فهرست مطالب

نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
پیاپی 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدرضا امینی*، محمد فروغی، احسان ادیب، محمد روح الله یزدانی صفحات 1-13
    مبدل های چند ورودی دارای ساختارهای متفاوتی هستند. از این مبدل ها می توان در کاربردهای سیستم توان بر مبنای باد، فوتوولتاییک، خودروهای هیبریدی و... استفاده نمود. معمولا در یک سیستم چند ورودی، یکی از ورودی ها به منبع AC متصل میشود. در این مبدل ها از تکنیک سوییچینگ نرم برای افزایش راندمان استفاده می کنند. در این مقاله یک مبدل بوست دو ورودی غیر ایزوله ی سوییچینگ نرم با قابلیت اصلاح ضریب توان پیشنهاد شده است. در این مبدل تنها از یک مدار کمکی با عملکرد ساده برای تحقق سوییچینگ نرم استفاده شده است. وضعیت های عملکرد مبدل پیشنهادی شرح داده شده است. همه ی المان های نیمه هادی در این مبدل در شرایط سوییچینگ نرم روشن و خاموش می شوند. به منظور اصلاح ضریب توان در ورودی برق شهر یک کنترل کننده مناسب پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی مبدل در نرم افزار PSIM نشان دهنده رسیدن مقدار اعوجاج هارمونیکی کل و ضریب قدرت به مقدار مطلوب است. همچنین راندمان مبدل پیشنهادی در مقایسه با مبدل سوییچینگ سخت چند ورودی با شرایط یکسان، افزایش یافته است. نتایج شبیه سازی PSpice برای یک مبدل نمونه اولیه 200 وات، تحلیل تیوری را تایید می کند.
    کلیدواژگان: سوئیچینگ نرم، مبدل چند ورودی، مبدل بوست، اصلاح ضریب توان، راندمان بالا
  • رضا طالب زاده*، جواد حسنوند، علی میر صفحات 14-24
    در این مقاله ما به طراحی و شبیه سازی یک ترانزیستور تونلی جدید پرداخته ایم. ترانزیستورهای فت تونلی بدلیل سازوکار جریان تونل زنی نوار به نوار، دارای جریان نشتی کم و شیب زیرآستانه کمتر از mV/dec60 هستند و می توانند به عنوان جایگزینی مناسب برای ماسفت به منظور استفاده در مدارات کلیدزنی توان پایین باشد. با این حال؛ عیب این ترانزیستورها جریان حالت روشن کمتر آن ها نسبت به ترانزیستورهای ماسفت است. در این مقاله یک ساختار ترانزیستور تونلی دو گیتی - دو ماده ای بهینه شده پیشنهاد شده که با اضافه کردن دو ناحیه با آلایش ذاتی به ساختار فت تونلی دو گیتی رایج، سعی در افزایش نرخ تونل زنی حامل ها در مقایسه با ترانزیستورهای تونلی مرسوم شده است. طراحی و شبیه سازی با استفاده از نرم افزار سیلواکو - اتلس بصورت دوبعدی صورت گرفته است. نتایج محاسبه شده بصورت زیر است: جریان حالت روشن برابر A/µm6-10×49/5، جریان حالت خاموش برابرA/µm 18-10×2، شیب زیرآستانه برابر mV/dec02/15 و نسبت Ion/Ioff برابر 1012×74/2. نتایج حاصله نشان دهنده بهبود پارامترهای DC افزاره است.
    کلیدواژگان: ترانزیستور تونلی، بهبود عملکرد، شبیه سازی، سیلواکو - اتلس
  • زهره فتوحی* صفحات 25-49
    : استفاده از خودروهای الکتریکی به عنوان یکی از راه حل های اساسی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و صرفه جویی در مصرف سوخت بنزینی رو به گسترش است. لذا صنعت حمل و نقل مدرن در بسیاری از کشورهای جهان تحت تاثیر مزایای اقتصادی و زیست محیطی وسایل نقلیه الکتریکی در حال تغییر و تحول است. به منظور تسریع روند این تحول، طراحی و توسعه مناسب زیرساخت شارژ اهمیت به سزایی دارد. علاوه بر این، تجهیز ایستگاه های شارژ به منابع انرژی تجدید پذیر و مدیریت ماهیت متناوب تولید این منابع می تواند منجر به بهبود تحقق اهداف زیست محیطی می گردد. طراحی و توسعه زیرساخت شارژ و افزایش تعداد خودروهای الکتریکی چالش های مختلفی را برای شبکه برق و شبکه حمل و نقل به همراه دارد. در این راستا ارایه راهکارهای مناسب برای مسایل کلیدی متنوعی همچون مدیریت ازدحام، تعیین مکان و ظرفیت بهینه ایستگاه های شارژ و مدیریت تقاضای شارژ با درنظر گرفتن شرایط و الزامات هر دو شبکه حایز اهمیت می باشد. در این مقاله، آخرین دستاوردها و پیشرفت های عمده در این حوزه تحقیقاتی جذاب و به سرعت در حال توسعه را با معرفی اهداف، روش ها و داده های مورد استفاده به طور جامع مورد بحث و بررسی قرار می دهیم. به این ترتیب با برجسته کردن چالش های موجود راه را برای آشکار سازی شکاف های تحقیقاتی و کمک به محققان در رسیدگی به مشکلات هموار می سازیم.
    کلیدواژگان: زیرساخت شارژ، خودروی الکتریکی، شبکه برق، شبکه حمل و نقل
  • محمود زاده باقری*، وحدت ناظریان صفحات 50-70
    ماشین های با تحریک آهنربای دایم دارای بازده بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به ماشین های با تحریک الکتریکی می باشند. در میان ماشین های آهنربای دایم، ماشین های شارمتقاطع نسبت توان به حجم و گشتاور الکتریکی به حجم بالاتری دارند، بطوریکه در توان های یکسان سایز آن ها از ماشین های معمول آهنربای دایم کوچک تر است، و این، دلیل توجه محققان به ماشین های شارمتقاطع در سال های اخیر است. مولدهای شارمتقاطع می توانند با گام قطب کوچک تری، نسبت به دیگر ماشین ها ساخته شوند. این ویژگی ها باعث می شوند که این ماشین ها، چگالی نیروی بالاتری نسبت به دیگر ماشین های آهنربای دایمی داشته باشند. سیم پیچی مسی مولدهای شارمتقاطع ساده است و سیم پیچی مسی غیرفعال آن ها به صورت قابل ملاحظه ای نسبت به دیگر ماشین ها کمتر است، بنابراین جرم مواد فعال برای تولید توان و گشتاور الکتریکی موردنیاز، می تواند کمتر از دیگر ماشین ها باشد. به عبارتی دیگر، حجم کوچک تر مواد فعال به واحد گشتاور الکتریکی را توسط این ماشین ها می توان به دست آورد. بنابراین این مولد با ایجاد تعداد قطب زیاد و گام قطب کوچک ایجاد توان و گشتاور بالایی می کند، و می تواند گزینه مناسبی برای استفاده در تولید انرژی الکتریکی از نیروی باد، بخصوص در سرعت های کم باد باشد. نبود مدل دینامیکی مناسب و کاربرد این مولد، مدل سازی و شبیه سازی دینامیکی، برای تحلیل عملکرد آن تحت شرایط مختلف ضروری است. بنابراین، این مقاله یک مدل دینامیکی برای این مولد جهت اتصال به توربین بادی ارایه نموده، سپس با شبیه سازی سیستم توربین-ژنراتور به شبیه سازی توربین بادی بر اساس این مولد پرداخته است.
    کلیدواژگان: مدلسازی دینامیکی، ماشین های سنکرون آهنربای دائمی، شار متقاطع، توربین های بادی
  • علیرضا عبداللهی، سید مهدی سجادیه*، محمد روح الله یزدانی صفحات 71-89
    در سال های اخیر شبکه های اینترنت اشیاء (IOT) به صورت گسترده ای در حوزه های کاربردی مختلف بکار رفته اند. یکی از مهم ترین کاربردهای این فناوری، شبکه های اینترنت اشیاء پزشکی (MIOT) می باشد. در این شبکه ها، شناسایی به وسیله فرکانس های رادیویی (RFID) یکی از فناوری های اصلی در ایجاد سیستم احراز هویت است که قادر به تشخیص و شناسایی کارآمد تجهیزات پزشکی و بیماران است. برهمین اساس، محققان پروتکل های احراز هویت مختلفی را پیشنهاد داده اند که می توان از آن ها در سامانه های MIOT مبتنی بر RFID استفاده نمود. البته برخلاف ادعای طراحان مبنی بر امنیت بالای هریک از این پروتکل ها، اکثر آنها در برابر حملات مرسوم در این حوزه مقاوم نیستند. به تازگی فان و همکاران ، یک طرح احراز هویت RFID سبک وزن برای سیستم های مراقبت بهداشتی RFID مبتنی بر ابر اطلاعات پیشنهاد کرده اند و ادعا می کنند که پروتکل آنها به اندازه کافی کارآمد است و امنیت بالایی را فراهم می کند. در این مقاله، نشان داده می شود که پروتکل آنها نسبت به حملات تکرار، جعل هویت برچسب خوان، ردیابی برچسب، ناهمزمان سازی آسیب پذیر است. علاوه بر این، نشان داده می شود که چگونه شباهت برخی از پیام های پروتکل، باعث حمله می شود. سپس، پروتکل بهبود یافته (LRAMP) پیشنهاد می گردد که در برابر این حملات و سایر حملات شناخته شده مقاوم است. تحلیل های امنیتی، نشان می دهد که پروتکل LRAPM از امنیت بالایی برخوردار است. این امنیت بالا تنها با افزودن یک پیام جدید و تغییر پیام های دیگر بدست می آید. مقایسه عملکرد پروتکل LRAPM  نشان می دهد که این پروتکل از نظر هزینه های محاسباتی، هزینه های ذخیره سازی و هزینه های ارتباطی با پروتکل های مشابه قابل مقایسه است.
    کلیدواژگان: اینترنت اشیاء پزشکی، احراز هویت سبک وزن، جعل هویت برچسب خوان، ناهمزمان سازی
  • محمدمهدی رضایی*، کمال روح الهی، سید محمد مدنی صفحات 90-103

    حفظ پروفیل ولتاژ در سطح مناسب برای هرباس در سیستم قدرت، یک عامل کلیدی برای عملکرد مناسب تجهیزات سیستم قدرت بویژه در هنگام بروز اختلال است. با این حال، با توجه به عدم قطعیت بار و محدودیت در عملکرد شبکه، دستیابی به این هدف به یک چالش تبدیل شده است. پست‏های فشار قوی در کنترل ولتاژ نقش مهمی ایفا می کنند؛ زیرا این پست ها می توانند یک نقطه اتصال اولیه بین شبکه انتقال با ولتاژ بالا و سیستم توزیع باشند. ماهیت کنترل محلی ولتاژ، تنوع ابزار کنترل و تعامل میان آنها باعث شده است که این نوع کنترل دشوار باشد. در این مقاله، یک روش کنترل متمرکز ولتاژ/ توان راکتیو در سیستمهای قدرت با استفاده از فازورهای اندازه گیری شده توسط مانند واحدهای اندازه گیری فازوری (PMU) نصب شده در پستهای شبکه ارایه شده است. در این روش، کنترل کننده مرکزی بر اساس ولتاژهای شبکه و همچنین معادلات شبکه، علاوه بر تعیین تپ ترانسفورماتورها و پله بانکهای خازنی، با انجام پخش بار بهینه، مقادیر مناسب نقطه کار ژنراتورها را نیز بطور بهینه تعیین کند. صحت و کارایی روش پیشنهادی از طریق شبیه سازی در محیط نرم افزار MATLAB مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: بهینه سازی سیستم های قدرت، کنترل متمرکز ولتاژ، توان راکتیو، پخش بار اقتصادی، الگوریتم جستجوی هارمونی
|
  • Mohammad Reza Amini *, Mohammad Foroughi, Ehsan Adib, Mohammad Rouhollah Yazdani Pages 1-13
    Multi-input converters have different structures. These converters can be used in applications of power systems based on wind, photovoltaic, hybrid vehicles, etc. In a multi-input system, usually one of the inputs is connected to an AC source. Also, these converters use soft switching techniques to increase efficiency. In this paper, a non-insulated dual input soft-switching boost converter with power factor correction capability is proposed. This converter uses only an auxiliary circuit with simple operation. The operation modes of the proposed converter are described. All of the semiconductor elements in this converter turn on and off in soft switching conditions. The proposed controller circuit is presented with power factor correction capability. The converter is simulated with PSIM and THD and PF shows that the power factor correction in AC input is occurred correctly. The efficiency of the proposed converter is increased in comparison with the multi-input hard switching converter under the same conditions. The simulation results with PSpice for a 200-watt prototype converter confirm the theoretical analysis.
    Keywords: Soft-Switching, multi-input converter, Boost converter, power factor correction, high efficiency
  • Reza Talebzadeh *, Javad Hasanvand, Ali Mir Pages 14-24
    In this paper, we designed and simulated a new TFET. Due to the band-to-band tunneling current mechanism, the TFETs show a low current and subthreshold slope of less than 60mV/dec. As a result, they can be a suitable alternative to MOSFET for use in low-power switching circuits. But its main disadvantage is its low on-state current compared to MOSFET. In this article, an optimized two-gate-two-material tunnel transistor structure is proposed in which the tunneling rate of carriers increased by adding two regions with inherent impurity compared to the common two-gate TFET structures. We simulated the proposed TFET in two dimensions using Silvaco-Atlas software and analyzed its results. The results are as follows: the on-state current (Ion=5.49×10-6A/µm), off current (Ioff=2×10-18A/µm), Subthreshold slope (SS=15.02mV/dec), and the Ion/Ioff =2.74×1012. The calculated results show the improvement of the DC parameters of the device.
    Keywords: Tunnel Transistor, Performance Improvement, Simulation, Silvaco-Atlas
  • Zohreh Fotouhi * Pages 25-49
    The use of electric vehicles is expanding as one of the essential solutions to reduce greenhouse gas emissions and save gasoline fuel consumption. Therefore, the modern transportation industry in many countries is changing and evolving under the influence of electric vehicles' economic and environmental benefits. To accelerate the process of this evolution, proper design and development of the charging infrastructure are crucial. In addition, equipping charging stations with renewable energy sources and managing the intermittent nature of the production of these sources can lead to the improvement of environmental goals. The design and development of the charging infrastructure and the increase in electric vehicles bring various challenges to the power and transportation networks. In this regard, it is essential to provide appropriate solutions for various key issues such as congestion management, determining the location and optimal capacity of charging stations, and managing charging demand, considering both networks' requirements. This paper comprehensively discusses the latest achievements and significant developments in this fascinating and rapidly developing research area by introducing the objectives, methods, and data used. By highlighting the existing challenges, we pave the way for revealing research gaps and helping researchers address the problems.
    Keywords: Charging infrastructure, Electric Vehicle, Power Network, Transportation network
  • Mahmoud Zadehbagheri *, Vahdat Nazerian Pages 50-70
    Machines with permanent magnet excitation have higher efficiency and more reliability than machines with electric excitation. Among the permanent magnet machines, the crossover machines have a higher ratio of power to volume and electric torque to volume, so that at the same power, their size is smaller than the usual permanent magnet machines. And this is the reason why researchers have paid attention to crossover machines in recent years. Cross-phase generators can be made with a smaller pole pitch than other machines. These features make these machines have a higher power density than other permanent magnet machines. The copper winding of the crossover generators is simple, and their passive copper winding is considerably less than other machines, so the mass of active materials required to produce power and electric torque can be less than other machines. In other words, a smaller volume of active materials per unit of electric torque can be obtained by these machines. Therefore, this generator creates high power and torque by creating a large number of poles and a small pole pitch, and it can be a suitable option for use in the production of electrical energy from wind power, especially at low wind speeds.  The lack of a suitable dynamic model and the application of this generator, dynamic modeling and simulation, are necessary to analyze its performance under different conditions. Therefore, this article presents a dynamic model for this generator to be connected to the wind turbine, and then simulates the wind turbine based on this generator by simulating the turbine-generator system.
    Keywords: Dynamic Modeling, Permanent Magnet Synchronous Machines, Cross-Flux Machines, Wind Turbines
  • Alireza Abdollahi, Mahdi Sajadieh *, Mohammad Rohollah Yazdani Pages 71-89
    In recent years, the Internet of Things (IoT) networks have extensively been used in various practical field, one of the most important of which is medical Internet of Things (MIoT). In these networks, radio frequency identification (RFID) is one of the main technologies in creating an authentication system that is able to efficiently identify and identify medical equipment and patients. Therefore, researchers in this field have proposed different authentication protocols for RFID-based MIOT systems and claimed that they are resistant to active and passive attacks. Contrary to their claims, most of these protocols are not resistant to conventional attacks. Fan et al. have recently proposed a lightweight RFID authentication scheme for cloud-based RFID health-care systems and claimed that it is sufficiently efficient and secure. In this paper , we analyzed the Fan et al protocole and demonstrated that their protocol is vulnerable to replay, reader impersonation, tag tracking, and de-synchronization attacks. Moreover, we show how the similarity of some of their protocol messages causes attack. Then, we propose an improved protocol (LRAMP) that is resistant to these and other known attacks in RFID authentication protocol. According to security analysis, we can see that the LRAPM protocol has a high level of security. This high security can only be achieved by adding a new message and changing other messages. A comparison of the performance of the LRAPM protocol shows that this protocol is comparable to similar protocols in terms of computational costs, storage costs and communication costs.
    Keywords: MIOT, Lightweight authentication, Reader impersonation, De-synchronization
  • Mohammad Mahdi Rezaei *, Kamal Rouhollahi, Seyed Mohammad Madani Pages 90-103

    Maintaining the voltage profile of the power system within the appropriate bound has been a key factor for the proper operation of system equipment, especially during disturbances. However, due to the uncertainty of the load powers and the limitation in equipment ratings, achieving this goal has become a challenge. High voltage substations play an important role in voltage control, because these substations can be a primary connection point between the high voltage transmission network and the distribution system. The nature of local voltage control, the variety of control tools and the interaction between them, have made this type of control difficult. In this paper, a centralized voltage/reactive power control method is presented based on phasors measured by PMUs installed in grid substations. In this method, the tap changing of transformers and step switching of capacitor banks have been determined by the central controller based on system voltages and network equations. In addition, the appropriate values of the operating point of the generators have been carried out based on economic dispatch in each period of optimization. The consistent and efficiency of the proposed method have been investigated through simulation in MATLAB software environment.

    Keywords: Power systems optimization, centralized voltage, reactive power control, economic load dispatch, harmony search algorithm