فهرست مطالب

مهندسی برق و الکترونیک ایران - سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1395)

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/08/05
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سعید سلمانی*، شهرام جدید صفحات 1-10
    با توجه به حضور گسترده منابع انرژی پراکنده در سیستم قدرت امروزی و نیاز به ارتباط دوطرفه ی بهره بردار با واحدهای تولید و ذخیره سازی انرژی پراکنده و بارهای کنترل پذیر، وجود یک شبکه توزیع هوشمند با زیرساخت های مخابراتی مناسب ضروری است. با توجه به پیچیده شدن بهره برداری شبکه توزیع در حضور این منابع ، روش های بهره برداری متنوعی برای این شبکه ها وجود دارد، که تابع هدف بیشتر آن ها کمینه کردن هزینه بهره برداری است. در این مقاله با در نظر گرفتن عواملی چون عمر مفید، تعداد دفعات شارژ و دشارژ و عمق دشارژ ذخیره ساز مدل دقیق تری از هزینه ی تحمیل شده به بهره بردار برای استفاده از سیستم های ذخیره سازی انرژی در شبکه توزیع ارائه شده است، این مدل در تابع هزینه بهره برداری بهینه شبکه توزیع در حضور تولیدات پراکنده و بارهای پاسخگو لحاظ شده است. به منظور بررسی محدودیت های شبکه، مدل ارائه شده بر روی یک شبکه توزیع 69 شینه با 5 واحد پیل سوختی، 5 واحد میکروتوربین، 3 واحد باتری سرب-اسید و 10 بار پاسخگو پیاده سازی شده است. برای رسیدن به پاسخ بهینه از الگوریتم انبوه ذرات استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده کارایی مدل ارائه شده را تایید می کند.
    کلیدواژگان: منابع تولید پراکنده(DER)، ذخیره سازهای انرژی، پاسخگویی بار، شبکه توزیع هوشمند، بهره برداری بهینه
  • علی اصغر خدادوست آرانی*، گئورگ قره پتیان، بهروز ذاکر صفحات 11-18
    با گسترش مفهوم ریزشبکه ها چالش های پیش روی آن موردتوجه بیشتری واقع شده است. عملکرد مطلوب در حالت جزیره ای ازجمله این چالش هاست. استفاده از یک منبع یا ذخیره ساز در مد منبع ولتاژ و فرکانس در این حالت امری ضروری است. استفاده از باتری ها به علت داشتن چگالی کم توان و دیزل ژنراتور ها به علت سرعت پایین پاسخگویی با چالش هایی همراه است. در این مقاله، ابتدا مدل مشروح ذخیره ساز چرخ طیار ارائه شده است.
    سپس روش کنترلی جهت عملکرد مطلوب به صورت منبع V/f پیشنهاد شده است. جهت مقایسه کاربرد این ذخیره ساز با سایر منابع با کنترل V/f شبیه سازی ها برای ریزشبکه فشار ضعیف CIGRE صورت گرفته است. دو سناریوی مورد بررسی قرار گرفته است: استفاده از ذخیره ساز چرخ طیار با کنترلر پیشنهادی و استفاده از دیزل ژنراتور با کنترلر افتی و AVR. نتایج شبیه سازی ها عملکرد به مراتب مطلوب تر ذخیره ساز چرخ طیار را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ریز شبکه، ذخیره سازی چرخ طیار، روش کنترلی مبتنی بر میدان(FOC)، منبع با کنترل V، f، کنترل فرکانس و ولتاژ
  • عبادالله کامیاب، جواد ساده* صفحات 19-26
    در این مقاله ابتدا برای واحدهای تولید پراکنده اینورتری جریان ثابت ناحیه غیر قابل تشخیص رله ولتاژی تعیین و سپس روشی جهت تشخیص جزیره ای شدن با استفاده از این رله ارائه شده است. در روش پیشنهادی مرجع جریان محور مستقیم (Idref) که در شرایط عادی شبکه مقدار ثابتی برابر با Idref0 دارد، در شرایط تغییر ولتاژ شبکه بصورت یک تابع خطی از ولتاژ نقطه اتصال تعریف شده است. در این روش، مرجع جریان محور مستقیم بطور تطبیقی بر حسب مقدار اولیه آن و جریان محور مستقیم بار محلی در ولتاژ و فرکانس نامی چنان تعریف شده است که در شرایط جزیره ای شدن انحراف ولتاژ از محدوده تنظیم شده برای رله ولتاژی خارج شده و تشخیص جزیره ای شدن امکان پذیر شود. شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار PSCAD/EMTDC و تحلیلها در نرم افزار MATLAB انجام شده است. نتایج شبیه سازی ها عملکرد مناسب روش پیشنهادی را در شرایط مختلف اعم از وقوع جزیره و حالتهای گذرای دیگر نشان می دهد.
    کلیدواژگان: واحدهای تولید پراکنده اینورتری جریان ثابت، تشخیص جزیره ای شدن، رله ولتاژی، ناحیه غیر قابل تشخیص
  • نیما نیک مهر، سجاد نجفی روادانق* صفحات 27-36
    یکی از مهم ترین اجزای شبکه توزیع در آینده منابع انرژی تجدیدپذیر هستند. عدم قطعیت در تولید توان منابع تجدیدپذیر از قبیل توربین بادی و سیستم خورشیدی و همچنین میزان بار مصرفی از دیگر ویژگی های این شبکه ها می باشد. روش های پخش بار معمولی به عنوان یک ابزار اساسی در مطالعات سیستم قدرت، ممکن است برای شبکه های فعال یا هوشمند از قبیل ریزشبکه ها مناسب نباشد. در این مقاله یک روش پخش بار مبتنی بر الگوریتم هیورستیک با در نظر گرفتن تاثیر رفتارهای احتمالی و نوسانی منابع انرژی تجدیدپذیر و بار به صورت الگوریتم پخش بار احتمالی مدل می شود. الگوریتم رقابت استعماری به عنوان یک الگوریتم بهینه سازی هوشمند برای فرمول بندی و حل مسئله پخش بار احتمالی به کار برده می شود. براساس تکنینک پخش بار احتمالی پارامترهای محاسبه شده سیستم از قبیل ولتاژ باس ها و جریان فیدرها به عنوان متغیرهای تصادفی هستند. جهت بررسی کارامدی و قابلیت روش ارائه شده از شبکه 33 باسه شعاعی-حلقوی ضعیف ارتقاء یافته IEEE با منابع تولید پراکنده استفاده می شود. نتایج به دست آمده با روش ارائه شده با روش شبیه سازی مونت کارلو مقایسه می شود. توابع توزیع احتمالی و تجمعی ولتاژ باس ها، توان عبوری از خطوط و تلفات کل شبکه حاصل از این دوروش باهم مقایسه می شوند.
    کلیدواژگان: پخش بار احتمالی، شبکه های توزیع هوشمند، عدم قطعیت، الگوریتم رقابت استعماری، روش شبیه سازی مونت کارلو
  • محمد علی یزدان پناه جهرمی، سید مسعود برکاتی* صفحات 37-48
    انرژی در دنیای امروز یکی از حیاتی ترین الزامات توسعه جوامع محسوب می شود. در دهه اخیر توجه کشورها به منابع تجدیدپذیر انرژی افزایش یافته است. علی رغم مزیت های آشکار، وابستگی به تغییرات آب و هوایی، یکی از اساسی ترین مشکلات پیش روی توسعه این منابع می باشد. کنترل و طراحی بهینه این سیستم ها از موضوعات مهم در سیستم های قدرت است. در این مقاله، روشی جدید برای تعیین تعداد بهینه واحدهای موجود در سیستم ترکیبی توربین باد و سلول های فتوولتائیک، با هدف حداکثر کردن نرخ تطابق بازه های تولید و مصرف توان در حداقل هزینه اقتصادی، ارائه شده است. این مهم با در نظر گرفتن سه هدف ضریب غیر یکنواختی (IC)، ضریب همبستگی (CC) و هزینه سالیانه سیستم (ACS) انجام گرفته است. همچنین قابلیت اطمینان سیستم با استفاده از روش احتمال هدر رفت توان (LPSP) بررسی شده است. از داده های آب و هوایی و تقاضای بار برای روستایی در جنوب شرقی ایران، به عنوان یک مطالعه موردی استفاده شده است. الگوریتم کنترلی طراحی شده، راه اندازی ژنراتور دیزل و یا استفاده از باتری را در زمان های کمبود توان کنترل می کند. اینچنین مطالعاتی قبل از راه اندازی عملی پروژه، علاوه بر افزایش قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم، سبب صرفه جویی اقتصادی نیز می شود.
    کلیدواژگان: طراحی، استراتژی عملکردی، سیستم های انرژی تجدیدپذیر، بهینه سازی
  • محمدتقی نوده، حسین قلی زاده نرم*، امین حاجی زاده صفحات 49-56
    در این مقاله از روش کنترل بهینه ی هیبرید مبتنی بر مدل غیرخطی برای محاسبه ی تقسیم توان بهینه و مدیریت توان در خودروی الکتریکی هیبرید موازی استفاده می شود. در استراتژی مدیریت توان برای توزیع بهینه ی توان بین موتور احتراق داخلی، سیستم الکتریکی و دیگر زیرسیستم ها از تئوری کنترل پیش بین مدل غیرخطی استفاده می گردد. برای رسیدن به هدف از ساختار کنترل سلسله مراتبی استفاده می شود. این نوع ساختار کنترلی شامل سه سطح نظارتی، هماهنگ کننده و سطح محلی می باشد. مدل غیرخطی و شاخص عملکرد موجود در مسئله ی مطرح شده، در سطح نظارتی این کنترل کننده فرمول بندی می گردند. وجود دینامیک گسسته ی مد عملکردی(موتوری-ژنراتوری) در خودروی الکتریکی هیبرید ما را ملزم به استفاده از یک مدل سوئیچی دو حالته و بیان مسئله ی کنترل بهینه ی جایگزین برای تعریف شاخص عملکرد می سازد. در شاخص عملکرد تعیین شده، جریمه ی خطای ردگیری، مصرف سوخت، تلفات اصطکاک و جمله نگهدارنده ی حالت شارژ باتری لحاظ گردیده اند. بهینه سازی شاخص عملکرد توسط تئوری کنترل پیش بین مدل غیرخطی با استفاده از روش های عددی انجام می شود.
    کلیدواژگان: کنترل بهینه ی هیبرید، کنترل پیش بین مدل غیرخطی، خودروی الکتریکی هیبرید موازی، تقسیم توان
  • ایمان لرزاده، حسین عسکریان ابیانه *، مهدی ثواقبی صفحات 57-72
    به منظور دستیابی به تسهیم دقیق توان راکتیو مولفه اصلی و جریان های هارمونیکی میان اینورترهای رابط واحدهای تولید پراکنده1 (DG) در ریزشبکه های جزیره ای، یک طرح کنترل سلسله مراتبی، شامل دو سطح اولیه و ثانویه بر اساس کنترل جریان چرخشی لحظه ای، در این مقاله ارائه شده است. در ابتدا، مولفه های اصلی و هارمونیک های غالب جریان خروجی هر اینورتر در سطح کنترل اولیه استخراج و به کنترلر ثانویه انتقال می یابند. سپس بر مبنای این اطلاعات، جریان های چرخشی در فرکانس های مختلف در کنترل ثانویه محاسبه و جهت تولید سیگنال های کنترلی مناسب، به سطح کنترل اولیه اعمال می شوند. نتیجتا، این سیگنال ها پس از عبور از بلوک ها کنترلی، به عنوان ولتاژهای مرجع به کنترل کننده های ولتاژی، تزریق می شوند. در تقابل با طرح های کنترل امپدانس مجازی مرسوم، که تسهیم توان و جریان های هارمونیکی به قیمت معرفی افت ولتاژها و اغتشاش های هارمونیکی اضافی محقق می شوند، اثر کنترل پیشنهادی روی دامنه و کیفیت شکل موج ولتاژ خروجی DG ها، ناچیز است. به علاوه، روش پیشنهادی قادر به تسهیم دقیق جریان های هارمونیکی است، حتی اگر بارهای غیرخطی مستقیما در ترمینال های واحد های DG متصل شوند. فرایند تعیین و طراحی پارامترهای سیستم کنترل به جزییات تشریح، و نتایج شبیه سازی به منظور نمایش کارایی روش کنترل پیشنهادی برای چهار واحد DG کنترل شده ی ولتاژی، فراهم شده است.
    کلیدواژگان: کنترل سلسله مراتبی، اینورتر رابط، جریان های چرخشی، ریزشبکه جزیره ای، تسهیم جریان های هارمونیکی، اینورتر کنترل شده ی ولتاژی
  • ابراهیم زارعی*، محسن محمدیان، علی اکبر قره ویسی صفحات 73-82
    در این مقاله پاسخگویی بار به منظور بالا بردن امنیت سیستم و اهداف اقتصادی، در قالب یک مسئله بهینه سازی غیرخطی در برنامه مشارکت واحدها مدل سازی شده است. هدف مشارکت تقاضا در تسویه بازار به نحوی است که ضمن کاهش هزینه تولید، مشکلات تسویه بازار و تراکم خطوط بتواند منحنی بار مسطحی در زمان پر باری ایجاد کند. در حل این مسئله بارها به دو گونه ثابت و پاسخگو به تقاضای ساعتی، درنظر گرفته شده اند. زمانی که این بارها به بازار ساعتی برق وصل شوند، می توانند کاهش یابند یا به ساعت های دیگر انتقال پیدا کنند. مطالعات انجام گرفته با در نظر گرفتن امنیت سیستم سرعت و دقت بالاتر را در همگرایی مسئله، بیان می کند. همچنین پاسخگویی بار، پیک بار شبکه، هزینه عملیاتی سیستم، مصرف سوخت و ازدحام خطوط را کاهش می دهد. نتایج شبیه سازی های عددی بر روی شبکه ی 6 باسه تاثیر گذاری روش مفروض را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: پاسخگویی بار، قیمت زمان واقعی، تعهد مقید تولید، عدم قطعیت بازار برق
  • امید الماسی نقاش *، سید امیرحسین مدیرخازنی، مصطفی پرنیانی صفحات 83-94
    با افزایش نفوذ توربین های بادی سرعت متغیر در سیستم های قدرت، اینرسی معادل شبکه کاهش یافته و در نتیجه نوسانات فرکانس سیستم پس از بروز اغتشاش، افزایش می یابد. برای غلبه بر این مشکل، یک حلقه کنترل تکمیلی به مبدل الکترونیک قدرت توربین های بادی سرعت متغیر افزوده می شود تا اینرسی این نوع از توربین ها در شبکه به اشتراک گذاشته شود؛ اما میزان مناسب این مشارکت وابسته به میزان بار بوده و می بایست متناسب با بار تغییر کند. در این مقاله، یک سیستم فازی تاکاگی- سوگنو و کانگ (TSK) به منظور تعیین ضریب مشارکت توربین های بادی سرعت متغیر به گونه ای طراحی می شود که پس از بروز اغتشاش، این حداکثر اینرسی خود را برای جبران کاهش تولید در شبکه به اشتراک گذارده و درعین حال از حد مجاز کمینه سرعت خود عبور نکنند و موجب به وجود آمدن اغتشاشی دیگر در شبکه نشوند. در این روش، ابتدا با به کارگیری الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات، مقادیر بهینه ضریب مشارکت متناسب با بار به صورتی به دست می آید که قید حد مجاز کمینه سرعت رعایت شود. در مرحله بعد با استفاده از الگوریتم خوشه بندی تفاضلی، قواعد اولیه و سیستم فازی TSK اولیه از این پارامتر های بهینه استخراج می شوند و سپس روش حداقل مربعات بازگشتی برای تنظیم سیستم فازی TSK و تعیین پارامتر های بخش موخر آن بکار گرفته می شود. کارایی روش پیشنهادی، طی شبیه سازی هایی در بار های مختلف نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: کنترل بار، فرکانس، توربین های بادی سرعت متغیر، پاسخ اینرسی، سیستم فازی TSK
  • مهران صباحی*، امین اشرف گندمی، سعید سعیدآبادی صفحات 95-104
    مبدل های چند سطحی به دلیل توانایی تولید سطوح ولتاژ متعدد، در کاربردهای توان بالا و انرژی های نو پیشرفت های فراوانی کرده اند. اما از مشکلات عمده آن ها، در تعادل نگه داشتن ولتاژ خازن ها، وجود منابع DC متعدد و مشکلات حفاظتی به خصوص در کاربردهای انرژی های نو را می توان نام برد. مبدل پیشنهادی در این مقاله، با اصلاح ساختار مبدل multicell پنج سطحی موجود و ارائه روش کنترلی پیشنهادی مربوط به آن، علاوه بر توانایی در تعادل نگه داشتن ولتاژ خازن ها در مقدار مشخص، مشکلات حفاظتی آن را نیز مرتفع ساخته و امکان اتصال به سلول های خورشیدی و اخذ بیشینه توان از آن ها را با ایمنی بالا دارا می باشد. در نهایت، نحوه عملکرد مبدل پیشنهادی و روش کنترلی ارائه داده شده بوسیله روابط ریاضی و شبیه سازی توسط نرم افزار PSCAD/EMTDC تائید می شود.
    کلیدواژگان: مبدل چند سطحی، اینورتر Multicell، روش کنترلی کمینه خطا، تعادل ولتاژ خازن، روش کنترلی لحظه اول، MPPT (Maximum Power Point Tracking)
  • مهدی امینیان، شهرام جدید* صفحات 105-116
    در این مقاله، ایجاد تعامل میان ساختمان های هوشمند در امر تبادل انرژی به عنوان راه حلی برای افزایش مشارکت مصرف کنندگان در امر مدیریت مصرف و بهبود بهره وری انرژی در ساختمان های مسکونی متصل به ریزشبکه پیشنهاد شده است. در مدل پیشنهادی برنامه ریزی مصرف برق در ساختمان های هوشمند و بهینه سازی بهره برداری از منابع تولید انرژی با مدل سازی تبادل توان الکتریکی میان ساختمان های هوشمند به صورت برنامه ریزی خطی آمیخته با عدد صحیح (MILP) انجام شده است. ساختمان های هوشمند مورد نظر مجهز به سیستم مدیریت انرژی ساختمان (BEMS)، منابع تولیدپراکنده و ذخیره سازهای انرژی هستند. هر ساختمان تشکیل یک ریزشبکه کوچک را می دهد که قادر به تغذیه بخشی از بارهای الکتریکی و تمام بارهای حرارتی خود است. مدل پیشنهادی بر روی دو مجتمع 30 و 90 واحدی پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که تعامل میان ساختمان های هوشمند باعث افزایش حق انتخاب مصرف کنندگان در خرید و فروش برق، کاهش هزینه های مصرف انرژی، کاهش توان دریافتی از شبکه و نیز کمک به تعادل عرضه و تقاضا خواهد شد.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی، بهره برداری، تعامل ساختمان های هوشمند، ریزشبکه
  • حسین نظام آبادی، مهرداد ستایش نظر* صفحه 117
    در این مقاله، مسئله پیشنهاد دهی نیروگاه مجازی در بازار انرژی و خدمات جانبی رزرو چرخان و توان راکتیو به صورت همزمان بررسی شده است. بدین منظور مدلی غیرتعادلی بر اساس درمدار قرار دادن قیمت بنیان واحدها مقید به قیود امنیت (SCPBUC)[i] که تعادل عرضه- تقاضا و امنیت داخلی نیروگاه مجازی را به حساب می آورد، ارائه شده است. با استفاده از مدل ارائه شده نیروگاه مجازی از یک سو برای بهره بردار سیستم توزیع، خدمت توان راکتیو و تقاضای بارهای موجود در شبکه توزیع را فراهم می کند. از سوی دیگر به عنوان یک جمع کننده در بازار انرژی شرکت می کند و خدمات رزرو چرخان و توان راکتیو را برای بهره بردار سیستم انتقال فراهم می آورد. مسئله پیشنهاد دهی نیروگاه مجازی یک بهینه سازی غیر محدب غیر خطی آمیخته با عدد صحیح می باشد که با استفاده از برنامه ریزی غیر خطی آمیخته با عدد صحیح (MINLP)[ii] حل شده است.
    کلیدواژگان: نیروگاه مجازی، راهبرد پیشنهاددهی، رزرو چرخان، توان راکتیو، برنامه ریزی غیرخطی آمیخته با عدد صحیح
|
  • S. Salmani*, S. Jadid Pages 1-10
    Due to widespread presence of distributed energy resources (DERs) in current power systems and need to a two-way communication system between the system operator and distributed generators, storage units and controllable loads, presence of a smart distribution system with proper communication infrastructure is required. Considering complication of smart grid operation in presence of DERs, there is various operating method where most of them aim to minimize the operation cost. In this paper, a more precise model of operating cost of energy storage systems has been proposed where the life cycle, times of charge or discharge and depth of discharge of the storage units have been taken into account. This model has been applied on operation cost function in presence of distributed generators and responsive loads. In order to study the system constraints the proposed model has been applied on a 69 buses distribution system with 5 fuel cell units, 5 micro turbine units, 3 lead-acid battery units, and 10 responsive loads. The PSO algorithm has been employed so as to achieve optimum solution. The simulation results validate the proposed model performance.
    Keywords: Distributed energy resources (DERs), energy storage systems, demand response, smart distribution system, optimal operation
  • A. A. Khodadoost Arani, G. B. Gharehpetian*, B. Zaker Pages 11-18
    Recently connection of some Distributed generation and load has created Microgrids (MGs). This MG can operate in grid connected mode or disconnects from main grid. Maintaining stability of MG When it is disconnected from main grid, is an important problem. Frequency stability is one of aspects of stability. Using of energy storage with appropriate control strategy can be effective in this subject. In this paper A flywheel energy storage system (FESS) in detailed is described and is used for frequency control in islanding mode. Two control strategies for DGs inverters are stated and suitable method for each DG and FESS is selected. Simulation is carried by MATLAB/Simulink. Two case studies are examined. In two cases, FESS effect on frequency in islanding process is discussed. Results of simulation verify appropriate operation of FESS and confirm effectiveness of this application.
    Keywords: islanded microgrid, flywheel energy storage, PQ inverter, V, f control method, frequency
  • Abdolah Kamyab, Javad Sade* Pages 19-26
    In this paper¡ at first¡ the non-detection zones (NDZ) of under/over voltage relay have been determined for constant current inverter based DG and then¡ an islanding detection method is presented using this relay. In the presented method¡ the DG direct current reference has a fixed value in normal condition¡ if the point of common coupling (PCC) voltage changes¡ Idref is determined as a linear function of PCC voltage. In this method¡ Idref is determined in terms of Idref0 and local load direct current axes adaptively. The proposed method is evaluated in islanding and non-islanding conditions¡ using PSCAD/EMTDC and MATLAB software. Simulation results show that the proposed method has a proper operation in the islanding and non-islanding conditions.
    Keywords: constant current distributed generation, Islanding detection, Non detection zone, U, O voltage relay
  • Nima Nikmehr, Sajad Najafi* Pages 27-36
    One of the basic components of future distribution networks are renewable energy resources (RER). The uncertainty in power production of renewable resources such as wind and solar as well as load is another characteristic of such networks. Conventional power flow methods as a basic tool for power system studies may not be suitable for active distribution networks such as microgrids. In this paper a heuristic load flow method considering the effects of intermittent behavior of RERs and load is modeled in probabilistic load flow algorithm. The method is suitable for both radial and weakly meshed distribution networks with RER for operation and planning of microgrids. Imperialist competitive algorithm (ICA) as heuristic based optimization algorithm is applied to formulate and solve the Probabilistic Load Flow (PLF). Based on PLF technique calculated parameters of the system such as bus voltages and feeders'' current¡ are extracted as random variables. A modified version of conventional IEEE 33-bus test system with RER is used as a weakly meshed network to evaluate efficiency and capability of the algorithm. Results are compared with Monte Carlo Simulation (MCS) method. The PDF and CDF of bus voltages¡ power of feeders'' and network total loss are compared. Based on the results the presented approach can solve the PLF problem regardless of the type of distribution network.
    Keywords: Microgrid, Probabilistic load flow, Uncertainty, Imperialist Competitive Algorithm (ICA), Monte Carlo simulation (MCS)
  • Mohamadali Yazdanpanah, Masoud Barakati* Pages 37-48
    Energy is one of the most important requirements in development of societies. In the last decade¡ widespread attention has been paid to renewable energies. Despite the obvious advantages of renewable energy resources¡ their dependence on climate change is one of the most fundamental problems facing to the development of them. Optimal design of hybrid renewable energy systems is a major issue in power systems. In this paper¡ a new unit sizing method is considered for stand-alone hybrid renewable energy systems in order to maximize the electricity match rate between demand and supply intervals in lowest cost. This work is undertaken with triple objective function: inequality coefficient (IC)¡ correlation coefficient (CC)¡ and annualized cost of system (ACS). The reliability of the system is investigated by using the Loss of Power Supply Probability (LPSP) function. Weather data and load demand are collected from a small village in southeastern Iran¡ as a case study. A suitable control algorithm has been designed for the system which can decide to start the diesel generator or use the battery power when the total output power from the system cannot meet the load demand. The results of this study are valuable for implementation of future hybrid renewable energy system in any location; making best use of resources and maximum economic efficiency.
    Keywords: Design, management strategy, renewable energy systems, optimization
  • Mohamadtaghi Nideh, Hosein Gholizadenarm*, Amin Hajizade Pages 49-56
    In this paper¡ a hybrid model-based nonlinear optimal control method is used to compute the optimal power distribution and power management in parallel hybrid electric vehicles. In the power management strategy¡ for optimal power distribution between the internal combustion engine¡ electrical system and the other subsystems¡ nonlinear predictive control is applied. In achieving this goal¡ a hierarchical control structure is utilized. This type of control structure consists of three levels of monitoring¡ coordinating and local level. Nonlinear modeling and performance index in the proposed problem¡ shall be formulated at the regulatory level of the controller. Discrete dynamic mode of operation (motor-generator) in hybrid electric vehicle¡ requires us to use a dual-mode switch model and to define an alternative expression of performance index for the optimal control problem. In the performance index¡ tracking error penalty¡ fuel consumption¡ friction losses and the maintenance of the battery charge has been included. Optimization of performance index is performed by the theory of nonlinear model predictive control using numerical methods.
    Keywords: Hybrid optimal control, nonlinear model predictive control, parallel hybrid electric vehicle, power distribution
  • Iman Lorzade, Hoseni Askariyanabiyane*, Mehdi Savaghi Pages 57-72
    To achieve accurate reactive power and harmonic currents sharing among inverter interfaced distributed generation (DG) units in islanded microgrids¡ a hierarchal control scheme consisting of primary and secondary levels based on instantaneous circulating currents is proposed in this paper. Firstly¡ fundamental and main harmonic components of each inverter output current are extracted at the primary level and transmitted to the secondary controller. Then¡ using this information¡ instantaneous circulating currents at different frequencies are calculated and to generate proper control signals are applied to the primary controller. Consequently¡ these signals are inserted as voltage references after passing control blocks. In contrast to the conventional virtual impedance schemes¡ where reactive power and harmonic currents sharing are realized at the expense of introducing additional voltages drop and harmonic distortions¡ the proposed control strategy effect on the amplitude and waveform quality of DGs’ voltage is negligible. Meanwhile¡ it is able to provide accurate harmonic currents sharing even if nonlinear load(s) is directly connected at the terminal of DG unit(s). Control system design is described in detail and simulation results for four voltage-controlled DG units are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed control method.
    Keywords: Hierarchical control, inverter interfacing, circulating currents, islanded microgrids, harmonic currents sharing, voltage, controlled inverter
  • Ebrahim Aareii*, Mohsen Mohamadiyan, Aliakbar Gharaveisi Pages 73-82
    In this paper¡ demand response modeled with unit commitment in a nonlinear optimization problem¡ for increasing system security and economic reasons. By incorporating the demand response in the market it should decrease cost reduction¡ market clearing problems¡ congested lines and make a flat load profile at peak hours. In this problem¡ loads are combined of fixed and responsive loads. When this loads participate in program¡ they could curtail or shift to another operating hours. By considering system security¡ Studies show system speed and higher accuracy in problem convergence. Also¡ demand response decrease network load peak¡ system operating cost¡ fuel consumption and line congestion. Numerical simulation shows the effectiveness of proposed method on 6- bus system.
    Keywords: Demand response, real time pricing, SCUC, uncertainty in power market
  • Omid Almasi Naghash *, Amirhosein Nodirkhazeni, Mostafa Parniani Pages 83-94
    With increasing influence of variable speed wind turbines in power systems¡ the equivalent inertia of network is reduced. Accordingly¡ after the occurrence of disturbance in system¡ the frequency fluctuations in power systems increase. To overcome this problem¡ a supplementary control loop is added to the converter of the variable speed wind turbine in order to share the inertia of this type of turbines in the network. But the appropriate rate of this contribution depends on the amount of load and must be suitably changed based on the load. In this paper¡ a Takagi–Sugeno (T–S) fuzzy system is designed to determine the coefficient of the contribution of the variable speed wind turbine after the onset of disturbance¡ whereas sharing the maximum value of their inertia to compensate the reduced production in the network. However¡ the turbines do not pass their minimum speed limit while sharing the maximum value of inertia¡ causing another disturbance in the network. In the proposed method¡ first¡ by using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm¡ the optimal values of contribution proportional to the amount of load is obtained¡ while the constraint of minimum speed is not violated. In the next stage¡ the initial T–S fuzzy system is extracted from the optimal values of contribution by using subtractive clustering algorithm. Moreover¡ Recursive Least Square (RLS) algorithm is used to adjust the consequent part of the T–S system. The efficiency of the proposed method is demonstrated through the simulation in the variable amount of load.
  • Mehran Sabahi *, Amin Ashraf Gandomi, Saeid Saeidabadi Pages 95-104
    Nowadays multilevel converters have progressed in high power and renewable energy applications¡ because of their ability to generate multiple voltage levels. But the balancing of capacitor voltage¡ the existing of multiple DC sources and particularly protection issues in renewable energy application are the main problems of these multilevel converters. The proposed inverter in this paper¡ by modifying the structure of existing five-level multicell inverter with the new control method for this inverter¡ in addition to having the ability to maintain the capacitor voltage in the specified value¡ it also obviates the protection problems of them. Also the modified inverter has the ability of safety¡ connectivity of solar cells and obtaining maximum power. Finally¡ the operation of the proposed inverter and control method and mathematical analyzing is verified by simulation results with PSCAD/EMTDC software.
    Keywords: Multilevel inverter, multicell inverter, minimum error control method, voltage balancing of capacitor, initial control method, MPPT (Maximum Power Point Tracking)
  • Mahdi Aminian, Shahram Jadid* Pages 105-116
    In this paper¡ has been proposed the collaboration between smart buildings as a solution for improving the energy efficiency and increasing the contribution of the consumers in energy consumption management of residential buildings integrated with micro-grid. In the proposed model¡ the scheduling of power consumption in smart building and the optimal operation of distributed energy resources through molding of the exchange energy among smart buildings is presented using mixed-integer linear programming (MILP). The smart buildings are equipped with building energy management system (BEMS)¡ distributed generation¡ and energy storage system. Being considered as a small micro-grid¡ each building is able to feed parts of its own electricity demand and all thermal demand. The proposed model is applied to the two smart buildings consisting of 30 units and 90 units. The simulation results indicate that the collaboration among smart buildings will lead to the more power trade options¡ the reduction of energy consumption costs¡ the reduced received power from the grid¡ and the balance between supply and demand.
    Keywords: Scheduling, Operation, Collaboration smart buildings, Micro, grid
  • Hossein Nezamabadi, Mehrdad Setayeshnazar* Page 117
    This paper addresses the bidding problem faced by a virtual power plant (VPP) in energy¡ spinning reserve service¡ and reactive power service market simultaneously. Therefore¡ a non-equilibrium model based on security constraints price-based unit commitment (SCPBUC)¡ which is take into account the supply-demand balancing and security constraints of VPP¡ is proposed. By the presented model¡ VPP can provide spinning reserve and reactive power services to transmission system operator (TSO)¡ and reactive power service to distribution system operator (DSO) as well as it can participate in energy market simultaneously. The presented model is a nonconvex nonlinear mixed-integer optimization with inter-temporal constraints and solved by mixed-integer nonlinear programming (MINLP).
    Keywords: Virtual power plant, bidding strategy, energy market, spinning reserve market, reactive power market