فهرست مطالب
نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
سال چهارم شماره 4 (پیاپی 16، زمستان 1404)
- تاریخ انتشار: 1403/09/27
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-31
در این مقاله، یک مدیریت بهینه انرژی برای یک ریزشبکه چندگانه (MMG) متصل به شبکه ی توزیع (DN) پیشنهاد شده است. در این بهینه سازی توابع هدف مختلفی در نظر گرفته شده است شامل: هزینه شبکه، کاهش آلاینده ها و تلفات، و تاب آوری شبکه توزیع. همچنین، در این مقاله تاثیر جایابی منابع تولیدات پراکنده توام با بازآرایی شبکه توزیع در فرآیند بهینه سازی و با هدف کاهش تلفات، افزایش قابلیت اطمینان و تاب آوری در نظر گرفته شده اند. عدم قطعیت موجود در منابع تجدیدپذیر و مصرف کننده ها با استفاده از روش تئوری تصمیم گیری شکاف اطلاعاتی (IGDT) فرمول بندی شده است. متغیرهای تصمیم گیری شامل مکان منابع و ریزشبکه ها، ظرفیت نصب و ضریب قدرت و شعاع عدم قطعیت با استفاده ااز الگوریتم فراابتکاری بهبود یافته شاهین هریس (MHHO) و حل کننده CPLEX بصورت بهینه تعیین شده است. در الگوریتم MHHO، پارامتر انرژی خرگوش (E) با رفتار و مقدار تابع هدف، به طور دینامیکی تغییر نماید. روش پیشنهادی بر روی شبکه توزیع 33 شینه IEEE در مرحله اول در افق زمانی 24 ساعته شامل سه ریزشبکه با منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر به جهت تعیین ساختار شبکه از بابت شین های اتصال ریزشبکه ها و منابع پراکنده توسط الگوریتم جایابی و در مرحله بعد در زمان های مختلف شاخص تاب آوری بر اثر قطع ارتباط شبکه توزیع با شبکه بالادست بررسی می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی بیانگر عملکرد مطلوب الگوریتمMHHO در جایابی ریزشبکه ها، منابع تولید پراکنده و بازآرایی شبکه جهت بهبود مدیریت بهینه انرژی و شاخص تاب آوری می باشد.
کلیدواژگان: ریزشبکه های چندگانه، عدم قطعیت ها، الگوریتم شاهین هریس، تاب آوری، بازآرایی -
صفحات 32-45
در این مقاله یک مبدل بسیار افزاینده با بهره ولتاژ بسیار بالا و ریپل جریان ورودی پایین برای سیستمهای فوتو ولتاییک ارایه شده است. از ویژگی اصلی مبدل عدم استفاده از سلفهای ترویج شده و افزایش بهره با استفاده از خازنهای سوییچ شده می باشد لذا حجم و وزن مبدل بسیار کاهش یافته است. مدار کمکی شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر را برای سوییچهای اصلی و کمکی فراهم کرده است و به علت تعداد المان پایین راندمان مبدل بطور محسوس بهبود یافته است. ریپل جریان ورودی مبدل بسیار پایین است که موجب می گردد دنبال کردن ماکزیمم توان از سلولهای فوتوولتایک ساده گردد. به علت افزایش بهره و کاهش استرس ولتاژ روی سوییچها امکان استفاده از سوییچها با مقاومت پایینتر فراهم گشته و تلفات هدایتی متعاقبا کاهش می یابد. همچنین به خاطر عملکرد مکمل سوییچها طراحی مدار کنترل ساده می باشد و کنترل مبدل بصورت PWM باقی می ماند. مبدل در توان 110 وات و خروجی 330 ولت در نرم افزار PSPICE شبیه سازی شده است و در نهایت یک نمونه عملی از آن ساخته شده و نتایج آزمایشگاهی نتایج شبیه سازی را تایید می کنند.
کلیدواژگان: مبدل های بسیار افزاینده، کلیدزنی نرم، مدولاسیون پهنای پالس، کلیدزنی در ولتاژ صفر -
صفحات 46-65
این مقاله یک مبدل درجه دوم دوسوئیچه جریان مستقیم جدید با نرخ بهره ولتاژ بسیار بالا، تنش جریان کم و ریپل جریان ورودی کم برای کاربردهای انرژی های تجدیدپذیر معرفی می کند. این توپولوژی پیشنهادی از یک سلف تزویج شده و سلول های ضرب کننده ولتاژ برای دستیابی به نسبت تبدیل ولتاژ فوق العاده بالا استفاده می کند. مزایای اصلی ساختار پیشنهادی شامل نسبت تبدیل ولتاژ فوق العاده بالا آن، تنش های ولتاژ و جریان کم، زمین مشترک بین طرفهای ورودی و خروجی و همچنین جریان ورودی پیوسته با ریپل کم است. همچنین، در مبدل پیشنهادی، تقسیم جریان بین اجزای مغناطیسی شامل سلف تزویج شده و سلف ورودی منجر به کاهش سطح جریان عبوری آنها می شود که تلفات توان کلی اجزای مغناطیسی و سوئیچ های قدرت را کاهش می دهد. علاوه بر این، تنش های ولتاژ روی سوئیچ های اکتیو مبدل پیشنهادی با استفاده از مدارهای کلمپ پسیو قابل بازیافت محدود می شود. اصول عملکرد، تجزیه و تحلیل حالت پایدار، مطالعه مقایسه ای، برآورد راندمان و همچنین ملاحظات طراحی مدار معرفی شده به تفصیل ارائه شده است. در نهایت، برای صحت سنجی عملکرد مبدل ارائه شده، یک نمونه اولیه (200 وات، 25 ولت - 400 ولت) پیاده سازی شده است. با توجه به نتایج تجربی، توپولوژی پیشنهادی می تواند ولتاژ خروجی جریان مستقیم 400 ولت را با بازده حدود 96.2 درصد ارائه دهد. علاوه بر این، تنش ولتاژ روی سوئیچ قدرت مبدل به حدود 15 درصد ولتاژ جریان مستقیم خروجی محدود می شود.
کلیدواژگان: مبدل جریان مستقیم بهره بالا، مبدل درجه دوم، تقسیم جریان، سلف تزویج شده، جریان ورودی پیوسته -
صفحات 66-75
در این مقاله یک روش جدید جهت پایش باتری های خودرو مبتنی بر ثبت سیگنال ولتاژ پایانه باتری در حین استارت خودرو با هدف ایجاد یک امکان جدید جهت تغییر ضوابط ارائه خدمات گارانتی و بهره وری انرژی ارائه شده است. در روش پیشنهادی در این مقاله، به جای اینکه خدمات گارانتی بر مبنای زمان استفاده از باتری ارائه گردد بر مبنای تعداد دفعات استفاده از باتری برای استارت خودرو ارائه خواهد شد. برای پیاده سازی روش پیشنهاد شده در این مقاله یک مدار میکروکنترلری طراحی و ساخته شده است. از میکروکنترلر اتمگا 328 پی و میکرو اس دی کارت به ترتیب جهت پایش سیگنال ولتاژ باتری و به عنوان یک حافظه خارجی استفاده شده است. همچنین از یک مقسم ولتاژ مقاومتی برای تغییر بازه تغییرات ولتاژ پایانه باتری به محدوده قابل دریافت توسط میکروکنترلر استفاده شده است. مدار مذکور پس از طراحی و مونتاژ بر روی چند خوردوی سواری مختلف نصب و در شرایط عملی واقعی مورد بررسی قرار گفته است. نتایج این بررسی نشان می دهد سیستم طراحی و ساخته شده به درستی تعداد دفعات استارت خودرو را شمارش کرده و با سایر مشخصات مورد نظر از سیگنال ولتاژ باتری در حین استارت در حافظه در نظر گرفته شده ثبت می نماید. عملکرد موفقیت آمیز نمونه ساخته شده تحت شرایط مختلف، موید کارایی و قابلیت اطمینان بالای روش پیشنهادی در این مقاله می باشد.
کلیدواژگان: باتری خوردو، ثبت کننده داده، خدمات گارانتی، ولتاژ پایانه، بهره وری انرژی -
صفحات 76-99
در حالی که بازار خودروهای الکتریکی جدید به طور چشمگیری در حال رشد است، برخی از مشکلات زیست محیطی، مانند انتشار کربن، معمولا به تولید خودروهای الکتریکی نسبت داده می شود. در این پژوهش، یک زنجیره تامین شامل یک تولیدکننده که خودروی الکتریکی و بنزینی را از طریق یک خرده فروش به فروش می رساند، مورد پژوهش قرار داده شد. در این پژوهش، از یک رویکرد نظریه بازی برای مدل سازی و حل مسئله استفاده شده است. در این پژوهش فرض شده است که دولت به عنوان رهبر در بازی استکلبرگ سیاست های متفاوتی را که بر مبنای مفهوم توسعه ی پایدار طراحی شده اند، به اجرا در می آورد. تحت این سیاست ها، تولیدکننده و خرده فروش تلاش در بیشینه سازی سود اقتصادی خود در رقابت استکلبرگ دارند. در نتیجه ی این پژوهش، دیدگاه های مدیریتی به منظور استفاده در مسائل واقع گرایانه واقعی بدست آمده است. به عنوان مثال، آستانه هایی برای ضرایب و پارامترهایی نظیر ضریب تبدیل ارزش زیست محیطی به ارزش مالی به دست آمده که نشان می دهد اگر سرمایه گذاری سبز در خط تولید به تقاضای محصول بستگی داشته باشد، قیمت بازار (همان قیمت مصرف کننده) و قیمت کارخانه ی محصول خودروهای الکتریکی در مقایسه با وضعیتی که اهمیت سرمایه گذاری سبز برای دولت مستقل از تقاضا است، گران تر خواهد بود. با این حال دولت در فرض نخست، بیشتر از خودروهای الکتریکی حمایت می کند. به منظور ارائه بینش های مدیریتی کاربردی در دنیای واقعی، در این پژوهش بر روی تحلیل های پارامتریک تمرکز قرار گرفت.
کلیدواژگان: قیمت گذاری، خودروهای الکتریکی، کاهش آلاینده های کربنی، مدیریت زنجیری تامین پایدار: نظریه ی بازی: رقابت استکلبرگ -
صفحات 100-122
یکی از روش های مهم جهت دستیابی به ارتباط امن تضمین شده، به کارگیری توزیع کلید کوانتومی (QKD) است. درواقع، QKD به عنوان یک فناوری امنیتی میان رشته ای، از قوانین مکانیک کوانتوم جهت اشتراک گذاری کلید رمزنگاری یک بارمصرف استفاده می کند. از دیدگاه معماری، سامانه های QKD، سیستم های فیزیکی پیچیده و پرهزینه ای هستند که از قطعات سخت افزاری (شامل قطعات اپتیکی، لیزری، الکترواپتیکی، الکترونیکی و ..) و مولفه های نرم افزاری تشکیل شده اند. طراحی و تحلیل این سامانه ها نیاز به مهارت و تخصص در زمینه های مختلفی همچون اپتیک کوانتومی، نظریه اطلاعات، مهندسی برق (الکترونیک و مخابرات) و علوم کامپیوتر دارد. یکی از نیازهای اساسی مرتبط با اجرای چیدمان عملی یک سامانه QKD، استفاده از یک سکوی شبیه ساز است. به طور دقیق تر، انجام شبیه سازی قبل از چیدمان عملی، نقش مهمی در تحلیل و استخراج گلوگاه های مدل، حذف ریسک، افزایش سرعت و کاهش هزینه برپایی سامانه دارد. علاوه بر این، با به کارگیری شبیه سازی، امکان انتخاب زیرسامانه های بهینه نیز فراهم می گردد. در این مقاله، ملزومات و ملاحظات یک مدل ریاضی و یک سکوی شبیه ساز مناسب برای سامانه های QKD ارائه شده است. یک بررسی جامع بر روی انواع نرم افزارهای رایانه ای، زبان های برنامه نویسی، بسته ها و جعبه ابزارهای شبیه سازی سامانه های QKD صورت گرفته است. مهم ترین آزمایشگاه های مجازی و بازی های کوانتومی مناسب برای آموزش و طراحی سامانه های QKD بیان شده است. مزیت ها و محدودیت های هر آزمایشگاه بیان و با یکدیگر مقایسه شده است.
کلیدواژگان: رمزنگاری کوانتومی، شبیه سازی توزیع کلید کوانتومی، اپتیک کوانتومی، آموزش مکانیک کوانتومی، بازی کوانتومی
-
Pages 1-31
This paper proposes optimal energy management for multiple microgrids (MMG) connected to a distribution network (DN), in which various objective functions including network cost, pollutant reduction and losses, and distribution network resilience are considered. Also, the effect of the placement of distributed generation sources and the distribution network's reconfiguration in the optimization process to reduce losses, increasing reliability and resilience are considered. Uncertainties are formulated using Information Gap Decision Theory (IGDT). The decision variables, including the location of resources and microgrids, installation capacity, power factor, and uncertainty radius, have been optimally determined using the Modified Harris Hawk Optimization algorithm (MHHO) and the CPLEX solver. In the MHHO algorithm, the rabbit energy parameter (E) changes dynamically with the behavior and value of the objective function. Finally, the proposed method on the IEEE 33-bus Radial Distribution System in the first stage in a 24-hour time horizon including three micro-grids with different renewable energy sources to determine the structure of the network due to the buses connecting micro-grids and scattered sources by the placement algorithm and in the next stage in time Different resilience indicators are investigated due to the disconnection of the distribution network with the upstream network. The simulation results show the MHHO algorithm's optimal performance in placing microgrids, distributed generation sources, and network reconfiguration to improve the optimal energy management and resilience index.
Keywords: Multiple-Microgrids, Uncertainties, Modified Harris Hawk Optimization, Resilience, Reconfiguration -
Pages 32-45
In this paper, a step-up converter with very high voltage gain and low input current ripple for photovoltaic systems is presented. One of the main features of the converter is not using coupled- inductors and increasing gain by using switched-capacitors, so the volume and weight of the converter has been greatly reduced. The auxiliary circuit has provided zero voltage switching conditions for the main and auxiliary switches, and due to the low number of elements, the efficiency of the converter has been significantly improved. The input current ripple of the converter is very low, which makes it easy to track the maximum power point from the photovoltaic cells. Due to the increase in gain and decrease in voltage stress on the switches, it is possible to use switches with lower RDS(on), and conduction losses are subsequently reduced. Also, due to the complementary function of the switches, the design of the control circuit is simple and the control of the converter remains as PWM. The converter is simulated in PSPICE software with a power of 110 W and an output of 330 V, and finally a prototype is made of it, and the laboratory results confirm the simulation results.
Keywords: High Step-Up Converters, Soft Switching, Pulse Width Modulation, Zero Voltage Switching -
Pages 46-65
This paper introduces a new double-switch quadratic DC-DC converter with ultra-high voltage gain ratio, low current stress, and low input current ripple for renewable energy applications. This suggested topology uses a coupled-inductor and voltage multiplier cells to achieve the ultra-high voltage conversion ratio. The main benefits of the suggested structure are its ultra-high voltage conversion ratio, low voltage and current stresses, common ground between the input and output sides, and continuous input current with low ripple. Also, in the proposed converter, the current sharing between the magnetic components including the coupled-inductor and input inductor leads to a reduction of their passing current values, which alleviates the overall power losses of the magnetic components and power switches. Furthermore, the voltage stresses on the active switches of the proposed converter are restricted using the regenerative passive clamp circuits. The operating principle, the steady-state analysis, the comparison study, the efficiency estimation as well as design considerations of the introduced circuit are provided in detail. Finally, to justify the performance of the presented converter, a sample prototype (200 W, 25 V- 400 V) is implemented. Regarding the experimental results, the proposed topology can provide a high DC output voltage of 400V under the efficiency of about 96.2%. Moreover, the voltage stress across the power switch of the converter is limited to about 15% of the output DC voltage.
Keywords: Step-Up DC-DC Converter, Quadratic Converter, Current Sharing, Coupled-Inductor, Continuous Input Current -
Pages 66-75
This article presents a novel approach to monitoring car batteries, based on the recording of battery terminal voltage signals during the vehicle's startup. The objective is to introduce a new capability for modifying warranty service terms and enhancing energy efficiency. In contrast to the existing approach, the proposed method would provide warranty services based on the number of times the battery is used for starting the car, rather than on the battery's usage time. To facilitate the implementation of the methodology outlined in this article, a microcontroller circuit has been designed and constructed. The microcontroller circuit employs an ATmega328P microcontroller and a micro SD card for monitoring the battery voltage signal and as external memory, respectively. Furthermore, a resistive voltage divider has been utilized to calibrate the range of battery terminal voltage fluctuations to a level that the microcontroller can process. The circuit was designed, assembled, and installed on several different passenger cars, and tested under real-world operating conditions. The results of this examination demonstrate that the designed and built system accurately counts the number of times the car is started and records the desired characteristics of the battery voltage signal during startup in the allocated memory. The successful performance of the prototype under various conditions confirms the high efficiency and reliability of the proposed method presented in this article.
Keywords: Car Battery, Data Logger, Terminal Voltage, Warranty Service, Energy Efficiency -
Pages 76-99
While the market for new electric vehicles is growing significantly, some environmental issues, such as carbon emissions, are often attributed to the production of electric cars. In this research, a supply chain including a manufacturer that sells electric and gasoline vehicles through a retailer was investigated. A game theory approach has been used for modeling and problem solving. The assumption was made that the government, as a leader or pioneer, implements various policies based on the concept of sustainability. Consequently, the manufacturer and retailer seek to maximize their profits in the Stackelberg competition based on these policies. As a result of this research, managerial insights for real-world application were obtained. For instance, thresholds for coefficients and parameters, such as the conversion rate of environmental value to financial value, were identified. These show that if green investment in production lines depends on product demand, the market (or consumer) price and the factory price of electric cars will be higher compared to a scenario where the importance of green investment for the government is independent of demand. However, in the first scenario explained, the government provides more support for electric cars. To provide practical managerial insights in the real world, this research focused on parametric analyses.
Keywords: Pricing, Electric Vehicle, Carbon Emission Reduction, Sustainable Supply Chain, Game Theory, Stackelberge Competition -
Pages 100-122
One of the crucial methods to achieve guaranteed secure communication is the implementation of Quantum Key Distribution (QKD). In fact, QKD, as an interdisciplinary security technology, utilizes the principles of quantum mechanics to share a one-time-pad encryption key. From an architectural perspective, QKD systems are complex and costly physical systems composed of hardware components (including optical, laser, electro-optical, electronic, etc.) and software elements. The design and analysis of these systems require skills and expertise in various fields such as quantum optics, information theory, electrical engineering (electronics and telecommunications), and computer science. One of the fundamental needs related to the practical implementation of a QKD system is using a simulation platform. More precisely, conducting simulations before practical implementation plays a significant role in analyzing and identifying model bottlenecks, mitigating risks, increasing speed, and reducing setup costs. Additionally, by employing simulations, the selection of optimal subsystems is also facilitated. This article presents the requirements and considerations for a mathematical model and a suitable simulation platform for QKD systems. A comprehensive review of various computer software, programming languages, packages, and toolboxes for simulating QKD systems is conducted. The most important virtual labs and quantum games suitable for the education and design of QKD systems are discussed. The advantages and limitations of each laboratory are stated and compared with each other.
Keywords: Quantum Cryptography, Simulation Of Quantum Key Distribution (QKD), Quantum Optics, Teaching Quantum Mechanics, Quantum Game