فهرست مطالب

نشریه تحقیقات نوین در سیستم های قدرت هوشمند
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 34، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • احسان زراسوندی حسینی، ابراهیم آقاجری*، سید محمدصادق غیاثی صفحات 1-14

    امروزه توجه جهانی به سمت تولید انرژی از طریق منابع تجدید پذیر به ویژه انرژی خورشیدی جلب شده است. شرایط سایه جزیی مسایل چالش برانگیزی را برای ردیابی نقطه حداکثر توان ایجاد کرده است که شامل گرفتار شدن در نقاط حداکثر توان محلی، زمان ردیابی کند و نوسانات در توان تولید شده در طول زمان ردیابی است. بنابراین محققان به منظور غلبه بر مشکلات مربوط به شرایط سایه و مقابله با پیک های محلی، تکنیک های ترکیبی متنوعی مبتنی بر کنترل کننده های فازی و الگوریتم های فراابتکاری ارایه کرده اند. در میان الگوریتم های فراابتکاری، بهینه سازی ازدحام ذرات و الگوریتم گرگ خاکستری به دلیل اجرای آسان، سادگی و بار محاسباتی کم، از رایج ترین روش های بهینه سازی هستند. ولی اشکال این الگوریتم ها سرعت همگرایی کم و مشکل در تنظیم پارامترهای خودشان است و ممکن است تحت تغییرات سریع تابش خورشیدی و شرایط سایه در پیک های محلی گرفتار شوند. برای مقابله با این مشکلات در این پژوهش یک ساختار ترکیبی جدید مبتنی بر کنترل کننده فازی نوع دو و الگوریتم جستجوی سنجاب به کار گرفته شده است. کنترل کننده فازی نوع دو بجای کنترل کننده فازی معمولی استفاده شده است و بوسیله ی الگوریتم جستجوی سنجاب که بجای الگوریتم گرگ خاکستری به کار گرفته شده است، بهینه سازی و تنظیم می گردد. در این ساختار با اعمال چهار الگوی تابش، تاثیرگذاری کنترل کننده پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی در نرم افزار متلب نشان می دهد که بازده روش پیشنهادی بطور میانگین حدود 99% است و استفاده از روش پیشنهادی نسبت به عدم استفاده از آن موجب کاهش زمان نشست در حدود 36%، افزایش سرعت ردیابی حداکثر توان و کاهش نوسانات توان می گردد.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، سیستم های خورشیدی، کنترل کننده فازی نوع دو، شرایط سایه جزئی، توان خورشیدی، ردیابی حداکثر توان، الگوریتم جستجوی سنجاب
  • وهاب درفشدار، محمد تبریزیان*، حمیدرضا شاهمیرزاد صفحات 15-28

    در حال حاضر برخی از شبکه های برق دنیا، به دلیل عدم مدیریت انرژی مناسب و عدم کاربرد ذخیره سازها، قدری ناکارآمد بوده و لذا نیروگاه ها برای حفظ کیفت توان، ناگزیر به تولید بیشتر هستند. در صورت استفاده از ذخیره سازها در شبکه برق، نیاز به ساخت نیروگاه های بزرگ کاهش یافته و پایداری شبکه بهبود می یابد و در نتیجه بسیاری از این ناکارآمدی ها برطرف خواهد شد. با استفاده از ذخیره سازها مصرف کنندگان ترغیب می شوند تا با مدیریت بهینه مصرف خود، در ساعات پیک به شبکه برق فروخته و سبب افزایش پایداری شبکه شده و بهره بردار شبکه نیز در ساعات اوج مصرف، کمبود توان شبکه را از طریق نزدیک ترین ذخیره ساز جبران نماید که به دلیل نزدیکی ذخیره ساز به مصرف کننده کمترین تلفات را در خط انتقال خواهیم داشت. در این مقاله، با پیشنهاد مساله بهینه سازی چندهدفه دوسطحی فازی برای مدل سازی برنامه ریزی سیستم های ذخیره انرژی(ESS) در شبکه های توزیع فعال(ADS) تاثیر راهبرد بهره برداری بهینه ESS تحلیل گردیده و از شبکه توزیع اصلاح شده 33 باسه استاندارد IEEE برای بررسی قابلیت پیاده سازی و کارایی مدل پیشنهادی استفاده شده است.

    کلیدواژگان: سیستم ذخیره انرژی، شبکه توزیع فعال، بازار برق، بهینه سازی چندهدفه، بهینه سازی چندسطحی
  • عبدالغفار معماریان، مجید دلشاد*، سید مهدی سجادیه صفحات 29-37

    در این مقاله یک مبدل بسیار کاهنده با کلیدزنی در ولتاژ صفر ارایه گردیده است که از تکنیک سلف تزویج شده و خازن سری برای کاهش بهره استفاده شده است. بنابراین استرس ولتاژ روی سوییچ ها کاهش می یابد. مدار کمکی حداقل تعداد المان را دارا است از طرفی کلید کمکی نیز بصورت ZV کلیدزنی می گردد و مشکل بازیابی معکوس دیود هرزگرد نیز حل شده است. انرژی سلف نشتی در خازن C تخلیه می شود و به نحو مناسبی به خروجی منتقل می گردد. در نتیجه خازن C نه تنها انرژی سلف نشتی را جذب می کند بلکه موجب کاهش بیشتر بهره ولتاژ نیز می گردد. از آنجایی که سوییچ ها بصورت مکمل کلیدزنی می شوند پیاده سازی مدار کنترل آن ساده است. نتایج شبیه سازی بیانگر افزایش راندمان به میزان 4 درصد نسبت به نمونه سوییچینگ سخت می باشد. همچنین برای تایید درستی تحلیل های تیوری مبدل بسیار کاهنده پیشنهادی، مبدل طراحی و یک نمونه عملی 50 وات از آن ساخته شده است.

    کلیدواژگان: کلیدزنی در ولتاژ صفر، مبدل بسیار کاهنده، بازیابی انرژی سلف نشتی، سلف تزویج شده
  • سجاد سبزی، ابراهیم سالاری* صفحات 39-60

    اینورتر های چندسطحی زنجیره ای برای سیستم های پیشرفته مانند تبدیل انرژی، سیستم های انتقال انعطاف پذیر، درایو و غیره جذابیت زیادی دارند. از مهمترین ویژگی های اینورترهای چند سطحی می توان به تولید موج های با کیفیت بالا، قابلیت ماژولاریته، عملیات بدون ترانسفورماتور، قابلیت تغییر ولتاژ و جریان، و عملکرد در ولتاژهای بالا اشاره نمود. با این حال، اینورترهای چند سطحی معایبی دارند، این معایب معمولا به دلیل حضورتعداد بالایی از اجزاء بویژه کلیدهای نیمه هادی قدرت است. در چند سال اخیر، پیشنهاد اینورتر های چند سطحی جدید با تعداد کمتری از اجزاء یکی از مهمترین موضوعات مورد بحث در مجامع دانشگاهی سیستم قدرت بوده است. هدف اصلی این مقاله، خلاصه کردن و مقایسه ساختار های چند سطحی زنجیره ای جدید با تعداد کمتری از اجزاء براساس مزایا، معایب و ساختار آنها است. اینورترهای چند سطحی زنجیره ای در یک دسته بندی به دو دسته متقارن و نامتقارن تقسیم بندی می شوند که در این مطالعه هر دو گروه بررسی خواهند شد. برای تایید عملکرد بهینه اینورترهای چند سطحی، نتایج شبیه سازی در نرم افزار MATLAB/SIMULINK ارزیابی شده است.

    کلیدواژگان: اینورتر چند سطحه، اینورتر زنجیره ای، حالت های متقارن و نامتقارن، کاهش قطعات
  • شهریار شیردل، مزدک تیمورتاشلو*، محمد محمدیون، عبدالرضا علوی قره باغ صفحات 61-71

    با توجه به کاربرد گسترده موتور های الکتریکی در صنایع گوناگون، بررسی شرایط و تشخیص ایراد احتمالی آن در مراحل اولیه یکی از مهمترین اهداف تجهیزات هوشمند پایش موتورهای صنعتی در کارخانه های مدرن می باشد. بلبرینگ ها از جمله قطعات مکانیکی هستند که رخداد ایراد در آن ها حین کار متداول است. ایرادات مکانیکی موتور الکتریکی به صورت لرزش در موتور خود را نشان می دهند که این امر می تواند به تشخیص ایراد رخ داده خصوصا در مراحل اولیه کمک کند. علاوه بر آن نویز موجود در محیط های صنعتی نسبت به سایر سیگنال ها معمولا تاثیر کمتری بر لرزش می گذارد، زیرا لرزش مستقیما از بدنه موتور ویا پایه آن استخراج می گردد. با توجه به این توضیح در این تحقیق یک روش تشخیص ایراد یاتاقان با استفاده از تبدیل موجک سیگنال لرزش در موتور های القایی پیشنهاد شده که می تواند با دقت بسیار بالا، ایراد را شناسایی کند. روش پیشنهادی در نرم افزار Matlab پیاده سازی شد و نتیجه به دست آمده از آن روی داده های لرزش در دو پایگاه داده مختلف، با آخرین مقالات این حوزه مقایسه و بر اساس معیارهایی مانند دقت و صحت کارایی روش پیشنهادی اثبات و مزایای آن مانند سرعت بالا، محاسبات کم و مقاوم بودن آن در برابر نویز محیط نیز نشان داده شد.

    کلیدواژگان: تشخیص ایراد، موتور القایی، تبدیل موجک، یادگیری ماشین، سیگنال لرزش
  • عاطفه حسینی، جواد مشایخی فرد*، باقر مهذبی صفحات 73-82

    طراحی و کنترل سیستم های قدرت با وجود پایداری و قابلیت اطمینان انجام می پذیرد. فرکانس به عنوان یکی از متغیرهای مهم برای تثبیت سرعت بارهای موتوری استفاده می شود. با توجه به نقش حیاتی توربین های گازی در تولید برق بدون اثر مخرب بر محیط زیست دراین مقاله با استفاده از مدل روون برای سیستم قدرت فرکانس متغیر،  به بررسی کنترل بار- فرکانس با حلقه کنترل ثانویه پرداخته شده است. برای این منظور طراحی  توسط تابع تبدیل و فضای حالت انجام شده است. ابتدا کنترل کننده کلاسیک PID با بهره گیری از الگوریتم های CHR و CC به منظور افزایش سرعت سیستم، حذف اثر اغتشاش و کاهش حداکثر فراجهش طراحی شده است.  سپس کنترل کننده بهینه خطی LQR استفاده شده است. در نهایت با توجه به وجود عدم قطعیت و اغتشاش، کنترل کننده مقاوم H2/H∞   به منظور تحقق سه شرط عملکرد نامی، پایداری مقاوم و کاهش اغتشاش مورد توجه قرار گرفته است. به کمک نرم افزار متلب، نتایج بدست آمده با / بدون حضور اغتشاش بررسی و مقایسه گردیده است. نتایج شبیه سازی ها، در بین تمام روش های کنترلی مورد بررسی، موفقیت روش پیشنهادی کنترل مقاوم H2/H∞   از لحاظ سرعت همگرایی و دامنه نوسانات را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل بار - فرکانس، نیروگاه گازی، PID مقاوم، کنترل مقاوم ∞H2، H، کنترل کننده بهینه خطی LQR
|
  • Ehsan Zarasvandi Hosseini, Ebrahim Aghajari*, Seyed Mohamad Sadegh Ghiasi Pages 1-14

    Today, global attention has been drawn to energy production through renewable sources, especially solar energy. Partial shading conditions have created challenging issues for maximum power point tracking, including trapping at local maximum power points, slow tracking time, and fluctuations in power output during tracking time. Therefore, in order to overcome the problems related to shading conditions and deal with local peaks, researchers have presented various hybrid techniques based on fuzzy controllers and meta-heuristic algorithms. Among all meta-heuristic algorithms, particle swarm optimization and gray wolf algorithm are the most common optimization methods due to their easy implementation, simplicity and low computational load. But the drawbacks of these algorithms are the low convergence speed and the difficulty in adjusting their parameters, and they may be caught under the rapid changes of solar radiation and shading conditions in local peaks. To deal with these problems, a new hybrid structure based on type two fuzzy controller and squirrel search algorithm has been used in this research. The type two fuzzy controller is used instead of the normal fuzzy controller and it is optimized and adjusted by the squirrel search algorithm which is used instead of the gray wolf algorithm. In this structure, by applying four radiation patterns, the effectiveness of the proposed controller has been investigated. The simulation results in MATLAB software show that the efficiency of the proposed method is about 99% on average, And using the proposed method, compared to not using it, reduces the settling time by about 36%, increases the maximum power tracking speed, and reduction of power fluctuations is possible.

    Keywords: Optimization, Photovoltaic Systems, Type Two Fuzzy Controller, Partial Shading Conditions, Solar Power, Maximum Power Tracking, Squirrel Search Algorithm
  • Vahab Darafshdar, Mohammad Tabrizian*, Hamidreza Shahmirzad Pages 15-28

    Existing power grids are inefficient, due to the lack of energy management and the lack of storage, so power plants have to produce more to maintain power quality. But by using network savers, the need to build more power plants is reduced and network stability is improved and many of these inefficiencies will be remedied. By launching this market, consumers are encouraged to optimally manage their consumption, sell power to the grid during peak hours, increase network stability, and compensate grid shortages through the nearest storage network operator due to proximity to the storage. Consumers cause the least transmission line losses. In this paper, using the proposed multi-objective fuzzy multi-objective optimization problem for modeling of energy storage systems (ESS) planning in active distribution networks (ADS) considers the impact of ESS optimization strategy. Finally, the modified IEEE standard 33-bus distribution system will be used to evaluate the feasibility and performance of the proposed model by examining the two hybrid algorithms.

    Keywords: Energy storage systems, Active distribution network, electricity market, Optimal planning Multi-objective Optimization
  • Abdolghafar Memarian, Majid Delshad*, Mahdi Sajadieh Pages 29-37

    In this paper, a zero-voltage switching step-down converter is presented, which uses the technique of coupled inductor and series capacitor to reduce the voltage gain. Therefore, the voltage stress on the switches is reduced. The auxiliary circuit has the minimum number of elements, on the other hand, the auxiliary switch is also switched under ZV, and the reverse recovery problem of the freewheeling diode is also solved. The energy of the leakage inductor is discharged to the capacitor C and is properly transferred to the output. As a result, the capacitor C not only absorbs the energy of the leakage inductance, but also causes a further decrease in the voltage gain. Since the switches are operated complementary, it is easy to implement the control circuit. The simulation results show an increase in efficiency by 4% compared to the hard switching counterpart. Also, to confirm the correctness of the theoretical analyzes of the proposed high step-down converter, a 50 W practical prototype has been made.

    Keywords: Zero voltage switching, High step-down converter, leakage inductance energy recovery, coupled inductor
  • Sajad Sabzi, Ebrahim Salary* Pages 39-60

    Cascaded multilevel inverters are very attractive for advanced systems such as energy conversion, flexible transmission systems, drives, etc. One of the most important features of multilevel inverters is the production of high-quality waves, modularity, operation without a transformer, the ability to change voltage and current, and operation at high voltages. However, multilevel inverters have disadvantages, usually due to the presence of a large number of components, especially power semiconductor switches. In recent years, the proposal of new multilevel inverters with fewer components has been one of the most important topics discussed in power system academic forums. The main purpose of this paper is to summarize and compare the recent cascaded multilevel structures with fewer components based on their advantages, disadvantages, and structure. In one category, cascaded multilevel inverters are divided into symmetric and asymmetric categories that both groups will be investigated in this study. To confirm the optimal performance of multilevel inverters, the simulation results have been evaluated in MATLAB/SIMULINK software.

    Keywords: Multi level Inverter, Cascaded inverter, Symmetric, Asymmetric modes, reduction of components
  • Shahryar Shirdel, Mazdak Teimoortashloo*, Mohammad Mohammadiun, Abdorreza Alavi Gharahbagh Pages 61-71

    Due to the widespread use of electric motors in various industries, checking the conditions and diagnosing its possible faults in the early stages is one of the most important goals of intelligent industrial monitoring equipment in modern factories. Bearings are one of the mechanical parts that often fail during operation. The mechanical faults of the electric motor show themselves as vibration in the motor, which can be used to diagnose the fault, especially in the early stages. In addition, noise in industrial environments usually has less impact on vibration because vibration is extracted directly from the motor body or its base. According to this explanation, in this research, a bearing fault detection method is proposed using wavelet transform of the vibration signal in induction motors, which can detect the defect with very high accuracy. The proposed method was implemented on two different databases using Matlab 2021. The obtained results, compared with the latest articles in this field, confirmed the effectiveness of proposed method based on criteria such as accuracy and correctness. In the meantime, the advantages of proposed method, such as high speed, low calculations and its robustness to noise, were also shown.

    Keywords: Fault detection, Induction motor, Wavelet transform, Machine learning, Vibration signal
  • Atefeh Hoseini, Javad Mashayekhifard*, Bagher Mohazzabi Pages 73-82

    Power system design and controls are done with stability and reliability. Frequency is one of the important variables to stabilize the speed of engine loads. Considering the vital role of gas turbines in producing electricity without harmful effects on the environment, in this paper, utilizing the Rowen model for the frequency power system, the load-frequency control with the secondary control loop has been examined. For this reason, the design is done by the transfer function and state space. To begin with, the conventional PID controller is designed utilizing CHR and CC calculations in order to increase the system speed, eliminate disturbance and reduce the sum of overshoot. At that point, LQR linear optimal controller is utilized. Finally, due to the uncertainty and disturbance, H2/H∞ robust controller has been considered with the three conditions of nominal performance, robust stability, and reduction of disturbance.  The simulation results obtained with/without the presence of disturbance have been checked and compared in MATLAB software. The results of the simulations show the success of the proposed H2/H∞ robust control strategy in terms of convergence rate and fluctuation range among all the control strategies examined.

    Keywords: Load Frequency Control, Gas Power Plant, Robust PID, H2, H∞ Robust control, Optimal Linear Controller