فهرست مطالب

نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
سال دوم شماره 4 (پیاپی 8، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • الهام گرامی، مجید دلشاد*، محمدرضا امینی، محمد روح الله یزدانی صفحات 1-17

    در این مقاله، یک مبدل DC-DC بسیار کاهنده ی سوییچینگ نرم غیر ایزوله جدید پیشنهاد شده است. مبدل پیشنهادی از دو سلول سوییچ تشکیل شده است که ورودی و خروجی آنها آبشاری هستند. این مبدل نسبت تبدیل کاهنده ی فوق العاده بالایی را ارایه می دهد و به دلیل کلید زنی نرم تمام قطعات نیمه هادی، تلفات کلید زنی کاهش می یابد، همچنین تلفات بازیابی معکوس دیودها به دلیل خاموش شدن به صورت جریان صفر کاهش می یابد. عرض پالس مبدل پیشنهادی بسیار بزرگتر از مبدل کاهنده است و بنابراین مشکلات مبدل با عرض پالس باریک را ندارد و از آنجایی که برای دستیابی به کلیدزنی نرم از کلید کمکی استفاده نمی شود، مدار کنترل ساده باقی می ماند. در این مقاله، وضعیت های عملکرد مبدل مورد بحث قرار گرفته و برای بررسی عملکرد مبدل، یک نمونه اولیه 50 وات با فرکانس سوییچینگ 100 کیلوهرتز، ورودی 100 ولت و خروجی 16 ولت ساخته شده است. راندمان مبدل اندازه گیری شده است و  پیک بازده مبدل 94 درصد است، همچنین پیک تداخل الکترومغناطیسی هدایتی در مبدل پیشنهادی نسبت به همتای خود با کلید زنی سخت 6dBμv کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: مبدل خیلی کاهنده، سوئیچینگ نرم، مبدل باک، مبدل آبشاری
  • رضا قبادی نژاد، غضنفر شاهقلیان* صفحات 18-37
    امروزه با توجه به افزایش روز افزون قیمت سوخت های فسیلی و همچنین افزایش نگرانی در زمینه آلودگی محیط زیست، استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند سیستم های فتوولتاییک (PV) افزایش یافته است. با این وجود نبود یک ساختار و استراتژی کنترلی بهینه برای سیستم های PV، یک چالش مهم در زمینه استفاده حداکثری از قابلیت های بلقوه این منابع محسوب می شود. در این مقاله یک ساختار مناسب و همچنین یک استراتژی کنترلی تطبیقی برای سیستم های PV پیشنهاد شده که امکان استفاده حداکثری از قابلیت های سیستم PV در ریزشبکه های جزیره ای را فراهم می سازد. ساختار و استراتژی کنترلی پیشنهادی مبتنی بر مبدل دو مرحله ای است که امکان ردیابی نقطه حداکثر توان PV، تزریق توان تولیدی PV به ریزشبکه با حداقل سطح هارمونیک و همچنین بهبود کیفیت توان ریزشبکه از طریق جبران سازی مولفه های هارمونیکی را فراهم می سازد. در این روش، وظایف مبدل DC/AC شامل تزریق توان اکتیو PV به ریزشبکه، تامین توان راکتیو و جبران سازی هارمونیکی با در نظر گرفتن محدود سازی پیک جریان اولویت بندی و مدیریت می شود تا از اضافه جریان شدن اینورتر جلوگیری گردد. همچنین یک کنترل کننده تطبیقی طراحی شده که باعث بهبود دقت و سرعت کنترل توان می گردد. ساختار و استراتژی پیشنهادی با شبیه سازی یک ریزشبکه نمونه در سیمولینک متلب مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که روش پیشنهادی امکان بهره برداری از سیستم خورشیدی در حداکثر توان و با حداقل سطح هارمونیک را فراهم ساخته و باعث بهبود قابل توجه در سرعت و دقت سیستم کنترلی و همچنین بهبود کیفیت توان ریزشبکه جزیره ای می شود.
    کلیدواژگان: ریزشبکه جزیره ای، کنترل کننده تطبیقی، کیفیت توان، محدودسازی جریان
  • آزاده آرزوی عراقی، امیر احمری نژاد*، محسن علیزاده، مجتبی بابایی صفحات 38-64
    در این مقاله یک چارچوب جامع دو سطحی برای برگزاری بازارهای رقابتی انرژی و خدمات جانبی در شبکه های انتقال و توزیع ارایه می شود. در سطوح اول و دوم چارچوب پیشنهادی به ترتیب بازارهای انرژی و خدمات جانبی برگزار می شوند. در چارچوب پیشنهادی، تامین کنندگان ظرفیت های بازار رزرو چرخان، واحدهای حرارتی معمولی بوده، در حالی که تامین کنندگان ظرفیت های بازار تنظیم ژنراتورهای با عکس العمل سریع، سیستم های ذخیره ساز، خودروهای الکتریکی و تجمیع کنندگان پاسخ تقاضا هستند. یک برنامه پخش بار AC خطی در چارچوب پیشنهادی گنجانده شده تا قابل اجرا بودن نتایج شبیه سازی در شرایط بهره برداری واقعی را تایید کند. چارچوب معرفی شده به صورت یک مسیله بهینه سازی خطی مدل می شود که تابع هدف هر سطح آن مجزا است. این چارچوب بر روی یک سیستم تست که شامل یک شبکه انتقال 30 شینه متصل به چهار شبکه توزیع 8 شینه پیاده سازی شده، و برای شبیه سازی آن از حل کننده CPLEX در نرم افزار GAMS استفاده می شود. خروجی های به دست آمده از شبیه سازی به وضوح تایید می کنند که مشارکت منابع درون شبکه های توزیع در تامین ظرفیت های رزرو چرخان، سهم واحدهای حرارتی گران را در بازار به طور قابل توجهی کاهش داده و از این طریق هزینه های روزانه سیستم را پایین می آورند. علاوه بر این خروجی های شبیه سازی نشان می دهند که مشارکت تجمیع کننده های پاسخگویی تقاضا، سیستم های ذخیره ساز و خودروهای الکتریکی در تامین ظرفیت های مورد نیاز بازار تنظیم، نه تنها هزینه های این بازار را پایین آورده بلکه شاخص های فنی همچون مشخصه ولتاژ را به طور چشمگیری بهبود می دهد.
    کلیدواژگان: شبکه های انتقال و توزیع، انرژی های تجدیدپذیر، سیستم های ذخیره ساز انرژی، خودروهای الکتریکی، برنامه پاسخگویی تقاضا
  • الهه پاگرد، شاهرخ شجاعیان*، محمدمهدی رضایی صفحات 65-81

    در این مقاله، بهبود میرایی نوسانات فرکانس پایین (LFO) در یک سیستم قدرت شامل SVC  بررسی شده است. برای نیل به این هدف، استراتژی کنترلی جدیدی ارایه شده که در آن کنترل کننده چندمدله با استفاده از کنترل کننده بهینه خطی (LOC) و الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) بهینه سازی می شود. بانک کنترل در کنترل کننده چند مدله، شامل سه کنترل کننده LOC است که از طریق خطی سازی معادلات غیر خطی سیستم و کمینه سازی یک تابع انرژی، سیگنال های بهینه ای را تولید می کنند تا پس از ترکیب شدن بوسیله الگوریتم بازگشتی بیز بطور همزمان به سیستم تحریک ژنراتور و به SVC اعمال شوند. برای ایجاد سیگنال بهینه خطی بایستی معادله ریکاتی حل شود؛ این معادله دارای دو ماتریس وزنی Rric و Qric می باشد که بوسیله الگوریتم PSO بهینه سازی شده اند. الگوریتم PSO با دو تابع هدف ماکزیمم سازی کوچکترین جزء حقیقی در مقادیر ویژه و می نیمم سازی سطح زیر منحنی قدر مطلق انحراف سرعت، Rric و Qric بهینه را محاسبه نموده است. برای ارزیابی استراتژی کنترلی MMC-LOC-PSO خطای سه فاز متقارنی بر روی بدترین باس اعمال شده و نتایج این دو تابع هدف با یکدیگر مقایسه شده است. شبیه سازی سیستم قدرت تک ماشینه با کد نویسی درMATLAB  انجام شده و نشان می دهد استراتژی کنترلی پیشنهادی، ضمن حفظ پایداری، LFO را نیز بطور موثری میرا می کند، خطای ماندگار سرعت و زاویه روتور را نیز به طور مطلوبی به سمت صفر سوق داده است.

    کلیدواژگان: نوسانات فرکانس پایین، پایداری سیستم های قدرت، کنترل کننده چندمدله، کنترل کننده بهینه خطی، الگوریتم بهینه سازی، ازدحام ذرات
  • لیلا کرمی، امیر احمری نژاد*، محمود حسینی علی آبادی، آرش دانا صفحات 82-107
    این مقاله یک مدل سه سطحی برای مدیریت همزمان بازارهای انرژی و خدمات جانبی میان شبکه های انتقال و توزیع یکپارچه شده با منابع انرژی تجدیدپذیر، خانه های هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیاء و خودروهای الکتریکی ارایه می دهد. در سطح اول مدل پیشنهادی، خانه های هوشمند برنامه ریزی مشارکت خود در بازارهای انرژی و تنظیم را انجام داده و برای بهره بردار شبکه توزیع ارسال می کنند. در سطح دوم، بهره برداران شبکه های توزیع برنامه ریزی ناحیه خود را با توجه به برنامه های دریافتی از خانه های هوشمند انجام داده و استراتژی خود برای مشارکت در بازارهای انرژی، رزرو و تنظیم تعیین می کنند. در سطح سوم، استراتژی شبکه های توزیع به بهره بردار سیستم انتقال ارسال شده تا برنامه ریزی نهایی بازارهای انرژی، رزرو و تنظیم با توجه به آن ها انجام شود. مدل پیشنهادی در قالب یک مسیله برنامه ریزی خطی مختلط عدد صحیح فرموله شده و توسط حل کننده GUROBI در نرم افزار GAMS حل می شود. پیاده سازی مدل پیشنهادی نشان داد که این مدل توانسته به طور قابل توجهی از پتانسیل بالقوه مشترکین مبتنی بر اینترنت اشیاء، خودروهای الکتریکی، سیستم های ذخیره ساز و برنامه های پاسخگویی تقاضا برای ارتقای جنبه های فنی شبکه های انتقال و توزیع و همچنین ارتقای جنبه های اقتصادی بازارهای انرژی و خدمات جانبی استفاده کند.
    کلیدواژگان: شبکه های انتقال و توزیع الکتریکی، بهینه سازی بازارهای انرژی و خدمات جانبی، خانه های هوشمند، خودروهای الکتریکی، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • بهروز طاهری، مصطفی صدیقی زاده*، محمدرضا نصیری، علیرضا شیخی فینی صفحات 108-127

    در سال های اخیر علاقه به انجام تحقیقات بر روی پایش غیر مداخله گر بار به دلیل افزایش مصرف انرژی الکتریکی به شدت در حال افزایش است. تحقیقات مختلف نشان داده اند که در صورت پیاده سازی روش های پایش غیر مداخله گر بار به غیراز مزایای مختلفی چون پاسخگویی بار، افزایش دقت پیش بینی های مصرف و غیره موجب افزایش سطح صرفه جویی در ساکنان ساختمان های مسکونی خواهد شد. در سال های اخیر با پیشرفت روش های مبتنی بر یادگیری عمیق استفاده از این روش ها نیز به منظور تفکیک بار مصرفی بسیار افزایش پیداکرده است. با این وجود مهم ترین مشکل این روش ها نیاز به سخت افزار پیچیده به منظور آموزش و بررسی روش ها است. به همین دلیل نیاز است تا سیگنال توان نمونه برداری شده از کنتور هوشمند به مراکز پردازش داده منتقل شده و مورد تجزیه وتحلیل قرار گیرد. این کار علاوه بر نیاز به شبکه های ارتباطی پرسرعت امنیت داده ها را نیز به خطر می اندازد. با توجه به نکات بیان شده در این مقاله یک روش پایش غیر مداخله گر بار بر اساس استخراج ماتریس ویژگی از سیگنال فرکانس لحظه ای به دست آمده از سیگنال توان لوازم خانگی ارایه شده است. مهم ترین ویژگی روش ارایه شده افزایش دقت مدل نزدیک ترین همسایه (KNN) کلاسیک است. روش ارایه شده با استفاده از داده های دسترسی آزاد با نام EMBED که شامل اطلاعات مصرف سه آپارتمان مختلف است مورد تجزیه وتحلیل قرارگرفته است. نتایج به خوبی نشان می دهد که مدل KNN در زمان استفاده از داده ها ماتریس ویژگی مورداستفاده در این مقاله از دقت بسیار بالاتری در مقابل دیگر روش های استخراج ویژگی برخوردار است.

    کلیدواژگان: پایش غیر مداخله گر بار، استخراج ویژگی، ماتریس ویژگی، فرکانس لحظه ای، تبدیل هیلبرت، KNN
|
  • Elham Gerami, Majid Delshad *, MohammadReza Amini, Mohammad Rohollah Yazdani Pages 1-17

    In this paper, a new non-isolated soft switched DC-DC converter with high step-down conversion ratio is proposed. The proposed converter consists of two switch cells that their inputs and outputs are cascaded. This converter provides ultra-high step-down conversion ratio and due to all semiconductor devices are soft switched, switching losses are reduced, also reverse recovery losses of diodes are reduced because of ZCS turn off condition. The duty cycle of proposed converter is much larger than step-down converter and therefore does not have the problems of the converter with a narrow duty cycle and since no auxiliary switch is used to achieve soft switching, the control circuit remains simple. In this paper, the convertor operating modes are discussed and to verify the performance of the converter a 50W prototype with 100 kHz switching frequency, 100V input and 16V output is built. The converter efficiency is measured and the peak efficiency is 94% also the conducted electromagnetic interference peak in the proposed converter is reduced by 6dBµv.

    Keywords: High Step-down, soft switching, Buck converter, Cascade converter
  • Reza Ghobadi, Ghazanfar Shahgholian * Pages 18-37
    Due to the ever-increasing price of fossil fuels and growing concerns about environmental pollution, the utilization of renewable resources, such as photovoltaic (PV) systems, has witnessed significant growth. However, the lack of an optimal structure and control strategy for PV systems poses a crucial challenge in fully exploiting their potential capabilities. This article proposes a suitable structure and adaptive control strategy for PV systems, enabling the maximum utilization of PV system capabilities in island microgrids. The proposed control structure and strategy are based on a two-stage converter, facilitating maximum power point tracking in PV, injecting the generated PV power into the microgrid with minimal harmonic levels, and improving the power quality of the microgrid by compensating for harmonic components. In this method, the tasks of the DC/AC converter, including the injection of PV active power into the microgrid, provision of reactive power, and harmonic compensation, are prioritized and managed by considering the current peak limitation to prevent inverter overcurrent. Additionally, an adaptive controller is designed to enhance the accuracy and speed of power control. The proposed structure and strategy have been evaluated by simulating a sample microgrid in MATLAB/Simulink. The simulation results demonstrate that the proposed method enables the PV system to operate at maximum power with minimum harmonic levels, leading to a significant improvement in the speed and accuracy of the control system and enhancing the power quality of the islanded microgrid.
    Keywords: islanded microgrid, Adaptive controller, Power Quality, Current limiting
  • Azadeh Arezooye Araghi, Amir Ahmarinejad *, Mohsen Alizadeh, Mojtaba Babaei Pages 38-64
    In this article, a comprehensive two-stage framework for conducting competitive energy and ancillary services markets in transmission and distribution networks is presented. In the first and second stages of the proposed framework, energy and ancillary services markets are held, respectively. In the proposed framework, the suppliers of spinning reserve market capacities are conventional thermal units, while the suppliers of regulation market capacities are fast response generators, energy storage systems, electric vehicles, and demand response aggregators. A linear AC power flow program is included in the proposed framework to verify the applicability of the simulation results in real operating conditions. The introduced framework is modeled as a linear optimization problem in which the objective function of each stage is solved separately. This framework is implemented on a test system that includes a 30-bus transmission network connected to four 8-bus distribution networks, and the CPLEX solver in GAMS software is used to simulate it. The simulation outputs clearly confirm that the participation of resources within the distribution networks in providing spinning reserve capacities significantly reduces the share of expensive thermal units in the market and thereby lowers the daily costs of the system. Moreover, the simulation outputs indicate that the participation of demand response aggregators, energy storage systems and electric vehicles in providing regulation market capacities, not only lowers the costs of this market but also significantly improves technical indicators such as voltage characteristics.
    Keywords: Transmission, distribution networks, Renewable Energy, Energy Storage Systems, electric vehicles, Demand response program
  • Elaheh Pagard, Shahrokh Shojaeian *, MohammadMahdi Rezaei Pages 65-81

    In this paper, the improvement of low frequency oscillation (LFO) damping in a power system including SVC is investigated. To achieve this goal, a new control strategy has been presented in which the multi-model controller is optimized using the linear optimal controller (LOC) and the particle swarm algorithm (PSO). The control bank in the multi-model controller includes three LOC controllers that generate optimal signals through the linearization of the nonlinear equations of the system and the minimization of an energy function to be combined by the Bayes recursive algorithm simultaneously to the generator excitation system and SVC. In order to generate an optimal linear signal, Riccati's equation must be solved; Riccati's equation includes two weight matrices Rric and Qric. These matrices elements are optimized by PSO algorithm. The PSO algorithm has calculated the optimal Rric and Qric with two different objective functions of maximizing the eigenvalues and minimizing the area under the speed curve. To evaluate the MMC-LOC-PSO control strategy, the symmetrical three-phase error is applied to the worst bus and the results of these two objective functions are compared. The simulation of the single machine power system has been done by MATLAB. The proposed control strategy, while maintaining stability, also effectively damps the LFOs, in addition, the permanent rotor speed and rotor angle error have also been favorably pushed to zero.

    Keywords: Low frequency oscillations, power system stability, Multi-model controller, Linear optimal controller, particle swarm optimization algorithm
  • Leyla Karami, Amir Ahmarinejad *, Mahmood Hosseini Aliabadi, Arash Dana Pages 82-107
    This paper presents a tri-level model for the simultaneous management of energy and ancillary services markets between transmission and distribution networks integrated with renewable energy sources, smart homes based on the Internet of Things, and electric vehicles. In the first level of the proposed model, smart homes plan their participation in the energy and regulation markets and send it to the distribution network operator. In the second level, the operators of the distribution networks plan their area according to the programs received from the smart homes and determine their strategy for participation in the energy, reservation and adjustment markets. In the third level, the strategy of distribution networks is sent to the operator of the transmission system so that the final planning of the energy, reservation and adjustment markets can be done according to them. The proposed model is formulated as a mixed integer linear programming problem and solved by GUROBI solver in GAMS. The implementation of the proposed model showed that this model was able to significantly use the potential of subscribers based on the Internet of Things, electric vehicles, storage systems and demand response programs to improve the technical aspects of transmission and distribution networks as well as to improve the economic aspects of energy markets and ancillary services.
    Keywords: Electrical transmission, distribution networks, Optimization of energy, ancillary services markets, smart homes, electric vehicles, renewable energy resources
  • Behrooz Taheri, Mostafa Sedighizadeh *, MohammadReza Nasiri, Alireza Sheikhi Fini Pages 108-127

    In recent years, the interest in conducting research on non-intrusive load monitoring is increasing strongly due to the increase in electrical energy consumption. Numerous studies have underscored that the implementation of non-intrusive load monitoring methods, apart from various advantages such as load response, increasing the accuracy of load prediction, etc., will increase the level of cost savings for occupants of residential structures. Recently, with the adoption of techniques grounded in deep learning, the use of these methods has also increased in order to load disaggregation. However, the most important problem with these methods is the need for complex hardware in order to train and examine the techniques. For this reason, it is necessary to transfer the power signal sampled from the smart meter to data processing centers and be analyzed. In addition to the need for high-speed communication networks, this also endangers data security. Accordingly, in this article, a non-intrusive load monitoring method is presented based on extracting the feature matrix from the instantaneous frequency signal obtained from the power signal of household appliances. The most important feature of the presented method is to increase the accuracy of the classical KNN model. The presented method has been analyzed using EMBED open-access data, which includes the consumption dataset from three different apartments. The results show that the KNN model attains significantly enhanced accuracy when using the feature matrix data introduced in this article compared to other feature extraction methods.

    Keywords: NILM, Extracting features, Feature matrix, Instantaneous frequency, Hilbert transform, KNN