فهرست مطالب

مجله کیفیت و بهره وری صنعت برق ایران
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 31، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهتاب گنجوری، مزدا معطری*، احمد فروزان تبار، محمد آزادی صفحات 1-11

    برای برقراری تعادل تولید - مصرف، طراحی یک روش که اطلاعات اولیه را برای بار مصرفی در ساعات آتی با سطح دقت و قابلیت اطمینان مطلوبی ضروری می باشد. مسیله ی پیش بینی بار با ظهور مفاهیم جدید در شبکه های برق و تجدید ساختار سیستم های قدرت روز به روز پیچیده تر می شود. این مقاله یک شبکه باقی مانده عصبی را برای پیش بینی با دقت بالای بارهای الکتریکی پیشنهاد می کند. در شبکه ی طراحی شده با ترکیب دو شبکه ی باقی مانده عمیق قدرتمند توانایی یادگیری ارتقا یافته و همچنین از مشکلاتی همچون بیش برازش و کاهش/افزایش گرادیان جلوگیری شده است. همچنین، برای یادگیری کامل مشخصات زمانی و مکانی، شبکه ی عصبی کانولوشنی (CNN) و واحد بازگشتی حافظه دار (GRU) ترکیب شده و در ساختار چندسطحی باقی مانده ادغام شده است. تحلیل ها فصلی و تحقیق بر روی چندین مورد مختلف با استفاده از داده های بار مصرفی واقعی در شهر شیراز، ایران موثر بودن روش را تایید می کند و برتری روش پیشنهاد از طریق مقایسه با روش های پیشین نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: پیش بینی کوتاه مدت بار، شبکه ی عصبی باقی مانده عمیق چند سطحی، شبکه بازگشتی حافظه دار، شبکه ی عصبی کانولوشنی
  • مهدی سرلک، ابوذر صمیمی، مهدی نیک زاد*، امیرحسین سالمی صفحات 12-25

    در این مقاله، بهره برداری بهینه ریزشبکه در حضور بلوک های حرارتی، تولیدات پراکنده، ذخیره سازها و بارهای پاسخ ده جهت دستیابی به زمان بندی بهینه توان اکتیو، راکتیو و حرارتی عناصر مذکور در محیط بازار انرژی و توان راکتیو روز- بعد ارایه می شود. بلوک حرارتی دارای سیستم ترکیبی برق و حرارت، بویلر و بارهای پاسخ ده حرارتی است. این طرح پیشنهادی تفاوت مجموع هزینه بهره برداری ریزشبکه و منابع و مجموع درآمد فروش انرژی و توان راکتیو عناصر یاد شده در بازارهای مذکور مستقر در ریزشبکه را کمینه می کند. آن نیز مقید به معادلات پخش توان AC، محدودیت های بهره برداری شبکه، مدل بهره برداری این عناصر است. علاوه براین طرح دارای عدم قطعیت های قیمت انرژی، بار و توان تجدیدپذیر است، که از روش انتقال بی‎بو برای مدل سازی آنها استفاده می شود. در نهایت با اجرای طرح پیشنهادی برروی ریزشبکه شعاعی 119 باسه، نتایج عددی بدست آمده تاییدکننده قابلیت طرح در بهبود همزمان وضعیت اقتصادی و بهره برداری ریزشبکه می باشد.

    کلیدواژگان: بهره برداری ریزشبکه، بلوک حرارتی، روش انتقال بی بو، بازار انرژی، بازار توان راکتیو
  • حسین لطفی، رحیم ایلدر ابادی*، محمدابراهیم حاجی ابادی صفحات 26-38

    وقوع شرایط نامساعد جوی و بلایای طبیعی همواره منجر به تحمیل خسارات و قطعی های گسترده در سطح شبکه های توزیع می شود، که تعداد و شدت این حوادث در سال های اخیر اغلب رو به افزایش بوده است. بنابراین ارزیابی تاب آوری شبکه و قابلیت برگشت پذیری آن در مواجهه با شرایط نامساعد جوی، کاهش نفوذپذیری شبکه توزیع برق در مواجهه با بلایای طبیعی باید از اولویت های برنامه ریزی برای طراحی و بهره برداری بهینه از شبکه توزیع باشد .ایده این مقاله، احداث خطوط تای لاین جدید بین بخش سالم شبکه و سایر بخش های آسیب دیده شبکه در صورت بروز حادثه احتمالی به منظور بازگرداندن سریع سرویس به بخش های فاقد برق شبکه است. در این مقاله، روش ابتکاری مبتنی بر تکرار با استفاده از نظریه گراف برای بهینه سازی تابع هدف کل، از جمله هزینه احداث خطوط تای لاین، هزینه قابلیت اطمینان و هزینه تاب آوری ارایه شده است. روش پیشنهادی بر روی بخشی از سیستم تست RBTS اعمال شده و در نهایت اثر احداث خطوط تای لاین جدید بر شاخص های تاب آوری و قابلیت اطمینان شبکه با توجه به هزینه احداث این خطوط بررسی شده است

    کلیدواژگان: شبکه توزیع، تاب آوری، قابلیت اطمینان، الگوریتم مبتنی بر تکرار، انرژی توزیع نشده
  • مجید حسین پور*، تورج ثابت فر صفحات 39-56

    انرژی خورشید به عنوان یک منبع انرژی نامحدود، پاک و مقرون به صرفه، با استفاده از سلول های فتوولتاییک به انرژی الکتریکی قابل تبدیل است. در این مقاله یک سیستم بهساز توان فتوولتاییک متصل به شبکه با فیلتر LCL، با قابلیت تزریق جریان با کیفیت و توانایی پایداری بالا در مقابل اغتشاشات ارایه شده است. با توجه به اینکه ولتاژ خروجی سلول های فتوولتاییک پایین تر از ولتاژ شبکه است، لذا از مبدل DC-DC استفاده شده است و جهت تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC مورد نیاز شبکه از اینورتر با فیلتر LCL استفاده شده است. به منظور اطمینان از حذف تشدید و ناپایداری ناشی از استفاده از فیلتر LCL، از استراتژی کنترل فیدبک جریان سمت اینورتر و جریان سمت شبکه استفاده شده است.  حاشیه پایداری در کنترل مرسوم شامل فیدبک جریان خازن و جریان سمت شبکه در شبکه ضعیف مقداری پایین است و نیازمندی های سیستم را تامین نمی کند. در روش کنترل پیشنهادی برای بررسی قابلیت پایداری سیستم و تامین نیازمندی های سیستم، تاخیر زمانی نیز در طراحی لحاظ شده است و پایداری سیستم در شبکه ضعیف و در حضور اندوکتانس شبکه قابل توجه ارزیابی شده است. در مقایسه با استراتژی های مرسوم (فیدبک جریان خازن و جریان سمت شبکه)، سیستم بهساز توان فتوولتاییک متصل به شبکه با فیلتر LCL تحت استراتژی پیشنهادی به یک میرایی تشدید مناسب دست می یابد و حاشیه پایداری بزرگ تر و مشخصات بهتر متصل به شبکه تحت شبکه ضعیف را تضمین می کند. نتایج شبیه سازی سیستم بهساز توان فتوولتاییک پیشنهادی بیانگر عملکرد دقیق سیستم کنترلی، ردگیری مناسب حداکثر توان آرایه فتوولتاییک و تزریق جریان با کیفیت بسیار مناسب به شبکه می باشد.

    کلیدواژگان: آرایه فتوولتاییک، تحلیل پایداری، تحلیل حساسیت، سیستم بهساز توان، فیلتر LCL
  • علی کرد خیلی، علی قاسمی مرزبالی* صفحات 57-70

    مساله تعیین ظرفیت و موقعیت بهینه منابع تولید پراکنده یکی از موضوعات بااهمیت در طراحی و بهره برداری از سیستم های قدرت می باشد. برای پوشش دادن به این موضوع، در این مقاله یک مدل جدید چندهدفه برای تخصیص بهینه منابع خورشیدی در سیستم های توزیع شعاعی مبتنی بر توابع اهدافی مانند بهبود پروفیل ولتاژ، کاهش تلفات و حداکثرسازی سطح نفوذ پیشنهاد شده است. مقادیر بهینه به عبارتی، ظرفیت منابع خورشیدی جهت برآورده نمودن پروفایل ولتاژ بهینه و تلفات کمینه تحت سطوح نفوذ بالای این منابع به دست آمده است. نظر به اینکه، این توابع در تضاد یکدیگر بوده، برای حل همزمان آنها یک الگوریتم توسعه یافته چند هدفه گرگ خاکستری پیشنهاد شده است. نسبت به سایر روش های حل مسایل چندهدفه، روش بهینه سازی چندهدفه گرگ خاکستری پیشنهادی قابلیت بسیار بالایی در حل مسایل چندهدفه و یافتن جبهه های پارتو دارد و از قرار گرفتن در بهینگی های محلی جلوگیری می نماید. علاوه بر این به منظور ارتقای قابلیت های روش گرگ خاکستری از روش سلسله مراتبی اجتماعی تصحیح شده برای کاهش زمان حل و بهبود ماتریس تخصیص استفاده شده است. در نهایت، روش پیشنهادی و مدل مورد نظر بر روی یک سیستم استاندارد در شرایط کاری مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان داده که روش پیشنهادی در مقایسه با سایر الگوریتم های چند هدفه توانسته پروفیل ولتاژ را در حد قابل قبولی نگه داشته و تلفات را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش دهد. برای سطوح نفوذ کم تا متوسط، تلفات تمایل به کاهش یافتن تا رسیدن به مینیمم مقدار را داشته و برای سطوح نفوذ بالاتر از 100 درصد، تلفات افزایش می یابد. همچنین در سطح نفوذ 300 درصد کارایی سیستم از منظر پروفایل ولتاژ با استفاده از تخصیص بهینه حدود 12 درصد بهبود یافته است که این نشانگر کارایی بسیار مناسب روش پیشنهادی حتی در سطوح نفوذ بالا می باشد. علاوه بر این اثبات گردید در مقایسه با سایر روش های بهینه سازی چندهدفه روش پیشنهادی دارای عملکرد مناسبی از منظر پارامتر فاصله نسل معکوس بوده است.

    کلیدواژگان: سطح نفوذ، سیستم خورشیدی، تلفات خطوط انتقال، پروفایل ولتاژ، بهینه سازی
  • مسلم صالحی*، علی اکبر مطیع بیرجندی صفحات 71-81

    مکان یابی دقیق خطا در یک سیستم خط انتقال برای شرکت های برق به منظور تشخیص سریع محل اختلال، بسیار اهمیت دارد. استفاده از یک تکنیک مناسب برای مکان یابی دقیق خطا، به طور موثر منجر به کاهش زمان بازیابی خطا و هزینه عملیات سیستم در طول تعمیر و نگهداری می شود. در نتیجه، قابلیت اطمینان و کیفیت تحویل برق بهبود و زیان اقتصادی ناشی از قطعی خطوط کاهش می یابد. در این مقاله، یک روش دقیق مکان یابی خطا مبتنی بر امواج سیار دو پایانه ای برای خطوط انتقال پیشنهاد شده است. در این روش، بر اساس زمان رسیدن امواج سیار اول و دوم ناشی از خطای اتصال کوتاه که به صورت جداگانه در هر دو پایانه خط انتقال اندازه گیری می شوند، محل خطا و زمان وقوع آن تعیین می شود. الگوریتم پیشنهادی به همگام سازی داده ها، پارامترهای خط انتقال و سرعت موج سیار که منبع خطا در روش های مکان یابی خطا مبتنی بر امواج سیار هستند، نیاز ندارد. مکان یابی خطا مبتنی بر امواج سیار نیازمند اطلاعات دقیق و کامل از سیگنال های جریان و ولتاژ ناشی از خطا است.  به منظور استخراج بهتر زمان رسیدن امواج سیار و تحلیل سیگنال های گذرا ناشی از خطای اتصال کوتاه، فیلتر مورفولوژی ریاضی MMF  بکارگرفته شده است. خطاهای مختلفی در یک خط انتقال 400 کیلوولت به طول 200 کیلومتر با استفاده از برنامه EMTP و MATLAB شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی تایید می کنند که الگوریتم پیشنهادی مستقل از نوع و امپدانس خطا بوده و قادر است با دقت بالا مکان خطا روی خط انتقال را تعیین کند.

    کلیدواژگان: مکان یابی خطا، خطوط انتقال، امواج سیار، مورفولوژی ریاضی
  • اعظم سادات شاه آبادی، علی کرمی ملائی*، علی اصغر شجاعی، مجید حلاجی، جواد صافحیان صفحات 82-89

    ادغام مزارع بادی در مقیاسی عظیم با شبکه سراسری، چالش های متعددی را برای بهره بردارن سیستم قدرت به همراه دارد. یکی از مهم ترین موارد، استخراج حداکثر توان ممکن در شرایط کاری مختلف از ظرفیت نیروگاهی نصب شده است. یکی از راهکارهای مرسوم در نیروگاه های بادی مجهز به ژنراتورهای القایی از دو سو تغذیه، کنترل توان خروجی روتور به کمک بهره گیری از کنترل کننده تناسبی-انتگرالی است. در این مقاله از الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری اصلاح شده با نظریه آشوب برای تنظیم ضرایب کنترل کننده 20 توربین بادی 2 مگاواتی قرارگرفته در یک ریزشبکه استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که استفاده از نظریه اشوب، موجب بهبود کیفیت همگرایی ردگیری نقاط حداکثر توان در هنگام تغییرات سریع سرعت باد می گردد. در استراتژی ردیابی نقطه حداکثر توان با کنترل کننده تناسبی-انتگرالی کلاسیک، زمانی که سرعت باد از مقداری به مقداری دیگر تغییر می یابد، گشتاور ایجاد شده حاوی ریپل زیادی بوده و این کنترل کننده در غلبه بر خاصیت غیرخطی و ریپل گشتاور ناتوان است. این ضعف باعث افزایش استرس وارد شده به سیستم شده و می تواند باعث آسیب دیدن تجهیزات ساختاری ژنراتور گردد. در عین حال،نتایج بدست آمده با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری  مبتنی بر آشوب، نشان می دهد که نه تنها محتوای ریپل به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته بلکه بیش از 40٪ از مقدار زیرجهش نیز کاسته می شود.

    کلیدواژگان: ردیابی نقطه حداکثر توان، الگوریتم رقابت استعماری حل کننده مبتنی بر آشوب، توربین بادی
|
  • Mahtab Ganjouri, Mazda Moattari*, Ahmad Forouzantabar, Mohammad Azadi Pages 1-11

    To maintain supply-demand balance, it is crucial to design a method to provide prior knowledge on load consumption in look-ahead time with high level of accuracy and reliability. The load prediction problem is becoming more and more challenging due to emerging new concepts in the electrical grids and reconstruction of the power networks. This paper develops a residual neural network to predict the electrical loads with high level of accuracy. In the designed network with combining two powerful deep residual network, a new residual deep network is proposed to improve the learning ability as well as prevent problems like overfitting and gradient reduction/explosion. Furthermore, to fully understand the spatial-temporal features, convolutional neural network (CNN) and gated recurrent unit (GRU) are combined and integrated into the designed multi-level deep network. The seasonal analysis and investigating several cases using actual electrical load consumption in Shiraz, Iran verifies the effectiveness of the proposed method and higher accuracy of the proposed deep network in comparison with other methods demonstrate the superiority of the proposed method.

    Keywords: Short-term load forecasting, multi-level residual deep neural network, gated recurrent network, convolutional neural network
  • Mehdi Sarlak, Abouzar Samimi, Mehdi Nikzad*, AmirHossein Salemi Pages 12-25

    In this paper, the optimal operation of micro-grid in the presence of thermal block, distributed generation, storages and demand response to achieve the optimal scheduling of active, reactive and thermal power of these elements in the day-ahead energy and reactive power markets is presented. The thermal block includes combined heat and power system, boiler, and thermal demand response. This scheme minimizes the difference between total operation cost of micro-grid and sources, and total revenue obtained from the mentioned markets. It subjects to AC power flow equations, network operation limits, and operation model of these elements. Moreover, the scheme includes uncertainties of energy price, load and renewable power, where unscented transformation method models these uncertainty parameters. Finally, by implement of the proposed scheme on the 119-bus radial micro-grid, the obtained simulation results confirm the capability of the scheme in the improving of economic and operation situation of micro-grid.

    Keywords: Micro-grid operation, Thermal block, Unscented transformation method, Energy market, Reactive power market
  • Hossein Lotfi, Rahim Ildarabadi*, MohammadEbrahim Hajiabadi Pages 26-38

    Adverse weather conditions and natural disasters always inflict extensive losses and outages in distribution networks while the number and severity of these incidents have often been on the rise in recent years. Therefore, evaluating the resilience of the network and its reversibility in the face of adverse weather conditions and reducing the permeability of the electricity distribution network exposed to natural disasters should be among the planning priorities for the design and optimal operation of these networks. T​this study aims to construct new tie lines between the healthy part and the damaged parts of a network in the event of a possible accident to quickly restore service to the parts that have lost electricity. The paper presents an innovative iteration-based method that uses graph theory to optimize the total objective function, including the cost of constructing tie lines, the cost of reliability, and the cost of resilience. The proposed method was applied to a part of the RBTS test system, and the effect of constructing new tie lines was investigated on the resilience and reliability indicators of the network according to the cost of their construction

    Keywords: Distribution network, resilience, reliability, iteration-based algorithm, energy not supplied
  • Majid Hosseinpour*, Tooraj Sabetfar Pages 39-56

    Solar energy, as an unlimited, clean and cost-effective source of energy, can be converted into electrical energy using photovoltaic arrays. In this paper, design, control and stability analysis of inverter-based power conditioner, which is connected to the low voltage grid via LCL filter, are presented to manage power injection of the photovoltaic system. Since the PV arrays generated voltage is lower than the grid voltage, DC-DC converter is utilized to increase the PV output voltage. The LCL filter is employed to improve injected current quality and to reduce interface inverter output voltage distortions. This filter can cause to occur resonance and system instability. Current double feedback control method, which is used inverter side and grid side currents as feedback current, is proposed to damp the resonance and to improve harmonic eliminations. The systematic design procedure of the proposed control strategy parameters is presented considering resonance damping, stability margin and grid-connected features to ensure the system stability in a non-ideal and weak grid. The proposed power conditioner system is simulated in MATLAB/Simulink to verify model performance and proposed control method. The simulation results show good performance of the proposed system in managing PV power flow into the grid, high quality of the injected current, and system stability against the grid impedance change disturbances.

    Keywords: LCL Filter, Power Conditioning System, PV Array, Sensitivity Analysis, Stability Analysis
  • Ali Hosseini Kordkheili, Ali Ghasemi Marzbali* Pages 57-70

    The problem of determining the optimal capacity and location of distributed generation resources is one of the important topics in the design and operation of power systems. To address this issue, this paper proposes a multi-objective developed model for optimal allocation of solar resources in radial distribution systems based on objective functions such as improving voltage profile, reducing losses, and maximizing penetration level. The optimal values, in other words, the capacity of solar resources to meet the optimal voltage profile and minimize losses under high penetration levels of these resources, have been obtained. Since these objectives are conflicting, a multi-objective developed algorithm called Gray Wolf Optimizer has been proposed to solve them simultaneously. Compared to other multi-objective problem-solving methods, the proposed Gray Wolf Optimizer demonstrates a high capability in solving multi-objective problems and finding Pareto fronts, while avoiding local optima. Additionally, in order to enhance the capabilities of the Gray Wolf Optimizer, a social hierarchy-based modified method has been employed to reduce solution time and improve the allocation matrix. Finally, the proposed method and the intended model have been evaluated on a standard system under various operating conditions. The obtained results show that the proposed method has been able to maintain an acceptable voltage profile and significantly reduce losses compared to other multi-objective algorithms. For low to medium penetration levels, losses tend to decrease until reaching a minimum value, and for penetration levels above 100%, losses increase. Furthermore, at a penetration level of 300%, the efficiency of the system has improved by about 12% in terms of voltage profile using the optimal allocation, indicating the excellent efficiency of the proposed method even at high penetration levels. Additionally, it has been demonstrated that in comparison to other multi-objective optimization methods, the proposed method has performed well in terms of the inverted generational distance parameter.

    Keywords: penetration rate, solar system, power loss, voltage profile, optimizer
  • Moslem Salehi*, AliAkbar Moti Birjandi Pages 71-81

    Accurate fault location in a transmission line system is very important for electric utilities in order to quickly diagnose the location of the fault. Using a suitable technique for accurate fault location effectively reduces the time of fault recovery and system operation cost during maintenance. As a result, the reliability and quality of electricity delivery is improved and the economic losses caused by line outages are reduced. In this paper, an accurate two-terminal traveling wave-based fault location method for transmission lines is proposed. In this method, based on the arrival time of the first and second traveling waves caused by the short circuit fault, which are measured separately at both terminals of the transmission line, fault location and fault inception time are determined. The proposed algorithm does not need to synchronize data, transmission line  parameters, and traveling wave speed, which are sources of error in traveling wave-based fault location methods.  In order to better analyse fault-induced transient signals and detects the arrival time of travelling waves, mathematicl morphology filter (MMF) is used. Several faults on a typical 400 kV, 200 km transmission line were simulated using EMTP  and MATLAB programs. The simulation results verified the proposed algorithm is able to accurately locate faults on transmission line. Also, the proposed method is independent of fault conditions shch as fault impedance, fault type, fault inception time and fault location.

    Keywords: Fault location, transmission lines, traveling wave, mathematicl morphology
  • Azam Sadat Shahabadi, Ali Karami-Mollaee*, AliAsghar Shojaei, Majid Halaji, Javad Safehian Pages 82-89

    Integrating large-scale wind farms with the main grid poses several challenges to operating the power utilities. One of the most important is to extract the maximum possible power in different operating conditions from the installed capacity. One of the common solutions in wind power plants equipped with doubly-feed induction generators is to control the output power of the rotor by using a proportional-integral controller.In this paper, a modified chaos-based imperialist competition algorithm is used to manage the control coefficients of twenty wind turbines (2 MW) located in a microgrid. The results show that the use of chaos theory improves the quality of convergence tracking of maximum power points during rapid changes in wind speed. In the classical proportional-integral controller, when the wind speed changes rapidly, the generated torque contains a large ripple and this controller is unable to overcome the nonlinear and ripple torque properties. This weakness increases the stress on the system and can damage the structural equipment of the generator. At the same time, the results obtained using the chaotic-based imperialist competition algorithm show that not only the ripple content is significantly reduced, but also more than 40% of its subsurface value is reduced.

    Keywords: Maximum power point tracking, Imperialist competitive algorithm, Chaos-based, Wind Turbine