فهرست مطالب

مجله کیفیت و بهره وری صنعت برق ایران
سال نهم شماره 1 (پیاپی 18، بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1398/12/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فاطمه فرجامی، اردشیر محمدزاده*، علی احمدیان، سجاد شجاع صفحات 1-15

    از وظایف مهم سیستم کنترل در توربین های بادی ثابت نگه داشتن توان در مقدار نامی در بادهای با سرعت بیشتر از سرعت نامی می باشد زیرا عدم ثابت نگه داشتن توان در مقدار نامی در ناحیه سوم محنی توان توربین، سبب آسیب زدن به توربین و افزایش تنشهای مکانیکی می شود. این هدف با کنترل زاویه گام در ناحیه سوم از منحنی توان توربین بادی محقق می شود. در این پژوهش به طراحی کنترل کننده فازی تناسبی_انتگرالی مرتبه کسری  برای زاویه گام توربین بادی پرداخته شده است و سپس با کنترل کننده تناسبی_انتگرالی مرتبه کسری و تناسبی_ انتگرالی مرتبه صحیح (PI) مورد مقایسه و ارزیابی قرار داده شده است و نتایج بر روی یک مدل معیار توربین بادی 100 کیلووات سرعت متغیر طراحی و شبیه سازی شده اند. نتایج شبیه سازی ها نشان داده اند که کنترل کننده ی فازی با توجه به معیار RMSE عملکرد بهتری در مقایسه با کنترل کننده PI کسری و کنترل کننده PI کلاسیک داشته است و کنترل کننده PI فازی کسری،  کنترل هموار تر و تثبیت مناسب تری بر روی سیگنال های توان خروجی و سرعت ژنراتور در ناحیه سوم عملکرد داشته است.

    کلیدواژگان: کنترل زاویه گام، توربین بادی، کنترل کنندهPI، کنترل کننده PI مرتبه کسری، کنترل کننده فازی PI^λ
  • عادل محسنی، مهدی صدقی*، محمدحسن راونجی، حمید لسانی صفحات 16-25

    بهره برداری ایمن از سیستم قدرت در گرو تامین پایداری و امنیت آن در همه زمان هاست. از جمله پدیده هایی که منجر به ناپایداری سیستم قدرت می شود و از دیرباز به عنوان یک چالش در کنترل و بهره برداری سیستم قدرت مطرح بوده است، پدیده ناپایداری دینامیکی (ناپایداری سیگنال کوچک) است که عمدتا به صورت نوسانات الکترومکانیکی فرکانس پایین نامیرا یا بامیرایی ناکافی خود را نشان می دهد. موثرترین راهکار برای میراسازی این نوسانات و بهبود پایداری دینامیکی شبکه، استفاده از پایدارسازهای سیستم قدرت (PSS) در سیستم تحریک نیروگاه هاست. هدف این مقاله، بررسی اثر PSSهای واحدهای مختلف یک نیروگاه واقعی بر پایداری دینامیکی شبکه برق ایران و بهبود عملکرد آن هاست. بدین منظور ابتدا مدل سیستم تحریک و PSSهای این نیروگاه شناسایی و صحت سنجی شده و سپس با به کارگیری روش فراابتکاری بهینه سازی اجتماع ذرات (PSO) پارامترهای اصلی این پایدارسازها با روشی پیشنهادی بهینه سازی می گردد. در ادامه، رفتار نیروگاه در حضور PSSهای بهینه شده در برابر اغتشاشات مختلف مورد بررسی قرار گرفته و اثر آن بر بهبود میرایی مودهای نوسانی محلی و بین ناحیه ای، هم در حوزه زمان و هم در حوزه فرکانس تحقیق می گردد. نتایج تحلیل منعطف و همزمان شبکه در حضور PSS با ضریب بهینه شده عملکرد رضایت بخش این پایدارساز بهینه شده را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: نوسان های الکترومکانیکی فرکانس پایین، پایداری دینامیکی، پایداری سیگنال کوچک، پایدارساز سیستم قدرت (PSS)، تست های عملی، نوسان های محلی، نوسان های بین ناحیه ای
  • محمد رسول جان نثار، علیرضا صدیقی*، مهدی ثواقبی، فاطمه اعلم، فریده بهداد صفحات 26-38

    سامانه های فتوولتاییک با وجود مزایای فراوان ممکن است آثار سویی همانند مسایل کیفیت توان (افزایش ولتاژ و هارمونیک)، افزایش سطح اتصال کوتاه، مسایل حفاظت و گذرا برای شبکه به همراه داشته باشند. دسته ای از این آثار، ناشی از ضریب نفوذ بالای این سامانه ها است که شبکه را با پدیده افزایش ولتاژ و هارمونیک مواجه می سازد. در این مقاله مکان ، اندازه و بهره برداری بهینه باتری و فیلتر پسیو به صورت جداگانه و هم زمان، به منظور ارایه اقدامات عملی برای غلبه بر مشکلات اضافه ولتاژ و هارمونیک تعیین شده است. در تابع هدف اقتصادی مسیله، هزینه ثابت و بهره برداری باتری و فیلتر پسیو در نظر گرفته شده و قیود به صورت محدود شدن هارمونیک کل ولتاژ و ولتاژ موثر باس های شبکه در بازه استاندارد تعریف گردیده اند. با در نظر گرفتن سود ناشی از خرید و فروش انرژی و کاهش تلفات شبکه در تابع هدف، این نتیجه حاصل شده است که استفاده از فیلتر به تنهایی، دارای کمترین هزینه به میزان 736 دلار است (اما منجر به فراتر رفتن اندازه ولتاژ موثر از مقدار مجاز 5% می شود). همچنین استفاده از باتری و فیلتر به صورت هم زمان، دارای بیشترین کاهش تلفات به میزان 4.1kWh است که میزان هارمونیک کل ولتاژ و ولتاژ موثر باس ها نیز در محدوده مجاز 5% قرار می گیرند. همچنین کابل ها، خطوط و ترانسفورماتور شبکه به صورت وابسته به فرکانس مدلسازی شده اند. شبکه مورد مطالعه، یک فیدر فشار ضعیف واقعی شامل دو سامانه فتوولتاییک می باشد که در شبیه سازی ضریب نفوذ آنها افزایش داده شده است. شبیه سازی ها، توسط نرم افزارهای DIgSILENT و MATLAB و با استفاده از ارتباط آنها به هم انجام شده است.

    کلیدواژگان: فتوولتاییک، ضریب نفوذ بالا، اضافه ولتاژ و هارمونیک، بهینه سازی، باتری و فیلتر پسیو، تلفات و مزایای اقتصادی
  • سید شرف الدین حسینی* صفحات 39-48

    روغن ترانس یکی از مهمترین موادی است که در صنعت برق و ترانسفورماتور مورد استفاده قرار می گیرد. وظیفه اصلی این ماده در کنار حفظ خصوصیت عایقی و محافظت از اجزای هسته ترانسفورماتور، انتقال گرما از هسته ترانسفورماتور به محیط بیرون است. ارتقای عملکرد این ماده یکی از دغدغه های محققین بوده است. در این تحقیق آزمایشگاهی تلاش شده است با ایجاد نانوسیالات حاوی نانوذرات مختلف با پایه روغن ترانسفورماتور شرایط انتقال حرارتی و همچنین ولتاژ شکست سوسپانسیون مورد بررسی قرار گیرد. نانوسیالات با ترکیب شش نوع نانوذره مختلف درون سیال پایه و قرار گیری تحت امواج التراسونیک آماده شده اند. بررسی حرارتی با دستگاه KD2 و بررسی الکتریکی با دستگاه سنجش ولتاژ شکست در دو دمای 25 و 55 درجه سانتیگراد صورت پذیرفته است.  نتایج آزمایشات بیانگر آن است که حضور نانوذرات موجب کاهش قابل ملاحظه ولتاژ شکست روغن می شود اما بطور نسبی تاثیر حرارتی مثبتی دارند بطوریکه نانوذرات الماس با افزایش 83 درصدی ضریب هدایت حرارتی بهترین نتیجه را نشان داده است.

    کلیدواژگان: روغن ترانسفورماتور، نانوسیال، انتقال حرارت، ولتاژ شکست الکتریکی
  • محسن نیاستی*، حشمت الله نوری زاده صفحات 49-58

    یکی از مسایل مهم و پیچیده در برنامه ریزی بلندمدت شبکه های توزیع، جایابی بهینه ترانسفورماتورهای توزیع می باشد. در این مقاله مکان یابی بهینه ترانسفورماتورهای توزیع بر اساس یک تابع چند هدف و کامل موردبررسی قرارگرفته است. در روش پیشنهادی، محل، ظرفیت بهینه و حوزه تحت سرویس با به حداقل رساندن هزینه ها (سرمایه گذاری، بهره برداری، قابلیت اطمینان) و بهبود پارامترهای قابلیت اطمینان و کیفیت توان (افت ولتاژ) با توجه به محدودیت های الکتریکی (ساختار شعاعی، افت ولتاژ و ظرفیت های تجهیزات) تعیین می گردد. با توجه به اینکه برنامه ریزی شبکه های توزیع به علت وجود متغیرهای تصمیم گیری متعدد و چندگانه در توابع هدف، دارای پیچیدگی خاصی می باشد. در این مقاله برای حل مسئله برنامه ریزی بلندمدت شبکه های توزیع، از الگوریتم جستجوی موجودات همزیست  (SOS) به عنوان یک الگوریتم بهینه سازی اکتشافی جدید توسعه یافته استفاده گردید. به منظور ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، روش پیشنهادی بر روی یک شبکه نمونه آزمایش شده است. مقایسه نتایج الگوریتم پیشنهادی با نتایج مطالعات با الگوریتم های ژنتیک (GA)، بهینه سازی مبتنی بر جغرافیایی زیستی (BBO) و الگوریتم رقابت استعماری (ICA)، به خوبی کارایی و مزیت الگوریتم پیشنهادی نسبت به سایر الگوریتم ها را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: ترانسفورماتورهای توزیع، مکان یابی بهینه، قابلیت اطمینان، کیفیت توان، افت ولتاژ، الگوریتم جستجوی موجودات همزیست (SOS)
  • عباس حسنی، فرهاد حق جو* صفحات 59-70

    در این مقاله، تاثیرات جبران ساز سنکرون استاتیکی (STATCOM)  بر عملکرد رله امپدانسی حفاظت قطع تحریک (LOF) ژنراتور سنکرون مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور انجام یک مطالعه دقیق و جامع، یک مدل واقع گرایانه برای سیستم تحریک ژنراتور در نظر گرفته شده است. این سیستم با استفاده از مدل حوزه فاز (PD) ژنراتور سنکرون که در شبیه ساز زمان واقعی دیجیتال (RTDS)  در دسترس می باشد، ایجاد شده است. با استفاده از چنین سیستمی، مطالعات LOF ژنراتور به صورت واقع گرایانه و مبتنی بر استاندارد  IEEE Standard C37.102-2006 قابل انجام می باشد. در این راستا، انواع مختلفی از خطاهای قطع تحریک کامل (CLOF)  و جزیی (PLOF) بر ژنراتور اعمال شده  و رفتار دینامیکی آن به همراه عملکرد رله امپدانسی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد که STATCOM می تواند دو اثر عمده بر عملکرد رله مذکور داشته باشد که عبارتند از: 1) اعمال تاخیر بر عملکرد رله در تشخیص خطاهای L و 2) احتمال دستیابی ژنراتور به یک نفطه کار پایدار جدید (NSOP)، زمانیکه سیستم کنترل ولتاژ از حالت اتوماتیک به حالت دستی تعییر وضعیت می دهد. هر دو اثر مذکور و عواقب محتمل ناشی از آن ها بر عملکرد ژنراتور مورد مطالعه قرار گرفته و راه کارهایی به منظور مواجهه   با این اثرات پیشنهاد شده است. این راه کارها مشتمل بر 1) استفاده از رله اضافه بار ژنراتور به منظور جلوگیری از اثرات گرمایی بر سیم پیج استاتور به دلیل افزایش زمان عملکرد رله LOF و 2) ارایه طرحی به منظور پایش NSOP هایی که ممکن است ژنراتور تجربه کند. هدف از این طرح، جلوگیری از اثرات مخربی است که ژنراتور ممکن است به دلیل کارکرد بلندمدت در حالت زیرتحریک متحمل شود.

    کلیدواژگان: ژنراتور سنکرون، سیستم تحریک ژنراتور، حفاظت قطع تحریک، جبران ساز سنکرون استاتیکی، شبیه ساز زمان واقعی دیجیتال
|
  • Khatereh Farjami, Ardashir Mohammadzadeh*, Ali Ahmadian, Sajad Shoja Pages 1-15

    One of the main tasks of the control systems in the wind turbines is to maintain the power of the wind when its wind speed proceed its nominal value. Because the failure to maintain the power in its nominal value in the region of the turbine curve damages the turbine and increases the mechanical stress. This object is obtained by controlling the pitch angle in the third region of the turbine curve. In this study, a fuzzy fractional-order PID controller is designed to regulate pitch angle in the wind turbines and its efficiency is compared with conventional PID and fractional-order PID controllers. The proposed control method is applied to a 100kW wind turbine under a variable wind speed. The simulations results show that the value of the root mean squre error for the proposed control method is less than the conventional PID and fractional order PID controllers, and also the proposed control scheme results in smoother and better control signals, output power and generator speed in third region of performance.

    Keywords: Wind Turbine, fuzzy systems, PID controller, Fractional order PID controller
  • Adel Mohseni, Mahdi Sedghi*, Mohammad Hasan Ravanji, Hamid Lesani Pages 16-25

    The safe operation of power system depends on its stability and security supply in all times. The dynamic instability (small signal instability) is one of phenomena that results in power system instability and has been discussed as a challenge in power system control and operation from a long time ago. Commonly the dynamic instability appears as undamped low frequency electromechanical oscillations or with insufficient damping. In order to damp these oscillations and improve dynamic stability, the use of Power System Stabilizer (PSS) in excitation systems is the most effective option. In this paper the impact of PSSs of various units of a real power plant on Iran grid dynamic stability is investigated and its performance is improved. In this way first the excitation system and PSS model of the power plant are identified and verified, and then the main parameters of PSSs are optimally retuned using the proposed method based on Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. In the following, power plant operation is considered in different disturbances with respect to the retuned PSSs, so that, the effect of optimal parameters on local and inter-area oscillation modes damping is taken into account, not only within time domain analysis, but also within frequency domain analysis. The results of proposed flexible and comprehensive analysis display the suitable performance of retuned PSSs.

    Keywords: Low frequency electromechanical oscillations, Dynamic stability, Small signal stability, Power system stabilizer (PSS), Practical tests, Local oscillations, Inter-area oscillations
  • Mohammad Rasol Jannesar, Alireza Sedighi*, Mehdi Savaghebi, Fatemeh Aalam, Farideh Behdad Pages 26-38

    Photovoltaic systems (PVs), despite their many advantages, may have effects such as power quality issues (voltage and harmonics increase), short-circuits level increase, protection issues, and transient stability for network. Some of these effects are due to the high PV penetration, which encounters the network with the over-voltage and harmonics problems. In this paper, the location, size and optimal operation of batteries and the passive filters are proposed separately and simultaneously to provide a practical solution to overcome the over-voltage and harmonic problems. In the economic objective function, the fixed and operation costs of batteries and passive filters are considered and constraints are defined to limit the total harmonic voltage and effective voltage of the network buses below the standard ranges. Taking into account the profit of energy arbitrage and reduction of network losses in the objective function, it is concluded that the use of the filter alone has the lowest cost of 736 $ (but results in an effective voltage increase beyond the permissible limit). Also, simultaneous use of battery and filter resulted in the highest loss reduction of 4.1 kWh, with the total harmonic voltage and effective voltage of the network buses are within the 5% range. Also, cables, overhead lines, and transformer are modeled by frequency-dependent characteristics. The studied network is composed of a real low voltage feeder including two PVs; however, in simulations, the PV penetration is increased to study a more challenging situation. Simulations are carried out by using DIgSILENT and MATLAB software and their interface.

    Keywords: Photovoltaic, High penetration, Voltage, harmonic increase, Optimization, Battery, passive filter, Losses, and Economic benefits
  • Seyed Sharafoddin Hosseini* Pages 39-48

    Transformer oil is one of the most important materials which are used in electrical and transformer industrial. The main function is protection and insulation of transformer core components, as well as heat transfer from its core to environment. Improving the performance of this material has been one of the researchers' concerns. The effect of different nanoparticle on the electrical breakdown voltage and heat transfer of this oil is investigated in this research. The nanofluids have made by various six nanoparticles suspended in base transformer oil. New suspension is tested under the ultrasonic condition. Thermal investigation also carried out by KD2 instrument. Electrical mode analyzed by Breakdown voltage meter. The experiments carried out in tow temperature 25oC and 55oC. Results show that, using Nano particles in transformer oil causes improve heat transfer and decrease Electrical breakdown Voltage, respectively. Diamond nanofluid showed the best result as 83% enhancement in thermal conductivity

    Keywords: Transformer Oil, Nanofluid, Heat transferee, Electrical Breakdown Voltage
  • Mohsen Niasati*, Heshmatallah Nourizadeh Pages 49-58

    One of the most critical and complex issues in long-term planning of distribution networks is the optimal placement of distribution transformers. In this paper, the optimal placement of distribution transformers was investigated based on a complete and multi-objective function. In the proposed method, location, optimal capacity, and the service area are determined by minimizing costs (investment, operation, reliability) and improving reliability and power quality parameters (voltage drop) due to electric restrictions (radial structure, voltage drop and equipment capacities). The planning of distribution networks is complicated due to the existence of numerous and multiple-criteria decision-making variables in objective functions; hence in this paper, the symbiotic organisms search (SOS) algorithm was used as a new heuristic optimization algorithm to solve the problem of long-term planning of distribution networks. The proposed method is tested on a real distribution network to evaluate the performance of the proposed algorithm,  Comparing the results of the proposed algorithm with the results of studies with genetic algorithms (GA), biogeography-based optimization (BBO) and imperialist competitive algorithm (ICA), indicates the performance and advantages of the proposed algorithm over other algorithms.

    Keywords: Distribution Transformers, Optimal Placement, Reliability, Power Quality, Voltage Drop, Symbiotic Organisms Search (SOS) Algorithm
  • Abbas Hasani, Farhad Haghjoo* Pages 59-70

    This paper studies the effects of static synchronous compensator (STATCOM) on synchronous generator conventional loss of field (LOF) protection. To accomplish a comprehensive study, a typical and realistic excitation system is considered for the generator by using the phase-domain generator model available in the real-time-digital-simulator. Using such a system, LOF phenomenon is realistically studied in accordance with IEEE Standard C37. 102-2016, and the generator dynamics along with the LOF relay performance are investigated through different types of complete and partial LOF failures. It is shown that STATCOM presence can cause two major impacts on the LOF protection; i) It imposes an additional time delay on the relay performance to detect the LOF failures, while the amount of such a time delay is dependent on the generator initial loading and the type of LOF failure, and ii) It might lead the generator to reach a new stable operating point (NSOP) during change-over from AVR to MVR mode. Both impacts and the related consequences are discussed in the paper and some solutions are suggested to deal with the probable negative aspects. The solutions comprises 1) employing an overloading relay to avoid thermal impacts on the stator windings and 2) employing an alarming scheme to avoid the undesirable effects, that the generator may experience during prolonged under-excitation operation in the probable NSOPs.

    Keywords: Synchronous generator protection, loss of field, excitation system, real-time-digital-simulator