نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران (انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران)
سال:1397 | دوره:15 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

شبکه های توزیع برق به عنوان آخرین زیر سیستم در شبکه های قدرت که وظیفه نهایی سیستم که همان توزیع انرژی به مشترکین را ایفا میکنند، دارای اهمیت بسیار مهمی هستند. از اینرو درنظر گرفتن معیارهای پدافندغیرعامل در مباحث مربوط به مطالعات طراحی و توسعه این شبکه ها امری ضروری است. با توجه به مشکلات شبکه های سنتی توزیع در تامین انرژی پایدار، نیاز به ایدهای جدید در این حوزه به منظور افزایش ضریب امنیت در صنعت برق است. شبکه هوشمند انرژی به عنوان یک طرح جدید میتواند میان فرآیندهای حوزه تولید، انتقال، توزیع و مصرف برق پیوستگی ایجاد کرده و بر اساس اصل مهم پراکندگی پدافند غیرعامل، با فراهم نمودن امکان استفاده از منابع تولید پراکنده و تجدیدپذیر و ذخیره سازی آن تهدیدها را کاهش دهد. در این مقاله مدلی جدید برای برنامه ریزی پویای منابع تولید پراکنده در شبکه های توزیع هوشمند با درنظر گرفتن ملاحظات پدافند غیرعامل به صورت یک مساله بهینه سازی چندهدفه با هدف کمینه سازی مدت زمان خاموشی بارهای شبکه، کمینه سازی هزینه ها و کمینه سازی تلفات ارائه میشود. هدف از حل مساله تعیین بهترین مکان نصب، ظرفیت و زمان نصب این واحدها میباشد. عدم قطعیت موجود در میزان تولید منابع تجدیدپذیر و عدم قطعیت بار مصرفی شبکه در مدل برنامه ریزی با استفاده از روش برنامه ریزی مقید به شانس لحاظ خواهد شد.

در شبکه های توزیع سنتی انحراف های فرکانس و ولتاژ به عنوان شاخصی برای تشخیص امنیت سیستم محسوب می شود. در حالیکه در یک ریزشبکه مستقل دارای منابع با واسط الکترونیک قدرت، انحراف های فرکانس و ولتاژ در ریزشبکه در اثر اختلالات توان و بار به خوبی توسط کنترلر فرکانس- توان حقیقی و کنترلر ولتاژ- توان واکنشی کنترل می شود. از این رو برخلاف آن چه در شبکه های توزیع سنتی روی می دهد، انحراف های فرکانس و ولتاژ برای تشخیص امنیت ریزشبکه مستقل دارای منابع با واسط الکترونیک قدرت موضوع مهمی به شمار نمی رود. اما در یک ریزشبکه مستقل تعادل بین تولید و مصرف توان به عنوان شاخصی برای ارزیابی امنیت آن خصوصا در هنگام بروز اختلالات توان و بار در نظر گرفته می شود. از این رو اگر این تعادل در ریزشبکه ایجاد نشود، ریزشبکه غیر ایمن به شمار می رود. در این صورت نیاز به اقدامات پیشگیرانه ای از قبیل ریزش بار و تنظیم تولید در کوتاهترین زمان در ریزشبکه باید صورت گیرد. در این مقاله یک استراتژی جدید برای بررسی امنیت دینامیکی ریزشبکه در هنگام وقوع اختلالات توان و بار و همچنین استفاده از شبکه عصبی – فازی تطبیقی (ANFIS) برای بررسی این موضوع پیشنهاد شده است. همچنین در صورت تشخیص غیر امن بودن ریزشبکه، پیش بینی اعمال کنترلی پیشگیرانه ای توسط دیگر شبکه های عصبی – فازی تطبیقی (ANFIS) پیشنهاد شده است.

در این مقاله، برنامه ریزی بهینه اقتصادی در حوزه کوتاه مدت ریزشبکه در دو سطح با افق های متفاوت به اجرا در آمده است. هدف از برنامه ریزی با افق 24 ساعته تعیین میزان تولید میکروتوربین ها، تعیین وضعیت مشارکت بارهای پاسخگو، مشخص شدن وضعیت شارژ و دشارژ منابع ذخیره ساز انرژی، میزان تبادل با شبکه بالادست و پیش بینی تولید منابع تجدیدپذیر با کمترین هزینه برای بهره بردار و بیشترین سود رسیده به مشترکین شرکت کننده در طرح پاسخگویی بار و با کمترین میزان تولید آلاینده ها، برای روز بعد می باشد. برنامه ریزی در لایه دوم با هدف کاهش خطای پیش بینی برنامه ریزی لایه اول و هزینه های ناشی از آن، برای 15 دقیقه پیش رو انجام می گیرد. طرح پیشنهادی به کمک جعبه ابزار بهینه سازی نرم افزار متلب بر روی یک ریزشبکه نمونه به اجرا درآمده و نتایج بدست آمده بیانگر عملکرد مناسب این طرح در بهینه سازی هزینه های ناشی از خطای پیش بینی لایه اول بوده و با اجرای لایه دوم برنامه، ضمن تامین توان مورد نیاز ریزشبکه و کاهش هزینه های جاری آن، سود قابل توجهی نصیب شرکت کنندگان در برنامه پاسخگویی بار نموده است.

به دلیل گسترش روزافزون تولیدات پراکنده بادی در شبکه های توزیع، این تولیدات می توانند اثرات قابل توجهی بر بهره برداری، برنامه ریزی و قابلیت اطمینان شبکه بگذارند. در همین راستا، این مقاله یک روش پخش بار احتمالاتی ارائه می کند که در آن، اثرات عدم قطعیت تولیدات پراکنده بادی بر شبکه توزیع درنظر گرفته شده است. این روش بر پایه انباشتک ارائه شده است که نیازی به محاسبات پیچیده روش کانوولوشن و یا بار محاسباتی سنگین روش مونت کارلو ندارد. روش پیشنهادی قادر به بررسی همبستگی بین متغیرهای تصادفی ورودی می باشد. بنابراین، در این مقاله همبستگی بین واحدهای بادی مجاور نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. به علاوه، مدل احتمالاتی توربین های بادی نیز استخراج شده است. جهت استخراج توزیع احتمال ولتاژ شین ها، یکی از دقیق ترین روش های بسط سری به نام حداکثر آنتروپی به کار گرفته شده است. در نهایت، روش پیشنهادی بر روی شبکه توزیع 33 شینه IEEE اجرا شده و نتایج مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته اند. نتایج، صحت و کارآیی روش پیشنهادی را نشان داده اند.

کنترل ولتاژ و توان راکتیو بصورت گسترده در شبکه های توزیع برای افزایش کیفیت توان بکار می رود. اخیرا استفاده از تولیدات پراکنده مبتی بر انرژی های تجدیدپذیر رو به افزایش است که بر عملکرد سیستم و کنترل ولتاژ و توان راکتیو سیستم تاثیر می گذارد. منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب و غیر قابل پیش بینی به ویژه سیستم های بادی و خورشیدی و نیز تغییرات تصادفی سطح بار الکتریکی سیستم می تواند منجر به نوسانات شدید ولتاژ شود. در این مقاله یک روش کنترل دو مرحله ای برای بهنیه سازی ادوات کنترلی، تنظیم ولتاژ و اعوجاج هارمونیک ولتاژ ( THD) پیشنهاد می شود. کنترل تپ ترانسفورماتورها و خازن ها بر اساس پیش بینی 24 ساعت آینده بار و تولید در سیستم صورت می گیرد، در حالیکه برای پوشش نوسانات ولتاژ در اثر تغییرات تصادفی بار یا تولید، پیش بینی ساعت آینده بار و تولید صورت گرفته و در نهایت از ابزار توان راکتیو سیستم فتولتاییک استفاده می گردد. نتایج روش پیشنهادی در شبکه 123 باسه IEEE باس استاندارد تحت شرایط بار و تولید متغیر با استفاده از الگوریتم PSO با ماژول آشفتگی (P-PSO) در چهار سناریوی مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی برای کنترل ولتاژ و توان راکتیو بهینه سیستم توزیع دارای منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب بسیار مناسب است.

یکی از ویژگی های ذاتی شبکه های توزیع، عدم تعادل بار است که در ریزشبکه جزیره ای، باعث عبور جریان مولفه منفی از ژنراتور سنکرون شده و افزایش دمای استاتور و به ویژه روتور آن را به دنبال دارد. در چنین شرایطی ممکن است نتوان ژنراتور سنکرون را در نزدیکی نقطه کار نامی بهره برداری کرد. برای حل مشکل مذکور، در این مقاله پیشنهاد شده است که از یک اینورتر منبع ولتاژ، به صورت موازی با ژنراتور سنکرون استفاده شود. در این روش، مولفه منفی توان راکتیو موجود در ریزشبکه اندازه گیری شده و کنترل کننده های تشدیدی در فضای abg، ولتاژ خروجی اینورتر را به گونه ای تغییر می دهند که با تولید جریان مولفه منفی، ولتاژ دو سر ژنراتور سنکرون را تا حد امکان متعادل کند. مطالعات انجام شده در این مقاله نشان می دهد که در روش پیشنهادی، مولد اینورتری قادر است به سرعت و به نحو موثری عدم تعادل بار در شبکه توزیع را جبران نماید. بنابراین جریان خروجی ژنراتور سنکرون نیز تا حد مطلوبی متعادل شده و درنتیجه احتیاجی به محدود کردن توان خروجی ژنراتور سنکرون، برای تحمل جریان مولفه منفی توسط آن نیست. ضمنا نیاز به افزایش ظرفیت ژنراتور سنکرون برای کار در شرایط بار نامتعادل نیز مرتفع می شود. بنابراین، می توان از ژنراتورهای سنکرون نیز در حالت عدم تعادل بار در ریزشبکه های جزیره ای استفاده نمود.

مزرعه خورشیدی مبتنی بر سلول های فتوولتاییک (PV) برای تحویل انرژی DC تولیدی خود به شبکه AC نیاز به اینورتر دارد. در میان انواع اینورترهای موجود، اینورترهای چندسطحی پل H به دلیل ویژگی هایی نظیر نیاز به منابع DC مستقل و نیز کوچکتر بودن فیلتر خروجی به دلیل هارمونیک های تولیدی کمتر، مناسب برای کاربرد در مزرعه خورشیدی می باشند. در مقاله حاضر، روش کنترل غیرخطی مستقیم برای این دسته از اینورترها با فیلتر خروجی LCL برای کاربرد در مزرعه خورشیدی ارائه می شود. در روش کنترل پیشنهادی می توان ولتاژ پایانه های DC اینورتر چندسطحی را به صورت مستقل از یکدیگر کنترل نمود. با استفاده از این قابلیت، هم می توان با تقسیم مزرعه خورشیدی به نواحی مجزا و کنترل مستقل هر ناحیه که به یکی از پایانه های DC اینورتر چندسطحی متصل شده، حداکثر توان از مزرعه خورشیدی را به دست آورد و هم می توان مبدل های DC-DC که به منظور تنظیم نقطه کار آرایه های خورشیدی در نقطه کار بهینه استفاده می شوند را حذف نمود. در کنترل کننده پیشنهادی، امکان کنترل توان راکتیو تبادل شده با شبکه نیز وجود دارد. در این مقاله، کارایی سیستم پیشنهادی توسط نتایج شبیه سازی یک سیستم نمونه در نرم افزار MATLAB نشان داده می شود.

آرایش های کلیدهای قدرت به صورت موازی، سری و آماده به کار با هدف بهبود قابلیت اطمینان در مبدل های الکترونیک قدرت به کار می روند. افزایش قابلیت اطمینان در کاربردهای نظیر مبدل های توان بالای صنعتی، ماهواره ها، مبدل های واسط در حضور منابع تولید پراکنده به دلایل اقتصادی، عدم دسترسی و یا دسترسی سخت برای تعمیر و نگه داری و همچنین دلایل جانی اهمیت به خصوص دارد. به دلیل اهمیت قابلیت اطمینان، در این مقاله، مدل های قابلیت اطمینان ساختارهای موازی، سری و آماده به کار و همچنین ساختار جدید پیشنهادی با نگرشی جدید مورد مقایسه قرار گفته اند. توابع قابلیت اطمینان و MTTF (متوسط زمان خطا) برای ساختارهای مذکور به دست آمده است. در برخی موارد، ساختارهای مازاد مورد مطالعه دارای نواحی مرزی با یکدیگر هستند که در کار حاضر این نواحی مرزی تعیین گردیده است. نتایج تحلیل های صورت گرفته موید آن است که در کاربردهای توان بالا، ساختار سری و موازی به ترتیب برای موارد ولتاژ بالا و جریان بالا مناسب بوده و همچنین ساختار جدید می تواند جایگزین ساختار آماده به کار شود.

در این مقاله یک ژنراتور القایی تغذیه دوگانه، جهت استفاده در نیروگاه بادی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا معادلات مربوط به طراحی بهینه این ژنراتور مورد بررسی قرار گرفته و سپس مدلی جهت بررسی عملکرد ژنراتور ارائه شده است. سپس با استفاده از روش اجزای محدود (FEM) ژنراتور طراحی شده بهینه گردیده است. هدف از بهینه سازی ژنراتور، بهبود مشخصه های ولتاژ و جریان خروجی و شکل موج های مربوطه است که درنهایت منجر به بهینه سازی توان خروجی ژنراتور مورد مطالعه می گردد. پارامترهای مکانیکی ژنراتور شامل ابعاد، تعداد شیارها در هر فاز هر قطب، وزن ماشین نیز بهینه شده است. نتایج این بهینه سازی نشان می دهد که با یک بهینه سازی صحیح می توان هزینه های استفاده از این ژنراتورها، شامل هزینه مواد استفاده شده و هزینه تلفات را به میزان قابل توجهی کاهش داد. در پایان نیز نتایج بدست آمده از روش اجزای محدود با روش های تحلیلی مقایسه گردیده و مشخص شده است که روش اجزای محدود به عنوان یک ابزار قدرتمند جهت بهینه سازی ژنراتورهای القایی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این مطالعه نشان می دهد که بهینه سازی عملکرد این ژنراتور می تواند به بهبود عملکرد مجموعه نیروگاه بادی کمک شایانی نماید.

موتورهای سنکرون آهن ربای دائم، با توجه به بازدهی بالا، چگالی توان زیاد، رفتار دینامیکی مناسب و کنترل پذیری خوب، گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای صنعتی و از جمله کاربردهای کنترلی هستند. یکی از مشکلات این موتورها وجود گشتاور دندانه است که از برهمکنش بین آهن رباهای روتور و دندانه های استاتور به وجود می آید. این گشتاور باعث ایجاد لرزش و صدا در حرکت موتور می گردد. در کاربردهای کنترلی نیز وجود گشتاور دندانه باعث بروز نوساناتی در حرکت موتور شده و ردیابی دقیق هدف را با مشکل مواجه می کند. بنابراین لازم است موتور به گونه ای طراحی شود که کمترین مقدار گشتاور دندانه را داشته باشد. در این مقاله برای دستیابی به کمترین گشتاور دندانه، ابتدا ساختار کلی موتور از نظر ترکیب شیار/قطب مناسب تعیین می شود و سپس به بهینه سازی شکل آهن ربا که مهمترین عامل در میزان گشتاور دندانه است پرداخته می شود. در این بهینه سازی با استفاده از تحلیل اجزا محدود دو بعدی به طور همزمان دو پارامتر ابعادی آهن ربا بهینه می گردند. موتور طراحی شده، ساخته شده و تست های مربوطه بر روی آن انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و عملی به یکدیگر نزدیک بوده و نشان می دهد با طراحی انجام شده موتور گشتاور دندانه بسیار ناچیزی دارد.

در این مقاله با استفاده از معادلات اندازه، الگوریتم (IPSO (Improve Particle Swarm Optimization و نرم افزار اجزاء محدود طراحی بهینه یک موتور (AF (Axial Flux بدون شیار ارائه می شود. الگوریتم بهینه سازی IPSO به دلیل اجرای موازی مدت زمان اجرای الگوریتم طراحی موتور را کاهش می دهد. این کاهش با تعداد CPU های متناسب است. هدف بهینه سازی دستیابی به (Back EMF (Electromotive force تقریبا سینوسی، حداقل سازی وزن آهن ربا a و حداکثر سازی بازده است. به منظور محاسبه دقیق ضخامت آهن ربا دائم معادله جدید ارائه شده است. در گام اول پارامترهای بهینه سازی طراحی مانند تعداد قطب، فاصله هوایی، بارگذاری الکتریکی و ... به وسیله IPSO مشخص شده تا بدین صورت اهداف طراحی ارضاء شود. موتور طراحی شده به وسیله معادلات اندازه و IPSO، به کمک روش اجزاء محدود مورد ارزیابی قرار می گیرد تا صحت نتایج به دست آمده تائید شود.