فهرست مطالب

روشهای هوشمند در صنعت برق - پیاپی 46 (تابستان 1400)

فصلنامه روشهای هوشمند در صنعت برق
پیاپی 46 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/22
  • تعداد عناوین: 6
|
  • حسین سعیدی مسینه، محمد سعادت* صفحات 1-13

    طراحی مسیر ربات های متحرک یکی از مسایل مهم در حوزه رباتیک است. همچنین امروزه بهینه سازی طول مسیر حرکت و عبور از تله های حداقل محلی یکی از مشکلات اساسی و به روز در ربات های متحرک است. یکی از روش های مهم در طراحی مسیر این گونه ربات ها، روش میدان پتانسیل مصنوعی است زیرا مبتنی بر محاسبات ساده ریاضی است. از مهم ترین معایب این روش می توان به گیرکردن در تله های حداقل محلی اشاره نمود. یک رویکرد برای رفع مشکل حداقل های محلی، استفاده از روش های بهینه سازی برای یافتن ضرایب مناسب جذب، دفع و طول گام است که بتواند هم از حداقل های محلی عبور کند و هم طول مسیر را نیز در بهینه سازی لحاظ نماید. الگوریتم شاهین یک الگوریتم فراابتکاری قوی و جدید در حوزه بهینه سازی است که مبتنی بر جمعیت و الهام گرفته شده از زندگی شاهین ها در طبیعت است. این الگوریتم توانسته است برتری خود را بر روش های بهینه سازی مشابه در یافتن جواب بهینه، همگرایی سریعتر، زمان حل کمتر و دوری از حداقل های محلی اثبات نماید. از آن جایی که این روش تاکنون در طراحی مسیر ربات های متحرک مورد استفاه قرار نگرفته است، در این مقاله به منظور رفع معایب روش میدان پتانسیل مصنوعی و هم چنین بهینه سازی طول مسیر، بازده مسیریابی و زمان همگرایی از الگوریتم شاهین استفاده شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از رفع معایب روش میدان پتانسیل مصنوعی و بهینه شدن طول مسیر حرکت، افزایش بازده مسیریابی و کاهش زمان همگرایی است.

    کلیدواژگان: طراحی مسیر، ربات متحرک، بهینهسازی طول مسیر، حداقل محلی، روش میدان پتانسیل مصنوعی، الگوریتم شاهین
  • حامد کریمی، بهادر فانی*، غضنفر شاهقلیان صفحات 15-32

    حضور منابع تولید پراکنده اینورتری در سیستم های قدرت در مقابل مزایای متعدد آن، می تواند باعث ایجاد عدم هماهنگی در عملکرد سیستم حفاظتی گردد. در این مقاله یک راه کار مناسب، مستقل از تنظیمات رله ها، به منظور حل مشکلات حفاظتی ریزشبکه های جزیره ای اینورتری با آرایش حلقوی ارایه گردیده است. حضور منابع تولید پراکنده اینورتری، تغییر جهت و دامنه ی جریان خطا در سطح ریزشبکه را موجب می شود. این مساله در ریزشبکه ها با آرایش حلقوی بیشتر به چشم می خورد. بنابراین طرح های حفاظتی متداول که یک مسیر واحد و یک سطح جریان خطای بالا را در مقایسه با جریان بار در نظر می گیرند، ممکن است دچار مشکل شوند. یک عامل مهم برای طراحی مناسب یک سیستم حفاظتی برای ریزشبکه ها، سهم جریان خطای تزریقی منابع اینورتری است. در این مقاله استراتژی حفاظت بر مبنای کنترل اینورتر منابع ارایه می گردد و از رله های اضافه جریان معمولی با منحنی مشخصه ی یکسان استفاده شده است. هنگامی که یک خطای اتصال کوتاه در ریزشبکه رخ دهد، یک استراتژی محدود کننده جریان وفقی با استفاده از حلقه امپدانس مجازی اعمال می-گردد. در این حالت سهم جریان خطای هر منبع با توجه به موقعیت خطا کنترل می شود و منابع نزدیکتر به خطا جریان خطای بزرگتری تولید می کنند. بنابراین جریان عبوری از تجهیزات حفاظتی نزدیکتر به خطا بیشتر از سایر تجهیزات موجود در ریزشبکه می شود و بدون نیاز به برقراری ارتباط بین تجهیزات حفاظتی هماهنگی حفاظتی تضمین می شود.

    کلیدواژگان: ریزشبکه حلقوی، منابع تولید پراکنده، هماهنگی حفاظتی، رله اضافه جریان
  • معین شهسواری، سید محمد مهدی میرطلائی* صفحات 33-48

    امروزه آرایه هایی خورشیدی ، پیل های سوختی و انرژی باد به عنوان منابع انرژی پاک بسیار مورد توجه قرار گرفته اند . این منابع می توانند انرژی خود را به شبکه برق و یا به طور مستقیم به مصرف کننده تحویل دهند . معمولا سطح ولتاژ تولیدی در این منابع، پایین و نیاز به افزایش سطح ولتاژ می باشد. برای حل این مشکل می توان از مبدل های بهره ولتاژ بالا به صورت یک درگاهه و چند درگاهه استفاده نمود. در مبدل پیشنهادی برای افزایش بهره ولتاژ، از مدار چند برابر کننده ولتاژ ، سلف های تزویج و خازن سوییچ شده و همچنین برای رفع مشکل انرژی ذخیره شده در سلف نشتی، از مدار کلمپ استفاده می شود. یکی از ویژگی های این مبدل به اشتراک گذاشتن اجزای مبدل در حالت های مختلف می باشد این مهم برای کاهش تعداد عناصر نیمه هادی در ساخت مبدل به حساب می آید. در مبدل پیشنهادی انتقال توان می تواند از آرایه خورشیدی به بار و یا از آرایه خورشیدی به باتری و یا هر دو باشد. همچنین در لحظات پیک مصرف آرایه خورشیدی و باتری می توانند توان بار را همزمان تامین کنند . در این مقاله برای بررسی نحوه عملکرد مبدل های پیشنهادی از تحلیل های نظری استفاده شده است و برای بررسی صحت تحلیل های نظری نتایج شبیه سازی مبدل در نرم افزار ارکد ارایه شده است. سرانجام یک نمونه ی آزمایشگاهی از مبدل پیشنهادی در توان 200 وات و فرکانس 100 کیلو هرتز پیاده سازی گردیده است که نتایج بدست آمده صحت تحلیل تیوری و عملکرد مبدل پیشنهادی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: مبدل سه درگاهه، مبدل بهره بالا، سیستم منبع انرژی ترکیبی
  • محمد وفائی، احمد خادم زاده*، محمدعلی پورمینا صفحات 49-68

    انتقال چند مسیره یک روش انتقال مناسب برای بسته هایی با سرعت داده بالا مانند جریان سازی ویدیو می باشد. به منظور جریان سازی ویدیو با کیفیت بالا، بسته های ویدیویی برای انتقال از مسیرهای متفاوت به فریم های مختلفی تقسیم می شوند. با این حال، بسیاری از ویژگی های ذاتی شبکه های موردی بین خودرویی، طراحی یک پروتکل مسیریابی کارآمد و پایدار را برای کاربردهای مختلف در این شبکه ها دشوار می کند. به طور خاص، ماهیت پویای توپولوژی و قطعی های ارتباط برقراری کیفیت سرویس را بسیار دشوار می کند. برای تامین کیفیت سرویس در کاربردهای سرگرمی و موارد ایمنی در شبکه های موردی بین خودرویی، ما یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر تقاطع با توجه به کیفیت سرویس از نظر تاخیر، نرخ تحویل بسته و احتمال اتصال پیشنهاد نمودیم. به منظور ایجاد مسیرهایی با بهترین کیفیت سرویس، مسئله مسیریابی مربوطه را به عنوان مسئله بهینه سازی در نظر گرفتیم و یک الگوریتم مبتنی بر کلونی مورچگان برای حل آن پیشنهاد نمودیم. علاوه بر این، یک الگوریتم مبتنی بر منطق فازی برای انتخاب بهترین وسیله نقلیه گام بعدی با در نظر گرفتن موقعیت خودرو، کیفیت لینک و مدل تحرک وسیله نقلیه پیشنهاد شده است. با توجه به نتایج شبیه سازی، الگوریتم پیشنهادی نرخ تحویل بسته بیشتر از 2/84 درصد، تاخیر انتها به انتها کمتر از 58/3 ثانیه، سربار کمتر از 65/15 درصد و نرخ بیشینه سیگنال به نویز بیشتر از 82/20 دسی بل را ارایه می دهد. تجزیه و تحلیل نتایج نشان می دهد که عملکرد روش پیشنهادی بسیار خوب است.

    کلیدواژگان: شبکه های موردی بین خودرویی، جریان سازی ویدیو، کیفیت سرویس، مسیریابی چند مسیره، الگوریتم کلونی مورچگان، منطق فازی
  • مهدی توکلی، مهدی نفر* صفحات 69-84

    : زندگی انسان ها و اقتصاد یک کشور هر روزه به انرژی الکتریکی وابسته تر می شود. ولیکن حوادث یا خطاهای رخ داده به علت عوامل مختلف در شبکه های برق می تواند تامین این انرژی را با وقفه همراه سازد. یکی از این عوامل، خطای انسانی در حین عملیات نگهداری است. نتایج مطالعه موردی انجام شده در شرکت تعمیر و نگهداری نشان داده است که خطای انسانی حداقل حدود 26 میلیارد ریال هزینه نگهداری برنامه ریزی نشده را افزایش داده است. بنابراین هدف از تحقیق حاضر، تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان انسانی گروه های نگهداری و تعمیرات در شبکه های انتقال و فوق توزیع برق جهت جلوگیری از تاثیر مخرب خطاهای انسانی است. در گام نخست، شناسایی عوامل به وجود آورنده خطای انسانی به طور کامل و جامع است که مطالعات محدودی در این زمینه تاکنون انجام شده است. لذا در این مقاله، ریشه های بالفعل و بالقوه از جنبه های مختلف نظیر سازمان، حالت های روحی فرد، نظارت و غیره در چارچوب روش تجزیه و تحلیل عوامل انسانی و طبقه بندی سیستم شناسایی و پیش بینی می شوند. سپس، روشی برای تخمین احتمال تاثیر ریشه ها بر روی پرسنل ارایه می گردد که با استفاده از نتایج آن، اولویت بندی اقدامات کنترلی و اصلاحی لازم جهت کاهش خطاهای انسانی انجام می شود. درنهایت، مطالعه موردی روش پیشنهادی بر روی گروه های نگهداری انتقال و فوق توزیع فارس انجام شده است.

    کلیدواژگان: خطاهای انسانی، گروه های نگهداری و تعمیرات، احتمال خطا، صنعت انتقال برق، روش سیستم تجزیه و تحلیل و طبقه بندی عوامل انسانی
  • فخرالسادات رستگاری، مسعود دوستی*، بهبد قلمکاری صفحات 85-97

    در سال های اخیر فرستنده گیرنده های کم توان، کاربردهای وسیعی در زمینه مهندسی پزشکی پیدا کرده اند. در این مقاله طراحی و شبیه سازی سیستمی یک گیرنده کم توان قابل کاشت در بدن برای تحریک سلول های مغز ارایه شده است. گیرنده مورد نظر به صورت کم توان با نرخ داده بالا در باند رادیویی صنعتی، علمی و پزشکی (ISM) برای استفاده در یک لینک دوسویه همزمان بی سیم جهت برقراری ارتباط بین سیستم کاشت شده در بدن و دنیای بیرون طراحی شده است. گیرنده ارایه شده  با ساختار غیرهمدوس در فرکانس 4/2 گیگاهرتز با مدولاسیون کلید زنی خاموش-روشن (OOK) کار می کند. این گیرنده دارای نرخ خطای بیت (BER) کمتر از 001/0 و  نرخ داده 100 مگابیت در ثانیه است. نتایج شبیه سازی سیستمی مدار پیشنهادی طراحی شده، بهره (S21)  4/26 دسی بل، تلفات برگشتی ورودی (S11) 39- دسی بل و عدد نویز (NF) 22/5 دسی بل را نشان می دهد. این نتایج مطابقت خوبی با محاسبات طراحی انجام شده دارد.

    کلیدواژگان: گیرنده غیرهمدوس، دوسویه، تقویت کننده کم نویز، آشکارساز، کم توان
|
  • Hosein Saili Masine, Mohammad Saadat * Pages 1-13

    Path planning of mobile robots is one of the important issues in the field of robotics. Also, optimizing the path length and crossing the local minima traps are the basic and up-to-date challenges in this field. One of the important methods in path planning of these robots is the artificial potential field method. Because it is based on simple mathematical calculations. One of the most important disadvantages of this method is getting trapped in local minima situations. One approach for solving the problem of local minima is to use optimization methods to find suitable coefficients (attractive and repulsive) and step length that can solve local minima and optimize the path length. The Harris Hawks algorithm is a powerful and new meta-heuristic algorithm in the field of optimization that is based on population and inspired by the life of Harris Hawks in nature. This algorithm has been able to prove its superiority over similar optimization methods in finding the optimal solution, faster convergence, lower computational time and not trapping in local minima. This method has not been used in the path planning of mobile robots. In order to eliminate the disadvantages of the artificial potential field method and to optimize the path length, the Harris Hawks algorithm has been used in this paper. The simulation results showed that the combination of the artificial potential field method and the Harris Hawks algorithm can solve the local minima problem and optimize the path length, increase the path efficiency and reduce the convergence time.

    Keywords: Path planning, Mobile Robots, Path length optimization, local minimum, Artificial potential field method, Harris Hawks algorithm
  • Hamed Karimi, Bahador Fani *, Ghazanfar Shahgholian Pages 15-32

    The presence of the inverter distributed generations in the power systems can bring about incoordination in the protection system performance while enjoying various advantages. In this paper, a suitable solution, independent of relay settings, is presented in order to solve the protection problems of inverter island microgrids with circular arrangement. The presence of distributed inverter generation sources causes a change in the direction and amplitude of the fault current at the microgrid level. This problem is more visible in microgrids with circular arrangement. Therefore, conventional protection schemes that consider a single path and a high fault current level compared to load current may be problematic. An important factor for the proper design of a protective system for microgrids is the contribution of the injecting fault current of the inverter sources. In this paper, a protection strategy based on the inverter control of sources is presented and ordinary overcurrent relays with the same characteristic curve are used. When a short circuit fault occurs in the microgrid, an adaptive current limiting strategy is applied using the virtual impedance loop. In this case, the share of fault current of each source is controlled according to the position of the fault, and sources closer to the fault produce a larger fault current. Therefore, the current passing through the protective equipment is closer to the fault than other equipment in the micro grid. And without the need for making connection between protective equipment, the protective coordination is guaranteed.

    Keywords: loop microgrid, distributed generation, protective coordination, overcurrent relay, virtual impedance
  • Moein Shahsavari, Sayyed Mohammad Mehdi Mirtalaei * Pages 33-48

    Today, solar arrays, fuel cells and wind energy are highly regarded as sources of clean energy. These sources can deliver their energy to the grid or directly to the consumer. Usually the voltage level produced in these sources is low and the need to increase the voltage level is. To solve this problem, high voltage gain converters can be used as single-port and multi-port. In the proposed converter to increase the voltage gain, the voltage multiplier circuit, the switched inductors and the switched capacitor are used, and also the clamp circuit is used to solve the problem of energy stored in the leakage inductor. One of the features of this converter is to share the components of the converter in different modes. This is important to reduce the number of semiconductor elements in the construction of the converter. In the proposed converter, the power transfer can be from solar array to load or from solar array to battery or both. Also, in peak moments, solar array and battery consumption can provide load power at the same time. In this paper, theoretical analysis has been used to evaluate the performance of the proposed converters and the results of the converter simulation in Orcad software have been presented to evaluate the accuracy of the theoretical analysis. Finally, a laboratory sample of the proposed converter with a power of 200 watts and a frequency of 100 kHz has been implemented,

    Keywords: Three Port Converter, high step up converter, Hybrid Power Source
  • Mohammad Vafaei, Ahmad Khademzadeh *, Mohammad Ali Pourmina Pages 49-68

    The multi-path transmission is an appropriate transmission method for high data rate packets like video streaming. To provide video streaming with high quality, the video packets are divided into different frames for transmitting through various paths. Nevertheless, regarding the results of numerous inherent features of vehicular ad-hoc networks (VANETs), designing an efficient and stable routing protocol is difficult for various applications of VANETs. In particular, the dynamic nature of topology and intermittent connectivity make maintaining the quality of service (QoS) task very difficult. To provide QoS to entertainment applications and traffic safety in VANET, we offer a routing protocol based on the adaptive intersection with QoS support regarding delay, packet delivery ratio (PDR), and connectivity probability. To establish the best QoS routes, we considered the equivalent routing problem as the optimization problem and then proposed an algorithm based on ant colony optimization (ACO) for solving it. Furthermore, a fuzzy logic-based algorithm was employed to select the best next-hop vehicle by incorporating multiple metrics associated with the vehicle’s position, link quality, and vehicle mobility. According to the simulation results, the proposed approach achieves the average PDR of more than 84.2%, the end-to-end delay of less than 3.58 s, the overhead of less than 15.65%, and the peak signal to noise ratio (PSNR) of more than 20.82 dB. It is understandable from the result analysis that the performance of the proposed approach is excellent.

    Keywords: VANETs, Video streaming, Qos, Multi-path routing, ACO, fuzzy logic
  • Mehdi Tavakoli, Mehdi Nafar * Pages 69-84

    Human life and the economy of a country are becoming more and more dependent on electricity. However, events that occur due to various factors in the power grids, affect the quality of electrical energy delivered to subscribers. The human error of maintenance teams is one of the most important causes of automatic outputs of electrical equipment. Human error, in addition to the economic consequences of not transiting electrical energy due to equipment outages, may also cause health damage to personnel. The purpose of this study is to propose a method for analyzing the human reliability of maintenance teams in power transmission grids, which has been implemented as a case study on power transmission grids teams in Fars. The first step is to identify the roots of human error. So far, no comprehensive studies have been conducted on the root causes of human error in power transmission grids. Therefore, in this article, the actual and potential roots of various aspects such as organization, individual moods, supervision, etc. are identified and predicted in the framework of the method of human factors analysis and classification system. Then, a method is proposed to estimate the probability of the root event to use its results to prioritize the necessary control and corrective measures to reduce human error.

    Keywords: : power transmission, maintenance groups, human error, Human Factors.HFACS
  • Fakhralsadat Rastegari, Massoud Dousti *, Behbod Ghalamkari Pages 85-97

    In recent years, low-power transceivers have found wide applications in medical engineering. In this paper, the system design and simulation of a low-power implantable receiver are presented for the case of stimulating brain cells. The receiver shows a high data rate in the industrial scientific and medical (ISM) band for being used in a bidirectional wireless full-duplex link and communication between the implanted system and the outside world. The proposed receiver has a non-coherent structure and operates at a frequency of 2.4 GHz with on-off keying (OOK) modulation. This receiver has a bit error rate (BER) of less than 0.001 and a data rate of 100 Mbps. The simulation results of the proposed circuit show a 26.4 dB gain (S21), a -39 dB input return loss (S11) and a 5.22 dB noise figure (NF). The simulation results are in good agreement with the analytical calculations.

    Keywords: non-coherent receiver, full-duplex, Low Noise Amplifier (LNA), Detector, low-power