فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال هشتم شماره 3 (پاییز 1396)

فصلنامه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال هشتم شماره 3 (پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/10/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امید نادری، بابک گنجی * صفحات 1-8
    در مقاله حاضر، روندی برای بهینه سازی شکل استاتور موتور سوئیچ رلوکتانس به منظور کاهش ارتعاش و نویز صوتی در این موتور معرفی شده است. نیروی شعاعی اعمال شده بر روی قطب استاتور سبب جابه جایی استاتور و ارتعاش ماشین و باعث تولید نویز صوتی می شود. با استفاده از نرم افزار المان محدود ANSYS، الگوی شبیه سازی برای موتور سوئیچ رلوکتانس معرفی شده است که در آن با انجام تحلیل های الکترومغناطیسی و مودال نیروی شعاعی لحظه ای وارد بر قطب استاتور و فرکانس های طبیعی استاتور با دقت زیادی پیش بینی می شوند. با اعمال الگوی شبیه سازی ایجاد شده به یک موتور سوئیچ رلوکتانس 4/6، نتایج شبیه سازی، ارائه و برای اطمینان از صحت نتایج با داده های اندازه گیری مقایسه شده اند. همچنین، برای کاهش نویز موتور مزبور سوئیچ رلوکتانس، یک ساختار متفاوت برای استاتور پیشنهاد شده است و پارامترهای طراحی بهینه موتور به کمک الگوی شبیه سازی ایجادشده و الگوریتم های مختلف مطرح در روش طراحی آزمایش ها تعیین شده اند.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، تحلیل المان محدود، موتور سوئیچ رلوکتانس، نویز صوتی
  • محمد شیرزاد، سید مهدی حسینی * صفحات 9-24
    هزینه زیاد توسعه و تجدید ساختار شبکه های توزیع، استفاده از ادواتی را برای کاهش مشکلات ناشی از رشد و تغییرات بار، اجتناب ناپذیر کرده است. جبران ساز استاتیک توزیع یا DSTATCOM ازجمله این ادوات است. در این مقاله به مسئله جایابی و اندازه بهینه DSTATCOM در حضور منابع تولید پراکنده مبتنی بر آرایه فتوولتاییک با در نظر گرفتن تغییرات بار پرداخته می شود. الگوی فصلی - ساعتی آرایه فتوولتاییک برحسب میانگین توان خروجی تولیدی آن در ساعات مختلف در نظر گرفته می شود. همچنین تغییرات بار شبکه نیز با اعمال منحنی فصلی - ساعتی و نیز ضریب رشد سالانه در یک دوره 5ساله بیان می شوند. درنهایت، هزینه تلفات انرژی اکتیو و راکتیو، هزینه اولیه نصب جبران ساز و انحراف ولتاژ میانگین تابع هدف در نظر گرفته می شوند. الگوریتم NSGA-II برای بهینه سازی مسئله و روش جاروب پسرو - پیشرو برای حل معادلات پخش بار به کار گرفته می شود و شبیه سازی در شبکه های نمونه 33 و 69 شینه و در محیط نرم افزار Matlab اجرا می شود. نتایج نشان می دهند جایابی این جبران ساز، تلفات توان را کاهش می دهد و پروفیل ولتاژ سیستم را بهبود می بخشد که همراه با توجیه اقتصادی خواهند بود.
    کلیدواژگان: آرایه فتوولتاییک، الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب، پروفیل ولتاژ، تلفات توان، جبران ساز استاتیک
  • برنامه ریزی توسعه شبکه انتقال در محیط تجدید ساختار یافته با هدف ایجاد سرمایه گذاری مطلوب به کمک الگوریتم بهینه سازی خفاش چندهدفه
    فرزان رشیدی * صفحات 25-46
    در این مقاله، الگویی برای برنامه ریزی توسعه شبکه انتقال با هدف جذب سرمایه گذاری خصوصی ارائه شده است. بدین منظور سه تابع هدف شامل کمینه کردن هزینه سرمایه گذاری، کمینه کردن هزینه های تراکم خطوط و بیشینه کردن حجم سرمایه گذاری خصوصی برای احداث خطوط سودآور در نظر گرفته شده اند. برای محاسبه درآمد خطوط از روش قیمت گذاری توان - فاصله (مگاوات - مایل) استفاده شده است. با توجه به اینکه مسئله مد نظر از نوع مسائل بهینه سازی غیرخطی، چندهدفه و نامحدب است، برای حل آن نیز روش بهینه سازی چندهدفه جدید مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی خفاش پیشنهاد شده است. برای سرعت در فرآیند بهینه سازی و جلوگیری از گیرافتادن الگوریتم در بهینه های محلی، راهکارهای ابتکاری جدیدی نیز به الگوریتم اضافه شده اند. نتیجه اعمال این الگوریتم بر مسئله بهینه سازی، به مجموعه ای از طرح های بهینه ای منجر خواهد شد که نشان دهنده ناحیه مصالحه بین توابع هدف است. برای انتخاب طرح نهایی از بین چندین طرح بهینه موجود، از معیار تصمیم گیری فازی استفاده شده است. برای ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، شبیه سازی های متعددی با افق برنامه ریزی ده ساله روی شبکه 24 شینه IEEE انجام گرفته اند. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند الگوی پیشنهادی در حضور عدم قطعیت های مختلف، علاوه بر کمینه کردن هزینه های سرمایه گذاری و کاهش پرشدگی، خطوط با سطح ریسک پذیرفته شده و سودآور را شناسایی و برای سرمایه گذاری به بخش خصوصی پیشنهاد می کند.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی توسعه شبکه های انتقال، الگوریتم بهینه سازی خفاش، بهینه سازی چندهدفه، سرمایه گذاری خصوصی
  • مینا حشمتی، سعید جلیل زاده *، حسین شایقی، رضا نوروزیان صفحات 46-58
    مقاله 4، دوره 8، شماره 3، پاییز 1396، صفحه 46-58 XML اصل مقاله (1205 K)
    شناسه دیجیتال (DOI): 10.22108/isee.2017.102624.1029
    نویسندگان

    1دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی برق - دانشگاه زنجان - زنجان - ایران
    2دانشیار، دانشکده مهندسی برق – دانشگاه زنجان - زنجان - ایران
    3استاد، دانشکده مهندسی برق - دانشگاه محقق اردبیلی - اردبیل - ایران
    چکیده
    در این مقاله مسئله پایداری فرکانس در سیستم قدرت سه ناحیه ای با توربین های بخاری و گازی با در نظر گرفتن قیود غیرخطی ناشی از واحد بازگرمکن توربین بخار، محدودیت میزان تولید (GRC)، باند مرده گاورنر (GDB) و الگوی دینامیکی دیگ بخار (BD) بررسی شده اند. برای کنترل بار فرکانس، سیستم قدرت کنترل کننده جدیدی به صورت تناسبی – انتگرال گیر – مشتق گیر - فیلتر نویزگیر غیرخطی (NL-PIDF) معرفی و بهینه شده است. برای بهبود پایداری دینامیکی، ابررسانای ذخیره ساز میدان مغناطیسی (SMES) در ناحیه اول نصب شده و از خط انتقال موازی HVDC بین برخی نواحی استفاده شده است. برای طراحی بهینه مقادیر کنترل خودکار تولید هر ناحیه (AGC)، کنترل کننده تناسبی و بهره فیدبک جریان القاگر SMES و کنترل کننده NL-PIDF از الگوریتم بهینه سازی کریل ها (KH) با تابع هدفی ترکیبی استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام گرفته در حوزه زمان و مطالعات مقادیر ویژه، نشان دهنده عملکرد سریع، پایدار، مقاوم و همچنین برتری استراتژی کنترلی بهینه پیشنهادی در میرایی نوسانات فرکانس و توان اکتیو مبادله شده بین نواحی هنگام مواجهه با تغییرات پله ای تصادفی و سینوسی بار، تغییرات GRC، تغییرات GDB و عدم قطعیت های ناشی از تغییرات گسترده مقادیر دینامیکی است.
    کلیدواژه ها
    الگوریتم KH؛ HVDC؛ ذخیره ساز SMES؛ کنترل بار فرکانس؛ کنترل کننده غیرخطی NL-PIDF
    موضوعات
  • شهریار میداودی، اسکندر قلی پور *، سید محمد مدنی صفحات 59-74
    نفوذ واحدهای DG در مقایسه با ژنراتورهای متداول، چالش هایی را در شبکه های موجود به وجود آورده است؛ بنابراین استانداردهای شبکه برای ترکیب بدون عیب DGها با شبکه، محدودیت هایی را اعمال می کنند. بر همین اساس، استانداردهای شبکه اجازه عملکرد به DGهای کوچک در شرایط افت ولتاژ (LVRT) را نمی دهند و در هنگام وقوع خطا، آنها را از شبکه قطع (خارج) می کنند؛ بنابراین با توجه به اینکه تامین نشدن توان رآکتیو کافی در شبکه به بازیابی آهسته ولتاژ پس از رفع خطا و درنتیجه، خروج DGها از شبکه منجر می شود، در این مقاله روشی برای جایابی بهینه خازن ها و DSTATCOM در شبکه های توزیع صنعتی در حضور DGها ارائه شده است تا بتوان با تامین توان رآکتیو مورد نیاز شبکه در حالت دائمی و تامین دینامیکی توان رآکتیو (گذرا) و درنهایت، رعایت محدودیت های مجاز شبکه، به ترکیب DGها با شبکه کمک کرد. از طرف دیگر، با توجه به اینکه ادوات Custom Power همچون DSTATCOM معمولا گزینه ای گران قیمت به شمار می آیند، لزوم به کارگیری روش هایی برای استفاده بهینه از آنها در شبکه احساس می شود. در این مقاله به منظور بهره وری کامل (اقتصادی)، روشی جدید برای تعیین پارامترهای کنترل کنندهDSTATCOM ، با هدف بازیابی سریع تر ولتاژ ارائه شده است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی توان رآکتیو، جبران کننده استاتیک سنکرون، تولید پراکنده، شرایط افت ولتاژ، بازیابی ولتاژ، جایابی بهینه
  • امین علوی اشکفتکی، علی قیاسیان، عبدالرضا ربیعی * صفحات 75-82
    استفاده از خودروی الکتریکی باعث کاهش مصرف ذخایر رو به پایان سوخت های فسیلی و همچنین کاهش آلودگی می شود. اگر خودروی الکتریکی قابلیت اتصال به شبکه را داشته باشد، با یک برنامه ریزی هوشمندانه حتی سودآور است. هدف مقاله، ارائه برنامه ریزی شارژ و دشارژ برای بیشینه کردن سود صاحب خودرو است. برای بهینه سازی تابع هدف (بیشینه کردن سود صاحب خودرو) از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. روش پیشنهادی، ضمن استفاده معمولی و با آسایش از خودرو، برای صاحب خودرو نیز سود در بر خواهد داشت؛ بنابراین نگاه این بررسی متفاوت است و سودآوری صاحب پارکینگ، شبکه توزیع و جمع کننده مدنظر نیست. علاوه بر آن، در روش ارائه شده، مسافت طی شده و همچنین وضعیت شارژ در هر ساعت از شبانه روز مدنظر قرار می گیرند. برای بررسی صحت عملکرد این الگوریتم، داده های تصادفی، تولید و برنامه 1000 دفعه تکرار می شود. درنهایت، سود انتظاری صاحب خودرو برای سه حالت مختلف، وجودنداشتن قابلیت اتصال به شبکه، وجود این قابلیت و استفاده از شارژر 72 آمپری و درنهایت، وجود قابلیت اتصال به شبکه و استفاده از سوپرشارژر محاسبه و بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند حالت سوم، نسبت به دو حالت دیگر، سود آورتر است.
    کلیدواژگان: برنامه ریزی شارژ، برنامه ریزی دشارژ، الگوریتم ژنتیک، خودروی الکتریکی، داده تصادفی، سوپرشارژر
|
  • Omid Naderi, Babak Ganji * Pages 1-8
    In the present paper, the shape optimization is done for the switched reluctance machine to decrease the noise and vibration of this motor. The main reason for noise and vibration in the switched reluctance machine is the instantaneous radial force which is applied on the stator poles of the machine. Using the ANSYS finite element package, an electromagnetic simulation model has been developed for the switched reluctance motor by which the instantaneous radial force applied to stator poles and the natural frequencies are obtained precisely from the done electromagnetic and modal analyses. Applying the developed simulation model to a 6/4 switched reluctance motor, the simulation results are presented and they are validated using the given experimental results. To reduce the noise of the considered switched reluctance motor, a different structure is suggested for the stator and the optimal design parameters are determined using the developed simulation model and different algorithms are proposed in the design of experiment method.
    Keywords: Finite element analysis, vibration, switched reluctance motor, noise
  • Mohammad Sheerzad, Seyyed Mehdi Hosseini * Pages 9-24
    Electric vehicles (EVs) are new and growing loads in distribution networks. Increasing number of electric vehicles in a distribution network causes increase of electricity energy demand. Therefore, in the absence of any energy consumption management, some distribution system operation constraints (e.g. bus voltage magnitude) may be violated. Power electronic devices used for charging and discharging the batteries, are usually called chargers. The charger could be unidirectional (transfer the energy from network to the battery) or bidirectional. Bidirectional chargers work in four areas of PQ power plane. In this paper, firstly, the active and reactive power management of smart distribution network using electric vehicles as non-linear problem is presented. Then, the problem is converted to mixed integer linear programming (MILP) problem using specific linearization method and is solved by GAMS package. The proposed scheme has been tested on the 33-bus distribution network and its performance and capability have been evaluated by simulation results.
    Keywords: Electric Vehicles, Smart distribution network, Active, reactive power management, Mixed integer linear programming problem
  • Private Investor-based Transmission Expansion Planning in a Deregulated Environment Using Pareto Bat Inspired Algorithm
    Farzan Rashidi * Pages 25-46
    Three objective functions including minimizing investment cost, minimizing lines congestion cost and maximizing the investment from private parties for constructing transmission lines are considered. The proposed optimization problem is a nonlinear and non-convex multi-objective optimization and accordingly, a bat inspired based algorithm is proposed for solving it. For accelerating the optimization process and preventing local optimum trapping, new heuristic approaches are included to the original algorithm. Solving the multi-objective optimization problem using the proposed algorithm, results in several optimal plans showing compromise between objective functions. The final plan, among the generated plans, is selected using a max-min fuzzy decision making. The proposed method is applied on the IEEE 24 bus test system and effectiveness of the proposed method is verified. Simulation results show that in the presence of various uncertainties, the proposed algorithm in addition to minimizing the investment and reducing the congestion costs identifies low risk and profitable transmission lines to be invested by private parties.
    Keywords: Transmission expansion planning, Multiobjective optimization, Bat algorithm, Private Investor
  • Mina Heshmati, Saeed Jalilzadeh *, Hossein Shayeghi, Reza Noroozian Pages 46-58
    This paper investigates frequency stability in a three area power system including steam and gas turbines by taking into physical nonlinear constraints due to reheat steam turbine, generation rate constraint (GRC), governor dead band (GDB) and boiler dynamics (BD). A new load frequency controller based on nonlinear PID controller with derivative filter (NL-PIDF) is proposed and optimized. In order to improve dynamic stability, superconducting magnetic energy storage (SMES) is considered in first area and parallel HVDC links are used between some interconnected areas. Krill Herds optimization algorithm with hybrid cost function is used to optimally design integral control (AGC), proportional control and inductor current feedback gain of SMES and NL-PIDF controlling parameters. Simulation results in time domain and Eigen values studies demonstrate fast, stable, robust and also desirable performance of proposed control strategies in damping frequency and active power oscillations in the face with random step and sinusoidal load perturbations, variation in nonlinear GRC and GDB constraints and wide uncertainty in dynamic parameters.
    Keywords: LFC, Three area realistic power system, Nonlinear PIDF controller, SMES, HVDC, KH algorithm
  • Shahryar Midavoodi, Eskandar Gholipour *, Seysd Mohammad Madani Pages 59-74
    The presence of DG units in existing networks compared with conventional generators has created challenges. Hence, network standards make limitations. For this purpose, network standards do not allow the small DG, function properly in Low-Voltage Ride Through (LVRT). and in the presence of a fault, they will be disconnected from the network. Due to the fact that, lack of sufficient reactive power in the network will lead to slow voltage recovery, fault fixation and consequently disconnection of DGs from the network happens. This paper represents a method for optimal placement of capacitors and DSTATCOM in industrial distributing networks in the presence of DGs to provide reactive power required by the network in the steady state and providing dynamic reactive power (transient), and eventually helps combining DGs with network by considering authorized network restrictions. While, considering the high price of Custom Power such as DSTATCOM, it is required to implement efficient methods to use them in the network. As a result, the present paper proposes a method in order to determine DSTATCOM control parameters with the aim of fast voltage recovering, in order to obtain thorough economic benefits.
    Keywords: Reactive Power Planning, STATCOM, Distributed Generation, Low Voltage Ride Through, Recovery Voltage, optimal Placement
  • Amin Alavi Eshkaftaki, Ali Ghiasian, Abdorreza Rabiee Pages 75-82
    Electric Vehicle (EVs) usage causes to decrease the consumption of fossil fuel resources and pollution. If such EVs include vehicle to grid (V2G) capability, then a smart scheduling can be used in order to obtain more profit. The goal of this paper is to present a charge and discharge scheduling to maximize the profit of EV owner, using genetic algorithm (GA). The suggested method can be applicable without deteriorating the normal usage of EV. Besides that, in this method the hourly traveled distance and state of charge (SOC) of EV are considered in each hour of day and night. To evaluate the accuracy of this algorithm, stochastic data are generated and the algorithm is repeated 1000 times. Finally, the expected profit of EV owner is calculated for 3 modes named without V2G ability, with V2G and 72 ampere charger and with V2G and supercharger. The results show that the 3rd mode is more profitable than the other ones.
    Keywords: charge scheduling, discharge scheduling, genetic algorithm (GA), electric vehicle (EV), stochastic data, supercharger