فهرست مطالب

مهندسی برق و الکترونیک ایران - سال پانزدهم شماره 1 (بهار 1397)

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال پانزدهم شماره 1 (بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/01/28
  • تعداد عناوین: 12
|
  • ی، رضا غفارپور، علی محمد رنجبر صفحات 1-14
    شبکه های توزیع برق بهعنوان آخرین زیر سیستم در شبکه های قدرت که وظیفه نهایی سیستم که همان توزیع انرژی به مشترکین را ایفا میکنند، دارای اهمیت بسیار مهمی هستند. از اینرو درنظر گرفتن معیارهای پدافندغیرعامل در مباحث مربوط به مطالعات طراحی و توسعه این شبکه ها امری ضروری است. با توجه به مشکلات شبکه های سنتی توزیع در تامین انرژی پایدار، نیاز به ایدهای جدید در این حوزه بهمنظور افزایش ضریب امنیت در صنعت برق است. شبکه هوشمند انرژی بهعنوان یک طرح جدید میتواند میان فرآیندهای حوزه تولید، انتقال، توزیع و مصرف برق پیوستگی ایجاد کرده و براساس اصل مهم پراکندگی پدافند غیرعامل، با فراهم نمودن امکان استفاده از منابع تولید پراکنده و تجدیدپذیر و ذخیرهسازی آن تهدیدها را کاهش دهد. در این مقاله مدلی جدید برای برنامه ریزی پویای منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع هوشمند با درنظر گرفتن ملاحظات پدافند غیرعامل به صورت یک مسئله بهینهسازی چندهدفه با هدف کمینهسازی مدت زمان خاموشی بارهای شبکه، کمینهسازی هزینه ها و کمینهسازی تلفات ارائه میشود. هدف از حل مسئله تعیین بهترین مکان نصب، ظرفیت و زمان نصب این واحدها میباشد. عدمقطعیت موجود در میزان تولید منابع تجدیدپذیر و عدمقطعیت بار مصرفی شبکه در مدل برنامه ریزی با استفاده از روش برنامه ریزی مقید به شانس لحاظ خواهد شد
    کلیدواژگان: منابع تولید پراکنده، شبکه های هوشمند برق، پدافند غیر عامل، عدم قطعیت، بهینه سازی چند هدفه
  • ب رسی_د ران_رگ ه ن صفحات 15-23
    در شبکه های توزیع سنتی انحراف های فرکانس و ولتاژ به عنوان شاخصی برای تشخیص امنیت سیستم محسوب می شود. در حالیکه در یک ریزشبکه مستقل دارای منابع با واسط الکترونیک قدرت، انحراف های فرکانس و ولتاژ در ریزشبکه در اثر اختلالات توان و بار به خوبی توسط کنترلر فرکانس- توان حقیقی و کنترلر ولتاژ- توان واکنشی کنترل می شود. از این رو برخلاف آن چه در شبکه های توزیع سنتی روی می دهد، انحراف های فرکانس و ولتاژ برای تشخیص امنیت ریزشبکه مستقل دارای منابع با واسط الکترونیک قدرت موضوع مهمی به شمار نمی رود. اما در یک ریزشبکه مستقل تعادل بین تولید و مصرف توان به عنوان شاخصی برای ارزیابی امنیت آن خصوصا در هنگام بروز اختلالات توان و بار در نظر گرفته می شود. از این رو اگر این تعادل در ریزشبکه ایجاد نشود، ریزشبکه غیر ایمن به شمار می رود. در این صورت نیاز به اقدامات پیشگیرانه ای از قبیل ریزش بار و تنظیم تولید در کوتاهترین زمان در ریزشبکه باید صورت گیرد. در این مقاله یک استراتژی جدید برای بررسی امنیت دینامیکی ریزشبکه در هنگام وقوع اختلالات توان و بار و همچنین استفاده از شبکه عصبی– فازی تطبیقی (ANFIS) برای بررسی این موضوع پیشنهاد شده است. همچنین در صورت تشخیص غیر امن بودن ریزشبکه، پیش بینی اعمال کنترلی پیشگیرانه ای توسط دیگر شبکه های عصبی– فازی تطبیقی (ANFIS) پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: امنیت ریز شبکه، دروپ فرکانس، دروپ ولتاژ، ریزش بار، منابع با واسط الکترونیک قدرت، شبکه عصبی - فازی (ANFIS تطبیقی)
  • سمیه حسین پور صفحات 25-33

    در این مقاله، برنامه ریزی بهینه اقتصادی در حوزه کوتاه مدت ریزشبکه در دو سطح با افق های متفاوت به اجرا در آمده است. هدف از برنامه ریزی با افق 24 ساعته تعیین میزان تولید میکروتوربین ها، تعیین وضعیت مشارکت بارهای پاسخگو، مشخص شدن وضعیت شارژ و دشارژ منابع ذخیره ساز انرژی، میزان تبادل با شبکه بالادست و پیش بینی تولید منابع تجدیدپذیر با کمترین هزینه برای بهره بردار و بیشترین سود رسیده به مشترکین شرکت کننده در طرح پاسخگویی بار و با کمترین میزان تولید آلاینده ها، برای روز بعد می باشد. برنامه ریزی در لایه دوم با هدف کاهش خطای پیش بینی برنامه ریزی لایه اول و هزینه های ناشی از آن، برای 15 دقیقه پیش رو انجام می گیرد. طرح پیشنهادی به کمک جعبه ابزار بهینه سازی نرم افزار متلب بر روی یک ریزشبکه نمونه به اجرا درآمده و نتایج بدست آمده بیانگر عملکرد مناسب این طرح در بهینه سازی هزینه های ناشی از خطای پیش بینی لایه اول بوده و با اجرای لایه دوم برنامه، ضمن تامین توان مورد نیاز ریزشبکه و کاهش هزینه های جاری آن، سود قابل توجهی نصیب شرکت کنندگان در برنامه پاسخگویی بار نموده است.

    کلیدواژگان: ریز شبکه، برنامه ریزی ریز شبکه، مدیریت بهینه ریز شبکه، باز پاسخگو، عدم قطعیت منابع تجدید پذیر، نفوذ زیاد منابع تجدید پذیر
  • امیرحسین فرجی، مقداد تورانداز کناری، محمدصادق سپاسیان، مهرداد ستایش نظر صفحات 35-42
    به دلیل گسترش روزافزون تولیدات پراکنده بادی در شبکه های توزیع، این تولیدات می توانند اثرات قابل توجهی بر بهره برداری، برنامه ریزی و قابلیت اطمینان شبکه بگذارند. در همین راستا، این مقاله یک روش پخش بار احتمالاتی ارائه می کند که در آن، اثرات عدم قطعیت تولیدات پراکنده بادی بر شبکه توزیع درنظر گرفته شده است. این روش بر پایه انباشتک ارائه شده است که نیازی به محاسبات پیچیده روش کانوولوشن و یا بار محاسباتی سنگین روش مونت کارلو ندارد. روش پیشنهادی قادر به بررسی همبستگی بین متغیرهای تصادفی ورودی می باشد. بنابراین، در این مقاله همبستگی بین واحدهای بادی مجاور نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به علاوه، مدل احتمالاتی توربین های بادی نیز استخراج شده است. جهت استخراج توزیع احتمال ولتاژ شین ها، یکی از دقیق ترین روش های بسط سری به نام حداکثر آنتروپی به کار گرفته شده است. در نهایت، روش پیشنهادی بر روی شبکه توزیع 33 شینه IEEE اجرا شده و نتایج مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته اند. نتایج، صحت و کارآیی روش پیشنهادی را نشان داده اند.
    کلیدواژگان: بخش باز احتمالاتی، شبکه های توزیع، تولیدات پراکنده بادی، روش انباشتک، ولتاژ، حداکثر آنتروپی، تابع توزیع تجمعی
  • فرشید کی نیا، فهیمه صیادی شهرکی، سعید اسماعیلی صفحات 43-54
    کنترل ولتاژ و توان راکتیو بصورت گسترده در شبکه های توزیع برای افزایش کیفیت توان بکار می رود. اخیرا استفاده از تولیدات پراکنده مبتی بر انرژی های تجدیدپذیر رو به افزایش است که بر عملکرد سیستم و کنترل ولتاژ و توان راکتیو سیستم تاثیر می گذارد. منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب و غیر قابل پیش بینی به ویژه سیستم های بادی و خورشیدی و نیز تغییرات تصادفی سطح بار الکتریکی سیستم می تواند منجر به نوسانات شدید ولتاژ شود. در این مقاله یک روش کنترل دو مرحله ای برای بهنیه سازی ادوات کنترلی، تنظیم ولتاژ و اعوجاج هارمونیک ولتاژ (THD) پیشنهاد می شود. کنترل تپ ترانسفورماتورها و خازن ها بر اساس پیش بینی 24 ساعت آینده بار و تولید در سیستم صورت می گیرد؛ در حالیکه برای پوشش نوسانات ولتاژ در اثر تغییرات تصادفی بار یا تولید، پیش بینی ساعت آینده بار و تولید صورت گرفته و در نهایت از ابزار توان راکتیو سیستم فتولتاییک استفاده می گردد. نتایج روش پیشنهادی در شبکه 123 باسه IEEE باس استاندارد تحت شرایط بار و تولید متغیر با استفاده از الگوریتم PSO با ماژول آشفتگی (P-PSO) در چهار سناریوی مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی برای کنترل ولتاژ و توان راکتیو بهینه سیستم توزیع دارای منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب بسیار مناسب است.
    کلیدواژگان: شبکه های توزیع، سیستم فتوولتائیک، توان راکتیو
  • محمد حامد صمیمی، مهدی داورپناه صفحات 55-64
    یکی از ویژگی های ذاتی شبکه های توزیع، عدم تعادل بار است که در ریزشبکه جزیره ای، باعث عبور جریان مولفه منفی از ژنراتور سنکرون شده و افزایش دمای استاتور و به ویژه روتور آن را به دنبال دارد. در چنین شرایطی ممکن است نتوان ژنراتور سنکرون را در نزدیکی نقطه کار نامی بهره برداری کرد. برای حل مشکل مذکور، در این مقاله پیشنهاد شده است که از یک اینورتر منبع ولتاژ، به صورت موازی با ژنراتور سنکرون استفاده شود. در این روش، مولفه منفی توان راکتیو موجود در ریزشبکه اندازه گیری شده و کنترل کننده های تشدیدی در فضای αβγ ، ولتاژ خروجی اینورتر را به گونه ای تغییر می دهند که با تولید جریان مولفه منفی، ولتاژ دو سر ژنراتور سنکرون را تا حد امکان متعادل کند. مطالعات انجام شده در این مقاله نشان می دهد که در روش پیشنهادی، مولد اینورتری قادر است به سرعت و به نحو موثری عدم تعادل بار در شبکه توزیع را جبران نماید. بنابراین جریان خروجی ژنراتور سنکرون نیز تا حد مطلوبی متعادل شده و درنتیجه احتیاجی به محدود کردن توان خروجی ژنراتور سنکرون، برای تحمل جریان مولفه منفی توسط آن نیست. ضمنا نیاز به افزایش ظرفیت ژنراتور سنکرون برای کار در شرایط بار نامتعادل نیز مرتفع می شود. بنابراین، می توان از ژنراتورهای سنکرون نیز در حالت عدم تعادل بار در ریزشبکه های جزیره ای استفاده نمود.
    کلیدواژگان: اینورتر منبع ولتاژ، جبران نامتعادلی بار، ریزشبکه، ژنراتور سنکرون مقیاس کوچک، کارکرد جزیره ای
  • حمیدرضا تودجی صفحات 65-74
    مزرعه خورشیدی مبتنی بر سلول های فتوولتاییک ( PV) برای تحویل انرژی DC تولیدی خود به شبکه AC نیاز به اینورتر دارد. در میان انواع اینورترهای موجود، اینورترهای چندسطحی پل H به دلیل ویژگی هایی نظیر نیاز به منابع DC مستقل و نیز کوچکتر بودن فیلتر خروجی به دلیل هارمونیک های تولیدی کمتر، مناسب برای کاربرد در مزرعه خورشیدی می باشند. در مقاله حاضر، روش کنترل غیرخطی مستقیم برای این دسته از اینورترها با فیلتر خروجی LCL برای کاربرد در مزرعه خورشیدی ارائه می شود. در روش کنترل پیشنهادی می توان ولتاژ پایانه های DC اینورتر چندسطحی را به صورت مستقل از یکدیگر کنترل نمود. با استفاده از این قابلیت، هم می توان با تقسیم مزرعه خورشیدی به نواحی مجزا و کنترل مستقل هر ناحیه که به یکی از پایانه های DC اینورتر چندسطحی متصل شده، حداکثر توان از مزرعه خورشیدی را به دست آورد و هم می توان مبدل های DC-DC که به منظور تنظیم نقطه کار آرایه های خورشیدی در نقطه کار بهینه استفاده می شوند را حذف نمود. در کنترل کننده پیشنهادی، امکان کنترل توان راکتیو تبادل شده با شبکه نیز وجود دارد. در این مقاله، کارایی سیستم پیشنهادی توسط نتایج شبیه سازی یک سیستم نمونه در نرم افزار MATLAB نشان داده می شود.
    کلیدواژگان: روش کنترل غیرخطی مستقیم، اینورتر چند سطحی پل H، مزرعه خورشیدی فتوولتاییک، فیلتر LCL، استخراج حداکثر توان
  • محسن حسن بابای نوزادیان، ابراهیم بابایی صفحات 75-87
    در این مقاله یک نوع اینورتر منبع امپدانسی چند طبقه با قابلیت ضریب افزایش ولتاژ بالا ارائه می شود. ساختار پیشنهادی با بهره گیری از ترکیب یک منبع ولتاژ ورودی و شبکه های منبع امپدانسی عمل افزایش ولتاژ را انجام می دهد. با توجه به قابلیت افزایش ولتاژ در رنج وسیع، مقاومت خوب در برابر نویز الکترومغناطیسی و نیز مصونیت در برابر shoot through (ST)، این مبدل کاربرد فراوانی در سیستم های PV، سلول سوختی (Fuel Cell)، انرژی باد و سیستم های UPS می تواند داشته باشد. روش کنترل PWM مناسب برای اینورتر پیشنهادی نشان داده می شود. تحلیل تئوری حالت دو طبقه و N طبقه ساختار پیشنهادی برای مد های کاری ST و غیر ST انجام می شود. بررسی موردی میزان تلفات با افزایش تعداد طبقات نشان داده شده و مزایا و معایب افزایش تعداد طبقات مشخص می شوند. هم چنین، مقایسه ای بین ساختار پیشنهادی با اینورتر های منبع امپدانسی مرسوم ارائه می شود. به منظور بررسی صحت عمل کرد ساختار پیشنهادی، از نتایج شبیه سازی به دست آمده از نرم افزار PSCAD/EMTDC استفاده می شوند.
    کلیدواژگان: اینورتر منبع امپدانسی، اینورتر منبع امپدانسی چند طبقه، اینورتر افزاینده کلیدزنی شده
  • توحید رحیمی، سید حسین حسینی، مهران صباحی، مهدی عباپور، گئورگ قره پتیان صفحات 89-102
    آرایش های کلیدهای قدرت به صورت موازی، سری و آماده به کار با هدف بهبود قابلیت اطمینان در مبدل های الکترونیک قدرت به کار می روند. افزایش قابلیت اطمینان در کاربردهای نظیر مبدل های توان بالای صنعتی، ماهواره ها، مبدل های واسط در حضور منابع تولید پراکنده به دلایل اقتصادی، عدم دسترسی و یا دسترسی سخت برای تعمیر و نگه داری و همچنین دلایل جانی اهمیت به خصوص دارد. به دلیل اهمیت قابلیت اطمینان، در این مقاله، مدل های قابلیت اطمینان ساختارهای موازی، سری و آماده به کار و همچنین ساختار جدید پیشنهادی با نگرشی جدید مورد مقایسه قرار گفته اند. توابع قابلیت اطمینان و MTTF (متوسط زمان خطا) برای ساختارهای مذکور به دست آمده است. در برخی موارد، ساختارهای مازاد مورد مطالعه دارای نواحی مرزی با یکدیگر هستند که در کار حاضر این نواحی مرزی تعیین گردیده است. نتایج تحلیل های صورت گرفته موید آن است که در کاربردهای توان بالا، ساختار سری و موازی به ترتیب برای موارد ولتاژ بالا و جریان بالا مناسب بوده و همچنین ساختار جدید می تواند جایگزین ساختار آماده به کار شود.
    کلیدواژگان: آرایش کلیدهای قدرت، قابلیت اطمینان، MTTF، ساختارهای مازاد
  • مسعود خسروی، محمود حسینی علی آبادی، شهرام جوادی صفحات 103-112
    در این مقاله یک ژنراتور القایی تغذیه دوگانه، جهت استفاده در نیروگاه بادی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا معادلات مربوط به طراحی بهینه این ژنراتور مورد بررسی قرار گرفته و سپس مدلی جهت بررسی عملکرد ژنراتور ارائه شده است. سپس با استفاده از روش اجزای محدود (FEM) ژنراتور طراحی شده بهینه گردیده است. هدف از بهینه سازی ژنراتور، بهبود مشخصه های ولتاژ و جریان خروجی و شکل موج های مربوطه است که درنهایت منجر به بهینه سازی توان خروجی ژنراتور مورد مطالعه می گردد. پارامترهای مکانیکی ژنراتور شامل ابعاد، تعداد شیارها در هر فاز هر قطب، وزن ماشین نیز بهینه شده است. نتایج این بهینه سازی نشان می دهد که با یک بهینه سازی صحیح می توان هزینه های استفاده از این ژنراتورها، شامل هزینه مواد استفاده شده و هزینه تلفات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. در پایان نیز نتایج بدست آمده از روش اجزای محدود با روش های تحلیلی مقایسه گردیده و مشخص شده است که روش اجزای محدود به عنوان یک ابزار قدرتمند جهت بهینه سازی ژنراتورهای القایی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این مطالعه نشان می دهد که بهینه سازی عملکرد این ژنراتور می تواند به بهبود عملکرد مجموعه نیروگاه بادی کمک شایانی نماید.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، ژنراتور تغذیه دوگانه، اجزای محدود، نیروگاه بادی
  • علی محمد حریری، علی اکبر دامکی علی آباد صفحات 113-121
    موتورهای سنکرون آهن ربای دائم، با توجه به بازدهی بالا، چگالی توان زیاد، رفتار دینامیکی مناسب و کنترل پذیری خوب، گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای صنعتی و از جمله کاربردهای کنترلی هستند. یکی از مشکلات این موتورها وجود گشتاور دندانه است که از برهمکنش بین آهن رباهای روتور و دندانه های استاتور به وجود می آید. این گشتاور باعث ایجاد لرزش و صدا در حرکت موتور می گردد. در کاربردهای کنترلی نیز وجود گشتاور دندانه باعث بروز نوساناتی در حرکت موتور شده و ردیابی دقیق هدف را با مشکل مواجه می کند. بنابراین لازم است موتور به گونه ای طراحی شود که کمترین مقدار گشتاور دندانه را داشته باشد. در این مقاله برای دستیابی به کمترین گشتاور دندانه، ابتدا ساختار کلی موتور از نظر ترکیب شیار/قطب مناسب تعیین می شود و سپس به بهینه سازی شکل آهن ربا که مهمترین عامل در میزان گشتاور دندانه است پرداخته می شود. در این بهینه سازی با استفاده از تحلیل اجزا محدود دو بعدی به طور همزمان دو پارامتر ابعادی آهن ربا بهینه می گردند. موتور طراحی شده، ساخته شده و تست های مربوطه بر روی آن انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و عملی به یکدیگر نزدیک بوده و نشان می دهد با طراحی انجام شده موتور گشتاور دندانه بسیار ناچیزی دارد.
    کلیدواژگان: موتور سنکرون آهن ربای دائم، گشتاور دندانه، کنترل موقعیت دقیق، ترکیب قطب-شیار، بهینه سازی شکل آهن ربا
  • حمید محمد حسین، میلاد نظامی وطن دوست، حمید رادمنش صفحات 123-131
    در این مقاله با استفاده از معادلات اندازه، الگوریتم IPSO (Improve Particle Swarm Optimization) و نرم افزار اجزاء محدود طراحی بهینه یک موتور AF (Axial Flux) بدون شیار ارائه می شود. الگوریتم بهینه سازی IPSO به دلیل اجرای موازی مدت زمان اجرای الگوریتم طراحی موتور را کاهش می دهد. این کاهش با تعداد CPUهای متناسب است. هدف بهینه سازی دستیابی به Back EMF (Electromotive force) تقریبا سینوسی، حداقل سازی وزن آهن رباa و حداکثر سازی بازده است. به منظور محاسبه دقیق ضخامت آهن ربا دائم معادله جدید ارائه شده است. در گام اول پارامترهای بهینه سازی طراحی مانند تعداد قطب، فاصله هوایی، بارگذاری الکتریکی و... به وسیله IPSO مشخص شده تا بدین صورت اهداف طراحی ارضاء شود. موتور طراحی شده به وسیله معادلات اندازه و IPSO، به کمک روش اجزاء محدود مورد ارزیابی قرار می گیرد تا صحت نتایج به دست آمده تائید شود.
    کلیدواژگان: موتور AFPM، IPSO، بهینه سازی، آهن ربا دائم و روش اجزاء محدود
|
  • Babak Jeddi, Reza Ghaffarpour, Ali Mohammad Ranjbar Pages 1-14
    In this paper, a new multi-objective model for the expansion planning of the renewable distributed generation (DG) in smart distribution networks based on the passive defense considerations is proposed. The proposed planning model aims to minimize the outage duration of the distribution network loads considering priority of critical, sensitive and important loads. It also aims to minimize network costs and active power losses, at the same time. The optimum solution of the proposed model consists of DG unit’s size, location, and best year for installation. Uncertainties of load and output power of renewable DG units are handled by chance-constrained programming approach. Multi-objective particle swam optimization algorithm is used as an optimization tool to solve the proposed optimization model. The effectiveness of the proposed expansion model is demonstrated through examination on a 38-bus radial distribution network.
    Keywords: Distributed Generation (DG), Smart distribution networks, Passive defense, Uncertainty, Particle swam optimization, Multi-objective optimization
  • Mahtab Parsi, Mahmood Joorabian, Gevork B. Gharehpetian Pages 15-23
    In conventional power systems, frequency and voltage deviations are chosen as indexes for characterizing conventional power system security. While in an autonomous micro grid with Electronically Interfaced Distributed Generation (EIDG), frequency and voltage deviations against power and loads disturbances perfectly controlled by f-P and V-Q controller. Unlike conventional power systems, frequency and voltage deviations are not important issues to characterize autonomous micro grid security with Electronically Interfaced Distributed Generation (EI-DG). But in a balanced autonomous micro grid Generation and Consumption power chosen as indexes for characterizing microgrid security against power and loads disturbances. Hence, micro grid is considered insecure if Generation and Consumption power balance is not established. Therefore, load shedding and generation tuning are required as prompt preventive measures. This paper suggests a new strategy to assist the micro grid against power and loads disturbance, while using Adaptive Network Based Fuzzy Inference System (ANFIS) as a methodology for this investigation. In case of ,Micro grid insecure identification, predictions prevent control strategy is suggested by another Adaptive Network Based Fuzzy Inference System (ANFIS).
    Keywords: Security Micro gird, Frequency Droop, Voltage Droop, Load Shedding, Electronically Interfaced Distributed Generation (EI-DG), Adaptive Network Based Fuzzy Inference System (ANFIS)
  • Mohammad Gholinia, Mehran Safdary, Somayeh Hasanpour Pages 25-33

    In this paper, the short term optimal economic planning for a microgrid is implemented at two levels with different horizons. The purpose of 24-hour scheduling is to determine the generation of micro-turbines, the contribution of responsive loads, the status of charging and discharging energy storage resources, the exchange rate with the upstream network, the prediction of renewable resources generation, optimum cost for the system operator and the amount of pollutant emissions will be minimized. Planning in the second layer runs for 15 minutes ahead. At this stage, the goal is to reduce the forecast error and minimize the cost of first layer operation. The proposed Method is implemented and tested using MATLAB programming. The proper performance of this method is reduce operation costs and maximize responsive loads profit

    Keywords: Micro-Grid, Micro-Grid Planning, Optimal Management of micro grid, Demand Response, Uncertainty of Renewable Resources, High penetration of renewable resources
  • Amir Hossein Faraji, Meghdad Tourandaz Kenari, Mohammad Mohammad Sadegh Sepasian Pages 35-42
    Growth of wind distributed generation (DG) in the active distribution grids can impact on the operation and planning aspects of network. Therefore, this paper presents a probabilistic load flow problem to evaluate the impacts of wind unit uncertainties on the distribution systems. Proposed method is based on the cumulants technique that is a straightforward approach. This analytical method can assess the bus voltages of system in a probabilistic manner. Using correlated cumulants, a suitable methodology is presented to consider the correlation between wind generations. Furthermore, Weibull distribution is considered for modelling wind speed. Thereby, wind power curve is obtained. The proposed method is applied to the IEEE standard 33 bus test system, and the results are discussed.
    Keywords: Distribution networks, cumulative distribution function, cumulants method, maximum entropy, probabilistic load flow, voltage, wind distributed generations
  • Farshid Keynia, Fahimeh Sayadi, Saeid Esmaeili Pages 43-54
    Voltage and reactive power control have been widely employed to reduce power losses and satisfy the main distribution system operational constraints. In recent years, Distributed Generators connected to the distribution network have received increasing attention. The connection of enormous DGs into existing distribution network changes the operation of distribution systems and affect the daily Volt/Var control. Intermittent renewable resources, particularly wind and solar, or random changes in load level can cause significant fluctuations in distribution feeder voltages. This article presents a two-step control approach for finding the optimization feeder control settings and maintaining the feeder voltages and THD within specified levels by P-PSO optimization method. The load-tap changer transformers, voltage regulator and capacitor banks is controlled based on load and PV (with smart inverters) output 24 hours forecasting base on , while In order to reduce voltage fluctuations very short term output of PVs and load forecasting deal with the fast changing transients by output reactive power control. Evaluation studies are performed based on the harmonic IEEE 123 node radial test feeder under varying load and generation conditions. The results demonstrate that the proposed approach is promising for voltage and VAR control of distribution feeders with intermittent resources
    Keywords: distribution systems, PV system, reactive power
  • Mohammad Hamed Samimi, Mahdi Davarpanah Pages 55-64
    The load unbalance is one of inherent features of distribution systems which draws a negative sequence current from islanded synchronous generators. This leads to overheating of the stator and, in particular, the rotor core. In such a case, it is not possible to operate the generator at its associated rated power. Thus, implementing an inverter-based resource in parallel with the synchronous generator is the main strategy proposed in this paper to tackle such a problem. To do so, the negative sequence of the reactive power is measured, and the output voltage of the inverter is regulated using a resonance controller in the αβγ reference frame such that its injected negative sequence current makes the generator voltage balance, as much as possible. Investigations performed in this paper show that based on the proposed method, the inverter can rapidly and effectively compensate the load unbalance in the distribution system. Accordingly, the generator current is also balanced, and thus, there is no need to limit the synchronous generator output power. Moreover, it is not necessary to overdesign the synchronous generator for unbalanced load conditions. As a result, the islanded mode synchronous generator can also be operated in a distribution system with unbalance loads without considerable derating.
    Keywords: Islanded operation, load unbalance compensation, microgrid, small-scale synchronous generator, voltage source inverter
  • Hamidreza Toodeji Pages 65-74
    The solar photovoltaic (PV) farm delivers its harvested DC energy to the AC grid via power electronic interfaces. With insolation as well as ambient temperature variations, these power electronic converters should regulate operating point at optimal point to extracting maximum power from PV cells. In this paper, a direct nonlinear control method is developed for cascaded H-bridge multilevel inverter with a LCL output filter. Multilevel inverters produce less harmonic voltages, so the size of output filter can be reduced. Moreover, operating in higher voltage levels gives the opportunity of omitting the step-up transformer in the grid with medium voltage. In the proposed control method, DC terminals of cascaded multilevel inverter can be controlled, independently. So, solar farm can be divided into distinct zones and maximum power can be harvested due to independent control of these zones. Using the proposed nonlinear controller, the DC-DC converters, usually used for maximum power point tracking, can be omitted. Moreover, exchanging the reactive power with the grid can be controlled at PCC
    Keywords: Direct Nonlinear Control method, H-bridge Multilevel Inverter, PV Solar Farm, LCL Filter, Maximum Power Point Tracking
  • Mohsen Hasan Babayi Nozadian, Ebrahim Babaei Pages 75-87
    In this paper, a multi-stage Z-source inverter with high boost factor is proposed. The proposed topology by using the combination of a power supply and Z-source networks are increased the voltage. Regarding voltage increase capability over the wide range, good resistance against electromagnetic noise and immunities against shoot through (ST), this inverter can be used widely in the photovoltaic systems, fuel cells, wind energy and UPS systems. The suitable PWM control method for the proposed inverter is presented. Theoretical analysis of proposed inverter in two-stage and N stage for ST mode and non-ST mode are presented too. The case study for power losses analyses and efficiency is presented and the advantages and disadvantages of the increasing the stages are shown too. Moreover, a comparison between the proposed topology with the conventional Z-source inverters is presented. In order to verify the performance of the proposed topology, the simulation results obtained from the PSCAD/EMTDC software are presented
    Keywords: Z-source inverter, Multi stage Z-source inverters, Switched boost inverters
  • Tohid Rahimi, Seyed Hossein Hosseini, Mehran Sabahi, Mehdi Abapour, Gevork B. Gharehpetian Pages 89-102
    Parallel, standby and series configurations are different types of power switch configuration that can be considered in semiconductor switches to improve the reliability of power electronic converters and theirs lifetime, especially in specific application such as high power industrial applications, satellites, power electronic interface for renewable energies and etc. In this paper, the reliability models of series traditional configuration and the new type are developed based on the Markov process. The mean time to failure (MTTF) of series and new configuration are derived. The reliability and MTTF of triple and new configuration are compared together. In some cases, some redundancy configurations have the same MTTF in a boundary condition. The analytical result illustrated that the new configuration is a suitable alternative instead of the standby configuration. The result showed the series and parallel configuration are suitable for high voltage and high current applications .
  • Masoud Khosravi, Mahmood Hossini Aliabadi, Shahram Javadi Pages 103-112
    In this paper, an optimized double-fed induction generator in wind power plants has been studied. The equations of optimal design is extracted and for evaluation of generator performance, a model has been presented and based on this model, the generator is optimized using finite element analysis (FEA). The aims of the optimizations are improvement of voltage and current waveform to could reach a better output power. Also, in mechanical point of view, dimension of machine including axial length, number of slots per phase per pole, etc is optimized and minimum weight of machine obtained. The results show that, with a proper optimization, Total costs of the generators like materials costs are significantly reduced. Finally, the FEA results compared with analytical methods and it is observed that the FEA is a powerful tool to optimize the induction generators. The study also shows that optimization of the generator performance can help to improve the performance of the wind farm.
    Keywords: Double-Fed Induction, finite Element, Optimize, Wind Turbine
  • Ali Mohammad Harir, Ali Akbar Damaki Aliabad Pages 113-121
    Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are used in many applications including the control systems due to their high efficiency, high power density, good dynamic behavior, high precision and excellent controllability. One of the PMSM problems is the cogging torque which is made by interaction between PMs and stator teeth. This leads to some noise and vibration of the motor that in control applications leads to fluctuation of the motor from its trajectory when tracking the target point. Hence, the motor should be designed in such a way to have very low cogging torque. In this research to reach this purpose, at first a suitable combination of slot/pole has been selected for the motor. Then, the optimum shape of the magnet has been obtained by using 2D finite element method. For the magnet shape, two important parameters of the magnet are optimized simultaneously. The designed motor has been fabricated and tested. The experimental results validate the simulation results and show that by the presented design the motor has very low cogging torque.
    Keywords: Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM), Cogging Torque, Magnet Offset, Magnet Embrace
  • Hamid Mohammad Hossein, Milad Nezami Vatandoost, Hamid Radmanesh Pages 123-131
    In this paper, the optimal design of a non-slotted AF (Axial Flux) motor is presented using sizing equations, IPSO (Improve Particle Swarm Optimization) algorithm and Finite Element software. IPSO optimization method reduces the evaluation time of the motor design, because of parallel evaluation. This reduction of time is relevant to number of the CPUs. The optimization objective is to achieve an almost sinusoidal Back EMF (Electromotive force), minimizing magnet weight and maximizing efficiency. In order to precise calculation of the magnet thickness, a new equation is presented. In the first step the design optimization parameters such as number of pole, the air gap, and electrical loading is specified by IPSO to satisfy design objectives. The motor designed by sizing equations and IPSO, is evaluated with the help of Finite Element method to verify the accuracy of the obtained results.
    Keywords: AFPM motor, IPSO, Optimization, Permanent Magnet, Finite element Method