فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 48، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/31
  • تعداد عناوین: 10
|
  • پیمان افضلی، مسعود رشیدی نژاد*، امیر عبداللهی، محمدرضا صالحی زاده، حسین فرهمند صفحات 2-17

    یکی از مفاهیم جدید در راستای توسعه و غیرمتمرکزسازی شبکه هوشمند، دموکراسی انرژی است. دموکراسی انرژی به معنای دسترسی ممکن، آسان و بدون تبعیض به انرژی برای تمام مصرف کننده هاست. حضور ساختمان های هوشمند در شبکه هوشمند به عنوان مصرف کنندگان خودتولید که هم امکان مصرف و هم تولید انرژی پاک را دارند، می تواند به توسعه غیرمتمرکزسازی و کربن زدایی در صنعت برق کمک کند. یک اجتماع انرژی شامل مجموعه ای از کاربران انرژی و همچنین منابع و مصارف انرژی است. کاربران انرژی خودتولید توسط زیرساخت ارتباطی مناسب می توانند در مبادله انرژی همتا به همتا شرکت کنند و به تامین انرژی اجتماع انرژی کمک کنند. در این مقاله، مسیله مدیریت انرژی شبکه هوشمند شامل اجتماع های انرژی در راستای توسعه دموکراسی انرژی به منظور حضور ساختمان های هوشمند در تجارت انرژی همتا به همتا و برنامه های پاسخ گویی بار خانگی حل شده است. یک مدل دموکراسی انرژی برای مجموعه کاربران انرژی شامل مصرف کنندگان خودتولید و مدیران درون اجتماع های انرژی براساس مفهوم ترجیحات کاربران معرفی شده است. در این مقاله، مصرف کنندگان خودتولید با توجه به ترجیحات خود به سه دسته انعطاف پذیر، اقتصادمحور و اجتماع محور طبقه بندی شده اند. همچنین، مدیران اجتماع های انرژی نیز با توجه به ترجیحات خود به دو دسته مدیر با رویکرد تعاملی و مدیر با رویکرد غیرتعاملی طبقه بندی شده اند. مسیله توسط روش CPLEX در نرم افزار GAMS حل شده است. نتایج نشان می دهد که رویکرد پیشنهادی دموکراسی انرژی را در شبکه هوشمند بهبود می دهد.

    کلیدواژگان: دموکراسی انرژی، تجارت انرژی همتا به همتا، ترجیحات مصرف کننده خودتولید، راهبرد فنی-اقتصادی-اجتماعی، اجتماع انرژی
  • هادی افکار*، مصطفی اسماعیلی صفحات 18-31

    یکی از مشکلات اصلی و مهم کیفیت توان در شبکه توزیع نیروی برق، آلودگی هارمونیکی است. قبل از پیشنهاد هر روش مناسبی برای کاهش مشکلات هارمونیک در شبکه و همچنین برنامه توسعه شبکه، درک و کمی کردن سطح هارمونیک در شبکه برق بسیار مهم است. در این راستا، در این مقاله، با توجه به دسته بندی مشترکین در شبکه توزیع نیروی برق و بر اساس بیشترین تعداد مشترکین در شبکه، بارهای الکتریکی در چهار دسته خانگی، تجاری، اداری و ترکیبی طبقه بندی شده و ارزیابی هارمونیکی شبکه توزیع برای هر نوع بار به صورت میدانی انجام می شود. در جهت عملیاتی و کاربردی تر کردن بیشتر ارزیابی، دو شاخص هارمونیکی جدید و همچنین نحوه جدید بیان اعوجاج هارمونیک کل جریان پیشنهاد می شود. با توجه به اینکه می توان فرض کرد هر دسته از بارها هارمونیک های مشابهی به شبکه تزریق می کنند، تحلیل و بررسی نتایج حاصل از اندازه گیری برای هر نوع بار، رفتار هارمونیکی هر نوع بار را در شبکه توزیع برق تا حدود زیادی نشان می دهد که در توسعه و بارگذاری پست های توزیع بسیار مفید است. با توجه به نتایج، میزان اعوجاج هارمونیکی جریان به ترتیب از زیاد به کم به صورت اداری، تجاری، خانگی و ترکیبی دسته بندی می شود. بر این اساس می توان محدوده ضریب هارمونیک K را برای بارهای ترکیبی حدود 3، خانگی حدود 5/3، تجاری حدود 5 و اداری حدود 11 در نظر گرفت. نتایج شبیه سازی به کمک نرم افزار MATLAB نشان می دهد که با جبران سازی هارمونیک مرتبه سوم می توان میزان اعوجاج هارمونیکی را برای بارهای اداری، خانگی و ترکیبی تا 40 درصد و برای بار تجاری تا 30 درصد بهبود بخشید.

    کلیدواژگان: هارمونیک جریان، کیفیت برق، ارزیابی هارمونیکی، شبکه توزیع برق
  • مجید میرزائی، امیر باقری* صفحات 32-49
    با نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر و نیز افزایش تراکم در شبکه های انتقال، اهمیت مسیله در مدار قرار گرفتن بهینه واحدهای نیروگاهی (UC) بیش از پیش شده و بهره برداران سیستم قدرت نیازمند راهکارهای موثر برای یافتن جواب مناسب برای این مسیله اند. در این مقاله مدلی برای مسیله UC با در نظر گرفتن ظرفیت دینامیکی خطوط انتقال (DLR) در حضور منابع بادی ارایه گردیده تا با الحاق راهکارهای شبکه هوشمند در سیستم قدرت، بهره گیری موثرتر از ظرفیت موجود خطوط انتقال صورت پذیرد. به منظور انطباق رویکرد پیشنهادی با شرایط واقعی، عدم قطعیت پارامترهای نایقین مسیله شامل سرعت باد، بار شبکه و دمای محیط توسط روش سناریو بنیان در قالب یک برنامه ریزی تصادفی مدل می گردد. برای تولید سناریوها روش مونت کارلو و به منظور کاهش سناریو از الگوریتم خوشه بندی K-means استفاده شده است. تمامی محدودیت های مسیله در مدل مورد نظر لحاظ شده و قیود شبکه انتقال با در نظر گرفتن معادلات پخش بار AC در نظر گرفته شده اند. نتایج مطالعات عددی بر روی شبکه 24 باسه IEEE RTS، بیانگر کارایی مدل ارایه شده در کاهش تراکم شبکه انتقال، کاهش هزینه های بهره برداری، کاهش انقطاع توان بادی، و درنهایت بهبود معیارهای فنی شبکه در کنار برنامه ریزی مطمین و پایدار برای سیستم قدرت است. با توجه به نتایج شبیه سازی، حضور DLR باعث افزایش دمای هادی به میزان 7 درجه سانتی گراد در محدوده مجاز می شود که این امر باعث افزایش بارگذاری خط به میزان حدود 34% نسبت به ظرفیت استاتیکی آن شده است. به این ترتیب، حضور DLR کاهش 33/15 درصدی در هزینه کل بهره برداری را موجب می گردد. همچنین مقدار قطع بار اجباری و توان بادی قطع شده به ترتیب کاهش 9/88 و 7/89 درصدی را در حضور DLR نشان می دهند.
    کلیدواژگان: در مدار قرار گرفتن بهینه واحدهای نیروگاهی، ظرفیت دینامیکی خطوط، نیروگاه بادی، برنامه ریزی تصادفی
  • سید حسین اجتهد*، ناصر پریز، علی کریم پور صفحات 50-65
    در این مقاله، ابتدا با استفاده از تیوری سیستم های هایبرید، مدل سوییچ شونده مبدل بوست ارایه شده، سپس با در نظر گرفتن اثر نامعینی پارامترها، اغتشاش ورودی و تاخیر حالت متغیر در حضور کلیدزنی با قید زمان سکون میانگین، مسیله طراحی واحد تشخیص عیب همراه با کنترل بر پایه فیدبک خروجی به صورت یک مسیله بهینه سازی چندمنظوره بهره های  فرمول بندی شده است. یک شاخص عملکرد، مقاوم بودن مانده نسبت به اغتشاش را تضمین می کند و شاخص عملکرد دیگر، ضامن حساسیت مانده نسبت به عیب است. با اتخاذ تابع لیاپانوف سوییچ شونده شرایط کافی برای تشخیص عیب همراه با کنترل برحسب نابرابری های ماتریسی خطی به دست آمده اند. مبدل های نوع بوست در سیستم های تولید برق فتوولتاییک و درایوهای الکتریکی کاربرد زیادی دارند و تشخیص عیب آن ها مورد توجه پژوهش های اخیر بوده است. در این تحقیقات معمولا از مدل متوسط مبدل بوست استفاده شده که یک روش تقریبی است و مدل هایبرید سوییچ شونده برای این سیستم ها کمتر مورد توجه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده اثربخشی رویکرد ارایه شده است.
    کلیدواژگان: مبدل بوست، تشخیص عیب همراه با کنترل، سیستم سوئیچ شونده، زمان سکون میانگین، بهینه سازی چند منظوره
  • شیرین مومن، جواد نیکوکار*، مجید گندمکار صفحات 66-83

    در سیستم های تولید سنتی، حدود 25 درصد از انرژی تولیدی صرف غلبه برتلفات شبکه می شود و وجود منابع انرژی توزیع شده مانند منابع فتوولتاییک، توربین بادی و مزارع بادی، سلول سوختی و تولید همزمان برق و حرارت می توانند مصرف سوخت، آلودگی و تلفات خطوط انتقال را کاهش داده و بهره وری شبکه ها را افزایش دهند. در این مقاله، با در نظر گرفتن محدودیت های توزیع توان توسط الگوریتم جهش قورباغه بهبودیافته، یک چارچوب مدیریت انرژی منظم در ریزشبکه ارایه می شود که در آن سهم دقیق تولید یا مصرف انرژی برای واحدهای مختلف تعیین می گردد. طرح پیشنهادی برای انتخاب بهترین آرایش منابع در ریزشبکه مورد استفاده قرار می گیرد که خروجی آن تعیین تعداد و محل بهینه منابع در شینه های مختلف است. سپس، اپراتور مستقل سیستم با درنظرگرفتن محدودیت های پخش بار، مقدار تبادل و مصرف انرژی را تعیین می کند. از بویلر و CHP نیز برای حفظ تعادل بین تولید انرژی حرارتی توسط منابع تولید انرژی و مشترکین حرارتی استفاده می شود. علاوه بر این، از برنامه های پاسخگویی بار با هدف هموار سازی منحنی بار و کاهش هزینه های بهره برداری در این مسیله بهینه سازی بهره گرفته شده است. روش پیشنهادی با استفاده از نرم افزار MATLAB بر روی سیستم استاندارد 69 شینه و 118 شینه IEEE پیاده سازی و شبیه سازی شده که مقایسه نتایج حاصله با چند الگوریتم دیگر، صحت و برتری روش پیشنهادی را از منظر کاهش هزینه های بهره برداری، کاهش آلودگی و بهبود قابلیت اطمینان نشان می دهد.

    کلیدواژگان: پاسخگویی بار، بازار انرژی، بهینه سازی، منابع انرژی توزیع شده، الگوریتم جهش قورباغه
  • سهیل رنجبر* صفحات 84-97
    در این مقاله، روشی به منظور کنترل بار-فرکانس در سیستم های قدرت در حضور عدم قطعیت باد ارایه می شود؛ بدین منظور، با اندازه گیری لحظه ای توان توربین بادی مبتنی بر سیگنال فازوری برخط، مدل دقیق فضای حالت شبکه در حضور منابع بادی پیاده سازی می شود. به منظور عملکرد بهینه پارامترهای کنترلی، با شناسایی متغیرهای تاثیرگذار فضای حالت تحت شرایط بهره برداری و نوسان توان، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات و همچنین الگوریتم نمونه برداری ابرمکعب لاتین به منظور در نظر گرفتن عدم قطعیت واحدهای بادی مورد استفاده قرار گرفته است. طرح پیشنهادی، روشی برخط مبتنی بر سیگنال های اندازه گیری فازوری بوده به نحوی که در پنجره های زمانی مختلف، با ارزیابی دینامیک شبکه مبتنی بر طرح پیشنهادی ابرمکعب لاتین، پارامترهای کنترلی به روزرسانی می شوند. در نتایج شبیه سازی، حداکثر خطای کنترل کننده کلاسیک به ازای عدم قطعیت انرژی باد به میزان 3-10×7 بوده که به ازای کنترل کننده پیشنهادی این میزان به مقدار 3-10×5/1 به ازای تغییر بارهای 02/0 و 1/0 پریونیت کاهش یافته است. نتایج نشان دهنده عملکرد مطلوب کنترل کننده پیشنهادی به منظور میراسازی نوسان های توان در شبکه در حضور عدم قطعیت منابع اینورتری با اینرسی پایین بوده و می تواند از بروز خاموشی های بزرگ در سیستم قدرت جلوگیری کند.
    کلیدواژگان: الگوریتم ازدحام ذرات، الگوریتم نمونه برداری ابرمکعب لاتین، پایدارساز سیستم قدرت، توربین باد، کنترل فرکانس
  • شاهرخ خاکی متنق، محمد احمدزاده طلاتپه* صفحات 98-111
    سیستم های تهویه مطبوع در ایران بخش قابل توجهی از مصرف برق در ساختمان‏ها را به خود اختصاص می دهند. بنابراین استفاده از فناوری های نوین برای کاهش مصرف برق به خصوص در مناطق گرمسیر جنوب کشور یک امر ضروری برای مهندسان و محققان است. در این تحقیق، ترکیب سیستم ذخیره یخ با سیستم تهویه مطبوع یک ساختمان به منظور کاهش مصرف انرژی الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور، یک ساختمان اداری در چابهار- ایران (منطقه ای با بار سرمایشی زیاد) برای تحقیق در نظر گرفته شده و در شرایط موجود و سیستم ذخیره یخ افزوده شده در محیط نرم افزار TRNSYS شبیه سازی و مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعه نشان می دهد که سیستم ذخیره یخ در عملکرد با استراتژی بار جزیی، کارآمدتر از سایر استراتژی‏های عملکردی است. همچنین مشخص شد که به کارگیری سیستم ذخیره یخ 89/37% از کل برق مصرفی سیستم تهویه مطبوع را کاهش داده و این سیستم توانایی انتقال 9/37% از انرژی مصرفی از ساعت های پیک بار به ساعت های کم بار و متوسط بار را دارد. از لحاظ اقتصادی نیز مطالعه نشان می دهد که با استفاده از سیستم ذخیره یخ در استراتژی بار جزیی، در حدود 62% به طور میانگین در هزینه های برق کاهش به عمل می آید.
    کلیدواژگان: بارسرمایشی، مصرف انرژی، تهویه مطبوع، ذخیره یخ، TRNSYS
  • مرتضی حیدر، مجید سبزپوشانی* صفحات 112-127
    چالش انرژی و آلودگی محیط زیست، محققان را به استفاده بیشتر از انرژی خورشیدی وادار نموده است. در تحقیق حاضر، یک سیستم نوین کلکتور هواگرمکن خورشیدی با ترکیب زبری مصنوعی میله منحنی شکل و بازچرخش خارجی جریان هوا ارایه و ارزیابی عملکرد آن در شرایط مختلف انجام شده است. مدل سازی با استفاده از معادلات بقای انرژی برای بخش های مختلف کلکتور انجام و با یک روش نیمه تحلیلی حل شده اند. صحت سنجی نتایج حاضر بیانگر دقت مناسب روش به کار برده شده است. نتایج حاضر نشان داد که سیستم ترکیبی جدید به طور موثری راندمان های انرژی و اگزرژی را در دبی های جرمی کمتر از حدود 04/0 kg/s را افزایش می دهد. همچنین در شرایط زبری ثابت و در دبی های کم، افزایش نسبت بازچرخش جریان تا حدود 3، باعث افزایش عملکرد کلکتور شده اما در دبی های بالاتر از 06/0 kg/s و نسبت های بازچرخش بیشتر از 3، به سبب افت فشار زیاد، به رغم افزایش راندمان انرژی، راندمان اگزرژی به شدت کاهش پیدا کرده، به طوری که از حالت سیستم کلکتور ساده نیز کمتر می شود. افزایش شدت تابش خورشیدی باعث افزایش راندمان های انرژی و اگزرژی در سیستم جدید شده است. بررسی پارامترهای هندسی زبری مصنوعی، نشان داد که افزایش قطر میله منحنی شکل، باعث بهبود عملکرد شده درحالی که تغییر زاویه انحنای میله تاثیر چندانی ندارد.
    کلیدواژگان: کلکتور هواگرمکن، انرژی خورشیدی، زبری مصنوعی میله منحنی شکل، بازچرخش خارجی، راندمان های انرژی و اگزرژی
  • محمد شریف زارعی* صفحات 128-139
    این مقاله به مبحث تولید انرژی در تیر تقویت شده با نانولوله های کربنی هدفمند می پردازد. تیر مورد نظر تحت بارگذاری هارمونیک محوری قرار دارد و با یک لایه پیزوالکتریک پوشش داده شده است. تاثیرات اندازه با استفاده از نظریه گرادیان کرنش فرض می شود. مدول موثر یانگ تیر نانوکامپوزیتی با استفاده از قانون اختلاط به دست می آید. براساس نظریه تیوری سینوسی، روابط نهایی حرکت محاسبه می شود. با به کارگیری روش های تفاضلات مربعی و نیومارک، توان تولیدی و ناحیه ناپایداری دینامیکی میکروتیر محاسبه شده است. تاثیرات شرایط مرزی، کسر حجمی و توزیع نانولوله های کربنی، اندازه، دما و نسبت طول به ضخامت میکروتیر بر توان تولیدی و منحنی ناحیه ناپایداری دینامیکی نشان داده شده اند. دستاوردهای عددی نشان می دهد ناحیه ناپایداری دینامیکی در بسامدهای تشدید بالاتر و با افزایش کسر حجمی نانولوله های کربنی رخ داده است. علاوه بر این، توان الکتریکی تولیدشده با افزایش ضخامت لایه پیزوالکتریک بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: تولید انرژی، نانولوله های کربنی هدفمند، تیر سینوسی، میکروتیر، نظریه گرادیان کرنش
  • امیر عسکری کاشان، محمدرضا نظری امینه*، احمدرضا فقیه خراسانی، رحیم شمس الدینی صفحات 140-161

    با توجه به اهمیت عملیات پیگ رانی در خط لوله برای مقاصدی همچون نظارت-تمیزکاری که منجر به افزایش عمر مفید شبکه انتقال و مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع نفت-گاز می شود، ارایه مدل های مطالعاتی دقیق در این حوزه از اهمیت بالایی برخوردار بوده و به عنوان یک نیاز پژوهشی قلمداد می گردد. با توجه به مزیت های روش های بدون شبکه بندی، در این پژوهش برای اولین بار مدلی برای ارزیابی جریان پیرامون پیگ با بهره گیری از روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) و با استفاده از مدل k-ε استاندارد برای شبیه سازی آشفتگی جریان ارایه و عملکرد مدل بر اساس نمونه آزمایشگاهی ارزیابی و اعتبارسنجی گردیده است، نتایج حاصل نشان داد که میزان میانگین خطای مدل SPH نسبت به مدل آزمایشگاهی کمتر از 5% بوده که بیانگر دقت بالا و عملکرد قابل قبول مدل پژوهش بوده است. پس از اعتبارسنجی عملکرد مدل پژوهش، شبیه سازی جریان پیرامون پیگ ساکن و متحرک مدل سازی شده و نتایج حاصل با نتایج عددی موجود مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است، علاوه بر این با بهره گیری از الگوریتم فراابتکاری گرگ های خاکستری (GWO) مطالعاتی بر پارامتر قطر نسبی پیگ کنارگذر برای دستیابی به مقادیر بهینه این پارامتر پیاده سازی شده است، نتایج حاصل از مدل بهینه یابی نشان داد که میزان قطر نسبی بهینه پیگ کنارگذر برابر با d⁄D=0.418 بوده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که مدل ارایه شده دارای دقت قابل قبول در مدل سازی جریان پیرامون پیگ کنارگذر در لوله بوده است، همچنین می تواند به عنوان یک مدل مرجع بر پایه روش SPH برای مدل سازی جریان پیرامون پیگ کنارگذر متحرک جهت ارزیابی و انجام مطالعات عملیات پیگ رانی در خط لوله به کارگیری شود.

    کلیدواژگان: پیگ رانی، مدیریت انرژی، خط لوله، هیدرودینامیک ذرات هموار، SPH، پیگ کنارگذر، الگوریتم بهینه سازی گرگ های خاکستری، GWO
|
  • Peyman Afzali, Masoud Rashidinejad *, Amir Abdollahi, MohammadReza Salehizadeh, Hossein Farahmand Pages 2-17

    One of the new concepts in line with the development and decentralization of smart grids is energy democracy. Energy democracy means possible, easy, and non-discriminatory access to energy for all consumers. The presence of smart buildings in the smart grid as prosumers that can both produce and consume clean energy can contribute to the development of decentralization and decarbonization in electricity industry. An energy community includes a set of energy users as well as energy resources and energy consumption. Prosumers can participate in peer-to-peer (P2P) energy trading through appropriate communication infrastructures and contribute to the energy supply of the energy community. In this paper, the problem of energy management of smart grids, including energy communities, was solved while promoting energy democracy for the presence of smart buildings in P2P energy trading and residential demand response programs. An energy democracy model for the set of energy users including prosumers and managers within energy communities was introduced according to the concept of users’ preferences. In this paper, prosumers were classified into three flexible, economy-oriented, and community-oriented categories according to their preferences. Also, managers of energy communities were classified into two categories according to their preferences: managers with an interactive approach and managers with a non-interactive approach. The problem was solved by the CPLEX method in GAMS software. The results showed that the proposed approach improved energy democracy in the smart grid.

    Keywords: Energy democracy, peer-to-peer energy trading, prosumer preferences, techno-economic-social strategy, energy communities
  • Hadi Afkar *, Mostafa Esmaeeli Pages 18-31

    One of the main and important problems of power quality in the power distribution network is harmonic pollution. Understanding and quantifying the level of harmonics in the network is very important before proposing any suitable method to reduce the harmonic problems in the network as well as the network development plan. In this regard, in this paper, according to the classification of customers in the power distribution network and based on the most significant number of customers in the network, electrical loads are classified into four categories: residential, commercial, office, and combinatorial. Then the harmonic evaluation of the power distribution network for each type is carried out. In order to make the evaluation more operational and practical, two new harmonic indices are proposed as well as a new way of expressing the total current harmonic distortion. Considering that it can be assumed that each type of loads injects similar harmonics into the network, analyzing the measurement results for each type of load shows the harmonic behavior of each type of load in the distribution network to a large extent, which in the development and loading of distribution substations is very useful. According to the results, the current harmonic distortion of the load types is categorized as 1. office 2. commercial 3. residential 4. combinatorial in order from high to low. Based on this, it is possible to consider the range of harmonic factor K for combinatorial loads around 3, residential loads around 3.5, commercial loads around 5, and office loads around 11. Simulation results using MATLAB software show that third-order harmonic compensation can improve the total current harmonic distortion for office, residential, and combinatorial loads by up to 40%, and for commercial loads by up to 30%.

    Keywords: Current harmonics, Power Quality, harmonic assessment, Distribution network
  • Majid Mirzaei, Amir Bagheri * Pages 32-49
    With penetration of renewable energy sources and increasing congestion in transmission networks, the issue of unit commitment (UC) problem has increased in importance, and power system operators demand effective approaches to find a suitable solution to this problem. In this paper, by considering a dynamic line rating (DLR) in the presence of wind power units, a model has been offeredfor the UC problem  to use the existing capacity of lines more effectively through adding smart-grid technologies to the power system. To adapt the proposed approach with real conditions, uncertainties of the problem parameters including wind speed, network load, and ambient temperature were modeled by a scenario-based method in form of a stochastic programming. A Monte-Carlo simulation was used to generate those scenarios, and K-means clustering algorithm was employed so as to reduce  scenarios . All problem limitations were taken into account, and transmission network constraints were considered by AC load flow relations. Numerical results on the IEEE RTS-24-bus system demonstrated the efficiency of the presented model in reducing transmission congestion, operating costs, wind power curtailment; and finally the enhancement of  the network’s technical criteria along with the reliable and stable planning for the power system. Rgarding simulation results, the presence of DLR increased the conductor temperature up to 7 oC by satisfying the maximum allowable temperature. This resulted in 34% higher loading of line compared to a static rating. In this way, the DLR brought  about a 15.33% reduction in total operating cost. In addition, the load shedding and wind power curtailment showed reductions of  88.9% percent  and 89.7% in the presence of DLR.
    Keywords: Unit commitment, Dynamic line rating, Wind power generation, Stochastic programming
  • Sayyed Hossein Ejtahed *, Naser Naser, Ali Karimpour Pages 50-65
    In this article, through using the theory of hybrid dynamical systems, the boost converter was modeled as a switching system. Then, by taking into account parameter uncertainty, input disturbance, and variable state delay in the presence of a switching with a constraint of average dwell time, the design problem of fault diagnosis along with output feedback-based control-   has been formulated as a multi-objective optimization problem. Onel2-gain performance index guarantees the robustness of the fault to disturbance; the other l2-gain performance criterion guarantees the sensitivity of the residual to fault. By adopting a switchable Lyapunov function, sufficient conditions have been obtained for fault detection along with control in terms of linear matrix inequalities. In this research, an approximate method was used; that is, an averaged state-space model of the boost converter. The simulation results showed the effectiveness of the present approach.
    Keywords: Boost Converter, Fault diagnosis, control, switching system, average dwell time, Multi-Objective Optimization
  • Shirin Momen, Javad Nikoukar *, Majid Gandomkar Pages 66-83

    In traditional generation systems, about 25% of energy is wasted, and the presence of distributed energy resources (DER) such as photovoltaic, wind turbines, fuel cell, and the combined heat and power can reduce fuel consumption, pollution, and transmission losses. In this paper, a complete energy management framework in a microgrid is proposed by considering the constraints using Improved Shuffled Frog Leaping Algorithm, in which the exact share of energy production for different units is determined. The proposed scheme is used to select the best arrangement of DERs in the microgrid, the output of which is to determine the number and optimal location of DERs in several bus-bars. Then, the independent system operator determines the quantity of energy exchange and consumption by considering load distribution constraints. Boilers and CHPs have also been used to maintain the balance between the production of thermal power by energy sources and thermal demands. In addition, the Demand Response Program has been used with the aim of smoothing the load curve and of reducing the operating costs. Finally, the proposed method has been implemented and simulated using MATLAB software on a two standards 69-and- 118-bus IEEE system. The comparison of the results with other algorithms showed the accuracy and superiority of the proposed method from the point of view of reducing operating costs.

    Keywords: Demand Response, Energy market, optimization, Distributed Energy Resources, Improved Shuffled Frog Leaping Algorithm
  • Soheil Ranjbar * Pages 84-97
    This paper presents a method of load-frequency control in power systems in the presence of wind turbines in the presence of wind uncertainty. To do this, using power system modelled on power factory@ software and considering classic stabilizers, the speed of the wind turbines is controlled.  In the case of increasing the system damping performance, using intelligent particle swarm optimization algorithm, stabilizer parameters are optimized. Also, in order to evaluate wind units stability through different natural situations, considering the wind and load uncertainties evaluated through LHS sampling algorithm, the wind turbines frequency control are investigated. Results indicate the proper performance of the controller in the presence of wind and load uncertainties.
    Keywords: Swarm Optimization Algorithm, Latin Hyper Square Sampling Algorithm, Power System Stability, Wind turbines, Frequency Control
  • Shahrokh Khakimotnag, Mohammad Ahmadzadeh Talatapeh * Pages 98-111
    Air conditioning systems account for a significant portion of electricity consumption in buildings. Therefore, the use of new technologies to reduce electricity consumption is essential for engineers and researchers. In this research, an ice storage system in combination with the air conditioning system of an office building has been investigated to reduce the electrical energy consumption of the air conditioning system. For this purpose, a building in Chabahar-Iran (as a region with a high cooling load required region) is considered. The building is simulated in TRNSYS software at the existing condition as well as with the added ice storage system to predict the performance of the systems. The study shows that ice storage system is more efficient in the partial load strategy than other examined strategies. It was also found that by using an ice storage system the total electricity consumption could be reduced about 37.89%, and the new system was able to transfer 37.9% of energy consumption from peak load hours to medium and low load hours. Economically, it is proved that by employing the ice storage system in the partial load strategy, a significant amount of reduction in electricity bill, about 62%, can be achieved.
    Keywords: cooling load, Energy consumption, Air conditioning, Ice Storage, TRNSYS software
  • Morteza Haydar, Majid Sabzpooshani * Pages 112-127
    The challenge of energy and environmental pollution has forced researchers to make more use of solar energy. In the present study, a new solar air heater collector system with a synthetic combination of arc-shaped wire roughness and external recycle of airflow has been presented, and its performance has been evaluated in different conditions. Modeling is performed using energy conservation equations for different parts of the collector and is solved by a semi-analytical method. The validation of the present results indicates the accuracy of the method used. The results showed that the new hybrid system effectively increased energy and exergy efficiencies at mass flows less than about 0.04 kg/s. Also, in a constant roughness condition and at low mass flow rates, increasing the flow recycle ratio to about 3, increased the collector performance.  However, in high flow rates and recycle ratios, exergy efficiency was reduced sharply due to high pressure drop, despite an increase in energy efficiency. Thus, it was less than the simple collector system. Increasing the intensity of solar radiation increased energy and exergy efficiencies in the new system. Examination of the geometric parameters of artificial roughness showed that an increase in the diameter of the curved wire improved the performance of the new system while changing the curvature angle of the wire had little effect.
    Keywords: Air Heater Collector, Solar energy, Artificial Roughness as Arc-shaped Wire, External Recycle, Energy, Exergy Efficiencies
  • Mohammad Sharif Zarei * Pages 128-139
    This paper deals with the energy harvesting of microbeam reinforced with functionally graded carbon nanotubes. The microbeam is intended to place a harmonic position. The effects of size are assumed using strain gradient theory. The effective modulus of the nanocomposite beam is obtained using the principle of porosity. Based on the theory of sine theory, the final relations of motion are calculated. Using the differential square solution and Newmark methods, the energy harvesting and dynamic instability region of the microbeam is calculated. The effects of boundary conditions, volume fraction and distribution of carbon nanotubes, size, temperature and length-to-thickness ratio of microbeam on the dynamic instability curve are shown. Numerical results show that the dynamic instability region occurred at higher resonant frequencies and with increasing volume fraction of carbon nanotubes. In addition, the resonant frequency is higher for functionally graded carbon nanotubes with X-shaped distribution compared to the uniform state. In addition, the electric power produced increases with the increase in the thickness of the piezoelectric layer.
    Keywords: Energy harvesting, Carbon nanotubes, Sinusoidal theory, microbeam, Stress coupling theory
  • Amir Askari Kashan, MohammadReza Nazari *, AhmadReza Faghih Khorasani, Rahim Shamsoddini Pages 140-161

    Due to importance of pigging operations for purposes such as monitoring-cleaning, which leads to an increase in the service life of pipeline networks, management, and optimization of energy consumption in oil and gas industries, providing accurate numerical models is a research need that has been very vital. Considering advantages of meshless methods, for the first time in this research a model is presented for evaluating the flow around the pig using the smooth particle hydrodynamics (SPH) method and the standard k-ε model to simulate the turbulence of the flow. Besides, the performance of the model based on the experimental study has been evaluated and validated. The results showed that the average error rate of the SPH model compared to the laboratory model was less than 5%, which indicated the research model's high accuracy and acceptable performance. After validating the performance of the research model, the simulation of the flow around the stationary and mobile pig was modeled, and the results were compared and evaluated with the existing numerical results. In addition, by using a meta-heuristic algorithm of gray wolves optimization (GWO), studies wereconducted on the relative diameter parameter of the bypass pig to achieve optimal values of this parameter. The results of the optimization model showed that the optimal relative diameter of the bypass pig was equal to d⁄D=0.418. The results of this research showed that the presented model had an acceptable accuracy in modeling the flow around the bypass pig in the pipe, and it could also be used as a reference model based on the SPH method for modeling the flow around the bypass pig.

    Keywords: Pigging, Energy management, Pipeline, SPH, Bypass PIG, meta-heuristic optimization algorithm, GWO