فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 47، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/14
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سیامک جعفرپیشه، احمدرضا تابش، نسرین رضائی حسین آبادی*، محمدامین لطیفی، حمیدرضا کارشناس صفحات 2-11

    این مقاله به ارایه ساختاری برای دستگاه گرمایش سنج بی سیم خودتوان می پردازد که تامین توان آن از طریق برداشتگر انرژی سیال با یک تیر پیزوالکتریکی انجام می شود. کاربرد اصلی این دستگاه تعیین منصفانه تر سهم انرژی گرمایشی مصرفی واحدهای مستقل در مجتمع های مسکونی بزرگ با سیستم گرمایش مرکزی می باشد. در طرح ارایه شده، برداشتگر انرژی سیال پیزوالکتریک علاوه بر تامین توان، نقش فلومتر نیز دارد که در نتیجه با کاهش توان مصرفی امکان طراحی دستگاه به صورت خودتوان را فراهم می سازد. کارآیی ساختار ارایه شده با استفاده از نمونه عملی دستگاه و تست آن در شرایط تغییر دبی از 100 تا  200 لیتر برساعت و مقایسه با نتایج اندازه گیری فلومتر اثر هال به عنوان حسگر مرجع، بررسی و درستی عملکرد همزمان تیر پیزوالکتریک به عنوان برداشتگر انرژی سیال و حسگر نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: گرمایش سنج، برداشتگر انرژی پیزوالکتریک، فلومتر پیزوالکتریک، ساختمان هوشمند
  • علی ابراهیم، محسن رحیمی، علیرضا فرجی* صفحات 12-29

    مقاله حاضر به کنترل و بهبود پایداری سیستم تولید توان بادی که بار اکتیو با ویژگی توان ثابت را تغذیه می کند، می پردازد. سیستم تحت مطالعه یک سیستم تولید ترکیبی باد-باتری با ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم است که با واسطه مبدل های الکترونیک قدرت یک بار اکتیو مستقل را تغذیه می کند. بار اکتیو بکار گرفته شده در این مقاله یک یکسوساز اکتیو بوده که رفتاری مانند یک بار توان ثابت دارد. از آنجا که بارهای توان ثابت به لحاظ سیگنال کوچک به مانند یک مقاومت منفی رفتار می کنند باعث کاهش حاشیه پایداری و حتی در توان های بالا باعث ناپایداری سیستم می گردند. در این مقاله بعنوان نوآوری یک کنترل مبتنی بر خطی سازی فیدبک ورودی-خروجی برای مبدل سمت بار ارایه می شود که منجر به پایداری کل سیستم در حضور بارهای اکتیو می شود. به عبارت دیگر بابکارگیری روش کنترل پیشنهادی، امپدانس خروجی مبدل سمت بار در فرکانس های پایین به سمت صفر میل کرده و این امر باعث بهبود حاشیه پایداری و پایداری سیستم در حضور بارهای اکتیو توان ثابت می شود. در پایان عملکرد سیستم تحت مطالعه در حضور بارهای اکتیو با و بدون بکارگیری روش کنترل پیشنهادی و با استفاده از شبیه سازی های زمانی آزموده می شود.مقاله حاضر به کنترل و بهبود پایداری سیستم تولید توان بادی که بار اکتیو با ویژگی توان ثابت را تغذیه می کند، می پردازد. سیستم تحت مطالعه یک سیستم تولید ترکیبی باد-باتری با ژنراتور سنکرون مغناطیس دایم است که با واسطه مبدل های الکترونیک قدرت یک بار اکتیو مستقل را تغذیه می کند. بار اکتیو بکار گرفته شده در این مقاله یک یکسوساز اکتیو بوده که رفتاری مانند یک بار توان ثابت دارد. از آنجا که بارهای توان ثابت به لحاظ سیگنال کوچک به مانند یک مقاومت منفی رفتار می کنند باعث کاهش حاشیه پایداری و حتی در توان های بالا باعث ناپایداری سیستم می گردند. در این مقاله بعنوان نوآوری یک کنترل مبتنی بر خطی سازی فیدبک ورودی-خروجی برای مبدل سمت بار ارایه می شود که منجر به پایداری کل سیستم در حضور بارهای اکتیو می شود. به عبارت دیگر بابکارگیری روش کنترل پیشنهادی، امپدانس خروجی مبدل سمت بار در فرکانس های پایین به سمت صفر میل کرده و این امر باعث بهبود حاشیه پایداری و پایداری سیستم در حضور بارهای اکتیو توان ثابت می شود. در پایان عملکرد سیستم تحت مطالعه در حضور بارهای اکتیو با و بدون بکارگیری روش کنترل پیشنهادی و با استفاده از شبیه سازی های زمانی آزموده می شود.

    کلیدواژگان: توربین بادی، سیستم تولید توان ترکیبی باد-باتری، بار اکتیو، بررسی پایداری، مبدل سمت بار
  • فرهاد محجل کاظمی*، محمدرضا بنائی، مهران صباحی صفحات 30-39

    این مقاله معرفی توپولوژی جدیدی از مبدل های منبع جریان است که می تواند بصورت جایگزین در کاربردهای توان پایین / متوسط اجرا شود. این ساختار از بلوک های مبدل های ماژوله متصل سری تشکیل شده است . اساس این توپولوژی چند سطحی که در این مقاله پیشنهاد شده است، اتصال متناسب منابع جریان DC در طرحی مناسب با کمک مبدل H-bridge است. مبدل پیشنهادی، جریان خروجی AC چند سطحی مورد نیاز را با کلیدزنی جدید پیشنهادی تولید می کند .در این روش توصیه شده ، تعداد منابع جریان DC، کلید ها و مدار های راه انداز مربوطه  در مقایسه با مبدل های چند سطحی قدیمی ، کاهش پیدا کرده اند و در نتیجه هزینه و حجم در توپولوژی پیشنهادی کمتر شده است. برای نشان دادن مزیت های ساختار پیشنهادی و عملی بودن آن ، مبدل شبیه سازی شده و همچنین نتایج آزمایشگاهی برای یک مبدل تک فاز هفت سطحه آماده و ارایه شده است.

    کلیدواژگان: مبدل منبع جریان چند سطحی، مبدل های ماژولار، مبدل های سوییچ کاهش یافته، روش های کلید زنی اینورتر منبع جریان
  • مصطفی دودانگه، نوید غفارزاده* صفحات 40-53

    در این مقاله روشی جدید جهت تشخیص خطا و تعیین محل خطا در ریزشبکه سولار MTDC ارایه شده است. مسایلی از جمله گسترش منابع تولیدات تجدیدپذیرو بارهای DC و تلاش برای افزایش کیفیت توان و کاهش اثرات زیست محیطی تولید برق باعث گسترش شبکه های سولار شده است. تشخیص انواع و محل خطا جهت تداوم سرویس دهی و جلوگیری از خرابی بیشتر و تقویت ویژگی انتخابگری حفاظت مورد اهمیت است. در این روش یک کیت مداری به شبکه متصل می شود. در صورت رخداد خطا در شبکه با عبور جریان از کیت های متصل شده و اندازه گیری امواج سیار مشتق جریان خطا و اعمال آن به یک فیلتر ریخت شناسی ریاضی، تشخیص خطا صورت می گیرد. تعیین محل خطا با استفاده از معادلات مداری و محاسبات جریانی صورت می گیرد. خطاهای اتصال قطب مثبت به زمین (PG)، اتصال قطب منفی به زمین (NG) و اتصال قطب مثبت به منفی (PN) به عنوان اغتشاشات خط DC در نظر گرفته شد. در تعیین نوع خطا از خروجی فیلتر ریخت شناسی ریاضی و تحلیل انرژی سیگنال استفاده شده است. روش ارایه شده در یک ریزشبکه MTDC متصل به منابع ذخیره کننده و تجدیدپذیر انرژی با خطاهای بسیاری آزموده شد. نتایج بیان کننده صحت روش پیشنهادی است. این روش نسبت به نویز با نسبت سیگنال به نویز بین 10 تا 70 درصد و تغییرات فرکانس نمونه برداری از 5/0 تا 50 کیلوهرتز و مقاومت خطا تا 100 اهم به صورت مقاوم عمل می کند و درصدخطای روش پیشنهادی کمتر از 3 درصد می باشد. در خطاهای با امپدانس بالا تا 1000 اهم عملکرد بسیار خوب بوده و در بدترین شرایط خطا کمتر از 7 درصد است.

    کلیدواژگان: حفاظت ریزشبکه سولار MTDC، انرژی سیگنال، فیلتر ریخت شناسی ریاضی، دسته بندی خطا، تشخیص و تعیین محل خطا، فیزلت آنلاین و تزریق جریان
  • زهرا مروج*، علی خلیل زاده فرد، محمد پازکی صفحات 54-63

    در این مقاله، روش موثری جهت تشخیص و طبقه بندی خطا در یک خط انتقال دو مداره جبران سازی شده با TCSC پیشنهاد شده است. اثر ترویج خطوط انتقال موازی و استفاده از TCSC باعث تغییر در محتوای فرکانسی سیگنال های ورودی رله دیستانس می شود که در نتیجه شناسایی و طبقه بندی خطا را با چالش موجه می کند. یکی از ابزارهای کارآمد برای تشخیص و طبقه بندی خطا در خطوط جبران سازی شده استفاده از روش های شناسایی الگو است. پیش نیاز استفاده بهینه از این روش ها، استخراج و انتخاب ویژگی های ورودی مناسب به الگوریتم های طبقه بندی کننده است. در این مقاله از ابزار پردازش سیگنال تبدیل موجک جهت استخراج ویژگی شده است. بدلیل تنوع موجک مادر، در ابتدا با استفاده از روش جدید بهترین موجک مادر شناسایی می شود و از ضرایب تجزیه شده حاصل از موجک مادر انتخاب شده، برای ساختن بردار ویژگی ها استفاده می شود. بعد از این مرحله، الگوریتم های طبقه بندی کننده درخت تصمیم گیری، ماشین بردار پشتیبان و الگوریتم k- نزدیک ترین همسایه توسط بردار ویژگی های استخراج شده آموزش داده می شود. سپس، با استفاده از سناریوهای مختلف شبیه سازی میزان عملکرد صحیح هر یک از الگوریتم ها محاسبه و الگوریتمی که عملکرد بهتری نسبت به سایرین دارد، انتخاب می شود. در این مقاله، سیستم نمونه و روش پیشنهادی در نرم افزار MATLAB پیاده سازی شده است.

    کلیدواژگان: خطوط دو مداره، خط جبران سازی شده، طبقه بندی کننده خطا
  • حسن زارع*، حسین اصغرپورعلمداری صفحات 64-73

    این مقاله به اتصال یک ساختار اینورتر چند سطحی تک فاز به شبکه قدرت موجود پرداخته است. اینورتر منبع ولتاژ به کارگرفته شده، با استفاده از یک منبع تغذیه ورودی قابلیت تولید ولتاژ با دامنه شش برابر در ترمینال خروجی خود را دارد. کنترل جریان تزریقی به شبکه با استفاده از کنترل کننده تشدیدی-تناسبی (PR) صورت می گیرد و با استفاده از EPLL از درست بودن فاز و فرکانس ولتاژ خروجی اطمینان حاصل می شود. سنجش عملکرد اینورتر متصل به شبکه به ازای تولید سیزده- سطح ولتاژ در خروجی در شرایط بارگذاری مختلف در نرم افزار MATLAB شبیه سازی گردید و در نهایت، نتایج حاصل از آن، با نتایج حاصل از سنجش نمونه آزمایشگاهی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. دستیابی به بازدهی 96.9 درصد و قابلیت خود متعادل سازی ولتاژ خازن ها، اینورتر مورد نظر را برای مصارف با منابع ولتاژ پایین، مناسب می نماید. افزون بر اعتبارسنجی رفتار اینورتر در حالت بهره برداری مستقل از شبکه جهت تامین بار محلی، عملکرد آن در وضعیت اتصال به شبکه با مرجع جریان ثابت و متغیر مورد ارزیابی قرار گرفت. صحت عملکرد اینورتر در تمامی حالات بهره برداری، قابلیت استفاده از آن را در کاربردهای تجدیدپذیر و اتصال آنها به شبکه میسر می سازد.

    کلیدواژگان: اینورتر چند سطحی، اتصال به شبکه، تک منبع، چندبرابرکننده ولتاژ، کلید-خازنی، کنترل کننده تشدیدی تناسبی (PR)
  • احمد حسین نژاد، یدالله سبوحی*، قاسم زارعی، جلال الدین شایگان صفحات 74-89

    به کارگیری منابع نامتعارف آب همراه با تصفیه و بازچرخانی آن راهکار اصلی در مواجهه با بحران کمیابی منابع آب و رفع نیازهای آینده محسوب می شوند. اگر چه بازچرخانی فاضلاب و زهاب از جنبه های مختلف در مقالات بررسی شده است ولی اهمیت به کارگیری این فرآیند و اثر آن بر سیستم کودآبیاری، با استفاده از تحلیل ترمواکونومیک انجام نشده است. در این مطالعه موردی، در یک گلخانه تولید گل رز، سه حالت: 1-سیستم کشت هیدروپونیک باز، 2- سیستم کشت هیدروپونیک باز با در نظر گرفتن هزینه جبران اگسرژی و 3- سیستم کشت هیدروپونیک بسته (بازچرخانی مواد غذایی) با توجه به هزینه اگزرگواکونومیک تولید محصول، مقایسه شدند. نتایج نشان داد که هزینه اگزرگواکونومیک برای تولید 212500 گل رز شاخه بریده، طی یک دوره شش ماهه فصل سرد، با تامین گرمایش توسط بویلر، در سه حالت مذکور به ترتیب برابر $ 15760، $ 16525،$ 14718 بود. همچنین شاخص ترمواکونومیکی هزینه اگزرگواکونومیک واحد در این شرایط، به ترتیب برابر $.Gj-1 2/74، $.Gj-1 8/77، $.Gj-1 3/69 محاسبه شدند. بازچرخانی زهاب در سیستم بسته، تلفات اگسرژی کل سیستم را به مقدار Gj.yr-1 02/4 کاهش داد که Gj.yr-1 24/1 آن مربوط به کاهش آب ورودی و Gj.yr-1  91/1 آن مربوط به کاهش کود بود، درحالی که Gj.yr-1 12/1 افزایش هم به واسطه مصرف الکتریسیته در بازچرخانی سیستم بسته مشاهده شد. در هرم کیفیت آب ارایه شده با استفاده از شاخص ترمواکونومیکی هزینه اگزرگواکونومیک واحد، آب تغذیه با $.Gj-1 9/459 در راس هرم و فاضلاب با صفر، در پایین هرم قرار گرفتند.

    کلیدواژگان: بازچرخانی، تحلیل ترمواکونومیک، کشت هیدروپونیک گلخانه ای، هرم کیفیت آب، هزینه اگزرگواکونومیک واحد
  • مصطفی اسماعیلی شایان، غلامحسن نجفی*، صحرا اسماعیلی شایان صفحات 90-101

    به منظور شناخت دقیق محدودیت ها، موانع و امکانات موجود در جهت استفاده از منابع انرژی در هر کشور، ضروری است، میزان بهره برداری از پتانسیل های موجود انرژی و روند تبدیل این انرژی ها به روش علمی و دقیق محاسبه و ارزیابی شود. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم تصمیم گیری پویا سامانه تامین و مدیریت شبکه برق کلبه سبز از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر، ساخته و ارزیابی شده است. 13 روش برای تامین برق کلبه سبز استخراج شده است. نتایج نشان داد، چنانچه نفوذ انرژی تجدیدپذیر 8/23 درصد باشد با میانگین مصرف سوخت فسیلی سالانه 407 لیتر، انرژی سالانه تولیدی سامانه تبدیل انرژی تجدیدپذیر ترکیبی معادل kWh/yr 1697 بوده و خالص ارزش فعلی برابر 68/553 دلار و نرخ بازگشت سرمایه داخلی برابر 49/21 درصد با دوره بازگشت سرمایه 71/15 سال است. با افزایش نفوذ انرژی تجدیدپذیر به 54 درصد، مصرف سوخت فسیلی، سالانه 253 لیتر شده و انرژی تولیدی سالانه معادل kWh/yr 1652 و نرخ بازگشت سرمایه برابر 5/19 درصد با دوره بازگشت سرمایه 61/17 سال محاسبه می شود. مدیریت انرژی کلبه سبز با نفوذ %100 انرژی تجدیدپذیر، سالانه kWh/yr 1933 انرژی بدون انتشار آلاینده های زیست محیطی و خالص ارزش فعلی 09/372- دلار را همراه دارد. از دید سیاستگذاری انرژی چنانچه تعرفه خرید برق تجدیدپذیر به بیش از 06/ دلار افزایش یابد، اجرای این روش اقتصادی خواهد باشد.

    کلیدواژگان: منابع انرژی، تصمیم گیری پویا، کلبه سبز، انرژی های تجدیدپذیر، مدیریت انرژی
  • احسان دعاخوان، قنبرعلی شیخ زاده* صفحات 102-121

    به منظور بهبود سیستم مدیریت حرارتی برای خنک کاری یک مجموعه باتری خودروهای برقی، عملکرد حرارتی مجموعه باتری ها در دو حالت شارژ و تخلیه شارژ در شرایط کاری مختلف با بکارگیری غلاف مسی در اطراف باتری ها و صفحه مسی و نیز یک کانال پله کانی در بالای مجموعه باتری و استفاده از نانوسیال به عنوان سیال خنک کاری. با استفاده از شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل حرارتی برای مجموعه باتری با تعداد 71 عدد باتری لیتیوم-یون استوانه ای مدل 18650 بررسی و رفتار حرارتی مجموعه باتری مطالعه شده است و اثر متغیرهایی نظیر نرخ جریان الکتریکی در دو فرایند شارژ و تخلیه شارژ، دبی جریان سیال، اضافه کردن نانو ذرات اکسید مس به سیال پایه آب، تغییر سطح تماس میان باتری های همسایه و ایجاد کانال موجی برای باتری ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی عددی اثر مفید سیستم خنک کاری را تایید می کند. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که افزایش نرخ جریان الکتریکی باعث افزایش دما و کاهش یکنواختی توزیع دما در مجموعه باتری می شود. بدین منظور برخی تغییرات صورت گرفته است تا عملکرد حرارتی باتری بهبود یابد. افزایش درصد حجمی نانو ذرات باعث پایین آمدن دمای بیشینه و اختلاف دما در مجموعه باتری شده و منجر به بهبود عملکرد حرارتی سیستم خنک کاری می شود. همچنین افزایش دبی جریان سیال باعث کاهش بیشینه دما و بهبود یکنواختی دما در مجموعه باتری می شود. با افزایش دبی ورودی سیال خنک کن، به ترتیب 7/7 و 5/12 درصد کاهش در بیشینه دما و اختلاف دما در فرایند تخلیه شارژ در مجموعه باتری مشاهده می شود. در نهایت افزایش سطح تماس میان باتری ها و کانال موجی از 37 درجه به 57 درجه می تواند به میزان 2/5 و 3/52 درصد به ترتیب بر کاهش اختلاف دما و دمای بیشینه در مجموعه باتری تاثیر بگذارد، ولی بر یکنواختی دما در مجموعه اثر نامطلوب دارد.

    کلیدواژگان: باتری لیتیوم-یون، خنک کاری مایع، سیستم مدیریت حرارتی، نانوسیال، غلاف مسی
  • میلاد ربیعی، علیرضا عرب سلغار*، افشین ایرانمنش، محمد شفیعی دهج صفحات 122-135

    در این مطالعه، اثر ساختار و نوع سقف های مختلف ساختمانی با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. سقف های مورد مطالعه شامل انواع تیرچه بلوک (بلوک سفالی، بلوک بتنی سبک، پلی استایرن) و دال یوبوت می باشند که برای یک چشمه با دهانه 6 متر و 8 متر طراحی شده اند. به منظور شبیه سازی جریان سیال و انتقال حرارت از روش دینامیک سیالات محاسباتی مبتنی بر روش حجم کنترل استفاده شد. انتقال حرارت درون حفره های هوا از طریق جابجایی آزاد و تشعشع صورت می گیرد و انتقال حرارت در قسمت جامد جداره ها از طریق هدایت انجام می شود. مدل سازی حرارتی سقف ها یک بار برای زمستان (جریان حرارت به سمت بالا) و یک بار برای تابستان (جریان حرارت رو به پایین) مورد بررسی قرار گرفت. انتقال حرارت طبیعی دو بعدی به صورت ناپایا با جریان آرام و تراکم ناپذیر در حفره ها در نظر گرفته شد. به منظور بررسی عملکرد حرارتی سقف های مختلف، ضریب هدایت معادل، فاکتور کاهش و اختلاف زمانی مطالعه گردید. در نهایت بهینه ترین نوع سقف از نظر انتقال حرارت و راندمان جرمی- حرارتی معرفی شد. نتایج نشان داد که سقف با بلوک پلی استایرن دارای کمترین ضریب هدایت حرارتی معادل می باشد و سقف دال یوبوت بیشترین اتلاف حرارتی را در میان سقف های مورد مطالعه دارد.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، پوسته ساختمان، ضریب هدایت معادل، تاخیر زمانی
|
  • Siamak Jafarpisheh, Ahmadreza Tabesh, Nasrin Rezaei Hosseinabadi*, MohammadAmin Latify, HamidReza Karshenas Pages 2-11

    This paper presents a platform for power autonomous wireless energy meter device using piezoelectric energy harvesters. This device can be mainly used for measuring the share of heat energy consumption in a fair manner in building complex with central heat energy system. In the suggested device, the piezoelectric energy harvester is also used as a flow-meter to reduce the power consumption of the device which facilitates power autonomous operation of the device. The performance of the devices is investigated based on a prototype which is used under a test condition with flow rate from 100 up to 200 liters per hour. Comparing the test results with those of recorded based on a standard hall-effect flow meter as a reference sensor verifies the multi-function operation of piezoelectric energy harvester as a flow sensor within the device.

    Keywords: Heat Measurement, Piezoelectric Energy Harvester, Piezoelectric flow-meter, Smart Building
  • Ali Ebrahim, Mohsen Rahimi, Alireza Faraji* Pages 12-29

    This paper deals with the control and stability enhancement of a wind power generation system feeding active load with constant power characteristic. The under study system is a combined wind-battery generation system with permanent magnet synchronous generator (PMSG) supplying active load by using interfaced power electronics converters. The employed active load is indeed an active rectifier behaving such as a constant power load (CPL). Since CPLs from the small-signal point of view behave such as negative resistances, they result in stability margin reduction and even system instability at higher load power penetration. In this paper, as the novelty, a control approach is presented resulting in system stability at presence of active loads. In other words, by using the proposed control method, the output impedance of the load-side converter at low frequencies converge to zero, and this in turn results in system stability margin improvement under presence of active loads. At the end, performance of the study system with active loads is examined by time domain simulations and with/without proposed control method.

    Keywords: Wind turbine, combined wind-battery power generation system, active load, stability investigation, load-side converter
  • Farhad Mohajelkazemi* Pages 30-39

    This article is an introduction of a new topology of current source inverter (CSI) which can be alternatively implemented in low/medium power applications. This configuration is organized from series connected sub-multilevel inverters blocks. The basis of the recommended multilevel topology is the connections of many cell units in a decent scheme with the help of H-bridge inverter. The suggested inverter produces desired DC current levels with the value of positive and negative. In the recommended configuration, the number of DC current sources, switches and the related gate drive circuits in comparison with the traditional multilevel inverters are lowered. Consequently, cost and volume is decreased in the suggested topology. In order to investigate the suggested structure of the multilevel inverter, the simulation and experimental results for a single-phase 7-level inverter are prepared and indicated.

    Keywords: Multilevel Current Source Inverter, Modular Multilevel Inverter, Reduced Switch Count Inverters, Switching of Current source Inverters
  • Mostafa Dodangeh, Nzvid Ghaffarzadeh* Pages 40-53

    In this paper, a new method for detection and fault location and classification in MTDC solar microgrid is presented. Some issues such as expanding renewable energy sources and DC loads and efforts to increase power quality and reduce the environmental impact of electricity generation have led to the expansion of solar networks. Identifying the types and locations of faults is important to ensure service continues and to prevent further breakdowns and the increasing the protection’s selectivity characteristic. In this method, an orbital kit is connected to the network. In the fault occurrence time in the network, the fault is detected by passing a current through the connected kits and measuring the traveling waves derived from the fault current, and applying it to a mathematical morphological filter The location of the error is determined using orbital equations and flow calculations. Mathematical morphology filter output and signal energy analysis were used to determine the type of faults. The method presented in an MTDC microgrid connected to energy storage and renewable sources was tested with many faults. The results indicate the accuracy of the proposed method. This method is resistant to changes in arcs resistance (up to 100 ohms), and has a very good performance in high impedance faults conditions(up to 1000 ohms).

    Keywords: DC solar microgrid protection, signal energy analysis, fault classification, fault detection, location, current injection kit, online phaselet, mathematical morphology filter
  • Zahra Moravej*, Ali Khalilzadeh Fard, Mohammad Pazoki Pages 54-63

    In this paper, an effective method for fault detection and classification in a double-circuit transmission line compensated with TCSC is proposed. The mutual coupling of parallel transmission lines and presence of TCSC affect the frequency content of the input signal of a distance relay and hence fault detection and fault classification face some challenges. One of the most effective methods for fault detection and classification in a compensated line is pattern-recognition methods. Prerequisites for the optimal using of these methods are the extraction and selection of appropriate features to feed the classifier. In this paper, wavelet transform as a signal processing tool to extract features is used. Due to variety of mother wavelets, firstly the best mother wavelet is identified by using a new method and the feature vector is made by the coefficients obtained from the best mother wavelet. After this stage, decision tree, support vector machines, and k-nearest neighbor as the classifies are trained by feeding the feature vector. Then, their accuracies are evaluated against different simulation scenarios to select the best classifier which has the best performance among others. In this paper, the sample system and the proposed method is implemented in MATLAB environment.

    Keywords: Double-Circuit Transmission Lines, Fault Classification, Compensated Transmission Line
  • Hassan Zare*, Hossein Asgharpour-Alamdari Pages 64-73

    This paper investigates the connection of a single-phase multilevel inverter structure to an existing power grid. The applied voltage source inverter is able to generate a near sinusoidal voltage waveform with an amplitude six times the input voltage by using a single DC input power supply. A proportional-resonant (PR) controller regulates the injected current into the grid. While the EPLL is used to ensure the synchronization of the phase and frequency of the output voltage with the grid. The performance of the grid-connected inverter under different loading conditions was simulated in MATLAB software. Finally, the simulation results were compared with the experimental ones. In addition, the behavior of the inverter in standalone operating mode supplying a local load as well as its performance in the grid-tied with a constant and variable current reference was evaluated. The correct operation of the inverter in all operating modes an achieving 96.9% efficiency along with the self-voltage balancing of the capacitors, makes it suitable for grid-integration of the low voltage renewable energy sources’ applications.

    Keywords: Multi-level inverter, Connect to the network, single source, voltage multiplier, capacitor switch, proportional resonance controller (PR)
  • Ahmad Hosseinnejad, Yadollah Saboohi*, Ghasem Zarei, Jalal Shayegan Pages 74-89

    Employing non-conventional water resources using treatment and recycling is considered as the main resource in addressing future water scarcity. Although non-conventional water recycling has been investigated in details in the literature, its impacts on irrigation-fertilizing systems have not been discussed using thermoeconomic analysis.  In this case study, using a hydroponic greenhouse system for rose cultivation, exergoeconomic cost was investigated in a recycling process by comparing three system including: open cycle, open cycle considering exergy abatement cost, and close cycle (nutrition water recycling). Results show that the exergoeconomic cost for producing 212,500 rose cut-flowers in a 6-months cold period, where heat was supplied by boiler for the above mentioned scenarios were about 15,760 $, 16,525 $ and 14,718 $, respectively. Also, the thermoeconomic indicator of the unit exercoeconomic costs for above mentioned scenarios were 74.2, 77.8 and 69.3 $Gj-1, respectively. In the close cycle, drainage water recycling decreased total exergy losses by 4.02 Gj.yr-1, of which 1.24 Gj.yr-1 reduction was due to the reduced inlet water and 1.91 Gj.yr-1 for the inlet fertilizer reduction, while that increased by the system electricity consumption was 1.12 Gj.yr-1. Water quality pyramid presented based on the unit exergoeconomic cost indicated 459.9 Gj.yr-1 for the nutrition feed  as the highest peak value and zero for the wastewater at the base of the pyramid.

    Keywords: recycling, thermoeconomic analysis, hydroponic cultivation in greenhouse, water quality pyramid, unit exergoeconomic cost
  • Mostafa Esameili Shayan, Gholamhassan Najafi*, Barat Ghobadian Pages 90-101

    A complete understanding of the limits, barriers, and equipment available for the use of national energy resources is essential. This will increase the use of existing regional energy potential and pave the way for sustainable development. In this study, the Green Cottage power management system from a renewable energy source was designed and evaluated using a decision-making algorithm. Thirteen scenarios were extracted to Zero-energy building. The results show: If the penetration of renewable energy is 24% with an average daily fossil fuel consumption of 1.11 liters per year, the energy produced by the Hybrid renewable energy systems (HRES) is equal to 1697 kWh / yr and the net present value (NPV) is $ 5553.68 and the Internal rate of return (IRR) equals 21.49% with a payback period (PP) of 15.71 years. With the increase of renewable energy penetration to 54%, fossil fuel consumption became 0.694 liters and the annual production energy was equal to 1652 kWh / yr and the NPV was 19.5% with a PP of 17.61 years. Zero-energy building Energy Management with 100% renewable energy penetration, 1933 kWh / yr per year without emissions of environmental pollutants, and the NPV equal to -372.09 dollars. From the point of view of energy policy, if the feed-in tariff of renewable energy increases to more than $ 0.06, the implementation of this scenario will be economic.

    Keywords: Energy Potential, Decision-Making Algorithm, Renewable Energy, Zero-Energy Building, Hybrid Renewable Energy System (HRES).
  • Ehsan Doakhan, G. A. Sheikhzadeh* Pages 102-121

    In order to improve the thermal management system for cooling an electric vehicle battery pack, the thermal performance of the battery pack in two states of charge and discharge in different working conditions by using a copper sheath around the batteries and a copper sheath, as well as a stair channel on top of the battery pack and using of nanofluid as cooling fluid, has been studied using numerical simulation. The thermal model for the battery pack with 71 cylindrical lithium-ion batteries, model 18650, has been investigated. To develop this model, the thermal behavior of the battery set has been studied and the effect of variables such as electric current rate on both charge and discharge processes, fluid flow rate, addition of copper oxide nanoparticles to water-based fluid, change of contact surface between neighboring batteries and creation The wave channel for the batteries has been investigated. Numerical simulation results confirm the useful effect of the cooling system. The simulation results show that increasing the electric current rate increases the temperature and decreases the uniformity of temperature distribution in the battery pack. For this purpose, some changes have been made to improve the thermal performance of the battery. Increasing the volume percentage of nanoparticles causes a decrease in the maximum temperature and temperature difference in the battery assembly and leads to an improvement in the thermal performance of the cooling system. Also, increasing the fluid flow rate reduces the maximum temperature and improves the temperature uniformity in the battery pack. With increasing coolant inlet flow rate, 7.7% and 12.5% decrease in maximum temperature and temperature difference in the charge discharge process are observed in the battery pack, respectively. Finally, increasing the contact surface between the batteries and the wave channel from 37 degrees to 57 degrees can reduce the temperature difference and maximum temperature in the battery set by 5.2 and 52.3 percent, respectively, but the temperature uniformity in the set has an adverse effect.

    Keywords: Battery thermal management systems, lithium-ion battery, liquid cooling, Nanofluid, copper sheath
  • Milad Rabiee, Alireza Arabsolghar*, Iranmanesh Afshin, Mohammad Shafiey Dehaj Pages 122-135

    In this study, the influence of type and structure of different roofing systems were investigated using computational fluid dynamic method. The considered roofing systems include beam and block types (clay brick, light weight concrete block, polystyrene) and Uboot slab which were designed for 6m and 8m span. To simulate the fluid flow and heat transfer, the computational fluid dynamic method was employed based on control volume scheme. Heat transfer inside air cavities is carried out via free convection and radiation while heat transfers via conduction within solid walls. The thermal simulation of the roofing systems was analyzed for both summer (downward heat flow) and winter (upward heat flow). Two dimensional natural heat transfer was considered to be transient with laminar and incompressible flow inside cavities. To assess the thermal performance of the flooring systems, equivalent thermal conductivity, decrement factor and time lag were studied. Finally, the best roofing system was introduced in terms of heat transfer and thermal mass efficiency. The results showed that the roof with polystyrene block has the lowest value of equivalent thermal conductivity and Uboot system has the highest heat loss among the studied cases.

    Keywords: Computational fluid dynamics, building shell, equivalent conductivity, time delay