فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال بیست و یکم شماره 4 (زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/09/11
  • تعداد عناوین: 15
|
  • امیر خرسندی* صفحات 1-14

    در سال های اخیر با توجه به توسعه منابع تولید پراکنده، مفهوم ریزشبکه ارائه شده است. ریزشبکه یک شبکه در مقیاس کوچک شامل منابع تولید تجدیدپذیر نظیر توربین بادی و سلول های خورشیدی، منابع تولید سنتی نظیر میکروتوربین، منابع ذخیره انرژی نظیر باتری و نیز بار می باشد. ریزشبکه می تواند در حالت متصل به شبکه یا جدا از شبکه کار کند. ریزشبکه دارای دو نوع DC و AC می باشد. ریزشبکه ترکیبی شامل یک ریزشبکه AC، یک ریزشبکه DC و یک مبدل واسط بین این دو ریزشبکه است. برای عملکرد بهینه ریزشبکه ترکیبی لازم است که مبدل واسط به درستی کنترل شود. در این مقاله، یک روش جهت کنترل و مدیریت توان مبدل واسط بین دو ریزشبکه پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی، با اندازه گیری ولتاژ و فرکانس در ترمینال سمت AC و نیز اندازه گیری ولتاژ در ترمینال سمت DC وضعیت بار دو ریزشبکه ارزیابی می شود و بسته به استراتژی های کنترلی اخذ شده، انتقال توان بین دو ریزشبکه طوری صورت می گیرد تا بتوان به حداکثر بازده دست یافت. عملکرد استراتژی پیشنهادی در نرم افزار MATLAB/Simulink شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان دهنده ی عملکرد مطلوب روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: ریزشبکه ترکیبی، مبدل واسط، منابع تولید پراکنده، مدیریت توان
  • روح الله اکبر زاده جلودار، محمد رضوانی*، عبدالرضا نوری شیرازی، برزو یوسفی صفحات 15-22

    پیشرفت در تکنولوژی و قطعات الکترونیک قدرت موجب شد که ریزشبکه های DC (DC MGs) مورد بهره برداری قرار گیرند که اتصال منابع DC تولید پراکنده (DG) و بارهای DC به سیستم قدرت را تسهیل می کنند. از آنجایی که تقسیم توان میان منابع DG و تنظیم ولتاژ شین های DC، دو هدف مهم کنترلی در این ریزشبکه ها هستند، جهت دستیابی به این اهداف، یک استراتژی کنترلی سلسله مراتبی دولایه در این مقاله پیشنهاد می شود. در لایه اولیه، روش کنترل افتی سنتی به کار گرفته می شود، اما چون این روش قادر به دستیابی به این اهداف به طور هم زمان نیست، لایه کنترل ثانویه پیشنهادی که مبتنی بر استراتژی کنترل ثانویه تناسبی-انتگرالی متوسط گیری توزیع شده مشارکتی (PICDA) است معرفی می گردد تا این چالش ها را مرتفع و به تنظیم ولتاژ دقیق دست یابد. استراتژی PICDA پیشنهادی به سبب عدم نیاز به دانش قبلی از توپولوژی شبکه انعطاف پذیری بالایی دارد و دارای سرعت همگرایی بالایی در رسیدن به مرجع کنترلی است. یک DC MG جزیره ای در محیط نرم افزاری MATLAB/Simulink جهت تائید کارایی روش پیشنهادی شبیه سازی شده و نتایج حاصل از به کارگیری استراتژی کنترل ثانویه پیشنهادی با یک روش توزیع شده دیگر تحت سناریوهای مختلف بهره برداری مقایسه و بررسی شده است و عملکرد بهتر روش کنترل PICDA را تائید می کند.

    کلیدواژگان: تقسیم توان، تنظیم ولتاژ، ریزشبکه DC، کنترل افتی اولیه، کنترل ثانویه توزیع شده
  • حسن گلزاری کلور، سید محمدتقی بطحایی، تورج امرایی* صفحات 23-38

    با افزایش نفوذ منابع انرژی تجدیدپذیر در سیستم های قدرت، پایداری سیگنال کوچک (SSS) به دلیل کاهش اینرسی با چالش روبرو می شود. در این مقاله با در نظر گرفتن مدل دینامیکی عمومی برای منابع انرژی تجدیدپذیر، یک مدل بهینه سازی برنامه ریزی مجدد واحدهای تولیدی متوالی به صورت پخش بار بهینه با محدودیت SSS (SSS-OPF) با هدف بهبود پایداری سیگنال کوچک ارائه شده است. مدلسازی ژنراتور توربین بادی، منابع خورشیدی و سیستم ذخیره ساز انرژی با استفاده از این مدل دینامیکی عمومی امکان پذیر است. از حساسیت مقادیر ویژه نسبت به توان های حقیقی و راکتیو ژنراتورها برای توصیف محدودیت SSS استفاده شده است. با استفاده از تکنیک آرام سازی برنامه ریزی نیمه معین، مدل SSS-OPF به یک مدل بهینه سازی محدب تبدیل می شود. این امر سبب افزایش قابلیت اطمینان هم گرایی و بهبود کارایی محاسباتی حل مدل شده و روش پیشنهادی را برای سیستم های قدرت بزرگ مقیاس مناسب و کاربردی می کند. مدل بهینه سازی با استفاده از حل کننده SDPT3 در نرم افزار matlab قابل حل است. مطالعات موردی بر روی سیستم های 9 باس IEEE و 39 باس IEEE جهت اعتبارسنجی الگوریتم پیشنهادی انجام شده است. روش برنامه ریزی مجدد تولید، نسب میرایی سیستم قدرت با نفوذ زیاد منابع انرژی تجدیدپذیر را افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: پایداری سیگنال کوچک، پخش بار بهینه، منابع انرژی تجدیدپذیر، برنامه ریزی مجدد تولید
  • رضا کیانی، فاطمه جهانبانی اردکانی*، محمدرضا مزیدی صفحات 39-47

    با افزایش نفوذ منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع، مسئله برنامه ریزی نصب این منابع اهمیت بیشتری یافته است. در این راستا به دلیل طبیعت غیرقطعی توان توان تولیدی منابع تجدیدپذیر، لازم است تا از مدل‎های بهینه‎سازی تصادفی استفاده گردد. علاوه بر این، در سال های اخیر به دلیل افزایش نرخ وقوع سوانح جوی از قبیل طوفان و سیل و در نتیجه وارد شدن خسارت های جدی به شبکه های برق، لزوم در نظر گرفتن روش هایی جهت کاهش این خسارت ها در برنامه ریزی نصب ضروری به نظر می رسد. در این مطالعه، مدلی حهت برنامه ریزی نصب بهینه منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر (خورشیدی و بادی)، تجدیدناپذیر (ژنراتور دیزلی) و سیستم ذخیره سازی (باتری) در کنار محکم کاری و بالابری تجهیزات شبکه، با هدف افزایش تاب آوری آن در برابر دو سانحه جوی طوفان و سیل  ارائه شده است. در مدل ارائه شده، مسئله برنامه ریزی به صورت یک مسئله بهینه سازی با هدف کمینه کردن هزینه و با درنظر گرفتن محدودیت های زیست محیطی تعریف شده است. مسئله بهینه سازی به صورت یک مدل برنامه ریزی احتمالاتی و توسط حل کننده CPLEX  در نرم افزار GAMS حل شده است. نتایج به دست آمده از مطالعات موردی بر روی شبکه 33 شینه استاندارد IEEE  نشان دهنده کارایی  مدل پیشنهادی در حداقل کردن هزینه و افزایش تاب آوری سیستم است.

    کلیدواژگان: برنامه ریزی بهینه، تاب آوری، ریزشبکه، محکم کاری، عدم قطعیت، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • فاطمه کرامتی، حمیدرضا محمدی*، غلامرضا شیران صفحات 49-59

    در سالیان اخیر با افزایش خودروهای الکتریکی، مطالعات پیرامون ایستگاه های شارژ سریع مورد توجه قرار گرفته است. ایستگاه های شارژ سریع قابل دسترس یکی از موارد تاثیرگذار در جهت گسترش حمل ونقل الکتریکی است. در این مقاله جایگذاری و تعیین اندازه بهینه ایستگاه های شارژ سریع با توجه به تاثیر آن بر ترافیک شبکه حمل ونقل شهری و شاخص های کیفیت توان از جمله افت ولتاژ و THD ولتاژ بررسی شده است. از طرفی استفاده بهینه از قابلیت ایستگاه های شارژ سریع جهت جبران سازی توان راکتیو و جبرانسازی جریانهای هارمونیکی ناشی از بارهای غیرخطی مورد توجه قرار گرفته است. در روش ارائه شده از پخش بار هارمونیکی، مدل جایگذاری تاسیسات با هزینه پله ای و مدل تخصیص ترافیک بر مبنای تعادل کاربر جهت مدل سازی محدودیت شبکه های توزیع و حمل ونقل استفاده شده است. مدل پیشنهادی با درنظرگرفتن یک هزینه جریمه برای افزایش ازدحام ترافیک خطوط در تابع هدف، درصدد کاهش زمان سفر در شبکه حمل ونقل است. همچنین مدل پیشنهادی درصدد بهبود شاخص های کیفیت توان در شبکه توزیع می باشد. مدل برنامه ریزی خطی عدد صحیح پیشنهادی در نرم افزار گمز پیاده سازی و در انتها، کارایی روش پیشنهادی با استفاده از نتایج عددی نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: خودروهای الکتریکی، ایستگاه های شارژ سریع، بهینه سازی، زمان سفر، جبرانسازی توان راکتیو، کاهش هارمونیک
  • محمدحسن شاکر، حسین فرزین*، الهه مشهور صفحات 61-75

    هدف از این مقاله ارائه چارچوبی چندهدفه برای جایابی بهینه هم زمان ایستگاه های تعویض و شارژ باتری خودروهای الکتریکی در حالت شارژ متمرکز است. در حالت شارژ متمرکز، برخلاف حالت غیرمتمرکز، تجهیزات شارژ در محلی غیر از ایستگاه تعویض باتری قرار دارند که به آن ایستگاه مرکزی شارژ گفته می شود. باتری ها در این محل شارژ شده و در فواصل زمانی معین میان ایستگاه های تعویض باتری توزیع می شوند. توابع هدف مدل ارائه شده در این مقاله، کمینه کردن هزینه جابه جایی باتری ها، بهبود شاخص ولتاژ و کاهش هزینه تلفات شبکه توزیع است. به این منظور یک مدل غیرخطی چندهدفه جهت محاسبه مقادیر توابع هدف مسئله ارائه شده است. از الگوریتم ژنتیک چندهدفه (NSGA-II) برای حل مسئله بهینه سازی در این مقاله استفاده شده است. خروجی الگوریتم ژنتیک یک سطح پرتو شامل چند مجموعه ای از پاسخ ها خواهد بود که پاسخ نهایی از میان آن ها با استفاده از روش تصمیم گیری فازی انتخاب می شود. درنهایت مدل پیشنهادی بر روی سیستم آزمون 69 باسه IEEE پیاده سازی شده است و نتایج در سناریوهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج به دست آمده به خوبی کارایی مدل ارائه شده را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: خودروی الکتریکی، ایستگاه تعویض باتری، شارژ متمرکز، فرسودگی باتری، جایابی، باتری قابل تعویض
  • حمیدرضا تودجی*، محسن جنتی صفحات 77-88

    طرح های نوین کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع امروزی به تجهیزات کارآمد و نیز کانال های ارتباطی مناسب بین این تجهیزات، حسگرها و مراکز کنترل نیاز دارند که منتهی به شبکه های توزیع هوشمندی با ماهیت سایبری-فیزیکی پیچیده ای شده است. یکی از تجهیزات کارآمد کنترل ولتاژ در شبکه های توزیع مدرن، جبرانساز DSTATCOM می باشد که استفاده از ساختار مبدل های چندسطحی در معماری آن، مزایای زیادی نظیر امکان اتصال مستقیم به شبکه را ایجاد خواهد نمود. یک DSTATCOM با ساختار چندسطحی به دلیل وجود اجزای کنترل پذیر زیاد، نیاز به شبکه سایبری-فیزیکی بین کنترل کننده و اجزای خود دارد که در اتصال با شبکه های توزیع هوشمند امروزی، آن را مستعد حملات سایبری می نماید. در مقاله حاضر، یک کنترل کننده غیرخطی براساس خطی سازی بازخورد برای DSTATCOM چندسطحی آبشاری توسعه داده شده و برای تشخیص و جبران حملات سایبری از نوع تزریق داده نادرست به حسگرهای ولتاژ مبدل چندسطحی، روشی مبتنی بر الگوریتم فیلتر کالمن گسسته پیشنهاد می گردد. قابلیت های کنترل کننده غیرخطی پیشنهادی برای کنترل DSTATCOM چندسطحی و نیز عملکرد قابل اعتماد در مقابله با حملات تزریق داده نادرست، از طریق شبیه سازی یک سیستم قدرت نمونه در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink نشان داده خواهد شد.

    کلیدواژگان: جبرانساز DSTATCOM، مبدل چندسطحی آبشاری، حمله تزریق داده نادرست، فیلتر کالمن، کنترل کننده غیرخطی برمبنای خطی سازی بازخورد، شبکه توزیع هوشمند
  • محمدرضا سلطانپور*، داود یوسفیان صفحات 89-97

    در این مقاله، روش جدیدی برای طراحی واحد تغذیه زمینی استاتیک هواپیما ارائه گردیده است. ساختار پیشنهادی به طور کلی از دو بخش ورودی و خروجی به نام های بخش dc و بخش acc تشکیل شده است. در ورودی ساختار پیشنهادی از یکسوساز شش پالسه و تزریق کننده جریان هارمونیک سوم استفاده شده که منجر به بهبود عملکرد یکسوسازی گردیده است. در قسمت ac دستگاه نیز، با به کارگیری اینورتر NPC، خروجی مطلوب و مورد نیاز کاربردهای هواپیمایی تامین شده است. معادلات و الزامات طراحی تمامی قسمت های ساختار پیشنهادی از جمله روش تزریق هارمونیک سوم، اندوکتانس، خازن لینک dc، فیلتر خروجی و ترانسفورماتور ایزولاسیون ارائه و بررسی گردیده است. به منظور ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، ساختار مذکور در محیط نرم افزار MATLAB/Simulink پیاده سازی گردیده است. نتایج شبیه سازی عملکرد مناسب آن را با فراهم کردن ولتاژ ac مطلوب و مورد تقاضا برای کاربردهای GPU نشان داده است.

    کلیدواژگان: واحد تغذیه زمینی هواپیما، تزریق هارمونیک سوم، اینورتر NPC، فیلتر LC خروجی
  • محمودرضا حقی فام*، میلاد حسین پور صفحات 99-111

    انتشار عمومی داده های بازارهای برق محلی گستره ی وسیعی از مزایای اقتصادی، فنی، و اجتماعی را به دنبال دارد. همچنین، دسترسی عمومی به این داده ها گامی اساسی در راستای شفافیت در بازارهای برق محلی و ارتقای ماهیت رقابتی آن ها محسوب می شود. با این حال، مشترکین حساس به حریم خصوصی دغدغه ی افشای اطلاعات خصوصی خود را از طریق انتشار داده های خروجی بازارهای برق محلی دارند. این مقاله، با استفاده از مفهوم حریم خصوصی تفاضلی، در پی طراحی مکانیسمی برای بازارهای برق محلی است، که به شکلی قابل اثبات حفاظت از حریم خصوصی شرکت کنندگان در بازار را تضمین کند، و همچنین تمایلات حریم خصوصی آن ها را نیز مد نظر قرار دهد. در گام نخست، ماهیت تصادفی مورد نیاز حریم خصوصی تفاضلی با استفاده از الگوریتم گرادیان افزایشی نویزی در فرایند بهینه سازی مساله تسویه بازار تعبیه می شود. سپس به منظور ایجاد امکان شخصی سازی سطح حفاظت از حریم خصوصی، مکانیسمی مبتنی بر نمونه برداری در سطح مجموعه داده ی ورودی مساله تسویه بازار پیشنهاد می گردد. در بخش مطالعات عددی، تاثیر پارامترهای حریم خصوصی تفاضلی بر خروجی های مساله تسویه بازار ارزیابی می شود. همچنین، مصالحه ی ذاتی میان حفاظت از حریم خصوصی و رفاه اجتماعی در مساله تسویه بازار نیز تحت سیاست های مختلف حفاظت از حریم خصوصی مورد توجه قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: بازارهای برق محلی، طراحی مکانیسم، حریم خصوصی داده، حریم خصوصی تفاضلی
  • حامد شهمرادی، عارف درودی*، محمدصالح فرخی صفحات 113-121

    مطالعات پایداری، کنترل و طراحی شبکه های قدرت با توجه به وسعت زیاد  و درهم تنیدگی بیش از حد این شبکه ها، امری دشوار و زمان بر بوده و لذا برای انجام این مطالعات، معادل سازی دینامیکی بسیار مفید و اجتناب پذیر است. معادل سازی دینامیکی با تبدیل شبکه های وسیع و پیچیده به شبکه های کوچک تر انجام می گیرد. یکی از روش های معادل سازی، یافتن ژنراتورهای همپا است. در روش همپایی، ابتدا بر اساس مشخصات و نوسانات شبکه، هر گروه ژنراتورهای همپا با یک ژنراتور معادل جایگزین می شوند و سپس معادل دینامیکی گروه ها در مطالعات شبکه های قدرت استفاده می شوند. در همین راستا، در این مقاله با استفاده از نظریه گراف و شاخص کیفیت خوشه بندی، روشی جدید برای یافتن ژنراتورهای همپا در یک شبکه قدرت ارائه می شود. روش پیشنهادی بر پایه مدل شبکه قدرت بوده و تنها اطلاعات مورد نیاز آن، ادمیتانس خطوط ارتباطی بین باس های ژنراتوری شبکه است. شبکه 39 باس IEEE جهت نشان دادن کارایی روش، مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج ارائه شده و مقایسه نتایج با دیگر مقالات، نشان می دهد که روش پیشنهادی در عین سادگی با تقریب قابل قبولی، ماشین های همپا را به خوبی شناسایی می کند.

    کلیدواژگان: همپایی کند، معادل سازی دینامیکی، خوشه بندی، نظریه گراف
  • علیرضا حاتمی*، ایرج گنج خانی صفحات 123-133

    در این مقاله روشی مبتنی بر شبکه های عصبی حافظه طولانی کوتاه مدت (LSTM) برای پیش بینی ناپایداری بلند مدت ولتاژ در شبکه های انتقال و توزیع به هم پیوسته پیشنهاد شده است. شبکه عصبی با استفاده از اطلاعات برخط واحدهای اندازه گیری فازور، وضعیت پایداری ولتاژ شبکه را رصد می کند و در صورت پیشامدی در شبکه، با استفاده از اطلاعات قبل از رخداد و پس از آن، به ارزیابی وضعیت پایداری ولتاژ می پردازد. در واقع شبکه عصبی به عنوان ابزاری کمکی، اپراتور شبکه را از خطرات احتمالی پیشروی ناشی از ناپایداری ولتاژ پس از پیشامد رخداد در شبکه به سرعت آگاه می سازد. داده های لازم برای آموزش شبکه عصبی در حالت غیربرخط از نتایج پیشامد رخدادهای شبیه سازی شده فراهم شده است. برای تولید سناریوهای مختلف، با درنظرگرفتن رشد بار در مناطق مستعد به ناپایداری ولتاژ، پیشامد رخدادهای (N-1) و (N-1-1) شبیه سازی و ارزیابی شده اند. برای ارزیابی عملکرد شبکه عصبی پیشنهادی، از شبکه توسعه یافته نوردیک استفاده شده است. در فرآیند آموزش شبکه عصبی، با استفاده از شیفت زمانی مناسب رخداد تمام پیشامدها به ثانیه دهم انتقال یافته تا شبکه عصبی، تنها تفاوت الگوهای رفتاری را آموزش ببیند. شبکه عصبی LSTM از خانواده شبکه های عصبی عمیق بازگشتی است که قادر است وابستگی های طولانی مدت احتمالی را دریافت و حفظ کند. به این ترتیب هر گونه تغییرات در ورودی ها، در فواصل زمانی مختلف دنبال می‫شود. شباهت خط سیر ویژگی های ورودی در ناپایداری بلند مدت ولتاژ به سری های زمانی، امکان استفاده از توانایی شبکه عصبی عمیق بازگشتی برای حل مسئله مطرح شده را فراهم کرده است. دقت پیش بینی شبکه عصبی در ثانیه هفدهم (7 ثانیه پس از پیشامد رخداد) 05/99 درصد است. همچنین تاثیر کاهش ورودی های شبکه عصبی با خوشه‏بندی داده های ورودی مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: پایداری ولتاژ، شبکه انتقال و توزیع به هم پیوسته، شبکه عصبی
  • رامین برجعلی نوه سی، ساسان پیروزی* صفحات 135-146

    در این مقاله یک روش تحلیلی جدید برای تخصیص بهینه توان های اکتیو و راکتیو منابع تولید پراکنده (DG) و بانک های خازنی در شبکه های توزیع ارائه شده است. روش انجام کار بسیار ساده و فاقد پیچیدگی سایر روش ها است. توابع هدف بکار گرفته شده در این مطالعه شامل مینیمم سازی تلفات توان و بهبود پروفیل ولتاژ شبکه توزیع می باشد. برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی، نتایج شبیه سازی بر روی شبکه توزیع 33 انجام شده و عملکرد آن با روش های جستجوی سراسری مقایسه شده است. در نهایت رویکرد ارائه شده برای تخصیص ضرایب توان بهینه DGها و بانک خازنی در شبکه توزیع 119 باسه نیز بکار گرفته شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که رویکرد تحلیلی ارائه شده در یافتن نتایج بهینه، بسیار قوی، سریع و آسان می باشد و بر سیستم های توزیع وسیع قابل استفاده است.

    کلیدواژگان: مکان یابی و تعیین ظرفیت بهینه، منابع تولید پراکنده، بانک های خازنی، شبکه توزیع، روش تحلیلی جدید
  • سالار رشائی، امین یزدانی نژادی* صفحات 147-155

    حفاظت سریع و انتخاب گر، امنیت، قابلیت اطمینان و پایداری بیشتری را برای شبکه های قدرت به ارمغان می آورد. دستیابی به این هدف با استقرار رله های جریان زیاد جهت دار یکی از چالش های اصلی در شبکه های توزیع فعال می باشد. به علت وجود جریان های خطای دو سطحی، هماهنگی حفاظتی با روش های متداول امکان پذیر نمی باشد. حل این مشکل نیازمند استفاده از مدل دینامیکی رله ها است که آن نیز در شبکه های بزرگ باعث عدم هماهنگی و یا افزایش زمان عملکرد رله ها می شود. بنابراین، در این مقاله هماهنگی حفاظتی جدیدی با لحاظ مدل دینامیکی رله ها و معرفی یک متغیر جدید K در مدل مربوط به زمان عملکرد رله ها ارائه می شود. این ضریب فضای بهینه سازی را ساده کرده و حفاظت سریع تری ارائه می دهد. ضرایب جدید در مدل عملکرد رله ها ممکن است باعث عملکرد اشتباه در شرایط عادی شبکه شود. بنابراین، یک منطق جدید با قابلیت پیاده سازی در رله های عددی ارائه می شود. همچنین از آنجایی که این روش نیازمند بکارگیری رله های عددی است، روش پیشنهادی به صورت فنی-اقتصادی مدل می شود تا با حداقل تعداد رله عددی، حفاظتی سریع و انتخاب گر ارائه شود. این مدل به صورت مسئله بهینه سازی چند هدفه فرموله شده است. برای تصمیم گیری نیز از الگوریتم تاپسیس استفاده می شود. نتایج به صورت عمیق بحث شده است.

    کلیدواژگان: منطق حفاظتی جدید، حفاظت فنی-اقتصادی، الگوریتم تصمیم گیری تاپسیس، جریان خطای دوسطحی
  • مجتبی علی یاری، محسن جنتی*، میلاد دولتشاهی، محمدمهدی رضایی صفحات 157-166

    با توجه به اهمیت بسیار بالای خطوط انتقال فشارقوی در سیستم های قدرت و اینکه اکثر خطاهای رخ داده در این خطوط تک فاز به زمین و از نوع گذرا هستند، سرعت عملکرد رله بازبست اتوماتیک تک فاز به زمین نقش بسیار مهمی در پایداری سیستم قدرت خواهد داشت. از این رو در این مقاله یک الگوریتم حفاظتی بسیار سریع مبتنی بر CUSUM جهت بهبود عملکرد رله وصل مجدد تک فاز پیشنهاد گردیده است. طرح پیشنهادی بدین صورت عمل می کند که از ولتاژ ترمینال یک طرف خط انتقال فشارقوی نمونه برداری می کند. سپس با اعمال CUSUM بر روی ولتاژ نمونه برداری شده و اعمال تنظیمات مربوطه، لحظه وصل مجدد فاز معیوب تعیین می گردد. نتایج شبیه سازی های گسترده در محیط نرم افزاری EMTP-RV بر روی یک سیستم قدرت نمونه kV 400 نشان میدهد که طرح حفاظتی پیشنهادی در شناسایی لحظه بازبست موفقیت آمیز بسیار دقیق عمل کرده است. سرعت بسیار بالای روش پیشنهادی، عدم نویزپذیری و پیچیدگی محاسباتی بسیار پایین روش، استفاده از آن را برای کاربردهای صنعتی فراهم می کند.

    کلیدواژگان: خطوط انتقال فشارقوی، خطای گذرا و دائم، بازبست اتوماتیک تک فاز تطبیقی و CUSUM
  • جواد زهره وند، حمیدرضا کرمی، محمدحسن مرادی*، علیرضا حاتمی شریف صفحات 167-176

    برای مکان یابی تخلیه جزئی در ادوات قدرت، تاکنون روش های مختلفی از جمله روش های ابتکاری و روش اختلاف زمانی (TDoA) پیشنهاد و بکارگیری شده است که ضعف ها و معایب هر یک، کاربرد آن ها را در عمل محدود نموده است. زیرا در وضعیت های دارای اندکی پیچیدگی، مانند حضور نویز، موانع، بازتابنده ها و یا ناهمگنی محیط و...، دقت نتایج حاصله به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. روش جدیدتر معکوس زمانی که اخیرا در زمینه مکان یابی تخلیه جزئی پیشنهاد شده است، بخوبی توانسته در چنین حالاتی و تنها با بکارگیری یک سنسور منفرد، دقت قابل توجهی را در مکان یابی تخلیه جزئی ارائه نماید. در این مقاله بکارگیری نسخه ی متفاوتی از روش معکوس زمانی به نام روش فیلتر معکوس، جهت مکان یابی تخلیه جزئی در GIS، در رژیم الکترومغناطیسی پیشنهاد شده و به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، سناریوهای مختلفی طراحی، و با استفاده از نرم افزار CST-MWS در دو ساختار لوله ای شکل و T شکل، شبیه سازی شده است. نتایج کار نشان می دهد که در صورت بکارگیری معیار کمینه آنتروپی برای تعیین زمان بازتمرکز امواج، این روش در کلیه سناریوهای آزمایش شده با دقت مطلوبی قادر به مکان یابی تخلیه جزئی در GIS می باشد.

    کلیدواژگان: تخلیه جزئی، مکان یابی تخلیه جزئی، فیلتر معکوس، فیلتر معکوس الکترومغناطیسی، پست عایق گازی، GIS
|
  • Amir Khorsandi* Pages 1-14

    In recent years, due to the development of distributed generation, the concept of a microgrid has been introduced. A microgrid is a small-scale grid that includes renewable energy sources such as wind turbines and solar energy, conventional energy sources such as microturbines, energy storage units such as batteries, and loads. The microgrid can operate connected to the utility or isolated from the utility. The microgrid can be grouped into AC and DC types. A hybrid microgrid is composed of an AC microgrid, a DC microgrid, and an interlinking converter between them. To optimally operate the linking converter, it should be properly controlled. In this paper, a method to control and manage the interlinking converter is proposed. In the proposed algorithm, the voltage and frequency at the terminal on the AC side, as well as the voltage at the terminal on the DC side, are measured to evaluate the load of both microgrids. Based on the proposed strategies, power transfer occurs between AC and DC microgrids in a manner that maximum efficiency is obtained. The proposed strategy is implemented in MATLAB/Simulink to demonstrate its effectiveness.

    Keywords: Hybrid Microgrid, Interlinking Converter, Distributed Energy Resources, Power Management
  • Rohollah Akbarzadeh Jelodar, Mohammad Rezvani*, Abdolreza N. Shirazi, Borzou Yousefi Pages 15-22

    Improvements in power electronic technology and devices cause DC microgrids (DC MGs) to be utilized in which the integration of DC distributed generation (DG) sources and loads into the power system is facilitated. Since the power sharing between DG sources and DC bus voltage regulation are two important control objectives in these microgrids, a two-layer hierarchical control strategy is implemented in this article to achieve these goals. The traditional drop control method is employed in the primary layer, but since it is not able to achieve these goals simultaneously, therefore, the proposed secondary control layer which is based on the proportional-integral cooperative distributed averaging (PICDA) secondary control strategy is introduced to overcome the challenges and achieve accurate voltage regulation. The proposed PICDA strategy has high flexibility due to the lack of prior knowledge of the grid topology and has a high convergence speed in reaching the control reference point. An islanded DC MG is simulated in MATLAB/Simulink software environment to verify the effectiveness of the proposed method, and the results of the proposed secondary control strategy are compared and analyzed with another distributed method under different operating scenarios, and the outperformance of the PICDA control method is confirmed.

    Keywords: DC Microgrid, Distributed Secondary Control, Power Sharing, Primary Droop Control, Voltage Regulation
  • Hassan Golzari-Kolur, Seyed Mohammadtaghi Bathaee, Turaj Amraee* Pages 23-38

    With the increasing penetration of renewable energy sources (RES) in power systems, small-signal stability (SSS) is challenged due to the decreasing inertia. This paper proposes a sequential generation rescheduling model considering a generic dynamic model for RES, formulated as an optimal power flow (OPF) with SSS constraints (SSS-OPF) to improve the system damping ratio. The dynamic modeling of wind turbine generators, photovoltaic sources, and energy storage systems is possible using this general dynamic model. The sensitivity of eigenvalues with respect to active and reactive powers of generating units has been used to describe the SSS constraints. By employing the semi-definite programming (SDP) relaxation technique, the SSS-OPF model is converted to a convex optimization model. This leads to enhanced convergence reliability and improved computational efficiency in solving the model, rendering the proposed method suitable and applicable for large-scale power systems. This optimization model can be solved using the SDPT3 solver in MATLAB software. Case studies on the IEEE 9-bus and IEEE 39-bus systems are conducted to validate the proposed algorithm. The proposed generation re-scheduling method increases the damping ratio of the power system with a high penetration of RES.

    Keywords: Small Signal Stability, Optimal Power Flow, Renewable Energy System, Generation Rescheduling
  • Reza Kiani, Fatemeh Jahanbani*, Mohammadreza Mazidi Pages 39-47

    With the increasing penetration of distributed generation resources (DERs) in distribution networks, the strategic placement of these resources has garnered increased attention. Due to the uncertain power generation of renewable based DERs, it is necessary to use stochastic models. Additionally, in recent years, due to the rise in the occurrence of weather-related disasters such as hurricanes and floods, leading to serious damages to power grids, the necessity of considering methods to mitigate these damages in installation planning has become crucial. This study introduces a comprehensive model for optimizing the deployment of distributed renewable (solar and wind) and non-renewable (diesel generator) generation resources, accompanied by energy storage systems (batteries), network reinforcement, and equipment upgrades to enhance its resilience against two specific weather events: hurricanes and floods. The model is applied to the IEEE standard 33-bus network. The planning problem is defined as a costs function while considering the environmental constraints. The optimization problem is structured as a probabilistic programming model and solved using the CPLEX solver in the GAMS software. The results obtained from case studies on the IEEE standard 33-bus network demonstrate the efficiency of the proposed model in minimizing costs and increasing system resilience.

    Keywords: ‎: Optimal Planning, Resiliency, Microgrid, Hardening, Siting, Sizing, Uncertainty, Renewable Energy Resources‎
  • Fatemeh Keramati, Hamidreza Mohammadi*, Gholamreza Shiran Pages 49-59

    In recent years, with increasing application of electric vehicles, studies about fast-charging stations have received attention. One of the most important factors in the development of electric transportation is the availability of fast-charging stations. This paper examines the sizing and siting of fast-charging stations while taking into account how they will affect the traffic flow of urban transportation networks and the power quality indexes of the distribution network. On the other hand, the optimal usage of the reactive power compensation and active filtering capabilities of fast-charging station have been considered. In the proposed method, the harmonic power flow, staircase cost facility location model (SCFLM), and user-equilibrium traffic assignment for modeling constraints of distribution and transportation networks are used. The proposed model aims to reduce traveling time in the transportation network by considering a penalty cost for incremental road traffic congestion in the objective function. Also, the proposed model aims to improve the power quality of the distribution network. The proposed integer linear programming model is implemented in GAMS software and finally, the effectiveness of the proposed method is shown using numerical results.

    Keywords: Electric Vehicles, Fast Charging Stations, Optimization, Traveling Time, Reactive Power Compensation, Harmonic Reduction
  • Mohamadhasan Shaker, Hossein Farzin*, Elaheh Mashhour Pages 61-75

    The purpose of this paper is to introduce a framework for the simultaneous optimal placement of battery charging and swapping stations for electric vehicles in centralized charging mode. In the centralized charging mode, unlike the decentralized mode, the charging equipment is located in a place other than the battery swapping station, which is called the central charging station. The batteries are charged in this place and are distributed among the battery swapping stations on a regular basis. The objective functions of the presented model include minimization of the batteries transportation cost, improving the voltage index, and reducing the cost of distribution grid losses. For this purpose, a nonlinear multi-objective model is presented to calculate the objective function values of the problem. Non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is used to solve the optimization problem in this article. The output of the genetic algorithm is a set of pareto optimal points, from which the final solution is selected using fuzzy decision-making method. Finally, the model is implemented on the 69-bus IEEE test system, and the results have been examined in different scenarios. The obtained results verify the efficiency of the presented model.

    Keywords: Electric Vehicle, Battery Swapping Station, Centralized Charging, Battery Wear, Placement, Swappable Battery
  • Hamidreza Toodeji*, Mohsen Jannati Pages 77-88

    Modern voltage control strategies in the present distribution networks require efficient equipment as well as appropriate communication channels between these equipment, sensors and control centers, which has led to smart distribution networks with a complex cyber-physical nature. One of the efficient equipment for voltage control in modern distribution networks is the DSTATCOM, which uses using multilevel converters in its structure, provides many advantages, such as direct connection to the grid. A DSTATCOM with the multilevel converter requires a cyber-physical network between the controller and its components due to the presence of many controllable components, which makes it vulnerable to cyber-attacks, when connected to the present smart distribution networks. In this paper, a feedback linearization-based controller is developed for the cascaded multilevel DSTATCOM, and a discrete Kalman filter-based method is proposed to detect and compensate false data injection cyber-attacks on voltage sensors of the multilevel converter. The abilities of the proposed nonlinear controller to control the multilevel DSTATCOM as well as the reliable operation against false data injection attacks are verified through the simulation of a test power network in the MATLAB/Simulink environment.

    Keywords: DSTATCOM, Cascaded Multilevel Converter, False Data Injection Attack, Kalman Filter, Feedback Linearization-Based Controller, Smart Grid
  • Mohammadreza Soltanpour*, Davoud Yousefian Pages 89-97

    In this paper, a new designing procedure is proposed for the static ground power unit of airplanes. The proposed structure is generally made up of an input and output section, introduced as the dc and ac sides. In order to reach a superior rectifying operation, both six pulse rectifier and injection of third harmonic current have been considered at the dc side of the proposed ground power unit. In the ac side, a neutral point clamped inverter has been implemented to reach a high performance output required by the GPU. Every single part of the proposed configuration has been discussed, designed and presented including third harmonic injection method, inductors, dc link capacitors, the output filter and the isolation transformer. The proposed ground power unit has been simulated in Matlab/Simulink environment. The simulation results confirmed its superior performance by providing a standardized ac voltage at the output for GPU applications.

    Keywords: Airplane Ground Power Unit, Third Harmonic Current Injection, NPC Inverter, LC Filter
  • Mahmoudreza Haghifam*, Milad Hoseinpour Pages 99-111

    Publicly releasing local electricity markets data brings a multitude of economic as well as technical and societal benefits. Moreover, public access to these data is instrumental for achieving transparency and more competition in local electricity markets. However, privacy-aware market participants have concerns about the leakage of their private information via releasing of the local electricity market outputs. This paper aims to design a mechanism for local electricity markets that provably guarantees the privacy of market participants and also reflects their privacy preferences by implementing differential privacy. First, the required randomization for achieving differential privacy is embedded in the optimization process of the market-clearing problem via noisy gradient ascent algorithm. Then, for providing personalized level of privacy protection, a subsampling mechanism over the input dataset of the market-clearing problem. In numerical studies, the inherent trade-off between the privacy protection and social welfare in the market is investigated under different privacy regimes.

    Keywords: Local Electricity Markets, Mechanism Design, Data Privacy, Differential Privacy
  • Hamed Shahmoradi, Aref Doroudi*, Mohammadsaleh Farrokhi Pages 113-121

    Power system stability, control, and design studies are time-consuming due to the formation of large size and heavy interconnection networks. Reduced ordered dynamic equivalent methods are thus so desirable for performing these studies. Simple equivalents are obtained by converting large and complex networks into smaller networks. One of the approaches to the problem of model reduction is to find coherency-based generator grouping and aggregation. In this method, first, based on network characteristics, each group of coherent generators is replaced with a dynamic equivalent, and then the dynamic equivalent of the generators is used in the studies of power networks. In this regard, in this article, using graph theory and clustering quality index, a novel method for finding coherent generators in a power network is presented. The proposed method is simple and the network admittance matrix is the only information required by this approach. The IEEE 39-bus network is used to show the effectiveness of the proposed approach. The comparison of the results with other research shows that the proposed method identifies the coherent generators with an acceptable approximation.

    Keywords: Slow Coherency, Dynamic Equivalent, Clustering, Graph Theory
  • Alireza Hatami*, Iraj Ganjkhani Pages 123-133

    In this paper, a new method based on long-short-term memory neural networks is proposed for predicting long-term voltage instability in interconnected transmission and distribution networks. Using the online information of the phasor measurement units, the neural network estimates the stability of the network voltage and in case of any event in the network, it estimates the long-term voltage stability status using the information before and after the event. This structure can be used as an auxiliary tool to quickly inform the network operator of possible risks caused by voltage instability after any contingency in the network. The simulation results of different case studies in offline-mode have been used to create the training dataset. In order to have different case studies, considering load growth in areas prone to voltage instability, (N-1) and (N-1-1) contingency have been simulated. Nordic extended network has been used to evaluate the proposed neural network performance. By using the appropriate time shift, the occurrence of all contingencies has been moved to the tenth second so that the neural network only learn the trajectory of the features. The accuracy of the neural network in the 17th second (7 seconds after contingency) is 99.05%. Finally, the effect of reducing the input dimensions by clustering the data has been investigated.

    Keywords: Voltage Stability, Interconnected Transmission, Distribution Network, Neural Network
  • Ramin Borjali Navesi, Sasan Piruzi* Pages 135-146

    In this article, a new analytical method for the optimal allocation of active and reactive powers of distributed generation sources (DG) and capacitor banks in distribution networks is presented. The method of doing the work is very simple and lacks the complexity of other methods. The objective functions used in this study include minimizing power losses and improving the voltage profile of the distribution network. To show the effectiveness of the proposed method, simulation results have been performed on 33 distribution networks and its performance has been compared with global search methods. Finally, the presented approach for allocating the optimal power coefficients of DGs and capacitor banks has also been used in the distribution network of 119 buses. The simulation results show that the analytical approach presented in finding optimal results is very strong, fast and easy and can be used on wide distribution systems.

    Keywords: Locating, Determining Optimal Capacity, Distributed Generation Sources, Capacitor Banks, Distribution Network, New Analytical Method
  • Salar Rashaei, Amin Yazdaninejadi* Pages 147-155

    Fast and selective protection brings more security, reliability and stability in power systems. Accomplishing this task by deploying directional overcurrent relays is one of the main challenges in the active distribution network. Due to the presence of two-level fault currents, conventional methods fail to meet selective protection requirements. Tackling this issue renders the need for using the dynamic model for relays operation, which may result in miscoordination or increase the operation time of relays in large scale networks. Therefore, in this article, a new protection coordination approach is presented based on employment of the dynamic model of relays operation and using a new variable K in this model. The presented variable simplifies the optimization space of coordination problem and provides fast-response protection. On the other hand, new coefficients in the operation model of relays may cause mal-operation in normal conditions. Therefore, a new logic is also devised that can be implemented based on numerical relays. Since this logic requires to employ numerical relay, the proposed method is modeled techno-economically to provide fast and selective protection with the minimum number of numerical relays. This model is formulated as a multi-objective optimization problem and TOPSIS algorithm is used as a decision-making approach. Results are discussed in depth.

    Keywords: New Protection Logic, Techno-Economic Model, TOPSIS Decision Approach, Two-Level Fault Current
  • Mojtaba Aliyari, Mohsen Jannati*, Milad Dolatshahi, Mohammadmahdi Rezaei Pages 157-166

    High-voltage transmission lines (HVTLs) are one of the important parts of power systems exposed to different types of fault. As most of the faults that occur in HVTLs are single line to ground (SLG) and transient type, the operating speed of the single-pole auto-reclosing (SPAR) will play an important role in the stability of power systems. In this paper, an ultra-fast protection strategy is proposed based on the cumulative sum (CUSUM) algorithm to improve the performance of the SPAR. In the proposed protection scheme, first, the terminal voltage of one side of the HVTL is sampled. Then by employing the CUSUM algorithm for the sampled voltage and applying the corresponding settings, the reclosing moment of the faulty phase is determined. The results of extensive simulations in the EMTP-RV software environment on a 400 kV test power system show that the proposed protection scheme has been very accurate in identifying the moment of successful reclosing. The ultra-fast performance and low computational complexity of the proposed method along with its robustness to noise make it useful for practical applications.

    Keywords: Transient, Permanent Faults, High Voltage Transmission Line, Single-Pole Auto-Reclosing, CUSUM
  • Javad Zohrevand, Hamireza Karami, Moammadhasan Moradi*, Alireza Hatamisharf Pages 167-176

    Till now, many different methods like heuristic methods, and the method of time difference of arrival (TDoA) have been proposed and implemented for the localization of partial discharge in power equipment, but their weaknesses have made their usage to be limited in practice. Because in complex situations like the presence of noise, scattering, barriers, and inhomogeneous mediums the accuracy of results will be strongly reduced. The new time-reversal method that has been recently proposed in the field of partial discharge localization showed that can accurately localize partial discharge using just a single sensor. In this paper, the implementation of a different version of the time-reversal method in the electromagnetic regime, named inverse filter has been proposed for the localization of partial discharge in GIS. For evaluation of the proposed method, different scenarios are designed and simulated in two pipe-shape and T-shape structures of a GIS in CST-MWS. Results show that in the case of using minimum entropy for determining the moment of refocusing the waves, this method can accurately localize partial discharge in GIS, in all scenarios.

    Keywords: Partial Discharge, Partial Discharge Localization, Inverse Filter, Electromagnetic Inverse Filter, Gas-Insulated Switchgear, GIS