فهرست مطالب

فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز - سال سوم شماره 2 (پیاپی 10، تابستان 1403)

نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
سال سوم شماره 2 (پیاپی 10، تابستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/02/08
  • تعداد عناوین: 6
|
  • عبدالرحمان سالم، بابک کیوانی * صفحات 1-16

    در این مقاله یک مبدل دوطرفه جدید ایزوله ارایه شده بطوری که با استفاده از یک اسنابر جدید بدون سوییچ اضافی، کلیدزنی نرم برای هر دو سوییچ اصلی فراهم شده و انرژی مدار اسنابر به خروجی منتقل می گردد. تعداد المان مبدل پیشنهادی پایین است و کنترل آن به علت اینکه در هر طرف تنها یک سوییچ عمل می کند و سوییچ دیگر فرمان نمی گیرد، بسیار ساده است. یکی از ویژگی های آن عدم استفاده از سلف های جداگانه در مدار اسنابر و استفاده از سیم پیچ سوم برای مدار اسنابر می باشد. عملکرد مبدل پیشنهادی به طور کامل تحلیل گردیده و در نرم افزار PSPICE شبیه سازی شده است که نتایج آن تحلیل تئوریک مبدل را تایید می کند. از طرفی یک نمونه 80 وات از آن ساخته شده است که نتایج عملی آن ارایه شده است.

    کلیدواژگان: مبدل دو طرفه، ایزوله، اسنابرهای بدون تلفات، راندمان بالا
  • مسلم فرهنگ نیا، فریبرز حقیقت دار فشارکی * صفحات 17-32

    امروزه، افزایش هزینه انرژی الکتریکی به خصوص در زمان اوج بار در کنار مشکلات زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی، مسئله پیک سایی به ‎کمک انرژی‎های پاک و تجدیدپذیر را در صنعت برق به امری مهم و حیاتی تبدل کرده است. از این‎رو در این مقاله از ترکیب نیروگاه خورشیدی و ذخیره ساز از نوع باتری برای حل مسئله پیک‎سایی استفاده شده است. در این راستا، یک فرمول‎بندی جدید جهت تعیین ظرفیت بهینه نیروگاه خورشیدی و ذخیره ساز باتری پیشنهاد شده است. در قیود مدنظر قرار گرفته برای فرمول‎بندی مزبور، مباحث فنی و مسائل اقتصادی با هم به نحو مناسبی ترکیب شده اند. علاوه بر آن حل مسئله بهینه با توجه به پروفیل بار مصرفی و هزینه ساعتی انرژی الکتریکی برای مشترک مورد مطالعه و همچنین با در نظر گرفتن نرخ تورم و هزینه انرژی الکتریکی در سال های پیش‎رو انجام شده است. پس از آن جواب حاصل از دیدگاه توجیه پذیری اقتصادی و تعاملی که با شبکه توزیع انرژی الکتریکی بالادست خواهد داشت، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نکته قابل تامل دیگر آن‎که، در این مقاله از داده های حقیقی در یک شبکه واقعی به منظور شبیه سازی ها استفاده شده است. نتایج شبیه سازی، عملکرد مناسب و کارآیی روش پیشنهادی را تایید می نماید.

    کلیدواژگان: نیروگاه خورشیدی، مشترک صنعتی، پیک سایی، ذخیره ساز باتری
  • ماهر عبدالنبی الوان، غضنفر شاهقلیان * صفحات 34-47

    مبدل های بسیار افزاینده در خودروهای برقی کاربرد وسیعی دارند زیرا استفاده از باطری و پیل سوختی باعث می شود که برای درایو موتور الکتریکی سطح ولتاژ افزایش یابد. از مشکلات مبدل های افزاینده، افزایش حجم و وزن به علت ترانسفورماتورهای افزاینده است. تاکنون روش های متنوع مانند خازن سوییچ شونده، سلف تزویج شده و مدارهای ضرب کننده برای حذف ترانسفورماتور و کاهش حجم و وزن مدار استفاده شده است. برای کاهش بیشتر حجم و وزن مدار لازم است تا فرکانس کلیدزنی افزایش یابد و که تنها با استفاده از روش کلیدزنی نرم امکان پذیر است. استفاده از سوییچ کمکی برای ایجاد شرایط کلیدزنی نرم در اکثر روش ها مرسوم است زیرا عدم استفاده از سوییچ کمکی استرس ولتاژ و جریان به مدار تحمیل می کند. در این مقاله یک مبدل بسیار افزاینده با مدار کمکی گذار ولتاژ صفر (ZVT) ارائه شده که شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر برای روشن شدن سوییچ و کلیدزنی در ولتاژ صفر برای خاموش شدن سوییچ فراهم می کند. استرس ولتاژ مبدل بسیار پایین است و تمام دیودها به صورت کلیدزنی در جریان صفر خاموش می شوند و لذا مشکل بازیابی معکوس ندارند. همچنین خازن کلمپ علاوه بر جذب انرژی سلف نشتی به افزایش بهره مبدل کمک می کند. مبدل ارائه شده در نرم افزار پی-اسپایس شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی با استفاده از یک نمونه اولیه آزمایشگاهی، اثربخشی و امکان سنجی مبدل مورد مطالعه و مناسب بودن آن برای وسایل نقلیه الکتریکی پیل سوختی را تایید می کند.

    کلیدواژگان: خازن کلمپ، کلیدزنی در جریان صفر، کلیدزنی در ولتاژ صفر، مبدل بسیار افزاینده
  • احمد عبدالکاظم عیسی، محمدحسین ارشادی * صفحات 48-61

    در این مقاله یک مبدل دو ورودی جدید با کلیدزنی در ولتاژ صفر برای سیستمهای هیبرید انرژی سبز ارایه شده است. در مبدل پیشنهادی از یک مدار کمکی جدید برای ایجاد شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر با کمترین تعداد المان کمکی استفاده شده است. مدار کمکی نه تنها شرایط کلیدزنی در ولتاژ صفر را فراهم می کند بلکه انرژی سلف نشتی را نیز در خود جذب کرده و مانع جهشهای ولتاژ دو سر سوییچهای اصلی مدار می شود. از طرفی استفاده از سلفهای تزویج شده نیز بهره مبدل را افزایش داده و استرس ولتاژ روی سوییچها را به شدت کاهش می دهد. مبدل پیشنهادی در توان 120 وات طراحی و در نرم افزار PSpice شبیه سازی شده استو همچنین برای اثبات تحلیلهای تئوری مدار یک نمونه آزمایشگاهی از آن ساخته شده است.

    کلیدواژگان: مبدل دو ورودی، کلیدزنی نرم، بهره ولتاژ بالا، کلیدزنی در ولتاژ صفر
  • المیرا اخوان معروفی، محمود سمیعی مقدم *، آزیتا آذرفر، رضا داورزنی، مجتبی واحدی صفحات 63-82

    در این مقاله یک مدل بهینه سازی بر اساس برنامه ریزی درجه دوم عدد صحیح مختلط تصادفی برای ارائه یک مدیریت انرژی یکپارچه برق و حرارت در ریزشبکه های برقی و حرارتی با در نظر گرفتن عدم قطعیت منابع انرژی تجدیدپذیر، جایابی منابع تولید برق و حرارت همزمان (CHP) به همراه سیستم های ذخیره انرژی و حرارتی و مدیریت سمت تقاضا در بهره برداری جزیره ای و متصل به شبکه ارائه شده است. یک تابع چند هدفه شامل کمینه سازی تلفات انرژی، انحراف ولتاژ، هزینه بهره برداری منابع و همچنین کاهش قطع منابع انرژی تجدیدپذیر و کاهش هزینه نصب در نظر گرفته شده است. شبکه توزیع IEEE 69 باس برای تجزیه و تحلیل انتخاب شده و کدنویسی در نرم افزار MATLAB و با بسته بهینه سازی CVX انجام شده است. مدل پیشنهادی نیز توسط قوی ترین حل کننده موجود به نام Gurobi حل شده است. نتایج بدست آمده نشان از عملکرد و دقت مدل پیشنهادی می باشد.

    کلیدواژگان: ریزشبکه، باتری، مدیریت سمت تقاضا، منابع انرژی تجدیدپذیر
  • سید عبدالرحمان احمدنژاد، رامتین صادقی*، بهادر فانی صفحات 83-111

    انگیزه کاهش آلایندگی های زیست محیطی و حفظ محیط زیست سبب رشد سریع منابع انرژی تجدیدپذیر و مزارع بادی در سیستم های قدرت شده است. با این حال، چندین چالش فنی در نفوذ بالای منابع انرژی تجدیدپذیر و مزارع بادی رایج است. مهمترین چالش، دستیابی به پایداری فرکانس در سیستم های جدید است. زیرا این منابع جدید توان ذخیره کمتری را به نسبت ژنراتورهای سنکرون ارائه می دهند. علاوه بر این، بدلیل اتصال مزارع بادی از طریق مبدل های الکترونیک قدرت به شبکه AC، سیستم های قدرت جدید اینرسی کمی دارند و مزارع بادی در عملکرد عادی نمی توانند با سایر منابع تولید متعارف در تنظیم فرکانس مشارکت داشته باشند. اخیرا با گسترش روزافزون مزارع بادی در سیستم-های قدرت مشارکت دادن آنها در پشتیبانی و تثبیت فرکانس در شرایط بروز اختلال در تولید یا مصرف سیستم های قدرت بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین در این تحقیق ابتدا نحوه شبیه سازی اینرسی ژنراتورهای سنکرون در توربین های بادی در جهت افزایش اینرسی سیستم های قدرت و کنترل فرکانس مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. سپس مروری بر انواع راهبرد ها و آخرین پیشرفت های صورت گرفته در زمینه رفع چالش های حضور مزارع بادی در جهت پشتیبانی موقت فرکانس در سیستم های قدرت انجام شده است. نهایتا مطالعات انجام شده در تکنیک های کنترل اینرسی و فرکانس سیستم برای توربین های بادی سرعت متغیر مورد بررسی، دسته بندی و مقایسه قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: توربین باد، بازیابی سرعت روتور، پشتیبانی موقت فرکانس، ژنراتور القایی دو سو تغذیه، افت دوم فرکانس
|
  • Abdulrahman Salim, Babak Keyvani * Pages 1-16

    In this paper, a new isolated bidirectional converter is presented so that by using a new snubber without any additional switch, soft switching is provided for both main switches and the energy of the snubber circuit is transferred to the output. The number of proposed converter elements is low and its control is very simple because only one switc5h operates on each side and the other switch does not take command signal. One of its features is not using separate inductors in the snubber circuit and using the third coil for the snubber circuit. The performance of the proposed converter has been fully analyzed and simulated in PSPICE software, the results of which confirm the theoretical analysis of the converter. On the other hand, an 80W prototype has been made from it, and its practical results have been presented.

    Keywords: Bidirectional converter, Isolation, Lossless snubbers, High efficiency
  • Moslem Farhangnia, Fariborz Haghighatdar-Fesharaki * Pages 17-32

    Nowadays, increasing the cost of electrical energy, especially at the peak load duration, besides the environmental caused by fossil fuels, have made the peak shaving problem by clean and renewable energies, one of the important as well as essential subjects in electric power industry. Hence, in this paper, combination of the photovoltaic power plant and the battery storage system is used to solve the peak shaving problem. In doing so, a new formulation is proposed for determining the optimal capacity of the photovoltaic power plant as well as battery storage. In the considered constraints in the mentioned formulation, technical issues and economic problems are combined together in an appropriate manner. Moreover, solving the optimization problem is performed regarding the consumption load profile as well as the hourly cost of the electrical energy of under-consideration costumer, and also the expected value of the inflation and the electrical energy cost in the future years. After that, the obtained solution is evaluated in terms of the economic feasibility and its interaction with the upstream electric power distribution network. Another considerable point in this paper is the use of the real data in an actual network for simulations. The simulation results, confirm the convenient performance as well as good efficiency of the proposed method.

    Keywords: Battery storage, Industrial customer, Peak shaving, Photovoltaic power plant
  • Maher Abdulnabi Alwan, Ghazanfar Shahgholian * Pages 34-47

    Step-Up DC-DC Converters are widely used in electric vehicles, because the use of batteries and fuel cells increases the voltage level to drive the electric motor. One of the problems of step-up converters is the increase in volume and weight due to step-up transformers. So far, various methods, such as switched capacitor, coupled inductor and multiplier circuits, have been used to eliminate the transformer and reduce the volume and weight of the circuit. To further reduce the volume and weight of the circuit, it is necessary to increase the switching frequency, which is possible only by using the soft switching method. Using an auxiliary switch to create soft switching conditions is common in most methods, because not using an auxiliary switch imposes voltage and current stress on the circuit. In this article, a step-up converter with an auxiliary circuit of zero voltage transition (ZVT) is presented, which provides switching conditions at zero voltage to turn on the switch and switching at zero voltage to turn off the switch. The voltage stress of the converter is very low, and all the diodes are switched off at zero current, so they do not have reverse recovery problems. Also, in addition to absorbing the energy of the leakage inductor, the clamp capacitor helps to increase the gain of the converter. The provided converter is simulated in P-Spice software. To check the performance of the converter, a laboratory model with a power of 150 watts has been designed and tested.

    Keywords: Clamp capacitor, Step-up converter, Zero current switching, Zero voltage switching
  • Ahmed Abdulkadhim Issa Albehadili, Mohammad Hosein Ershadi * Pages 48-61

    In this paper, a new two-input converter with zero voltage switching for green energy hybrid systems is presented. In the proposed converter, a new auxiliary circuit is used to create zero voltage switching with the least number of auxiliary elements. The auxiliary circuit not only provides zero voltageswitching conditions, but also absorbs the energy of the leakage inductance and prevents voltage spikesacross the main switches. On the other hand, the use of coupled-inductors also increases the gain of the converter and greatly reduces the voltage stress on the switches. The proposed converter has been designed with a 120 watts power and simulated in PSICE software, and also a prototype has been made to prove the theoretical analysis of the circuit.

    Keywords: Two-input boost converter, Coupling inductors, Zero voltage switching, Auxiliary circuit
  • Elmira Akhavan Maroofi, Mahmoud Samiei Moghaddam *, Azita Azarfar, Reza Davarzani, Mojtaba Vahedi Pages 63-82

    In this paper, an optimization model based on stochastic quadratic mixed integer programming to provide an integrated energy management of electricity and heat in electrical and thermal microgrids, taking into account the uncertainty of renewable energy sources, location of electricity generation sources and combined heat and power (CHP) along with energy and thermal storage systems and demand side management are provided in island operation and connected to the grid. A multi-objective function including minimization of energy loss, voltage deviation, cost of resource utilization, as well as reduction of renewable energy sources and reduction of installation cost is considered. The IEEE 69 bus distribution network was selected for analysis and coding was done in MATLAB software and CVX optimization package. The proposed model is also solved by the most powerful existing solver called Gurobi. The obtained results show the performance and accuracy of the proposed model.

    Keywords: Microgrid, Battery, Demand side management, Renewable energy sources
  • Seyed Abdul rahman Ahmadnejad, Ramtin Sadeghi *, Bahador Fani Pages 83-111

    The motivation to reduce environmental pollution has caused the rapid growth of renewable energy sources (RES) in power systems. However, several technical challenges are common in the high penetration of RES and wind farms (WF). The most important challenge is to achieve frequency stability in new systems. Because WF provide less storage, power compared to synchronous generators. In addition, due to the connection of wind farms to the AC grid through electronic power converters, new power systems have little inertia and WF cannot participate in frequency regulation with other conventional production sources in normal operation. Recently, with the increasing expansion of wind farms in power systems, their participation in supporting and stabilizing the frequency in the event of disturbances in the production or consumption of power systems has been highly considered. Therefore, in this research, firstly, it investigates the way of simulating the inertia of synchronous generators in wind turbines in order to increase the inertia of power and frequency control systems. Then, a review of various strategies and the latest developments in the field of solving the challenges of the presence of wind farms in the direction of temporary frequency support in power systems has been done. Finally, the studies conducted in inertial control techniques and system frequency for variable speed wind turbines have been investigated, categorized and compared.

    Keywords: Temporary frequency support, Wind turbine, Double-fed induction generator, Rotor speed recovery, Second frequency dip