problems has always been challenging over the years. The purpose of this paper is to suggest a new solution in the study of protection system operation in electrical energy networks by using intelligent electronic equipment with communication protocols at the level of distribution networks. In recent years, telecommunications platform and intelligent equipment usage has provided a platform that has been able to show its effectiveness against network sudden changes. Multi-Agent system is the name of this communication platform that has been able to pioneer the beginning of a fundamental change in the design of protection systems in electrical energy networks by using a new scheme. These systems have shown that they have not been without problems and in some cases have caused problems for the network. In the proposed approach, the multilayer structure of the multi-agent system will be broken and the surfaces will be independent of each other. Unlike the typical multi-agent system protection method, protection settings at the moment of fault are not calculated for the entire network. This problem, which has not been seen in previous methods, also removes a large load density from the central unit and increases the operating speed and reliability of the protection system.
    Keywords: Intelligent Protection, Distribution network, distributed generation, Multi-Agent System
  • Hadi Bisheh, Ehsan Heydarian-Forushani *, Hassan Haes Alhelou Pages 63-80
    In today's power systems, grid parameters are usually monitored by controlling agents to ensure the quality of produced electrical energy. Uninterrupted service to the network customers and continuous power supply may be disrupted through various disturbances. On this basis, the network requires a completely reliable, fast, and precise protection system. The protection of distribution networks is controlled by overcurrent equipment, which is complicated with increasing penetration of distributed generation resources due to change in the direction of current. This paper investigates how these resources affect the coordinated performance of the network protection system and proposes a new solution with the aim of restoration and fixing the miscoordination problem. The proposed method could be implemented on traditional overcurrent protection equipment while being able to meet the challenge of protection coordination with the lowest cost. The simulation results verify the effectiveness of the proposed algorithm.
    Keywords: distributed generation, Protection coordination, Over Current, Distribution network
  • Mohsen Mousavi * Pages 81-97
    MDS matrices have a crucial role in the cryptography and coding theory. MDS matrices are used as the diffusion layer in cryptosystems as well as in the construction of linear codes with the maximum error correction capability. On the one hand, the entries of MDS matrices are elements of finite fields. On the other hand, it is a major issue to implement finite fields in the lightweight cryptography. Therefore, to use MDS matrices in the lightweight cryptography, these matrices are first converted to binary matrices and then implemented using heuristics algorithms. In this paper, a method to implement binary matrices with low-cost XOR is proposed and then using the proposed method, a heuristics algorithm for implementing MDS matrices is introduced. The structure of the proposed heuristics algorithm is based on the assumption that let A be a binary matrix (or the binary form of an MDS matrix). First, using a random-iterative method, we obtain a list S from a binary matrix A. Then, based on the list S, we construct a binary matrix B. Next, we find a relation between the implementations of A and B. In other words, using the implementation of the matrix B, we get a low-cost implementation for the matrix A. In the structure of the proposed heuristics algorithm, one of the familiar SLP algorithms called Paar is applied.
    Keywords: Implementation of Binary Matrices, Heuristics Algorithms, MDS Matrix
  • Moossa Khodadadi Arpanahi *, Majid Khoshnama Pages 98-113
    Existing double-ended fault location methods in transmission systems can be applied only to single or ‎double-circuit transmission lines. They conventionally use different abc-domain or sequence network ‎equivalent circuits for different fault types. Furthermore, some methods do not consider shunt ‎capacitances of the line, inductive or capacitive coupling between different phases, and (or) the cases of ‎untransposed lines, simultaneously. In this paper, a comprehensive and fast phasor-based double-ended ‎fault location method is proposed which can be used for N-circuit transmission lines. For this purpose, first, ‎a matrix-vector equivalent circuit (MVEC) is proposed that leads to a unique formulation for fault location ‎problem regardless of fault type, number of line circuits, being transposed or untransposed while it ‎considers inductive and capacitive coupling between the phases. Then, based on the MVEC formulation, a ‎bi-level algorithm is suggested that quickly finds the fault location, despite its iterative nature. The ‎proposed method does not need to know impedances of local and remote end sources. Furthermore, its ‎accuracy is not sensitive to fault impedance. Various case studies in terms of fault types, fault impedances, ‎and distances from the measurement side in the presence of noise reveal the accuracy and applicability of ‎the proposed fault location method.‎
    Keywords: Double-ended, Fault Location, N-circuit, phasor, Transmission
  • Hadi Hoseinpour, Mohammad Reza Esmaili *, Amin Khodabakhshian Pages 114-127

    One of the most important concerns for power system operators is how to execute the restoration process after having a blackout. In doing so, the parallel restoration is the most common method in which the desired islands are first formed and then the load of each section is restored separately at the same time. In the next step, the islands must be synchronized with having a minimum standing phase angle (SPA) between them. To do this, an optimal multi-objective scheme is defined in this paper in order to coordinate both load restoration and SPA reduction problems. The objective functions of the proposed model are the minimization of the static phase angle and the energy not supplied in which the desired constraints are also considered. For optimization process the teaching and learning optimization algorithm (TLBO) is used as a proposed technique and compared with some other intelligent algorithms. The simulations are performed by creating a connection between MATLAB software and DIGSILENT. The results obtained on the IEEE 39-bus power system show the efficiency of the proposed model.

    Keywords: Power system restoration, Standing Phase Angle (SPA), Energy not supplied (ENS), load restoration