فهرست مطالب

نشریه تحقیقات نوین در سیستم های قدرت هوشمند
سال دهم شماره 3 (پیاپی 27، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی درویش فالحی* صفحات 1-10

    در حال حاضر نیروگاه های برق تجدید پذیر مبتنی بر مزارع فتوولتاییک به عنوان منابع اساسی تولید انرژی بسیار مورد توجه بوده که سرعت زیادی در حال رشد می باشند. با این وجود، تغییرات شرایط آب و هوایی یکی از مسایل پیش روی این سیستم تبدیل انرژی می باشد جهت ارایه توان مورد نیاز به مصرف کننده می باشد. یک کنترل کننده کارآمد می تواند پشتیبانی مطلوبی از سیستم فتوولتاییک و بهبود عملکرد دینامیکی ریزشبکه جزیره ای مبتنی بر سیستم فتولتاییک داشته باشد. در این مقاله یک روش اغتشاش و مشاهده اصلاحی مبتنی بر کنترل فازی بهینه برای تامین انرژی مورد نیاز میکرو شبکه اریه می شود. در این راستا، تغییرات جزیی در ثابت تناسبی و انتگرالگیر در هنگام تغییرات آب و هوایی جهت اطمینان از همگرایی در نقطه مطلوب محاسبه می شود جهت یافتن پارامترهای مطلوب توابع عضویت سیستم فازی از الگوریتم ژنتیک مرتب سازی نامغلوب استفاده می شود. سپس، سیگنال بهینه چرخه کار به کانورتر بوست تزریق می شود. برای ارزیابی و به اثبات رساندن کارایی کنترل کننده پیشنهادی، مقایسه ای نیز با استراتژی مشاهده و اغتشاش مرسوم انجام می شود. همچنین، وضعیت های تابشی متفاوت برای سیستم فتوولتاییک تحت مطالعه درنظر گرفته می شود. مدلسازی سیستم فتوولتاییک و سیستم کنترل پیشنهادی توسط نرم افزار MATLAB/Simulink صورت گرفته است. در پایان، نتایج شبیه سازی نشان داد که سرعت و دقت ردیابی نقطه حداکثر توان توسط سیستم کنترل پیشنهادی بهبود چشمگیری داشته است.

    کلیدواژگان: ردیابی نقطه حدکثر توان، کنترل فازی بهینه، فتوولتائیک، ریزشبکه جزیره ای، الگوریتم ژنتیک مرتب سازی نامغلوب
  • حسین جوکار، بهمن بهمنی فیروزی*، محسن سیماب صفحات 11-18

    مسیله مشارکت واحدها UC یکی از مسایل مهم در بازار برق به شمار می آید که با هوشمند شدن و تجدیدساختار شبکه ها اهداف و متغیرهای آن دستخوش تغییراتی شده است. در این مقاله حل و مدل سازی مسیله مشارکت واحدها با در نظر گرفتن شبکه های هوشمند پیشنهاد شده است. همانطور که می دانیم در شبکه های هوشمند مسایل جدید همچون مدیریت سمت تقاضا و منابع ذخیره ساز انرژی (باتری) و همچنین اهداف جدید همچون کاهش آلایندگی های زیست محیطی واحدها وجود دارد که می بایست مدنظر قرار گیرد. در این مقاله مسیله مشارکت واحدها با مدل سازی مدیریت سمت تقاضا در کنار شارژ و دشارژ بهینه سیستم ذخیره ساز باتری با هدف کمینه کردن هزینه های اقتصادی واحدها و باتری و آلایندگی زیست محیطی ارایه شده است. مدل پیشنهادی یک مدل برنامه ریزی خطی عدد صحیح مرکب MILP می باشد که با استفاده از نرم افزارهای تجاری قدرتمند همانند Gurobi حل شده و جواب های بهینه سراسری تضمین می شود. مدل پیشنهادی روی دو شبکه استاندارد 6 و 118 شینه IEEE اجرا شده که نتایج نشان از کارآمدی مدل پیشنهادی می باشد.

    کلیدواژگان: مشارکت واحدها، مدیریت سمت تقاضا، منابع ذخیره ساز انرژی، برنامه ریزی خطی عدد صحیح
  • پرنیان محمدی پور، سید محسن سیدموسوی* صفحات 19-31

    در مدار قرار گرفتن واحدها با در نظر گرفتن قید امنیت، یک روش کاربردی برای برنامه ریزی و عملکرد در زمان واقعی، توسط بهره بردار سیستم است. یکی از راهکارهای حل مسایل در مدار قرار گرفتن واحدهای دارای قیود امنیتی در مقیاس بزرگ استفاده از روش تجزیه بندرز می باشد؛ تقویت نحوه فرمول بندی  مسیله تغییر زیادی روی سرعت حل و حجم محاسباتی می گذارد. در این بررسی با استفاده از مفهوم ضرایب توزیع خروج خطوط و ترکیب آن با شرایط امنیتی N-K به بررسی مسیله برنامه ریزی چگونگی در مدار قرار گرفتن واحدها پرداخته شد و شاخص جدیدی را تحت عنوان خطوط حساس در شرایط بیان شده معرفی گردید. استفاده از این مفهوم این امکان را فراهم می کند تا بتوان در شرایط یکسان حجم محاسبات را در مقیاس های بزرگ کاهش داد؛ بنابراین، برنامه ریزی در مدت زمان کمتری قابل حل بوده که برای برنامه ریزی های روزانه و یا دوره های زمانی کوتاه تر از اهمیت زیادی برخوردار است. محاسبه و مقایسه روی شبکه 118 شینه IEEE  انجام گرفته برای انجام محاسبات و حل مسیله پخش بار بهینه از نرم افزار گمز و جعبه ابزار MATPOWER برای تحلیل و محاسبه ضرایب توزیع توان استفاده شده است.  برای اجرای شرایطN-K از یک حلقه تکرار شناسایی قیود استفاده شده و نتایج نشان می دهد حلقه باعث کاهش زمان حجم محاسبات می گردد. در روش پیشنهادی خطوط حساس شناسایی و شرایط بهره برداری از این خطوط نشان داده شده است که می توان به پاسخ مناسبی با قابلیت اجرا در شرایط بروز خطا رسید.

    کلیدواژگان: بهبود عملکرد در مدار قرار گرفتن واحدها، قیود امنیتی، ضرایب توزیع وقفه خطوط، شرایط N-k
  • حسین فدائی اسرمی، فرامرز فقیهی*، جواد علمائی، حسین محمدنژاد شورکائی صفحات 33-42

    مقره های فشارقوی در معرض شرایط محیطی و اقلیمی مختلف قرار می گیرند. تاثیرات متقابل شرایط محیطی و آلودگی ایزولاسیون باعث می گردد ‍ عایق مقره ها خود بستر مناسبی جهت هدایت جریان گردیده و اثرات خود را بر سیستم های قدرت بجا بگذارد. دانش توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی تجهیزات  ولتاژ بالا از جنبه های مهم طراحی، بهره برداری و عملکرد عایق های فشارقوی است. این می تواند برای تشخیص نقص در عایق ها مفید باشد. هدف از این مطالعه نشان دادن  رفتار عایق های آلوده تحت ولتاژ می باشد. بنابراین ، شبیه سازی میدان الکتریکی و توزیع پتانسیل در مجاورت سطوح مختلف عایق مورد بحث و بررسی قرار گرفت. مقره ها به دو صورت مدل سازی می شوند:2D,3D  و از تحلیل نر م افزار Multiphysics Comsol که یکی از بهترین نرم افزارهای مورد استفاده در مدل سازی می باشد برای عناصر محدود استفاده می شود. سرانجام، نتایج توزیع پتانسیل و میدان الکتریکی در طول عایق در شرایط مختلف آلوده و تمیز که با استفاده از مقادیر رسانایی های مختلف شبیه سازی شده اند، نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: توزیع میدان الکتریکی، توزیع پتانسیل، آلودگی، شبیه سازی، Multiphysics Comsol، مقره های فشارقوی، روش اجزاء محدود
  • مریم فقیهی رضایی، مجید گندمکار*، جواد نیکوکار صفحات 43-52

    در این مقاله هماهنگی حفاظتی برای رله های اضافه جریان جهتدار دیجیتال تنظیم دوگانی DS-DOCR در حضور منابع تجدیدپذیر و ذخیره ساز انرژی در شرایط بیشترین و کمترین مقدار جریان خطا در شبکه توزیع مورد بررسی قرار گرفته است. طرح پیشنهادی جهت دستیابی به هماهنگی حفاظتی سریع در رله های DS-DOCR به کمینه سازی زمان کلی عملکرد رله ها می پردازد. همچنین برای ارتقاء انعطاف پذیری در تنظیمات DS-DOCRها، محدوده ی مجاز برای کلیه ی پارامترهای رله مانند ضرایب B، A، جریان پیکاپ IP، ضریب تنظیم زمانی TDS، در دو جهت پیش رو و پشت سر بیان می شود. طرح پیشنهادی برای بررسی نتایج عملکرد رله های D‏S-DOCR برروی شبکه ی توزیع 9 باسه IEEE با حضور بیشترین مقدار نفوذ منابع فتوولتاییک PV، بادی و ذخیره سازهای انرژی ESS در دو حالت بیشترین و کمترین مقدار جریان خطا بررسی شده است. شبیه سازی روش مطالعاتی در نرم افزار DigSilent Power Factory انجام شده است. نتایج عددی نمایانگر این است که الگوریتم حل پیشنهادی مقادیر بهینه ی پارامترهای تنظیم رله های DS-DOCR را به نحو مطلوبی ارایه کرده است که قادر به دستیابی به هماهنگی حفاظتی مطمین و سریع می باشد.

    کلیدواژگان: هماهنگی حفاظتی، شبکه توزیع، رله اضافه جریان جهتدار دیجیتال تنظیم دوگانی، ذخیره ساز انرژی
  • محمدرضا امینیان، مهدی جعفری شهباززاده*، مهدیه اسلامی صفحات 53-65

    از جمله پرکاربردترین رله های حفاظت از سیستم های قدرت، رله های دیستانس و اضافه جریان می باشند. در شبکه های انتقال و فوق توزیع معمولا حفاظت اصلی بر عهده حفاظت دیستانس است و از حفاظت اضافه جریان به عنوان پشتیبان برای حفاظت دیستانس استفاده می شود. در این پژوهش روش جدیدی برای هماهنگی رله های دیستانس و اضافه جریان با استفاده از جریان پیکاپ، ضریب تنظیم زمان و مشخصه های مختلف رله های اضافه جریان جهت تنظیم بخش تاخیری این رله ها به عنوان پشتیبان رله های دیستانس ارایه می شود. استفاده از رله های اضافه جریان جهت دار با تغییر در قیود هماهنگی، امکان تنظیم زمان عملکرد ناحیه دوم رله های دیستانس با مقدار ثابت و معمولی را فراهم می کند. مسیله هماهنگی در روش پیشنهادی با الگوریتم GA حل شده است. در ادامه پژوهش یک شاخص هماهنگی حفاظتی برای ارزیابی تاثیر منابع تولید پراکنده روی هماهنگی حفاظتی رله های دیستانس و اضافه جریان ارایه می شود. با توجه به اینکه این شاخص با نسبت تغییرات ماکزیمم ظرفیت تزریقی در یک شین به تغییرات فاصله زمانی هماهنگی رله ها تعریف می شود، روش جدیدی برای بدست آوردن ماکزیمم ظرفیت تزریقی تحت قیود هماهنگی با استفاده از عملکرد موازی دو نرم افزار DigSilent  و MATLAB  ارایه می شود. روش های پیشنهادی در شبکه های نمونه 9 و 39 شینهIEEE پیاده سازی شده و نتایج مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: هماهنگی حفاظتی، رله اضافه جریان جهت دار، منابع تولید پراکنده، شاخص هماهنگی حفاظت
|
  • Ali Darvish Falehi* Pages 1-10

    Currently, renewable power plants based on photovoltaic farms are considered as main sources of energy production which have been rapidly growing. However, changes in weather conditions are one of the issues facing this energy conversion system to provide the required power for the consumer. An efficient controller can appropriately control and improve the dynamic performance of the island microgrid based on the photovoltaic system. In this paper, a perturbation and observation method based on optimal fuzzy control is proposed to provide the required energy for the microgrid. In this regard, partial changes in the proportional and integral constants during the climate changes are calculated to ensure the convergence at the desired point. In order to find the desired parameters of the fuzzy system membership functions, a non-dominated sorting genetic algorithm is used. Then, the optimal duty cycle signal is injected into the boost converter. To verify and validate the performance of the proposed controller, a comparison is also made with the conventional observation and perturbation strategy. Also, different radiation conditions are considered for the under study photovoltaic system. Modeling of photovoltaic system and proposed control system has been performed by MATLAB / Simulink software. Finally, the simulation results show that the speed and accuracy of the maximum power point tracking by the proposed control system has been significantly improved.

    Keywords: maximum power point tracking, optimal fuzzy control, photovoltaic system, island microgrid, non-dominated sorting genetic algorithm
  • Hossein Jokar, Bahman Bahmani-Firouzi*, Mohsen Simab Pages 11-18

    The issue of unit commitment (UC) is one of the most important issues in the electricity market, and with the smartening and restructuring of networks which its goals and variables have undergone changes. In this paper, solving and modeling the problem of unit commitment by considering smart networks is proposed. As we know, in smart grids, there are new issues such as demand side management and energy storage systems (batteries) as well as new goals such as reducing the environmental pollution of the units that must be considered. In this paper, the issue of unit commitment with demand side management modeling along with optimal charging and discharging of battery storage system with the aim of minimizing the economic costs of units and batteries and environmental pollution is presented. The proposed model is a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model that is solved using powerful commercial software such as Gurobi and guarantees optimal global solutions. The proposed model is implemented on two standard IEEE 6 and 118 bus networks, the results of which show the efficiency of the proposed model.

    Keywords: Unit commitment, demand side management, energy storage system, mixed integer linear programming
  • Parnian Mohammadi Pour, Seyed Mohsen Seyed Mosavi* Pages 19-31

    Security Constrained Unit Commitment is a practical way for the system operator to plan and operate in real time. Considering the transmission system and security constraints can lead to different responses to load distribution. One of the solutions to solve problems in the circuit of units with large-scale security constraints is to use the Benders analysis method. But strengthening the way the problem is written puts a big difference on the speed of solution and the computational volume the purpose of this research is existing N-K constraint might lead possibility to ignore some other constraints and minimize the calculation. In the proposed model, studied faults are identified in a loop, and power flow control are proceeded by adding necessary constraints. In each step, transmission system constrains are defined, and in case any overloading occurs, relating constrain is going to be activated in the following step. This strategy defines necessary constraints in each hour and line. Also, sensitive network lines which are overloaded due to lines subjected to fault exit could be defined. Considering the mentioned issues, the importance of Unit Commitment and optimal solution proposition in large scale, in the thesis we are going to analyze the unit commitment by using line outage distribution factor and its combination with N-K security constraint.  The calculation volume in large scale could be decreased by applying this strategy, thus, the computation is fast-speed. On the other hand, all the computations and comparisons are applied on IEEE 118-bus network using GAMS software and MATPOWER tool to analyze power distribution factors. A repeating constraint identification loop is employed to implement N-K constraint, and results show the loop reduces the computation time. In the proposed method, the sensitive lines and their operation conditions are identified that the appropriate response can be achieved in the fault conditions.

    Keywords: security constrained, unit commitment, line outage distribution factors, N-K criterion
  • Hosein Fadaeeasrami, Faramarz Faghihi*, Javad Olamaei, Hosein Mohamadnejad Pages 33-42

    High pressure insulators are exposed to different environmental and climatic conditions. The interaction of environmental conditions and insulation pollution makes the insulation of the insulators themselves a suitable substrate for conducting current and leaving its effects on power systems. Knowledge of potential distribution and electric field of high voltage equipment is an important aspect of the design, operation and performance of high pressure insulators. This can be useful for detecting defects in insulation. The purpose of this study is to show the behavior of contaminated insulators under voltage. Therefore, electric field simulation and potential distribution in the vicinity of different insulation levels were discussed. Insulators are modeled in two ways: 2D, 3D and Multiphysics Comsol software analysis, which is one of the best software used in modeling for finite elements. Finally, the results of potential distribution and electric field along the insulation in different contaminated and clean conditions, which are simulated using different conductivity values, are shown.

    Keywords: Electric Field Distribution, Potential Distribution, Pollution, Simulation, Multiphysics Comsol, High Pressure Insulators, Finite Element Method
  • Maryam Faghihi Rezaei, Majid Gandomkar*, Javad Nikoukar Pages 43-52

    In this paper, the protection coordination for Digital dual-setting directional overcurrent relays (DS-DOCR) in the presence of renewable energy sources and energy storage system in the conditions of maximum and minimum fault current in the distribution network is investigated. The proposed scheme minimizes the total operating time of the relays to achieve fast protection coordination in DS-DOCR relays. In addition, to increase the flexibility in the DS-DOCR settings, the permitted range for all relay parameters such as A, B, pickup current (IP), and time dial setting (TDS) is explained in both forward and backward directions. In the proposed scheme, the operating results of DS-DOCR relays on the IEEE 9-bus distribution network in the presence of maximum penetration of photovoltaic sources (PV), wind and energy storage systems (ESSs), in maximum and minimum fault current conditions are investigated. Simulation of the study method is done in DIgSILENT Power Factory software. The numerical results indicate that the proposed solution algorithm has ideally provided the optimal values ​​of the DS-DOCR relays setting parameters, and is capable of achieving reliable and fast protection coordination.

    Keywords: Protection Coordination, Distribution Network, Dual-Setting Digital Directional Overcurrent Relays, Energy Storage System
  • Mohammadreza Aminian, Mehdi Jafari Shahbazzadeh*, Mahdiyeh Eslami Pages 53-65

    One of the most applicable relays in protecting the power system is distance and overcurrent relays. In transmission and distribution networks, protection is usually performed by distance protection, and overcurrent protection is used as a backup for distance protection. In the present study, a new approach was provided to coordinate distance and overcurrent relays using pickup current, time adjustment coefficient, and overcurrent relay characteristics to delay these relays as backup for distance relays. It is possible to adjust the second zone of the distance relays' operating time with a fixed and normal value using instantaneous operation relays with changes in coordination constraints. In the proposed method, the coordination problem was solved using GA algorithm. A protection coordination index is then provided to evaluate distributed generation sources' impact on the protection coordination of distance and overcurrent relays. A new method was proposed to obtain the maximum injection capacity under coordination constraints using MATLAB and DIGSILENT software's parallel performance. The proposed method was implemented in IEEE 9 and 39 bus sample networks. Finally, the obtained results were compared and evaluated.

    Keywords: Protection Coordination, Directional overcurrent relay, disperse production resources, protection coordination index