فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 49، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • شهریار عباسی*، حمیدرضا شعبانی، محسن کلانتر صفحات 2-15

    به دلیل افزایش نفوذ تولید تجدیدپذیر در سیستم های قدرت و پیچیده شدن موضوع کنترل و حفاظت این سیستم ها، ارزیابی پایداری گذرای آن ها به چالش مهمی تبدیل شده است. هدف این مقاله، تحلیل اثر نفوذ تولید توان بادی روی پایداری گذرای سیستم های قدرت است. در ابتدا، مبدل های ژنراتور القایی دوسو تغذیه (DFIG) در مد کنترل حلقه بسته بررسی می شوند. برای مبدل سمت روتور کنترل های با جزییات بیشتری استفاده شده و کنترل های مبدل لینک dc سمت شبکه ایدیال فرض می گردد. سپس براساس تیوری گرشگورین، یک رویکرد جدید برای تنظیم پارامترهای کنترل مبدل ارایه می شود. نتایج شبیه سازی در حالت های مختلف عملکرد موید قابلیت این روش در تنظیم پارامترهای کنترل مبدل است. همچنین به کمک شبیه سازی های انجام شده، اثر افزایش نفوذ تولید توان بادی و تغییر جبران سازی توان راکتیو به کمک DFIG روی پایداری گذرای سیستم قدرت بررسی می گردد. درنهایت، اثر استحکام سیستم قدرت و تغییر پارامترهای DFIG در حضور تولید توان بادی مبتنی بر DFIG روی پایداری گذرا تحلیل شده است. براساس نتایج شبیه سازی، افزایش نفوذ تولید توان بادی در ابتدا منجر به بهبود و درنهایت، تضعیف پایداری گذرای سیستم های قدرت می شود. درواقع، این مقاله دیدگاه تخصصی و ارزشمندی را به سرمایه گذاران و بهره برداران سیستم های قدرت در حضور تولید توان بادی از منظر پایداری گذرا ارایه می نماید.

    کلیدواژگان: پایداری سیستم قدرت، ژنراتور القایی دوسو تغذیه (DFIG)، کنترل حلقه بسته، منابع انرژی تجدیدپذیر، مبدل الکترونیک قدرت
  • رضا همتی* صفحات 16-31
    در این مقاله یک ریزشبکه جدا از شبکه سراسری با تغذیه 100 درصد انرژی تجدیدپذیر و با اتصال ایستگاه شارژ خودروهای الکتریکی، ایستگاه پارکینگ خودرو الکتریکی و برنامه مدیریت سمت بار مدل سازی می گردد. ایستگاه شارژ خودرو الکتریکی مبتنی بر مدل تعویض باطری است. ایستگاه پارکینگ خودروهای الکتریکی برای پارک نمودن خودروهای الکتریکی طی ساعات مختلف شبانه روز است. در این ایستگاه خودروها هنگام ترک پارکینگ باید کاملا شارژ شده باشند، اما به علت فقدان محدودیت زمانی برای شارژ، از مدل شارژ مستقیم خودرو استفاده می شود. بارهای شبکه تحت برنامه مدیریت بار بوده و شامل بارهای قابل قطع، غیرقابل قطع، قابل شیفت و قابل وقفه هستند. تنها منبع تامین انرژی ریزشبکه، انرژی خورشید است. لذا مشکلات انرژی خورشیدی مانند نبود توان در طول شب و تغییرات احتمالی توان باید به روش مناسبی مرتفع گردد. در مدل پیشنهادی یک برنامه ریزی بهینه بر روی شارژ- دشارژ بهینه باطری های موجود در ایستگاه تعویض باطری، شارژ - دشارژ بهینه خودروهای موجود در ایستگاه پارک خودرو و مدیریت انرژی بارها صورت می پذیرد. عدم تعادل بین توان تولیدی و مصرفی شبکه ازطریق دشارژ توان از ایستگاه تعویض باطری، دشارژ توان از خودروهای الکتریکی پارکینگ و مدیریت انرژی بارها جبران می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که فقدان انرژی در ساعات شب باعث پرداخت جریمه معادل حدود 50 درصد درآمد روزانه بهره بردار شبکه می گردد. برنامه ریزی در ساعت هایی که انرژی خورشیدی وجود دارد، مانند ساعات 7 تا 19 حداکثر استفاده را از این انرژی نموده و انرژی سایر منابع را محدود می نماید. انرژی 400 کیلووات ساعتی بارهای قابل شیفت عمدتا در زمان هایی که انرژی خورشیدی حداکثر است، مانند ساعات 13 تا 15 تامین می گردد.
    کلیدواژگان: انرژی تجدیدپذیر، ایستگاه شارژ خودرو الکتریکی، تعویض باطری، ریزشبکه، مدیریت سمت تقاضا، قطعی انرژی
  • سهیل رنجبر* صفحات 32-45

    در این مقاله روشی به منظور توزیع اقتصادی و چندناحیه ای بار تعمیم یافته و توزیع بهینه توان نواحی چندگانه برحسب هزینه های بهره برداری پیشنهاد می شود. برای این منظور، مفهوم توزیع اقتصادی ناحیه ای بار با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی، به توزیع اقتصادی/ محیطی چندناحیه ای تعمیم می یابد. از مزایای روش پیشنهادی توزیع چندناحیه ای بار، توزیع توان بین نواحی مختلف با به حداقل رساندن هزینه های بهره برداری و انتشار آلاینده ها به صورت همزمان است. در این زمینه، ابتدا مسیله توزیع چندناحیه ای بار به مدل سازی می شود و سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی پیشرفته چندهدفه انبوه ذرات، مسیله پیاده سازی و بر روی راه حل های پاریتو بهینه می شود. در طول فرایند بهینه سازی، محدودیت های انتقال خطوط ارتباطی به عنوان مجموعه ای از قیود با هدف افزایش امنیت سیستم در نظر گرفته می شوند. علاوه بر این، ذخیره چرخان نواحی برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم در نظر گرفته شده، به نحوی که الگوی اشتراک ذخیره واحدهای هر ناحیه با هدف برآوردن تقاضای ذخیره چرخان مطلوب اطمینان حاصل می شود. در نتایج شبیه سازی، هزینه های سوخت و انتشار طرح پیشنهادی به کمک ناحیه میانی بر حالت نواحی جداگانه برتری دارد و می توان از اتصال نواحی چندگانه به منظور دست یابی به هزینه های سوخت و انتشار، پایین تر و تامین تقاضای بار نواحی مختلف بهره گرفت. همچنین با اعمال روش پیشنهادی توزیع اقتصادی چندناحیه ای بار، نواحی قادر به تامین ذخایر مورد نیاز خودشان هستند. در این زمینه، به ازای مقادیر منفی اشتراک ذخیره چرخان و در صورت نیاز، ذخیره می تواند از یک ناحیه به ناحیه دیگر فرستاده شود. ارزیابی طرح پیشنهادی بر روی یک شبکه آزمایشی 68 باسه چهارناحیه ای اجرا شده و نتایج نشان دهنده تاثیر فرایند بهینه سازی روش پیشنهادی بر کاهش مسایل زیست محیطی در شرایط مختلف بهره برداری از سیستم قدرت است.

    کلیدواژگان: توزیع اقتصادی بار، آلایندگی زیست محیطی، ذخیره چرخان، بهینه سازی چند هدفه ازدحام ذرات
  • احمد ترابی فارسانی، محمود جواربیان*، سید سعید اله مرتضوی صفحات 46-61
    در این مقاله بهره برداری شبکه های الکتریکی، حرارتی و گازی در حضور هاب های انرژی منعطف شرکت کننده در بازار انرژی روز فروش مبتنی بر مدل تسویه قیمت بازار ارایه می شود. این طرح بیشینه سازی اختلاف سود هاب های انرژی و هزینه بهره برداری واحدهای تولید مقید به مدل بهره برداری منابع، ذخیره سازها و بارهای پاسخ گو در قالب هاب، محدودیت انعطاف پذیری هاب ها و مدل پخش توان بهینه شبکه های انرژی اشاره دارد. این فرمول بندی مبنی بر مدل تسویه قیمت بازار است؛ به طوری که قیمت انرژی را متناظر با تعادل تولید و مصرف در باس های مختلف شبکه های انرژی به دست می آورد. روش تابع جریمه نیز در این مقاله به منظور محاسبه همزمان متغیرهای اصلی و متغیرهای دوگان (قیمت انرژی) استفاده می شود. در ادامه از بهینه سازی تصادفی برای مدل سازی عدم قطعیت های بار و توان تجدیدپذیر استفاده می گردد. درنهایت نتایج عددی به دست آمده بیانگر قابلیت طرح پیشنهادی در استخراج وضعیت بهینه انعطاف پذیری و اقتصادی برای هاب هاست. همچنین عملکرد بهینه هاب ها توانسته است که وضعیت اقتصادی و بهره برداری شبکه های انرژی را نسبت به مطالعات پخش بار ارتقا دهد که با کاهش قیمت انرژی موجب افزایش رفاه اجتماعی می شود، به طوری که شرایط انعطاف پذیری 100% برای هاب ها به دست می آید. در این شرایط هزینه بهره برداری، تلفات انرژی، افت ولتاژ و افت دما به ترتیب در حدود 8/19%، 1/7%، 5/19% و 7/16% نسبت به مطالعات پخش بار کاهش دارند که متناسب با افزایش 9/4% افت فشار در شبکه گازی در شرایط مذکور است.
    کلیدواژگان: بازار انرژی، مدل تسویه قیمت بازار، هاب انرژی منعطف، رفاه اجتماعی، مدل سازی عدم قطعیت ها
  • فرناز احمدی، مریم رمضانی*، حمید فلقی صفحات 62-77
    نگرانی های زیست محیطی استفاده از سوخت های فسیلی و منافع مالی دولت ها، لزوم نصب نیروگاه های تجدیدپذیر در شبکه توزیع را افزایش داده است. به منظور استفاده حداکثری از این منابع، محاسبه ظرفیت پذیری شبکه نیاز است. ظرفیت پذیری شبکه توزیع، حداکثر میزان تولید منابع تولید پراکنده، با توجه به قیود بهره برداری است. مزارع بادی، ازجمله منابع تجدیدپذیر کاربردی در شبکه قدرت است که عدم قطعیت های بهره برداری از شبکه را تشدید می کند. در این مقاله از تیوری تصمیم گیری مبتنی بر شکاف اطلاعاتی برای مدل سازی عدم قطعیت توان خروجی مزارع بادی و بار شبکه استفاده می شود و چون مطالعه از دیدگاه بهره برداری است، پارامتر های غیرقطعی به صورت روزانه و برای 24 ساعت شبانه روز مدل سازی می گردند؛ سپس مقدار ظرفیت پذیری روزانه شبکه معرفی می شود. در این پژوهش مکان نصب مزارع بادی ثابت در نظر گرفته می شود و به منظور افزایش ظرفیت پذیری، از استراتژی های مدیریت انرژی شبکه استفاده می گردد. این استراتژی ها شامل جبران سازهای استاتیکی توان راکتیو، بازآرایی شبکه و کنترل کننده های ضریب توان است. صحت و دقت مدل سازی پیشنهادی بر روی شبکه 33 شینIEEE مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان داده اند که با ترکیب بهره برداری از هر سه استراتژی، افزایش ظرفیت پذیری شبکه همراه با افزایش شعاع عدم قطعیت رخ می دهد. کاربرد این مدل سازی در محاسبه سریع، دقیق و به دور از خطر ظرفیت پذیری است.
    کلیدواژگان: ظرفیت پذیری، عدم قطعیت، توربین یا مزرعه بادی، مدیریت انرژی شبکه، شبکه توزیع، تئوری تصمیم گیری مبتنی بر شکاف اطلاعاتی
  • باقر نوری حسن حسن، بهادر فانی، مجید دلشاد*، غضنفر شاهقلیان صفحات 78-91
    در این مقاله یک مبدل افزاینده فلای بک-فوروارد درهم تنیده با یک مدار کمکی جدید ارایه شده است. مدار کمکی با تعداد المان پایین، شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر را برای روشن شدن و خاموش شدن سوییچ ها فراهم می کند و ازطرفی انرژی سلف نشتی ترانسفورمر نیز به نحو مناسبی جذب مدار کمکی شده و از جهش های ولتاژ دو سر سوییچ جلوگیری می شود. ازطرفی سیم پیچ سوم در مدار کمکی نه تنها انرژی مدار کمکی را به خروجی انتقال می دهد، بلکه در فرایند رزونانس موجب تخلیه کامل خازن های اسنابر سوییچ های اصلی مبدل می گردد. این مدار کمکی قابل گسترش بوده و با اضافه شدن شاخه های مبدل تعداد سوییچ کمکی افزایش نمی یابد. عملکرد مبدل پیشنهادی به طور کامل تحلیل شده و برای نشان دادن درستی عملکرد آن، یک نمونه آزمایشگاهی 120 وات پیاده سازی شده است. نتایج بیانگر 5/6 درصد افزایش راندمان نسبت به مبدل بدون مدار کمکی است.
    کلیدواژگان: اسنابر، سلف نشتی، فلای بک، کلیدزنی نرم، مبدل افزاینده
  • سید فخر الدین حسینی، حسین کرمی طاهری* صفحات 92-101
    در این مقاله، خصوصیات ترموالکتریکی ساختارهای مبتنی بر گرافن با استفاده از روش تنگ-بست و به کارگیری روابط لاندایور-بوتیکر مورد بررسی قرار گرفته اند. هرچند کاهش عرض نوار گرافنی می تواند منجر به افزایش ضریب شایستگی ترموالکتریکی شود، طراحی مناسب نانوساختار همچنان امکان پذیر است. برطبق نتایج به دست آمده مشخص شد که با تغییر متناوب عرض نوار که به عنوان مدولاسیون عرض نوار نیز شناخته می شود، می توان ضرایب شایستگی ترموالکتریکی را تا دوبرابر مقدار مربوط به نوار با عرض باریک افزایش داد. همچنین نتایج نشان می دهند درصورتی که تغییر عرض نوار به صورت تدریجی ایجاد شده باشد، ضرایب شایستگی ترموالکتریکی تا سه برابر مقدار مربوط به نوار با عرض باریک قابل دستیابی است. علت این افزایش را می توان بیشتر شدن شکاف انرژی و درنتیجه، افزایش ضریب سیبک و فاکتور توان و همچنین کاهش هم زمان هدایت حرارتی بیان نمود.
    کلیدواژگان: ژنراتورهای ترموالکتریکی، راندمان ترموالکتریکی، مدولاسیون عرض، نانو نوار گرافنی، روش تنگ-بست، روابط لاندائور-بوتیکر
  • بهنام طالبی، مهرداد مرادی* صفحات 102-111
    ذرات نیم رسانایCFTS  با ساختار (Cu2FeSnS4) به عنوان یکی از جدیدترین مواد درزمینه لایه جاذب سلول‏های خورشیدی لایه نازک و لایه واسط در سلول‏های خورشیدی پروسکایت مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. این ساختار نوع P ، به دلیل استفاده از عناصر فراوان در پوسته زمین، نوار انرژی مستقیم در محدوده شدت تابش خورشید و ضریب جذب بالا (104 cm−1) امیدها را برای دستیابی به ساختاری کارآمد با هزینه پایین به شدت افزایش داده است. ساخت نانو ذرات نیم رسانای CFTS از طریق فرایند سولوترمال با پیش ماده‏های در دسترس و ارزان انجام شد. به جهت بررسی میزان بلورینگی و جهت رشد بلوری ساختار از آنالیز XRD، توپوگرافی ذرات ازطریق تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشیFE-SEM  و درصد عناصر ساختار ازطریق آنالیز EDS انجام شد. ازطریق طیف‏سنجی UV-Vis و با آنالیز طیف جذب ساختار، نوار انرژی ذرات محاسبه شد. نتایج حاصل از آنالیز XRD، نشانگر تشکیل ساختاری با خلوص بالا و میزان بلورینگی مطلوب بود. اندازه متوسط ذرات در محدوده m1-2μ به دست آمد و ذرات به صورت کره‏های یکنواخت با سطحی ورقه‏ای شکل ساخته شدند. نتایج حاصل از آنالیز EDS نشانگر درصد مطلوب عناصر ساختار بود و میزان نوار انرژی ذرات در محدوده eV 43/1 محاسبه شد که با مقادیر گزارش شده مطابقت خوبی دارد.
    کلیدواژگان: ذرات نیم رسانای چهارتاییCFTS، ساختار استنیت متقارن CFTS، سلول‏های خورشیدی لایه نازک، ساخت سولوترمال
  • عقیل ایرانمنش* صفحات 112-127
    در این پژوهش، به بررسی تاثیر صفحه میانی با طول موج متغیر بر فرایند ذوب یک مبدل حرارتی سه لوله ای قایم پرداخته می شود. محفظه میانی مبدل حرارتی از ماده تغییر فازدهنده پر شده است و آرایش سیال داغ ورودی غیرهمسوست. در پروژه حاضر از روش انتالپی-تخلخل ارایه شده در نرم افزار انسیس فلوینت 2020 نسخه R2 برای مدل سازی فرایند تغییر فاز سیستم ذخیره حرارتی استفاده شده است. همچنین رژیم جریان آرام فرض شده و میدان سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپل کوپل شده اند. برای ارزیابی عددی میزان توانایی صفحه میانی سینوسی با طول موج متغیر در بهبود فرایند تغییر فاز مبدل حرارتی سه لوله ای، نتایج عددی حاصل از حالت های مختلف با طول موج ها و دامنه های گوناگون با نتایج عددی حالت بدون صفحه میانی مقایسه شده اند. بدین منظور عملکرد سیستم ذخیره حرارتی با مقایسه توزیع های کسر حجمی سیال و دمای ماده تغییر فازدهنده، نرخ ذخیره حرارتی و زمان ذوب حالت های مختلف ارزیابی شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهند که در حضور صفحه میانی سینوسی با طول موج متغیر، دمای ذوب و انرژی حرارتی ذخیره شده به میزان 59/67 و 200 درصد نسبت به حالت در غیاب صفحه میانی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، مبدل حرارتی سه لوله ای، صفحه میانی، صفحه سینوسی با طول موج متغیر، نرخ ذخیره حرارتی
  • حامد مختارزاده خانقاهی، شیوا گرجیان* صفحات 128-149

    ایران ازجمله کشورهای با پتانسیل تابشی بسیار مناسب احداث پارکینگ خورشیدی است. با توجه به هزینه اولیه بالای احداث این پارکینگ ها، اهمیت امکان سنجی و طراحی بهینه آن ها بسیار بالاست. در پژوهش حاضر، طراحی و شبیه سازی یک پارکینگ خورشیدی متصل به شبکه، جهت احداث در دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس تهران انجام شد. بدین منظور، سامانه فتوولتاییک با در نظر گرفتن منطقه جغرافیایی و شرایط آب وهوایی شهر تهران در نرم افزار PVsyst انجام گردید. به همین منظور، زاویه سمت بهینه نصب ماژول های فتوولتاییک پارکینگ با رویکرد بیشینه سازی تولید برق سالیانه، 35 درجه تعیین شد. سپس ضمن تعیین نوع و مدل ماژول های فتوولتاییک و اینورتر خورشیدی، آرایش الکتریکی بهینه آن ها طراحی شد. همچنین تلفات بخش های مختلف سیستم ازجمله تلفات ناشی از سایه اندازی، بالا رفتن دما، سیم های رابط و... محاسبه، و فاصله و چیدمان بهینه ماژول ها ارایه شدند. بر اساس نتایج نهایی شبیه سازی انجام شده، میزان برق تولیدی پارکینگ 2/48 مگاوات ساعت در سال، ضریب عملکرد سالانه 791/0، نرخ کاهش تولید CO2 89/499 تن در مجموع 30 سال و همچنین تحلیل حساسیت و نرخ بازگشت سرمایه کمتر از 5 سال محاسبه شدند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان دادند که اجرای پروژه در محل ارزیابی شده می تواند علاوه بر مزیت تامین برق تجدیدپذیر، ازلحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر باشد.

    کلیدواژگان: پارکینگ خورشیدی، برق خورشیدی، انرژی تجدیدپذیر، فناوری فتوولتائیک
|
  • Shahriar Abbasi *, HamidReza Shabani, Mohsen Kalantar Pages 2-15

    Due to renewable generation increment in power systems and the complexity of control and protection of them, the evaluation of   transient stability is necessary. This paper aims at analyzing the impact of wind power generation on the transient stability of power systems. To this end, doubly fed induction generator (DFIG) converters were first investigated in a closed-loop control mode. More detailed controls were used for the rotor side converter. Controls of the DC link converter on the network side were assumed to be ideal. Then, through using Gershgorin's theory, a new approach to adjust converter control parameters was presented. The simulation results in different operating modes confirmed the capability of this method in adjusting the converter’s control parameters. Also, by using performed simulations, the effect of increasing wind power production penetration and the changes of reactive power compensation by DFIG on the transient stability of power system were investigated. Finally, the effect of power system strength and DFIG parameters change, in the presence of DFIG-based wind power generation, on transient stability was analyzed. The simulation results showed that an increase in wind power generation initially led to an improvement and finally to the weakening of the transient stability of the system. In fact, this paper provides a professional and valuable perspective towards the investors and operators of the power systems with wind power generation from the viewpoint of transient stability.

    Keywords: Power System Stability, Doubly Fed Induction Generator (DFIG), Closed-loop control, Renewable energy sources, Power electronics converter
  • Reza Hemmati * Pages 16-31
    In this paper an off-grid microgrid, based on 100% renewable energy, integrated with an electric vehicle charging station, an electric vehicle parking station, and a demand-response program was modeled. The electric vehicle charging station operated based on a battery swapping model in order to charge the electric vehicles in the shortest time possible. The electric vehicle parking station was used to park vehicles during various hours of the 24-hour period. The vehicles inside the parking had to be fully charged by the microgrid when leaving the parking station. Since these vehicles were parked for several hours, their charging time was not limited, and they are charged by direct chargers rather than battery swapping. The loads of the microgrid were under a demand-response program, and they were curtailable, non-curtailable, shiftable, and interruptible loads. The only energy source of microgrid was solar PV systems; the solar-energy related issues such as zero energy during night, output power variations, and the possibility of losing the whole or a part of energy due to shade should be dealt with. In the proposed method, an optimal programming was applied to the charging-discharging of the swapping batteries in charging station, to the charging-discharging of electric vehicles in the parking station, and to the energy management of loads (i.e., curtailable, non-curtailable, shiftable, and interruptible loads). The mismatch of energy and the lack of solar energy were compensated by the discharging power from charging and parking stations as well as by the management of the power of loads. Simulation results demonstrated that the unavailability of solar energy during the night resulted in paying 50% of the daily revenue as penalty cost. During hours such as 7 to 19, when the solar energy was available, the plan used the solar power as much as possible and limited the extracted energy from other energy resources. The energy of shiftable loads was supplied mostly from 13 to 15 hours, when solar energy was at the maximum level.
    Keywords: Renewable energy, Battery Swapping, Electric Vehicle Charging Station, Microgrid, Demand response program, Energy Outage
  • Soheil Ranjbar * Pages 32-45

    Multi-area economic distribution of load (MAED) is a generalization of the basic problems of economic distribution of load (ED), which evaluate the optimal power distribution of multiple areas in terms of operating costs. In the following parts of this paper, the concept of MAED is extended to multi-regional economic/environmental distribution (MAEED) by considering environmental issues. The purpose of MAEED is to distribute power among different areas by minimizing operating costs and emissions at the same time. In this paper, first the MAEED problem was expressed as a formula; then, a multi-objective and advanced particle optimization (MOPSO) algorithm was expressed to deduce its Pareto optimal solutions, during the optimization process. The transmission limits of communication lines were expressed as a set of constraints to ensure the security of the system. In addition, the rotating storage area was to increase the reliability of the system. A reserve sharing pattern was applied to ensure each region's capability to meet reserve demand. The simulation was based on the four-zone experimental power system, and it showed the effect of the proposed optimization process and the effects caused by different issues.

    Keywords: Load Economic Dispatch, Environmental Emission, Rotational Reserve, Particle Swarm Multi-Objective Optimization
  • Ahmad Torabi Farsani, Mahmood Joorabian *, Seyed Saeidollah Mortazavi Pages 46-61
    In this paper, the operation of electrical, heat and gas networks with flexible energy hubs is presented, where hubs is contributed in energy market that is based on market clearing price. This scheme maximizes the difference between energy hubs profit and operation cost of generation units subjected to operation model of sources, storages and responsible load in hub format, flexibility limits of hubs, and optimal power flow model of energy networks. This formulation is based on market clearing price model, so that it obtain value of energy price according to balancing between the generation and demand in different buses if energy networks. Penalty function method in this paper uses to calculate of primal variables and some dual variables (energy prices). In the following, the stochastic optimization uses to model the uncertainties of load and renewable power. Finally, the obtained numerical results show the capabilities of the proposed scheme in the improving flexibility and economic situations of hubs. Also, optimal operation of hubs is able to improve the economic and operation induces of energy networks in comparison to load flow study, and it improves the social welfare based on reducing of energy price. So that 100% flexibility condition obtains for Hubs. In this condition, the operation cost, energy loss, voltage drop and temperature drop are reduced about to 19.8%, 7.1%, 19.5% and 16.7%, respectively, with respect to load flow analysis, but the pressure drop increases about to 4.9%.
    Keywords: Energy market, market price settlement model, flexible energy hub, Social welfare, uncertainty modeling
  • Farnaz Ahmadi, Maryam Ramezani *, Hamid Falaghi Pages 62-77
    The environmental concerns of the use of fossil fuels and the financial interests of governments have raised the necessity of installing renewable power plants in the distribution network. In order to make maximum use of these resources, it is necessary to calculate the hosting capacity of the network. The hosting capacity of the distribution network is the maximum allowed capacity for installing distributed generation in the network, according to operating restrictions. Wind farms are one of the renewable resources used in the power system. The presence of wind farms intensifies the uncertainties of network operation. In this article, the theory of Information Gap Decision has been used to model the uncertainties in the production of wind farms and the amount of hourly load to calculate the hosting capacity of the network.  The strategies of energy management of the network have been taken into account in order to increase the capacity. The network energy management strategies, considered in this article, include static var compensators, network reconfiguration, and power factor control of wind turbines. The correctness and the accuracy of the proposed modeling has been studied on 33 bus IEEE networks.
    Keywords: Hosting capacity, Uncertainty, Wind farm, distribution system, active network management, information gap decision theory
  • Bagher Noori- Hasan-Hasan, Bahador Fani, Majid Delshad *, Ghazanfar Shahqulian Pages 78-91
    In this paper, an interleaved fly-back-forward boost converter with a new auxiliary circuit was presented. An auxiliary circuit with a low number of elements provided zero voltage switching conditions to turn the switches on and off; besides, the energy of the transformer leakage inductance was properly absorbed by the auxiliary circuit and prevented voltage spikes on the switch. Furthermore, the third winding in the auxiliary circuit not only transfered the energy of the auxiliary circuit to the output but also caused a complete discharge of the snubber capacitors of the main switches in the resonance process. This auxiliary circuit could be expanded, and the number of auxiliary switches did not increase with the addition of converter branches. The performance of the proposed converter was fully analyzed, and a 120 W laboratory prototype was implemented to demonstrate its correct operation. The results showed a 6.5% increase in the efficiency compared with the converter without an auxiliary circuit.
    Keywords: boost converter boost converter, fly-back, leakage inductor, snubber, soft switching
  • Seyed Fakhreddin Hosseini, Hossein Karamitaheri * Pages 92-101
    In this paper, the thermoelectric properties of graphene-based structures are assessed by tight-binding method using Landauer-Buttiker formulas. Although a decline in the width of the grapheme nanoribbon can increase the thermoelectric figure of merit, the proper design of the nanostructures is still possible. Based on the results, a periodic alteration in the width of the ribbon, also known as the ribbon width modulation, could enhance the figure of merit twice compared with that of the narrow ribbon. Moreover, for the case with gradual changes in the ribbon width, three-fold enhancement could be achieved in the thermoelectric figure of merit compared to that of narrow ribbons. Such an increment could be assigned to an increase in the bandgap and, thus, the increment in the Seebeck coefficient, the power factor as well as the thermal conductance reduction.
    Keywords: Thermoelectric Generators, Thermoelectric Efficiency, Width Modulation, Graphene Nanoribbons, Tight-Binding Method, Landauer-Buttiker Formula
  • Behnam Talebi, Mehrdad Moradi * Pages 102-111
    CFTS semiconductor particles with the structure of Cu2FeSnS4 have attracted the attention of researchers as one of the newest materials in the field of absorber layer of thin film solar cells and interlayer layer in perovskite solar cells. This P-type structure has greatly raised the hopes to achieve an efficient low-cost structure due to the use of abundant elements in the earth's crust, direct band gap in the range of solar radiation intensity, and high absorption coefficient (104 cm−1). The synthesis of CFTS semiconductor nanoparticles was performed through a solvothermal process with simple and cheap precursors. The degree of crystallinity and the direction of crystal growth of the structure were evaluated by XRD analysis. The topography of the particles was carried out through a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), and the percentage of the elements of the structure was determined through EDS analysis. The band gap of the particles was calculated through UV-Vis spectroscopy and the absorption spectrum of the structure. The results of the XRD analysis indicated the formation of a structure with high purity and a favorable degree of crystallinity. The average size of the particles was obtained to be in the range of 1-2 µm, and the particles were uniform spheres with a sheet-like surface. The results of EDS analysis indicated an optimal percentage of structural elements and a band gap of particles in the range of 1.43 eV, indicating good agreement with the reported values.
    Keywords: CFTS quaternary semiconductor particles, CFTS symmetric kesterite structure, thin film solar cells, solvothermal synthesis
  • Aghil Iranmanesh * Pages 112-127
    In this research, the effects of a sinusoidal middle plate with variable wavelength on the melting process of a vertical triple-tube heat storage unit were investigated. The middle enclosure was filled with the phase change material (PCM) while the heat transfer fluids (HTFs) passed through the inner and outer tubes. The enthalpy-porosity approach was applied in order to simulate the PCM phase change process, using ANSYS FLUENT 2020 R2 software. The flow regime was supposed to be laminar while the velocity and pressure fields were coupled using the SIMPLE approach. For the evaluation of the efficacy of the heat exchange unit with wavy middle plate, the outcomes of various scenarios were compared with those cases in the absence of the middle plate. Therefore, the performance of the thermal energy unit was assessed via comparing the liquid fraction and temperature contours as well as the melting times and heat storage values of various scenarios. The numerical results showed that the sinusoidal middle plate with variable wavelength decreased the melting time by 67.59%, while the heat storage rate increased by 200% compared with the cases in the absence of the middle plate.
    Keywords: Phase change material, Triple-tube heat exchanger, Middle plate, Sinusoidal plate with variable wavelength, Heat storage rate
  • Hamed Mokhtarzadeh Khaneghahi, Shiva Gorjian * Pages 128-149

    Iran is one of the countries with a radiation potential that is very suitable for the construction of solar carports. Considering the high initial cost of constructing these parking lots, the importance of their feasibility and optimal design is very high. In the present study, the design and simulation of a solar carport connected to the power grid that was implemented at the Faculty of Agriculture of Tarbiat Modares University (TMU) in Tehran was carried out. For this purpose, the photovoltaic system was calculated in PVsyst software considering the geographical location and weather conditions of Tehran. In this case, the optimal side angle for installing the photovoltaic modules on the parking lot was set at 35 degrees to maximize the annual electricity production. Then, in determining the type and model of the photovoltaic modules and the solar inverter, their optimal electrical arrangement was designed. In addition, the losses of the various parts of the system were calculated, including the losses caused by shading, temperature rise, connecting wires, and so on; besides, the optimal spacing and arrangement of the modules were presented. Based on the final results of the simulation, the amount of electricity generated by the parking lot was 48.2 MWh/year; the annual power factor was 0.791; the reduction rate of CO2 production was 499.89 tons in a total of 30 years, and the sensitivity analysis and lower return on investment were calculated from 5 years onwards. The results of this study showed that the implementation of the project at the investigated site was economically justified in addition to the benefit of providing renewable electricity.

    Keywords: Solar Carport, Solar Electricity, Renewable energy, Photovoltaic technology