فهرست مطالب

نشریه فناوری های نوین مهندسی برق در سیستم انرژی سبز
سال دوم شماره 2 (پیاپی 6، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مجید زمانی* صفحات 1-16
    در لیزرهای حالت جامد دمش نوری میله لیزری توسط فلاش لامپ انجام می شود. به منظور راه اندازی فلاش لامپ از یک منبع تغذیه الکتریکی متشکل از چهار بخش اصلی شامل منبع تغذیه شارژ کننده خازنی، مدار تریگر، شبکه شکل دهنده پالس و مدار زیمر استفاده می شود. با استفاده از خروجی ولتاژ بالای مدار تریگر، گاز زنون داخل فلاش لامپ یونیزه می شود. پس از عمل تریگر وظیفه اصلی مدار زیمر تولید جریان کم به منظور حفظ حالت یونیزه فلاش لامپ است. استفاده از حالت زیمر موجب افزایش طول عمر فلاش لامپ و همچنین کاهش چشمگیر تداخل مزاحم الکتریکی و الکترومغناطیسی می شود. در این مقاله یک مدار زیمر جدید جهت راه اندازی فلاش لامپ در لیزر حالت جامد پیشنهادشده است. مدار ارایه شده به طور کامل طراحی و سپس در محیط نرم افزار PSPICE شبیه سازی شده است. پس از تایید صحت عملکرد آن، مدار پیشنهادی به صورت آزمایشگاهی پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی مدار و نتایج آزمایشگاهی در این مقاله ارایه و گزارش شده است.
    کلیدواژگان: زیمر، فلاش لامپ، لیزر، منبع تغذیه، مدار تریگر
  • وحید صادق زاده مرقی، محمود نیکو فرد*، مهدی اسلامی، سید حسین پیشگر کومله صفحات 17-25
    این مقاله یک موج بر پلاسمونیک نواری بسیار فشرده جدید فلز-عایق-فلز (MIM) بر روی ساختار سیلیکون بر روی عایق (SOI)  پیشنهاد می کند. ساختار موج بر می تواند به طور موثر پلاریتون پلاسمون های سطحی (SPPs) را در یک لایه نازک SiO2 با ضریب شکست کم در پنجره طول موج نوری 1550 نانومتر منتشر کند. پارامترهای اصلی شامل، ضریب شکست موثر، طول انتشار، ضریب تحدید و ناحیه حالت موثر برای موج بر پیشنهادی با پهناهای مختلف موج بر محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی با موج بر پلاسمونیک MIM افقی قابل مقایسه می باشد. ساختار پیشنهادی می تواند به صورت یکپارچه با ادوات مبتنی برSOI  عایقی مرسوم و پلاسمونیکی ترکیبی مجتمع سازی شده و پتانسیل متمرکز کردن نور، در ابعاد نانو را دارد.
    کلیدواژگان: تمرکز در ابعاد نانو، پلاسمونیک، مدارهای یکپارچه فوتونیک، خواص انتشار، موج بر نواری فلز-عایق-فلز (MIM) عمودی، سیلیکون بر روی عایق (SOI)
  • دنیا طاهری، غضنفر شاهقلیان*، سید محمدمهدی میرطلایی صفحات 26-35

    در این مقاله یک توپولوژی مبدل غیرایزوله چندورودی با بهره بالا برای کاربردهای انرژی های پاک که نیاز به سیستم ذخیره ساز انرژی دارند پیشنهاد شده است. در این مبدل از تکنیک های سلول چند برابرکننده ولتاژ و همچنین سلف تزویج برای طراحی مدار استفاده شده که با ترکیب آنها امکان استفاده از کلیدهایی با استرس ولتاژ پایین و در نتیجه رسانایی کم وجود دارد. عملکرد شارژ سیستم ذخیره انرژی توضیح داده شده و برای طراحی مبدل چند ورودی غیرایزوله با بهره ولتاژ بالا ساختار و عملکرد مبدل پیشنهادی بررسی شده است. روش طراحی دقیق به منظور عملکرد صحیح مبدل ارایه شده و نتایج شبیه سازی عملکرد مبدل نشان داده شده است. در انتها جهت تایید صحت نتایج حاصل از شبیه سازی مبدل پیشنهادی، یک نمونه آزمایشگاهی از مبدل پیشنهادی برای تامین بار 400ولت- 400 وات ساخته شده و مقایسه بین نتایج انجام شده است.

    کلیدواژگان: مبدل چندورودی، سیستم ذخیره ساز، انرژی های پاک، سلف تزویچ، سلول چندبرابر کننده ولتاژ
  • پرستو خادمی آستانه*، حسین شیخ شاهرخ دهکردی صفحات 36-50
    در شبکه های هوشمند برق، تجهیزات و زیرساخت های الکتریکی هوشمند به منظور افزایش بازده، بهبود قابلیت اطمینان و کاهش آلودگی های زیست محیطی با هم ادغام می گردند. در سال های اخیر مفهوم ریزشبکه به معنای یک شبکه توزیع ولتاژ متوسط یا ولتاژ پایین شامل واحدهای تولید پراکنده، ذخیره سازها و بارهای کنترل شونده مختلف با قابلیت بهره برداری در هر دو حالت متصل به شبکه و جزیره ای پیشنهاد گردیده است. چون ریزشبکه در حالت جزیره ای، شبکه ای با واحدهای تولید توان کوچک است، کوچکترین اغتشاشی ممکن است موجب ناپایداری آن شود. لذا ضرورت دارد تا در هنگام گذر از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره ای از وجود ذخیره کافی در ژنراتورهای تولید پراکنده با توجه به منحنی قابلیت تولید آن ها به منظور تامین توان اکتیو و راکتیو بارهای مصرفی اطمینان حاصل شود. تمرکز اصلی این مقاله بر روی برنامه ریزی بهینه یکپارچه توان اکتیو و راکتیو در ریزشبکه های هوشمند با امکان وقوع 1 ساعت کارکرد جزیره ای می باشد. ضرورت گذر پایدار از حالت متصل به شبکه به حالت جزیره ای در صورت وقوع خطا در شبکه  از قیود بسیار مهم در ریزشبکه ها می باشد. بنابراین برنامه ریزی اقتصادی واحدهای تولید پراکنده یک ریزشبکه با در نظر گرفتن این قیود مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند در صورت در نظر گرفتن قید امنیت گذر پایدار ریزشبکه، هزینه بهره برداری از آن افزایش یافته ولی قابلیت اطمینان آن نیز بیشتر می گردد. هزینه های بهره برداری در مطالعات موردی محاسبه شده است. با شدیدتر شدن تعداد باز ه های زمانی که ریزشبکه باید در حالت جزیره ای مورد بهره برداری قرار بگیرد، هزینه بهره برداری نیز افزایش می یابد. همچنین با در نظر گرفتن نایقینی های موجود در مسیله، مدل دقیق تر شده ولی هزینه بهره برداری نیز افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ریزشبکه، حالت متصل به شبکه، حالت جزیره ای، برنامه ریزی توان اکتیو و راکتیو
  • هادی فائزی، مجید زمانی*، محمدعلی لطیف زاده صفحات 51-69

    در این مقاله یک مبدل بوست جدید با شرایط کلید زنی نرم ارایه شده است. در این ساختار پیشنهادی یک مدار اسنابر فعال بدون تلفات شامل یک کلید کمکی، سه دیود، یک خازن و یک سلف تزویج، شرایط کلید زنی نرم را برای کلید اصلی و دیود خروجی فراهم می کنند. بدین صورت که کلید اصلی به ترتیب تحت شرایط ZCS و ZVS و دیود خروجی تحت شرط ZCS روشن و خاموش می شوند. عملکرد مدار اسنابر با تنش جریانی پایین روی کلید اصلی و تنش پایین جریانی و ولتاژی روی دیود خروجی همراه است. مبدل پیشنهادی قادر است در یک رنج وسیعی از تغییرات بار خروجی و ولتاژ ورودی شرایط کلید زنی نرم را فراهم کند. اصول کاری، بررسی حالت دایم و طراحی این مبدل با جزییات در این مقاله بحث گردید. همچنین برای تایید نتایج تیوری یک نمونه آزمایشگاهی ساخته و تست شده است. با توجه به نتایج حاصل از تست های آزمایشگاهی، نتایج تیوری تایید شده است.

    کلیدواژگان: مبدل DC-DC، مبدل بوست، سوئیچینگ نر م، مدار اسنابر اکتیو، سلف تزویج شده
  • مهدی محمدزمانی، ایمان صادق خانی*، مجید معظمی صفحات 70-88
    یکی از مهمترین چالش های پیش روی سیستم های انتقال قدرت الکتریکی کشتی مدرن با ساختار ناحیه ای، حفاظت آنها در شرایط وقوع خطا به منظور حفظ پایداری و قابلیت اطمینان در سطح قابل قبول می باشد. عدم آشکارسازی خطا و جدا کردن قسمت معیوب در زمان مناسب عواقب فاجعه آمیزی برای سیستم انتقال قدرت الکتریکی کشتی در پی دارد. نیاز به قابلیت اطمینان بالای کشتی های مدرن، منجر به توسعه ساختار ناحیه ای برای سیستم توزیع انرژی الکتریکی کشتی شده است. هدف این مقاله ارایه یک طرح حفاظتی کارا برای کلیه قسمت های سیستم توزیع برق کشتی با ساختار ناحیه ای و از نوع ترکیبی جریان متناوب-جریان مستقیم است. در روش پیشنهادی، حفاظت در برابر خطاهای تکفاز به زمین با بهره گیری از سیستم زمین مقاومت-بالا و تایمر انجام می شود در حالیکه جریان خطاهای دو فاز و سه فاز با استفاده از کلید-فیوز قطع می شود. استفاده از سیستم زمین با مقاومت بالا امکان عملکرد بدون وقفه سیستم برق کشتی را در هنگام وقوع خطاهای تکفاز به زمین فراهم می کند. بدلیل عدم استفاده از رله های حفاظتی، هزینه اجرای طرح پیشنهادی کم است. طرح حفاظت پیشنهادی شامل حفاظت اصلی و پشتیبان بوده و به زیرساخت مخابراتی نیاز ندارد. همچنین کلیه اجزای سیستم برق کشتی شامل ژنراتور، موتور پیشران، باسبار، فیدر، خط، بار و شبکه جریان مستقیم در طرح پیشنهادی در نظرگرفته شده اند. عملکرد هماهنگ طرح حفاظت پیشنهادی با استفاده از مدل یک سیستم تست برق کشتی با ساختار ناحیه ای در نرم افزار ETAP مورد ارزیابی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: جداسازی خطا، هماهنگی حفاظتی، سیستم برق کشتی، سیستم زمین، کلید فیوز
|
  • Majid Zamani * Pages 1-16
    In solid state lasers, the light pumping of the laser rod is done by a flash lamp. In order to drive the flash lamp, an electrical power supply consisting of four main parts is used, including the capacitor charging power supply, the trigger circuit, the pulse forming network and the simmer circuit. Using the high voltage output of the trigger circuit, the xenon gas inside the flash lamp is ionized. After the trigger action, the main task of the simmer circuit is to generate a low current in order to maintain the ionized state of the flash lamp. Using the simmer mode increases the life of the flash lamp and also significantly reduces electrical and electromagnetic interference. In this article, a new simmer circuit is proposed for driving flash lamp in solid state laser. The presented circuit has been completely designed and then simulated in the PSPICE software environment. After confirming the correctness of its operation, the proposed circuit has been implemented in a laboratory. Circuit simulation results and laboratory results are presented and reported in this article.
    Keywords: Simmer, Flash lamp, Laser, Switching power supply, Trigger circuit
  • Vahid Sadeghzadeh Maraghi, Mahmoud Nikoufard *, Mahdi Eslami, Seyyed Hossein Pishgar Komleh Pages 17-25
    This paper proposes a new ultra-compact strip metal-insulator-metal (MIM) plasmonic waveguide on a silicon-on-insulator (SOI) platform. The waveguide structure can efficiently propagate surface plasmon polaritons (SPPs) within a thin low-index SiO2 layer at an optical wavelength window of 1550 nm. The main parameters of effective refractive index, propagation length, confinement factor, and effective mode area were determined for the proposed waveguide with different waveguide widths. The simulation results were comparable with the in-plane MIM plasmonic waveguide. The proposed layer stack could be monolithically integrated with conventional and hybrid plasmonic SOI-based devices and has the potential of focusing light to nanoscale dimensions.
    Keywords: Nanofocusing, Plasmonic, photonic integrated circuits, Propagation properties, Strip metal-insulator-metal waveguide, Silicon-on-insulator (SOI)
  • Donya Taheri, Ghazanfar Shahgholian *, Mohammad Mehdi Mirtalaei Pages 26-35

    In this article, a multi-input non-isolated converter topology with high gain is proposed for clean energy applications that require an energy storage system. The techniques of voltage multiplier cell and coupling inductor have been used to design the circuit, and by combining them, it is possible to use switches with low voltage stress and as a result, low conductivity. The charging performance of the energy storage system is explained and the structure and performance of the proposed converter are investigated for the design of a non-isolated multi-input converter with high voltage gain. The precise design method for the correct operation of the converter is presented and the simulation results of the converter performance are shown. Finally, in order to verify the accuracy of the results obtained from the simulation of the proposed converter, a laboratory sample has been made and a comparison has been made between the results.

    Keywords: multi-input converter, storage system, Clean Energy, coupling inductor, Voltage Multiplier Cell
  • Parastou Khademi Astaneh *, Hossein Sheikh Shahrokh Dehkordi Pages 36-50
    In power smart grids, equipment and electrical infrastructure and information smart grids in order to increase efficiency, improved reliability and reducing environmental pollution merged together. One of the basic challenges in such grids, increase uncertainty due to the use of distribution generation sources contain are renewable resources. In recent years has proposed the concept of the micro grid, it means a medium voltage distribution grid or low voltage grid includes distribution generation units, storage devices and different controlling loads with operational capability in both cases grid-connected and islanded. Because micro grid in the islanded, grid is with small power generation units, the smallest error it may be cause instability. It is therefore necessary so when passing through grid-connected to island make sure of sufficient storage in distribution generation generator according to their production capability curve in order to satisfy loads reactive and active power. The main focus of this research is on distribution generation unit’s reactive and active power scheduling for sustainable and economic operation from a micro grid. The need for a sustainable transition from grid-connected to island in case of an error in grid is one of the most important constraints in the micro grids. Therefore, must to be investigated economic scheduling of distribution generation units a micro grid considering these constraints. It should be noted that consideration these constraints in reactive and active power scheduling of distribution generation units can bring on more economic benefits in the steady pass from grid-connected to island. So, in this research will be presented formulation related to planning reactive and active power of distribution generation units by maintaining the constraints that its objective function will be to minimize the cost of power generation.
    Keywords: smart grid, Micro grid, Grid-Connected, Islanded, Reactive, active power scheduling
  • Hadi Faezi, Majid Zamani *, Mohammad Ali Latifzadeh Pages 51-69

    In this paper, a new soft switching boost converter is presented. A lossless active snubber circuit including an auxiliary switch, three diodes, a capacitor and a coupled-inductor provides soft switching conditions for the main switch and the output diode, so that the main switch and the output diode operate under ZCS and ZVS conditions, respectively. They turn on and off under the ZCS condition. The operation of the snubber circuit is associated with low current stress on the main switch and low current and voltage stress on the output diode. The proposed converter is able to maintain the smooth switching condition in a wide range of output load and input voltage variations. Working principles, steady state analysis and design procedure of this converter are discussed in detail. Also, to confirm the theoretical results, a laboratory sample is made and tested. It should be noted that, The laboratory results confirm the theoretical results comprehensively.

    Keywords: DC-DC converter, Boost converter, Soft-Switching, Active snubber cell, coupled inductor
  • Mehdi Mohammadzamani, Iman Sadeghkhani *, Majid Moazzami Pages 70-88
    The need for high reliability of modern ships has led to the development of a zonal structure for their electrical distribution systems. One of the most important challenges of the electric distribution systems of modern ships with a zonal structure is their protection in the event of a fault to maintain stability and reliability at an acceptable level. Failure to detect the fault and to isolate the faulty section at the proper time has disastrous consequences for the shipboard electrical system. This paper aims to present an effective protection scheme for all equipment of the hybrid AC/DC distribution system of ships with a zonal structure. In the proposed scheme, protection against single-phase to ground faults is performed using a high-resistance grounding system and timer, while the current of two-phase and three-phase faults is cleared using the fuse-isolator-switches. The use of a high-resistance grounding system allows uninterrupted operation of the ship's electrical system when single-phase to ground faults occur. Due to not using protective relays, the cost of the proposed scheme implementation is low. The proposed protection scheme includes primary and backup protections and does not require communication infrastructure. Also, all equipment of the ship's electrical system including generator, propulsion motor, busbar, feeder, line, load, and direct current system are considered in the proposed scheme. The coordinate operation of the developed protection scheme is assessed on the ETAP simulation model of a test zonal electrical system of the ship.
    Keywords: Fault isolation, fuse-isolator-switch, grounding system, Protection coordination, shipboard electrical system