فهرست مطالب

نشریه تحقیقات نوین در سیستم های قدرت هوشمند
سال دهم شماره 4 (پیاپی 28، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • موید محسنی، محمود جورابیان*، افشین لشکر آرا محمره صفحات 1-12

    شارژ خودروهای برقی در شبکه توزیع یکی از اساسی ترین راه کارها جهت مدیریت فنی و اقتصادی توزیع انرژی است. دربسیاری از روش های شارژ سنتی، قید شارژ شدن کامل خودروها در هنگام خروج از پارکینگ همواره در مساله لحاظ شده است. اما در این مقاله هر خودرو به صورت هوشمند تنها بر اساس مقدار انرژی مورد نیاز پیمایش سفرهای روزانه خود شارژ می شود. به منظور پیاده سازی این روش هوشمند، مالکان خودروی برقی اطلاعاتی را در مورد تعداد سفرها و طول مسیر آنها در اختیار مدیریت شارژ پارکینگ قرار می دهند، و بر اساس مشخصات خودروها و سطح انرژی اولیه باتری آنها در زمان ورود به پارکینگ، میزان شارژ مورد نیاز آنها تعیین می گردد.  سپس مسیول شارژ بر اساس تعرفه زمان مصرف انرژی، محدودیت ترانسفورماتورهای شبکه توزیع، نوع سطح شارژ انتخابی (نرمال یا سریع) اقدام به برنامه ریزی شارژ می نماید به طوری که هزینه های شارژ با رعایت محدودیت های فنی و اقتصادی کمینه گردد. نتیجه شارژ هوشمند خودرو در شرایط شارژ نرمال و سریع و در محدودیت های مختلف شبکه توزیع و در حضور یا غیاب برنامه ی پاسخ گویی بار با یکدیگر مقایسه شده است. از نرم افزار YALMIP و MOSEK برای حل مدل برنامه ریزی خطی آمیخته با عدد صحیح استفاده شده است.

    کلیدواژگان: شارژ هوشمند خودروهای برقی، برنامه ی پاسخ گویی بار، برنامه ریزی خطی عددصحیح، شبکه توزیع
  • عباس چهارلنگ، علی درویش فالحی*، حسین توپچی زاده صفحات 13-25

    در سالیان اخیر استفاده از واحدهای تولیدی تجدیدپذیر گسترش زیادی در سیستم های قدرت داشته است. یکی از پرکاربردترین واحدهای تجدیدپذیر، واحدهای مبتنی بر انرژی باد می باشند. به دلیل استفاده از انرژی باد جهت تولید انرژی الکتریکی، توربین های بادی هیچ گونه آلایندگی به محیط زیست منتشر نمی کنند. در نتیجه استفاده از این واحدها علاوه بر فواید اقتصادی، از منظر زیست محیطی نیز بسیار مورد توجه قرار دارد. با این وجود عدم قطعیت در توان تولیدی این واحدها که ناشی از ماهیت نوسانی سرعت باد است، مشکلاتی را در بهره برداری از سیستم قدرت از جمله در مسیله پخش بار بهینه (OPF) ایجاد کرده است. در این مقاله برای در نظر گرفتن عدم قطعیت توان تولیدی واحدهای بادی، به جای استفاده از توابع توزیع احتمال از پیش تعیین شده همچون توزیع ویبول، از توابع چگالی احتمال استخراج شده بر اساس اطلاعات پیشین واحدهای بادی استفاده شده است. مسیله پخش بار بهینه به صورت یک مسیله بهینه سازی تصادفی با هدف کمینه سازی هزینه بهره برداری شبکه مدلسازی شده است. جهت مدلسازی شبکه قدرت، از قیود پخش بار مستقیم استفاده شده است. به منظور ارزیابی روش فوق، سناریوهای عدم قطعیت به دو دسته سناریوهای نمونه و تست تقسیم بندی شده و عملکرد شبکه در سناریوهای نمونه، توسط سناریوهای تست ارزیابی خواهد شد. برای حل مسیله بهینه سازی فوق، از روش بهینه سازی گرگ خاکستری با گام تصادفی (RWGWO) استفاده شده است. شبیه سازی روش فوق در نرم افزار MATLAB روی دو شبکه تست 30 و 118 شینه IEEE انجام گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی بیان گر این است که استفاده از تابع چگالی احتمال استخراج شده سازگاری بیشتری با شرایط واقعی شبکه قدرت داشته و در نتیجه در مقایسه با تابع چگالی احتمال از پیش تعیین شده، هزینه های شبکه را کاهش داده است.

    کلیدواژگان: پخش بار بهینه (OPF)، بهینه سازی تصادفی، سناریوهای عدم قطعیت، تابع چگالی احتمال استخراج شده، روش بهینه سازی گرگ خاکستری با گام تصادفی (RWGWO)
  • غلامرضا سرلک، جواد علمایی*، محمد دوسرانیان مقدم صفحات 27-35

    امروزه با رشد روز افزون صنایع در کشورهای در حال توسعه و پیشرفته، استفاده از حامل های انرژی به عنوان یکی از ارکان اصلی تولید انرژی مطرح می شود. از دیدگاه جهانی افزایش مصرف حامل های انرژی موجب افزایش تولید گاز های گلخانه ای، افزایش متوسط دمای کره زمین و به تبع آن افزایش سرعت آب شدن یخ های قطبی می شود. همچنین افزایش آلودگی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی در سیستم های تولید توان موجب مشکلات روز افزون شهر های صنعتی،  مه دود فتوشیمیایی و بیماری های تنفسی متعدد برای انسان ها و گاها سایر موجودات زنده می گردد، از این رو بحث روش های کمینه نمودن استفاده از حامل های انرژی و جایگیزینی انرژی های نو در راستای کاهش میزان تولید آلودگی بسیار مهم می باشد.  استفاده از سیستم یکپارچه انرژی موجب مدیریت بهتره منابع انرژی و کمینه نمودن آلودگی تولیدی می شود. در این مقاله سیستم مدیریت هوشمندی برای یک هاب انرژی در نظر گرفته شده است که در ورودی آن سوخت های فسیلی و انرژی های تجدید پذیر و شبکه برق می باشد و در خروجی نیز مصرف کنندگان قرار دارند. سیستم پیشنهادی علاوه بر مدیریت حامل های انرژی و استفاده حداکثری از انرژی های تجدید پذیر، مقدار زیادی از دی اکسید کربن تولیدی را جذب نموده و علاوه بر ذخیره انرژی، آن را به حامل انرژی گازی تبدیل می سازد. این رویکرد هم موجب کاهش میزان دی اکسید کربن و مشتقات آن در هاب انرژی و هم موجب کاهش هزینه کلی سیستم بدلیل تامین بخشی از سوخت گازی مورد نیاز سیستم گردیده است. در این مقاله نشان داده شده است استفاده از این سیستم میزان هزینه ناشی از تولید آلودگی سیستم را به میزان 9.08 درصد و هزینه کلی سیستم را به میزان 13.57 درصد کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: سیستم یکپارچه انرژی، مدیریت هوشمند آلودگی، انرژی های تجدیدپذیر، ریفورمر متان
  • احسان گنجی، مهدی مهدویان* صفحات 37-49

    امروزه به دلیل افزایش  مصرف انرژی  و لزوم جلوگیری از آسیب های یست محیطی، بکارگیری سیستم های تجدیدپذیر (مانند پیل سوختی، بادی یا خورشیدی) به منظور تامین انرژی، توجه ت روزافزون محققان را به خود جلب نموده است. سیستم‏های تولید توان فتوولتاییک PV  از مهمترین راه های با هزینه کم در بین انرژی های نو است. در این مقاله  از سیستم فتوولتاییک PV به عنوان ژنراتور اصلی توان، و همچنین از PEMFC به عنوان تجهیز ذخیره سازی انرژی استفاده شده است. از مزایای سیستم پیشنهادی می توان به سازگاری زیست محیطی کاهش نویز سیستم و پایین بودن هزینه، اشاره کرد. همچنین استراتژی کنترلی پیشنهادی پایداری سیستم را در حالات مختلف اتصال منابع تولید پراکنده، نظیر سیستم فتوولتاییک به شبکه و بار غیرخطی که حالت عملکرد جزیره ای را به همراه دارد، تضمین می کند. به علاوه از یک باتری به همراه یک پیل سوختی برای ذخیره انرژی استفاده شده است که دارای سیستم کنترل مشابه با کنترل سیستم تولید پراکنده است و نیازی به تغییر حالت کنترلی سیستم در زمان تغییر حالت از جزیره ای را ندارد.

    کلیدواژگان: سیستم فتوولتاییک، پیل سوختی، PEMFC، عملکرد جزیره ای، پایداری سیستم، سیستم هیبرید، بار غیرخطی، باتری
  • محسن احسانی، اشکناز اورعی*، بابک عبدی، وحید بهنام گل، سید مهدی حکیمی صفحات 51-59

    در این مقاله سیستم کنترل مبتنی بر نظریه مد لغزشی تطبیقی برای ردیابی توان های اکتیو و راکتیو در یک توربین بادی با ژنراتور القایی دو سو تغذیه بدون جاروبک طراحی شده است. دینامیک این نوع توربین ها غیرخطی بوده و شامل نامعینی های پارامتری و اغتشاشاتی از قبیل تغییرات سرعت باد است. لذا در این مقاله برای کنترل این سیستم غیرخطی و نامعین از نظریه مدلغزشی استفاده گردیده است. یکی از محدودیت های روش مد لغزشی، نیاز به کران بالای بخش های نامعین است. اما در سیستم توربین بادی مورد مطالعه، به دلیل متنوع بودن و نامشخص بودن کران نامعینی ها، از نوع تطبیقی روش مد لغزشی استفاده گردیده است. در این روش، بهره های سیستم کنترل به صورت متغیر با زمان در نظر گرفته شده و به نحوی طراحی می شوند که به کران بالای نامعینی همگرا شوند. همچنین به دلیل اینکه بهره های کنترل کننده به صورت تطبیقی تنظیم می شوند، نیازی به محافظه کارانه در نظر گرفتن آن ها نخواهد بود که این مساله به کاهش دامنه چترینگ در سیگنال کنترل منجر می شود. کنترل کننده طراحی شده پیشنهادی در یک شبیه سازی کامل در نرم افزار متلب، بر روی مدل یک توربین بادی دو سو تغذیه بدون جاروبک، مورد ارزیابی قرار گرفته و کارایی مطلوب این روش پیشنهادی در مقایسه با روش های مدلغزشی استاندارد و کنترل کننده کلاسیک تناسبی - انتگرالی - مشتقی نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: توربین بادی، ژنراتور القایی دو سو تغذیه بدون جاروبک، کنترل مد لغزشی، بهره تطبیقی، نامعینی
  • محسن پیام فر، خشایار سیدشکری*، معصومه شجاعی، نازی محمدزاده اصل صفحات 61-77

    این تحقیق به بررسی تاثیر مصرف انرژی های تجدیدپذیر بر شاخص رشد اقتصادی پایدار (بعنوان معیار رفاه کشورهای درحال توسعه در شرایط کنونی) در بیست کشور در حال توسعه؛ با استفاده از مدل اثرات ثابت و الگوی پانل چند متغیره در سال های 1990 تا 2018 با ارایه شاخص پایه برای رشد اقتصاد پایدار که شامل متغیرهای اقتصادی و یک مولفه زیست محیطی است؛ پرداخته و سپس رتبه بندی می کند. بعد از تحلیل ایستایی متغیرها؛ از روش کایو برای هم انباشتگی و علیت گرنجری برای تعیین جهت رابطه استفاده شد. علاوه بر مصرف انرژی سرانه و تولید انرژی تجدیدپذیر، از متغیرهای؛ میزان تشکیل سرانه سرمایه ثابت ناخالص (درصدی از تولید ناخالص داخلی)؛ نیروی کار؛ شاخص سرانه انتشار آلاینده ها به عنوان شاخص محدودیت های زیست محیطی؛ اجاره بهای سرمایه؛ درجه باز بودن تجاری؛ استفاده می شود. نتایج نشان داد که افزایش سرانه مصرف انرژی به جز تجدیدپذیر؛ بر رشد اقتصادی پایدار موثر و رابطه دوطرفه بین مصرف انرژی و انتشار آلودگی وجود دارد. در بحث رتبه بندی مشخص شد؛ امارات بیشترین و نیجریه کمترین رشد اقتصاد پایدار است.

    کلیدواژگان: اجاره بهای سرمایه، تولید ناخالص داخلی، شاخص رشد اقتصادی پایدار، صرفه جویی در انرژی، درجه بازتجاری
|
  • Moaiad Mohseni, Mahmood Joorabian*, Afshin Lashkarara Pages 1-12

    Charging electric vehicles in the distribution network is one of the most basic solutions for technical and economic management of energy distribution. In many traditional charging methods, the condition of fully charging cars when leaving the parking lot has always been a problem. But in this article, each car is intelligently charged only based on the amount of energy required to travel its daily journeys. In order to implement this smart method, owners of electric vehicles provide information about the number of trips and the length of their route to the parking charge management, and based on the specifications of the vehicles and the initial energy level of their battery when entering the parking lot, the amount The charge required for them is determined. Then, the charging manager plans the charging based on the tariff of energy consumption time, limitation of distribution network transformers, type of charge level selected (normal or fast) so that charging costs are minimized by observing technical and economic constraints. . The result of intelligent car charging in normal and fast charging conditions and in different limitations of the distribution network and in the presence or absence of load response program is compared with each other. YALMIP and MOSEK software have been used to solve the mixed integer linear programming model.

    Keywords: Smart Charging Vehicles, demand Response program, mixed integer linear programming, Distribution Network
  • Abbas Charlang, Ali Darvish Falehi*, Hossein Toupchizadeh Pages 13-25

    In recent years, utilization of the renewable based power plants has become widespread in the power systems. One of the most widely used renewable based power plants is wind power plants. Due to the utilization of wind energy to generate electricity, wind turbines have not emitted any environmental pollution. Thus, in addition to economic benefits, utilization of these power plants is of great interest from the environmental view point. As the uncertainty in the generated power of these plants is due to the fluctuating nature of wind speed, some problems related to the power system operation including the optimal Power Flow (OPF) issue are revealed. In this paper, instead of using the predetermined probability distribution functions (such as Weibull distribution), the probability density functions extracted based on previous information of wind power plants are used to consider the generated power uncertainty of the wind power plants. The OPF issue has been modeled as an optimization problem aimed at minimizing the network operating cost. The direct power flow constraints are used to model the power grid. To evaluate the above method, the uncertainty scenarios are divided into two categories of sample scenarios and tests that the network performance in sample scenarios will be evaluated by test scenarios. To solve the above optimization problem, a new Random Walk Gray Wolf Optimization (RWGWO) has been used. The simulation of the above method has been performed using MATLAB software for two test networks of IEEE 30 buses and IEEE 118 buses. The simulation results indicate that the utilization of the extracted probability density function has been more consistent with the actual power network conditions and therefore has reduced the network costs as compared to the predetermined probability density function.

    Keywords: Optimal Power Flow, Random Optimization, Uncertainty Scenarios, Extracted Probability Density Function, Random Walk Gray Wolf Optimization
  • Javad Olamaei*, Mohamad Dosaranian-Moghadam Pages 27-35

    Energy carriers are addressed today as one of the main pillars of energy generation due to the increased growth of industries in developed and developing countries. According to the global view, increased consumption of energy carriers is causing an increase in the production of greenhouse gases, the global average temperature, and this, in turn, results in the quicker melting of ice in Antarctica. Moreover, increased pollution stemming from the consumption of fossil fuels for generating electricity is causing numerous problems for industrial cities, photochemical smog, and numerous lung diseases for humans and often living organisms. For the above reasons, using methods to minimize the consumption of energy carriers and applying renewable energy in order to reduce the extent of generated pollution is highly important. Using integrated energy systems (IES) may help manage energy resources in a proper manner and minimize the extent of pollution. This article has proposed a smart management system of an energy hub that includes an input (consisting of fossil fuels, renewable energy, and electricity grid) and output (consisting of consumers). Not only is the proposed system capable of managing energy carries and maximizing the use of renewable energies, but also capable of absorbing high levels of generated CO2 and transforming it to gas energy carries in addition to saving energy.  Such an approach has caused the reduction of CO2 level and its derivatives inside the energy hub and also, reduction of the total cost of the system and this is because a part of gas fuel needed by the system is supplied. This article has shown that using such a system reduces the cost stemming from system pollution generation by 9.08% and the total cost of the system by 13.57%.

    Keywords: Integrated energy system, Smart pollution management, Renewable energy, Methane reformer
  • Ehsan Ganji, Mehdi Mahdavian* Pages 37-49

    Recently, researchers are increasingly paying attention to the continuous use of renewable systems (such as fuel cells, wind, or solar) due to increased energy consumption, energy supply, and prevention of environmental damage. Photovoltaic power generation (PV) systems are one of the most important low-cost ways among new energy sources. In this paper, a photovoltaic (PV) system is used as the main power generator, and also PEMFC is used as energy storage equipment. The advantages of the proposed system include environmental compatibility, reduction of system noise, and low cost. The proposed control strategy also ensures the system stability in various situations of connection of distributed generation sources, such as photovoltaic system to the grid and non-linear load, which brings the island mode of operation. In addition, a battery with a fuel cell is used to store energy, which has a control system similar to the control of the distributed generation system and does not need to change the control mode of the system when changing the mode from an island.

    Keywords: Photovoltaic System, Fuel Cell, PEMFC, Island Performance, System Stability, Hybrid System, Nonlinear Load, Battery
  • Mohsen Ehsani, Ashkenaz Oraee*, Babak Abdi, Vahid Behnamgol, Seyed Mahdi Hakimi Pages 51-59

    In this paper, a control system based on adaptive sliding mode theory is designed to track active and reactive powers in a wind turbine with a brushless doubly-fed induction generator. The dynamics of this type of turbine are nonlinear and include parametric uncertainties and perturbations such as wind speed changes. Therefore, to control this nonlinear and uncertain system, sliding model theory has been used. Due to the unknown of the bound of various uncertainties in this system, the adaptive type of sliding mode is used. In this method, the controller gain is considered as a variable with time and is designed to converge to the uncertainties upper bound. The proposed designed controller in a complete simulation in MATLAB software, on the model of a brushless doubly-fed wind turbine, is evaluated and the good performance of this proposed method in comparison with standard sliding model methods and the classical PID controller is shown.

    Keywords: Wind turbine, brushless Doubly-fed induction generator, Sliding mode control, Adaptive gain, Uncertainty
  • Mohsen Payamfar, Khashayar Seyed Shokri*, Masoumeh Shojaei, Nazi Mohammadzadeh Asl Pages 61-77

    This study examines the impact of renewable energy consumption on the sustainable economic growth index (As a measure of the welfare of developing countries in the current situation) in twenty developing countries; Using the fixed effects model and multivariate panel model from 1990 to 2018 by providing a basic index for sustainable economic growth that includes economic variables and an environmental component; Pays and then ranks. After static analysis of variables; Cao method for co-accumulation and Granger causality were used to determine the direction of the relationship. In addition to per capita energy consumption and renewable energy production, the variables; Gross per capita gross fixed capital formation (percentage of GDP); work force; Per capita emission index of pollutants as an index of environmental constraints; Capital leases; Degree of commercial openness; Is used. The results showed that the increase in per capita energy consumption, except for renewable energy; It has an impact on sustainable economic growth and there is a two-way relationship between energy consumption and pollution emissions. In the ranking discussion it was identified; The UAE has the highest and Nigeria the lowest sustainable economic growth.

    Keywords: Capital leases, Gross Domestic Product (GDP), Sustainable Economic growth Index, Energy Saving, Degree of commercial openness