فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 37، پاییز 1394)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال سیزدهم شماره 2 (پیاپی 37، پاییز 1394)

  • الف - مهندسی برق
  • 84 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1394/10/01
  • تعداد عناوین: 9
|
  • احسان محرمی، سعید اسماعیلی صفحه 97
    مدیریت توان راکتیو در سیستم های قدرت برای انتقال ایمن توان اکتیو به ویژه زمانی که قسمتی از تولید سیستم به صورت احتمالی و توسط منابع بادی تامین می گردد از اهمیت اساسی برخوردار است. در این مقاله یک الگوریتم جدید برای برنامه ریزی توان راکتیو در حضور مولدهای بادی و با در نظر گرفتن هم زمان طبیعت احتمالی این منابع و همچنین نایقینی بار ارائه گردیده است. در این راستا الگوریتم احتمالی پیشنهادی با در نظر گرفتن تابع هزینه هر یک از منابع توان راکتیو از جمله مولدهای بادی، تابع هزینه کلی سیستم را حداقل می نماید. در کنار مسایل اقتصادی، حاشیه پایداری ولتاژ، داشتن رزرو توان راکتیو کافی در هر ناحیه کنترل ولتاژ و احتمال تراکم خطوط نیز به عنوان جنبه های تکنیکی برنامه ریزی توان راکتیو به خوبی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته اند. از دیگر مزیت های این روش نسبت به روش های قبلی، لحاظ نمودن قابلیت تولید توان راکتیو در مولدهای بادی از نوع سرعت متغیر محدود با ژنراتور القایی تغذیه مضاعف (DFIG) و در نظر گرفتن محدودیت های مبدل سمت روتور و شبکه در تولید توان راکتیو می باشد. الگوریتم بهینه سازی ارائه شده از یک تکنیک برنامه ریزی چندهدفه با استفاده از ضرایب وزنی مناسب برای حداقل نمودن مجموع هزینه تامین توان راکتیو و تلفات شبکه، به طور هم زمان و احتمال تراکم خطوط، همراه با حداکثرنمودن حاشیه پایداری ولتاژ و رزرو توان راکتیو در هر ناحیه در یک ساختار احتمالی برای سرعت باد و پیش بینی بار استفاده می نماید. نتایج شبیه سازی روی شبکه تست 30باسه IEEE بر کارامدی روش پیشنهادی برای شرایط واقعی سیستم تاکید دارد.
    کلیدواژگان: مولدهای بادی، برنامه ریزی توان راکتیو، تابع هزینه، نایقینی پیش بینی بار، پایداری ولتاژ، رزرو توان راکتیو محلی
  • مصطفی یحیی آبادی، علیرضا صدوقی صفحه 109
    در این مقاله عوامل مختلفی که می توانند بر عملکرد حفاظتی دکل های مخابراتی در برابر صاعقه موثر باشند مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله این عوامل می توان به محل نصب دکل از نظر شیب زمین، پستی و بلندی های اطراف و قرارگیری روی تپه و بلندی یا نزدیک و دوربودن از ساختمان ها و درختان بلند اشاره نمود. شرایط آب و هوایی مانند بارندگی و رطوبت نیز از طریق تغییر ولتاژ شکست الکتریکی هوا عملکرد حفاظتی صاعقه گیر را تحت تاثیر قرار می دهد. در اینجا از یک مدل آنالیز عددی مبتنی بر تئوری بارهای فرضی برای به دست آوردن احتمال فرار صاعقه از صاعقه گیر و برخورد مستقیم آن به آنتن استفاده شده است. بدین منظور لیدر پایین رونده صاعقه، دکل مخابراتی، آنتن، صاعقه گیر و لیدرهای بالا رونده از اجسام روی زمین به صورت سه بعدی و با در نظر گرفتن اثر زمین شبیه سازی شده اند. به ازای تمام فضای بالای دکل مخابراتی و هر جریان صاعقه، مسیر انتشار صاعقه به صورت گام به گام دنبال شده تا محل برخورد نهایی مشخص شود. بدین ترتیب محدوده صاعقه های برخوردکننده به آنتن و عملکرد سیستم حفاظتی تعیین شده است. این پروسه در شرایط مختلف تکرار شده و در هر مورد نتایج حاصل، بررسی و تحلیل شده اند.
    کلیدواژگان: دکل مخابراتی، آنتن، روش بارهای فرضی، صاعقه گیر، لیدر بالارونده
  • حسن علی پور، مهران صباحی، محمدباقر بناءشریفیان صفحه 119
    در این مقاله، یک کنترل کننده جدید برای پایدارسازی جانبی خودروهای الکتریکی چهارچرخ محرک بدون دیفرانسیل پیشنهاد شده که روش کنترلی پیشنهادی شامل سه سطح بالا، متوسط و پایین می باشد. در سطح بالای کنترل کننده، دینامیک های مطلوب خودرو یعنی سرعت طولی و نرخ یاو مرجع تعیین می شوند. در این مقاله، یک ساختار جدید برای روش کنترل مد لغزشی پیشنهاد شده و پایداری آن توسط تئوری پایداری لیاپانوف اثبات گردیده است. این روش کنترل مد لغزشی نسبت به کنترل کننده مد لغزشی معمولی مقاوم تر، سریع تر و دارای نوسانات کمتری حول پاسخ است. کنترل کننده سطح متوسط جهت رسیدن به نیروی رانش و ممان یاو مطلوب، بر اساس روش کنترل مد لغزشی پیشنهادی، طراحی گردیده است. در سطح پایین با تعریف و مینیمم کردن بهینه یک تابع هزینه، سیگنال های نیرو و گشتاور مناسب برای اعمال به چرخ ها تعیین گردیده و در نهایت کارایی کنترل کننده پیشنهادی با انجام شبیه سازی در نرم افزارهای MATLAB و CARSIM تایید شده است.
    کلیدواژگان: خودروی الکتریکی چهارچرخ محرک، کنترل پایداری جانبی، کنترل مد لغزشی، کنترل نرخ یاو
  • عباس فتاحی می آبادی، حسین سهرابیانی صفحه 128
    مجموعه هایی از تولیدات کوچک و ذخیره کننده های انرژی در سیستم های توزیع ولتاژ پایین یا متوسط در کنار مصرف کنندگان، نوع جدیدی از سیستم قدرت به نام ریزشبکه را شکل می دهد. طراحی اجزای ریزشبکه باید به نحوی باشد که هم به صورت متصل به شبکه و هم در حالت مجزا از شبکه، کارکردی ایمن و اقتصادی داشته و با شبکه بالادست خود به تبادل انرژی الکتریکی بپردازد. بدین ترتیب، حضور ریزشبکه ها می تواند در مسایل مختلف برنامه ریزی و بهره برداری از سیستم های توزیع اثرگذار باشد. بازآرایی شبکه های توزیع در حضور ریزشبکه ها یکی از موضوعات مورد توجه در این زمینه است. در مطالعات انجام شده، ریزشبکه ها معمولا به صورت تولیدات پراکنده در شبکه توزیع در نظر گرفته می شوند. در این مقاله، ریزشبکه به عنوان تبادل کننده انرژی با سیستم توزیع مدل سازی شده و تاثیر آن در بازآرایی شبکه توزیع بررسی می شود. برای این منظور، بازآرایی شبکه توزیع با استفاده از روش بیشینه- کمینه فازی در قالب یک مسئله بهینه سازی چندمنظوره فرمول بندی می شود که در آن کاهش تلفات و عدم تعادل بار در بین فیدرهای شبکه به عنوان اهداف مسئله و پروفیل ولتاژ، گرفتگی خطوط، شعاعی بودن و پخش توان به عنوان قیود مسئله مطرح می گردد. الگوریتم تجمع ذرات جهت حل مسئله بهینه سازی استفاده شده و نتایج حاصل از بازآرایی روی دو شبکه نمونه 33 و 70شینه IEEE ارائه می شود. نتایج نشان می دهد که تبدیل شبکه های توزیع از حالت سنتی به سیستم های مدرن با حضور ریزشبکه ها و تبادل توان آنها با شبکه، موجب افزایش قابلیت اعتماد شده و مقرون به صرفه تر خواهد بود.
    کلیدواژگان: بازاریابی، ریزشبکه، سیستم توزیع، الگوریتم تجمع ذرات
  • حسین ایمان عینی، مهراز امینی، شاهرخ فرهنگی صفحه 135
    در سال های اخیر انرژی خورشیدی به عنوان یکی از منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر مورد توجه قرار گرفته است. مهم ترین بحث در زمینه انرژی خورشیدی، قیمت پایین، بازده بالا و کیفیت مناسب توان تزریقی به شبکه است. علی رغم این که اینورتر چندسطحی پل متوالی گزینه مناسبی برای کابردهای فتوولتائیک متصل به شبکه است (به دلیل دارابودن باس های dc مجزا) اما مسایل کنترلی آن به طور کامل حل نشده و یکی از مهم ترین چالش ها مربوط به حاشیه پایداری کم اینورتر پل متوالی در شرایط تابشی نامتقارن است. در این مقاله یک روش جستجوی نقطه توان بیشینه اصلاح شده در مبدل 7 سطحی پل متوالی متصل به شبکه بررسی می شود. در روش پیشنهادی، ضمن ردیابی نقطه توان بیشینه آرایه های خورشیدی در حالت متقارن، با جا به جایی نقطه کار ماژول ها در حالت نامتقارن و استفاده از ضریب مدولاسیون پل ها به عنوان یک درجه آزادی، تزریق توان صحیح و پایدار ادامه می یابد. در انتها صحت و درستی عملکرد روش پیشنهادی از طریق شبیه سازی های متعدد و همین طور نتایج آزمایشگاهی تایید می شود.
    کلیدواژگان: اینورترهای چند سطحی پل متوالی، اینورتر فتوولتائیک متصل به شبکه، ردیابی نقطه توان بیشینه، سیستم های فتوولتائیک
  • فریما قراغان آبادی، علیرضا صابرکاری صفحه 143
    در این مقاله یک تنظیم کننده ولتاژ با افت کم (LDO) با قابلیت کار هم با خازن درون تراشه ای و هم برون تراشه ای و با جریان خاموشی پایین معرفی شده که در آن با توجه به میزان جریان بار، اندازه ترانزیستور عبوری به صورت تطبیقی کنترل می شود. ترانزیستور عبوری در ساختار مدار پیشنهادی به ازای جریان های بار پایین اندازه بسیار کوچک تری نسبت به جریان های بار زیاد داشته و تنظیم کننده بین دو ساختار دوطبقه در جریان بار کم، و سه طبقه در جریان بار زیاد تغییر وضعیت می دهد. تنظیم کننده ولتاژ LDO پیشنهادی در تکنولوژی μm 35/0 CMOS برای ایجاد ولتاژ خروجی V 8/2 به ازای ولتاژ ورودی V 3 طراحی و شبیه سازی شده و قابلیت جریان دهی به بار در محدوده mA 0 تا mA 100 را به ازای خازن خروجی درون تراشه ای pF 100 دارد، در حالی که جریان خاموشی آن در شرایط بی باری فقط μA 5/7 است. بدون استفاده از تکنیک کنترل تطبیقی ترانزیستور عبوری، حداکثر میزان تغییرات ولتاژ خروجی به ازای تغییرات جریان بار از mA 0 تا mA 100 برابر mV 540 و مدت زمان گذار آن μs 11 بوده که با استفاده از تکنیک پیشنهادی این مقادیر به mV 280 و μs 5/6 کاهش می یابد. همچنین استفاده از ترانزیستور عبوری با اندازه کوچک در جریان های بار کم منجر به بهبود پایداری تنظیم کننده در مقایسه با ساختارهای متداول شده است.
    کلیدواژگان: ترانزیستور عبوری، تنظیم کننده ولتاژ با افت کم (LDO)، جریان خاموشی، مدیریت توان
  • نگین قاسمی، محمدفرزان صباحی، امیررضا فروزان صفحه 151
    در این مقاله روشی جدید برای کدبرداری توام با همسان سازی کور کانال در سیستم OFDM روی یک کانال فرکانس گزین ارائه شده است. الگوریتم پیشنهادی روشی بازگشتی برای محاسبه ترتیبی احتمال پسین به منظور آشکارسازی با معیار MAP ارائه می کند. این محاسبات ترتیبی در راستای اندیس ها در یک سمبل OFDM و به کمک فیلتر ذره ای صورت می گیرد. با استفاده از کدگذاری، معرفی شکل مناسبی از تابع اهمیتی، در نظر گرفتن یک مدل احتمال پیشین برای کانال مورد استفاده و انتگرال گیری روی آن، روشی برای انجام توام کدبرداری و همسان سازی کانال بیان شده است. در این روش تنها به توزیع پیشین کانال و مرتبه آن نیاز است و داده ارسال شده بدون به دست آوردن ضرایب کانال تخمین زده می شود. عملکرد آشکارساز با روش کدبرداری توام با همسان سازی کور کانال پیشنهادی به وسیله شبیه سازی کامپیوتری بررسی شده و نرخ خطای آن با آشکارساز توربو مقایسه شده که نتایج، کارایی بیشتر روش پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: همسان سازی کور کانال، سیستم OFDM، فیلترهای ذره ای، همسان سازی و کدبرداری توام
  • علیرضا رضوانی، رضا سعادت، جمشید ابویی صفحه 159
    مدولاسیون فضایی یک روش جدید استفاده از سیستم های چندآنتنه است که ایده اصلی این روش، نگاشت بلوک اطلاعات به دو واحد حمل کننده اطلاعات می باشد: یک واحد سمبل ارسالی است که از اعضای منظومه انتخاب می شود و واحد دیگر، شماره آنتن فعال می باشد که در واقع نشان دهنده موقعیت آنتن ارسال کننده سمبل است. استفاده از موقعیت آنتن فعال به عنوان یک منبع ارسال اطلاعات اضافی سبب افزایش بازده طیفی می شود. همچنین عدم وجود تداخل بین آنتنی و بین کانالی در این روش سبب کاهش پیچیدگی در گیرنده می شود. در نتیجه مدولاسیون فضایی به رقیبی برای سایر روش های استفاده از چند آنتن مانند V-BLAST و کدینگ فضا- زمان تبدیل شده است. اخیرا روش مدولاسیون فضایی تعمیم یافته ارائه شده که در آن به جای استفاده از یک آنتن در هر دوره سمبل، از چند آنتن فعال استفاده می شود. ارسال یک سمبل از چندین آنتن، سبب به دست آمدن بهره چندگانگی خواهد شد. در این مقاله نشان داده می شود که با استفاده از روش های کدگذاری کانال مختلف در مدولاسیون فضایی تعمیم یافته و بدون کاهش در بازده طیفی، در عملکرد مدولاسیون فضایی تعمیم یافته از 15 تا 40 درصد بهبود در نسبت سیگنال به نویزهای متوسط و بالا حاصل خواهد شد.
    کلیدواژگان: اطلاعات حالت کانال، سیستم های چند ورودی چند خروجی، کدگذاری کانال، مدولاسیون فضایی تعمیم یافته
  • مسعود محمودی، بهزاد میرزاییان دهکردی، مهدی نیرومند صفحه 165
    در این مقاله یک مبدل غیر ایزوله SEPIC جدید که برای کاربردهای فتوولتائیک مناسب می باشد، معرفی و آنالیز شده است. به علت پایین بودن ولتاژ خروجی سیستم های فتوولتائیک و نیاز به ولتاژ خروجی بالا در بسیاری از کاربردها از جمله کاربردهای متصل به شبکه، این مبدل با بهره ولتاژ بالا طراحی شده است. این مبدل مزایایی از قبیل ولتاژ خروجی بالا با همان استرس ولتاژ مبدل SEPIC عادی و بازده بالا را دارا می باشد. در این مبدل کلید تحت شرایط ZVS در حالت روشن شدن و ZCS در حالت خاموش شدن عمل می کند، به همین دلیل تلفات سوئیچینگ کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سوئیچینگ نرم، سیستم های فتوولتائیک، مبدل های DC به CD افزاینده با بهره بالا، مبدل SEPIC غیر ایزوله
|
  • E. Moharamy, S. Esmaeili Page 97
    Reactive power management is very important in power systems for the secure transmission of active power, especially when a part of system generation is provided by stochastic sources like wind energy. This paper presents a new algorithm for reactive power management in the presence of wind generators and considering the stochastic nature of these sources and load simultaneously. In this regard, the proposed probabilistic algorithm, minimizes the overall cost function of the system considering the cost of each of the reactive power sources including wind generators. Besides economic issues, the voltage stability margin, having sufficient reactive power reserve in each area of voltage control and considering transmission congestion probability as technical aspects of the planning, have been investigated. Another advantage of this method compared to the previous one, is using of doubly-fed induction generator (DFIG) and its capability in providing reactive power considering the constraints of grid side and rotor side converters. The proposed optimization algorithm uses a multi objective function with different weighting coefficients. This algorithm is applied to minimize total reactive power, cost and losses and maximize voltage stability margin and reactive power reserve, simultaneously, meanwhile the probabilistic nature of wind and load forecasting inaccuracy is considered in this algorithm. The proposed method is implemented on the IEEE 30-bus test system and the simulation results demonstrate the effectiveness of proposed algorithm in real conditions for PMSMs against internal faults, especially inter-turn faults.
  • M. Yahyaabadi*, A. Sadoughi Page 109
    In this paper, effective parameters on lightning performance of communication tower are analyzed. The effect of communication tower height, Influence of weather conditions and adjacent structures are investigated. A 3-D numerical analysis model based on charge simulation method is applied to calculate the probability of shielding failure and to determine the number of direct lightning strokes to antenna. The communication tower, lightning rod, downward descending leader and upward leaders are modeled by different shapes of charges. For each of the numerous points of all the space above the tower and for different values of lightning current, downward lightning leader is considered to be initiated, and it is distributed step by step until final jump. The electric field around the grounded objects is calculated and upward leader inception criterion is checked in each step. If this criterion were approved for a point, an upward leader would be initiated from that point and then the distribution of upward leader would continue. Upward leaders might be initiated from more than one point but only one of them could strike to downward leader. This process will continue for different conditions and in every situation all the results are analyzed and evaluated.
  • H. Alipour*, M. Sabahi, M. B. B. Sharifian Page 119
    In this paper, a new controller, for lateral stabilization of four wheel independent drive type electric vehicles without mechanical differential, is proposed. The proposed controller has three levels includes high, medium and low control level. Desired vehicle dynamics such as reference longitudinal speed and reference yaw rate are determined by higher level of controller. In this paper, a new sliding mode controller is proposed and its stability is proved by Lyapunov stability theorem. This sliding mode control structure is faster, more accurate, more robust, and with smaller chattering than common sliding mode controllers. Based on the proposed sliding mode controller, the medium control level is designed to determine the desired traction force and yaw moment. In the lower level controller, suitable wheel forces and torques are calculated by an optimal cost function minimizing. Finally, the effectiveness of the introduced controller is investigated through conducted simulations
  • A. Fattahi Meyabadi*, H. Sohrabiani Page 128
    A group of small generators and energy storages in the low or medium voltage distribution systems beside of consumers emerge to a new power system called micro grid. Micro grids are designed to have secure and economic operation isolated and connected to the network and exchange electrical energy with distribution system. Hence, they may impact on planning and scheduling of distribution systems. In this case, network reconfiguration is a considerable issue after presenting of micro grids to the system. In the previous studies regarding to this issue, micro grid is considered as a distributed generation which should only produce electricity to the network. In this paper, micro grid is modeled as a power exchanger in the distribution network to study the effect of it on the network reconfiguration. For this purpose, reconfiguration is formulated as a multi objective optimization problem using max-min fuzzy method. In this problem, power loss reduction and load balancing among feeders are two independent objectives and voltage profile, lines congestion, radial network structure and load flow are equality and inequality constraints. Particle swarm algorithm is applied to solve the optimization problem and the reconfiguration over two 33 and 70 buses IEEE test network is shown. Results demonstrate that replacing traditional distribution systems by modern active networks and exchanging power with micro grids can lead to increase the reliability of system and more economic operation.
  • H. Iman, Eini*, M. Amini, S. Farhangi Page 135
    In recent years, solar energy has gained a great deal of attention. Hence, the photovoltaic (PV) systems which convert the solar energy into electricity should achieve high efficiency, low manufacturing cost, and high quality of electric power to attract the consumers. Although Cascaded H-Bride (CHB) inverter is a suitable choice for injection of PV power into grid, its control issues have not been completely solved. One of the main challenges in CHB inverter is low margin of stability when the H-bridge cells are under imbalance operating conditions. In this paper, a new MPPT algorithm is proposed for a CHB photovoltaic inverter. The proposed approach not only tracks the maximum point of distinct PV arrays under symmetric insolation, but also behaves well under asymmetric insolation conditions. The latter is achieved through shifting the operating point of PV arrays and using the modulation index of H-bridge cells as a degree of freedom. The usefulness and validity of new method is confirmed by simulation and experiments on a 7-level CHB photovoltaic inverter.
  • F. Qaraqanabadi, A. Saberkari Page 143
    This paper presents a low quiescent current low-dropout voltage regulator (LDO) with controlled pass transistor which can work either with on-chip or off-chip output capacitor. The pass transistor of the proposed LDO has lower width in low load condition and has higher width for moderate to heavy load current and the LDO topology transforms between a two-stage structure in low load current and a three-stage one in moderate to high load current. The proposed LDO topology is designed and simulated in HSPICE in a 0.35 µm CMOS process to provide a 2.8 V output voltage for a 3 V input voltage and is capable to deliver a stable output current in the range of 0-100 mA to the load with a 100 pF on-chip output capacitor while its quiescent current is only 7.5 µA. Without using the adaptively-controlled pass transistor, the maximum output variations of the LDO to the 0-100 mA load transient is 540 mV and its settling time is 11 µs, while using this technique decreases the output voltage variations and settling time to 280 mV and 6.5 µs, respectively.
  • N. Ghasemi, M. F. Sabahi*, A. R. Forouzan Page 151
    In this paper a sequential algorithm is proposed for joint blind channel equalization and decoding for orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) in frequency selective channels. This algorithm offers a recursive method to sequentially calculate the posterior probability for maximum a posteriori (MAP) detection. Recursive calculations are done along the indexes in each OFDM symbol using a particle filter. By defining an appropriate importance function, and a proper prior probability distribution function for the channel tap coefficients (and marginalizing it), an efficient method is presented for joint equalization and channel decoding in OFDM based systems. Performance of the proposed detector is evaluated using computer simulations and its bit error rate is compared with the trained turbo equalizer and a conventional particle filter-based method. The results show that the proposed method outperforms the previously presented particle filter-based method without a need for training data.
  • A. Rezvani*, R. Saadat, J. Abouei Page 159
    Spatial Modulation(SM) is a novel method in use of multiple antenna systems. The main idea is based on information block mapping into two carrying units: a transmit symbol unit that is chosen from constellation members and second unit is the number of active antenna that shows the position of transmit antenna. The use of active antenna position as an extra source of transmit data increases the bandwidth efficiency. Also it doesnt have inter-antenna interference (IAI) and inter-channel interference (ICI) and it's caused to decrease the complexity in receiver side. So SM is a competitor in multiple antenna systems like V-BLAST and space-time coding. More recently generalized spatial modulation (GSM) is presented that use some active antennas instead an active antenna. When the symbol is sent from multiple antennas, itll get a diversity gain. In this paper we show that by using different channel coding in GSM we can improve bit error rate (BER) without decrease in bandwidth efficiency between 15-40 percent.
  • M. Mahmoudi, B. Mirzaeian Dehkordi, M. Niroomand* Page 165
    In this paper, a new non-isolated SEPIC converter for photovoltaic application is introduced and analyzed. Regarding to low output voltage PV panel and high voltage application of PV systems, a high gain converter is designed. This converter has advantages such as high output voltage gain while keeping the switch voltage stress equal to a regular SEPIC converter, improve the turn-on and turn-off transients of the switch and high efficiency. Also, switching losses and EMI noise are reduced by soft switching method. The MOSFET operates at zero-voltage-switching (ZVS) turn-off and near zero-current-switching (ZCS) turn-on.