فهرست مطالب
نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال نوزدهم شماره 3 (پیاپی 64، پاییز 1400)
- الف - مهندسی برق
- تاریخ انتشار: 1400/09/13
- تعداد عناوین: 7
-
-
صفحات 153-166
وقوع خطاهای امپدانس بالا (HIF) در شبکههای توزیع برق، خطرات جانی و مالی عمدهای را میتواند به همراه داشته باشد. از سوی دیگر، تشخیص این قبیل خطاها معمولا توسط رلههای اضافه جریان که معمولا در سیستمهای توزیع مورد استفاده قرار میگیرند، قابل انجام نیست و لازم است الگوریتمهای خاصی برای آن طراحی و پیشنهاد گردد. در این مقاله، ابتدا ماهیت این خطاها و روشهای شبیهسازی آنها مورد بررسی قرار گرفته و سپس با بررسی روشهای قابل استفاده جهت تشخیص آنها، روشی مبتنی بر تحلیلهای هارمونیکی ارایه شده است. در این روش، رله پیشنهادی پس از وقوع خطا، هارمونیکهای مورد نیاز را استخراج نموده و با الگوریتمی که از قبل برای آن برنامهریزی شده است، وقوع خطا را تشخیص میدهد. در این مقاله، نحوه ساخت رله پیشنهادی و بخشهای مختلف سختافزار آن توضیح داده شده است. همچنین نرمافزار این رله برای حالتهای گوناگون وقوع خطاهای امپدانس بالا تحت آزمایش قرار گرفته و سختافزار مربوط به آن نیز در آزمون آزمایشگاهی در تشخیص این خطاها موفق بوده است. با توجه به این که سختافزار مورد استفاده در این رله میتواند با تغییرات اندکی برای سایر رلهها نیز مورد استفاده قرار گیرد، جزییات مربوط به طراحی سختافزار هم در این مقاله بیان شده است.
کلیدواژگان: تحلیل هارمونیکی، حفاظت خطای امپدانس بالا، سیستم توزیع -
صفحات 167-179
امروزه با توجه به رشد روزافزون سهم انرژی بادی در تولید انرژی الکتریکی، وجود شاخصهایی به منظور ارزیابی عملکرد توربینها و مزارع بادی از اهمیت بالایی برخوردار است. چنین شاخصهایی میتوانند منجر به استفاده بهینهتر از سرمایهگذاری انجامشده و همچنین توسعه کارامدتر مزارع موجود شوند. با وجود این که شاخص ضریب ظرفیت از پتانسیل لازم برای چنین ارزیابی عملکردی برخوردار است، نسخه سنتی فرمولاسیون آن با محدودیتهای بسیاری روبهرو است. این پژوهش با توسعهدادن مفهوم ضریب ظرفیت، فرمولاسیونی جامع ارایه کرده که به کمک آن میتوان این شاخص را بر اساس نتایج اندازهگیری و شبیهسازی برای یک توربین- ژنراتور، مجموعهای از توربین- ژنراتورهای متصل به یک فیدر یا باسبار و کل توربین- ژنراتورهای یک مزرعه بادی محاسبه کرد. این فرمولاسیون امکان بررسی ضریب ظرفیت را در دورههای زمانی (سالانه، فصلی و ماهانه) و بازههای محاسبه مختلف (کل ساعات، ساعتهای خاص و ساعتی) فراهم کرده است. به عنوان یک مطالعه موردی، عملکرد انواع توربین- ژنراتورهای نصبشده در مزرعه بادی منجیل بر اساس نتایج اندازهگیری در یک بازه زمانی بهرهبرداری بررسی شده و با نتایج شبیهسازی این توربین- ژنراتورها و همچنین با انواع جدیدتر سرعت متغیر، مقایسه شده است. همچنین ضریب ظرفیت فیدرها، باسبارها و کل مزرعه به کمک نتایج شبیهسازی و نتایج اندازهگیری توان خروجی فیدرها در یک بازه زمانی بهرهبرداری، محاسبه شده و نتایج مستخرج از تحلیل این ضرایب ظرفیت ارایه شده است. نتایج حاصل از مطالعات عددی، نشان از کارامدی رویکرد جدید ارایهشده برای ارزیابی عملکرد توربینها و مزارع بادی به کمک شاخص توسعهیافته ضریب ظرفیت دارد.
کلیدواژگان: ضریب ظرفیت، توربین- ژنراتور بادی، مزرعه بادی منجیل، ارزیابی عملکرد -
صفحات 180-188
با چگالش رطوبت روی سطح مقرههای آلوده به ریزگرد، هدایت الکتریکی مقره بالا رفته و به تبع آن جریان نشتی روی سطح ایجاد شده و باعث از کارافتادگی مقرهها میشود. چگالش رطوبت روی سطح، در اثر مکانیزم سردشدن تشعشعی و عمدتا اوایل صبح و در فصل زمستان اتفاق میافتد. در این حالت دمای سطح مقره از نقطه شبنم کمتر است. در این مقاله ضمن بررسی مکانیزم سردشدن تشعشعی، یک نمونه ریزگرد واقعی جمعآوری شده از کانون ریزگرد، آنالیز شیمیایی و هدایت الکتریکی آن در حالت مرطوب اندازهگیری شده است. با شبیهسازی مقره کامپوزیتی kV 230 آلوده به ریزگرد در نرمافزار کامسول، جریان نشتی به دست آمده و با آزمون تجربی صحتسنجی شده است. همچنین با استفاده از روابط انتقال حرارت، دمای سطح مقره هنگام عبور جریان نشتی تعیین و با مقادیر ثبتشده توسط دوربین ترموویژن در هنگام آزمون، مقایسه گردیده است. نتایج نشان میدهد که جریان نشتی و دمای سطح مقره با افزایش هدایت و ضخامت لایه آلودگی افزایش یافته و به تبع آن احتمال از کار افتادگی مقره نیز بالا میرود. آزمون تجربی نشان داد که شبیهسازی مقره با نرمافزارهای تجاری موجود، میتواند روش قابل اعتمادی برای تحلیل پیشدستانه جهت ارزیابی مقرهها به شمار رود.
کلیدواژگان: مقره کامپوزیتی، ریزگرد، سردشدن تشعشعی، کامسول، جریان نشتی -
صفحات 189-198
ترانزیستورهای دی-کلکوژناید فلزات واسطه (TMDFET) از جمله افزارههای نوظهور هستند که در سالهای اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته اند. در این مقاله ابتدا اثر تغییر پارامترها، دما و منبع تغذیه بر عملکرد ترانزیستورهای TMDFET در مقایسه با تکنولوژی Si-MOSFET مورد بررسی قرار گرفته است، نتایج بیانگر میزان حساسیت کمتر TMDFET به این تغییرات در مقایسه با افزارهSi-MOSFET است. در ادامه با انتخاب مناسب نسبتهای ابعاد ترانزیستورها، به ارزیابی کارآیی سلول حافظه دسترسی تصادفی استاتیک شش-ترانزیستوری پایه مبتنی بر TMDFET در مقایسه با فناوری Si-MOSFET در تکنولوژی 16nm پرداخته شده است. شبیهسازیها در دمای اتاق، ولتاژ تغذیه 0.7 ولت و شرایط یکسان برای هر دو افزارهTMDFET و Si-MOSFET در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از شبیهسازیها نشان میدهند که SRAM مبتنی برترانزیستورTMDFET دارای 44/29%WTP بیشتر و به همین نسبت توانایی نوشتن بیشتر، 49/49% WTI×WTV بیشتر و به همین نسبت حاشیه نویز نوشتن بالاتر و 48/29% تاخیر خواندن کمتر است.به عبارت دیگریک سلول SRAM مبتنی بر TMDFET از نظر توانایی نوشتن، حاشیه نویز استاتیکی خواندن وتاخیرخواندن عملکرد بهتری نسبت بهSi-MOS-SRAM از خود نشان میدهد.
کلیدواژگان: 6TSRAM، حافظه دسترسی تصادفی استاتیک، ترانزیستور دی-کلکوژناید فلزات واسطه (TMDFET)، تغییرات فرایند، ولتاژ و دما (PVT) -
صفحات 199-206
کاهش هزینههای شبکه و افزایش درآمد، یکی از اهداف مهم اپراتورهای شبکه میباشد. در این مقاله، مساله جایابی و تعیین اندازه ذخیرهسازهای انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. جایابی در جهت بیشینهکردن سود به دست آمده از تاسیس واحدهای تولید پراکنده و بهرهبرداری از ذخیرهسازها انجام میپذیرد. مولفههای تشکیلدهنده تابع هدف مساله جایابی شامل سود به دست آمده از بهرهبرداری واحد تولید پراکنده، سود به دست آمده از کاهش تلفات توان شبکه، هزینه نصب ذخیرهساز انرژی و سود به دست آمده از کاهش انرژی خریداریشده از شبکه بالادست میباشد. مدل به کار رفته به منظور جایابی، مبتنی بر رفتار احتمالاتی تابش خورشید، مصرفکنندههای انرژی و اپراتورهای بازار برق است. به منظور مدلسازی طبیعت تصادفی توان خروجی نیروگاههای خورشیدی از تابع چگالی احتمال و برای مدلسازی بار و قیمت برق از روش سناریوبندی استفاده شده و شبیهسازیها با استفاده از نرمافزار Matlab صورت گرفته است. در این مقاله، بالابردن قابلیت شبکه با بهرهبرداری از واحدهای تولید پراکنده و ذخیرهسازهای انرژی مساله اصلی است.
کلیدواژگان: بهینه سازی، تجدیدپذیر، ذخیره ساز، طراحی، عدم قطعیت -
صفحات 207-214
در این مقاله الگوریتم جدیدی از فیلترهای جمع گوسی برای تخمین حالت سیستمهای غیر خطی ارایه شده است. روش پیشنهادی شامل اجرای چند فیلتر کالمن مکعبی به شکل موازی است به صورتی که هر کدام از این فیلترها بر اساس قوانین شعاعی- کروی سیمپلکس پیادهسازی میشوند. در این روش تابع چگالی احتمال حالت به صورت مجموع وزنی از چند تابع گوسی است که مقادیر میانگین، کواریانس و همچنین ضرایب وزنی این توابع گوسی به صورت بازگشتی و در طول زمان محاسبه میشوند و هر کدام از فیلترهای کالمن مکعبی نیز مسیول به روز رسانی یکی از این توابع هستند. در نهایت عملکرد فیلتر پیشنهادی با استفاده از دو مساله تخمین حالت غیر خطی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با فیلترهای غیر خطی مرسوم مقایسه میشود. شبیهسازیهای صورتگرفته نشان از دقت مناسب الگوریتم پیشنهادی در تخمین حالت سیستمهای غیر خطی دارد.
کلیدواژگان: سیستم های غیر خطی، تخمین حالت، قانون مکعبی سیمپلکس، فیلتر جمع گوسی -
صفحات 215-221
در این مقاله با استفاده از تشدیدکنندههای T شکل و امپدانس پلهای، یک تزویجکننده میکرواستریپی جدید با فرکانس کاری یک گیگاهرتز ارایه شده است. تزویجکننده پیشنهادی نسبت به تزویجکنندههای پیشین از اندازه کوچکتری برخوردار بوده و عملکرد مطلوبی از خود نشان میدهد. تزویجکننده طراحیشده در مقایسه با تزویجکننده شاخهای متداول دارای 65% کاهش سایز میباشد و همچنین هارمونیکهای دوم تا هفتم را نیز حذف میکند. تزویجکننده طراحیشده بر روی زیرلایه 5880 RT/duroid با ثابت دیالکتریک 2/2، ضخامت mil 31 و تانژانت تلفات 0009/0 ساخته شده است. نتایج اندازهگیری و شبیهسازی تطبیق خوبی دارند که نشان از صحت طراحی قطعه دارد.
کلیدواژگان: تزویج کننده، تشدیدکننده T شکل، تشدیدکننده امپدانس پلهای و حذف هارمونیک
-
Pages 153-166
Over current relays that are used commonly in distribution system can't detect high impedance fault. Therefore for that purpose it is necessary to design special algorithms. In this paper, a method based on harmonic analysis is presented. In this technique, the proposed relay, after fault occurs, extracts the required harmonic and according designed algorithm, occurrence of fault is reported. Software of this relay for different scenarios of high impedance faults was tested; also its hardware of relay in laboratory tests could correctly identify events.
Keywords: Harmonic analysis, high impedance fault (HIF), distribution system -
Pages 167-179
Nowadays, with the increasing share of wind power in electrical energy sector, performance evaluation indices are of great importance. Such indices can lead to optimal utilization of invested capital and effective development of existing wind farms. Despite having some of the required characteristics, the capacity factor based on traditional definition has some limitation. This study aims to extend the concept of capacity factor and presents a comprehensive formulation in order to calculate this index using measured and simulated data for one turbine, all turbines connected to a feeder or a busbar, and all turbines of a wind farm. This formulation also provides a framework for calculating the capacity factor in various time periods (annual, seasonal, monthly, etc.) and different time slots (all hours, special hours, hourly, etc.). As a case study, performance of the installed wind turbines in Manjil wind farm is investigated over an operation period using both measured and simulated data. Performance evaluation of the farm is also carried out with a newer variable speed type. Moreover, capacity factors of the feeders, busbars, and the entire farm are calculated using the turbines simulated data as well as measured data of the feeders over an operation period, and various results of exploring the obtained capacity factors are presented. Numerical results demonstrate the effectiveness of newly presented method for the performance evaluation of wind turbines and wind farms based on extended concept of capacity factor.
Keywords: Capacity factor, wind turbine, Manjil wind farm, performance evaluation -
Pages 180-188
As moisture condenses on the surface of the contaminated insulators, the electrical conductivity of the insulator surface increases, resulting in a leakage current on the surface and causing the insulators to fail. Condensation of moisture on the insulator surface occurs due to the mechanism of radiation cooling, mainly in the early mornings of winters. In this case, the temperature of the insulator surface is lower than the dew point. In this paper, a sample of real fine dust collected from the dust center and chemical analysis and measurement of electrical conductivity in the wet state were performed. By simulating a 230-kV contaminated composite insulator in COMSOL Multiphysics software, the magnitude of leakage current was obtained and verified by an experimental test. Also, using heat transfer governing relations, the temperature of the insulator surface during the leakage current flow, was determined and compared with the images captured by the thermo-vision camera during the test. The results show that the leakage current and the surface temperature of the insulator increase with increasing the conduction and thickness of the contamination layer and consequently the probability of insulator failure also increases. Experimental testing shows that simulation of insulators with finite elements-based commercial software can be a reliable method for pre-analysis of insulators.
Keywords: Composite insulator, particulate contamination, radiation cooling, COMSOL Multiphysics, leakage current -
Pages 189-198
Transition metal dichalcogenides FETs (TMDFETs) are among the emerging devices that have been considered by researchers in recent years. In this paper, the effect of parameter variations, temperature and power supply on the performance of TMDFET transistors has been investigated in comparison with Si-MOSFET technology. The results indicate that TMDFET is less sensitive to these variations compared to Si-MOSFET devices. By selecting the appropriate transistors size ratios, the performance of the TMDFET-based conventional 6-transistor static random access memory cell is evaluated in comparison with the Si-MOSFET in 16nm technology. Simulations are performed at room temperature, 0.7 V supply voltage and the same conditions for both TMDFET and Si-MOSFET devices. The results of the simulations show that TMDFET-based SRAM cell has 29.44% more WTP, corresponding to more writing ability, 49.49% more WTI×WTV, corresponding to higher writing noise margin, and 29.48% lower read delay. In other words, a TMDFET-based SRAM cell performs better than Si-MOS-SRAM in terms of write ability, static read margin, and read delay.
Keywords: T-SRAM, static random access memory, transition metal dichalcogenides FET (TMDFET), process, voltage, temperature variations (PVT) -
Pages 199-206
One of the main goals of distribution network operators is to reduce the cost of operating the network and improve profit. In this paper, the problem of siting and determining the size of energy storage batteries are studied. The constituent components of the objective function of the placement problem include the profit from the operation of the distributed generation unit, the profit from the reduction of grid power losses, the cost of installing an energy storage system, and the profit from the reduction of energy purchased from the upstream network. The model used for positioning is based on the probabilistic behavior of solar radiation, energy consumers, and electricity market operators. To model the stochastic nature of the output power of solar power plants, the probability density function has been used, and to model the load and price of electricity, the scenario method has been used. The simulations were performed using MATLAB software. The proposed method can manage the generation of solar power plants using the siting and management of charge and discharge of batteries.
Keywords: Optimization, Renewable, Storage, Design, Uncertainty -
Pages 207-214
In this paper, a new algorithm of Gaussian sum filters for state estimation of nonlinear systems is presented. The proposed method consists of several parallel Cubature Kalman filters each of which is implemented according to the simplex spherical-radial rule. In this method, the probability density function is the sum of the weights of several Gaussian functions. The mean value, covariance, and weight coefficients of these Gaussian functions are calculated recursively over time, and each of the Cubature Kalman filters are responsible for updating one of these functions. Finally, the performance of the proposed filter is investigated using two nonlinear state estimation problems and the results are compared with conventional nonlinear filters. The simulation results show the appropriate accuracy of the proposed algorithm in state estimation of nonlinear systems.
Keywords: Nonlinear systems, state estimation, simplex cubature rule, Gaussian-sum filter -
Pages 215-221
In this paper a novel compact microstrip coupler using T-shaped and stepped impedance resonators is proposed, simulated and fabricated. In the proposed structure long quadrature wavelength lines are replaced with small resonators, which results in size reduction and harmonics suppression. The proposed coupler correctly works at 1 GHz and suppresses 2nd up to 7th unwanted harmonics. Moreover the designed coupler reduces the circuit size more than 65% compared to the conventional coupler.
Keywords: Coupler, size reduction, harmonic suppression, resonator