نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران (انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران)
سال:1398 | دوره:16 | شماره:3 |تعداد مقالات:15

با در نظر گرفتن سادگی پیاده سازی عملی، استفاده از کنترل مد لغزشی در مبدل های الکترونیک قدرت در سال های اخیر بطور چشمگیری گسترش پیدا کرده است. می توان برای تثبیت فرکانس کلیدزنی مبدل از روش کنترل معادل مد لغزشی در مبدل های DC به DC استفاده کرد. در این حالت اغلب، پارامترهای کنترلی سیستم با سعی و خطا انتخاب می شود و به همین دلیل نمی توان در محدوده ی وسیعی از تغییرات نقطه ی کار سیستم، پایداری کنترل کننده را تضمین کرد. برای حل این مشکلات، در این مقاله روش جدیدی برای طراحی کنترل کننده غیرخطی مد لغزشی و همچنین چگونگی تنظیم بهره های کنترلی آن در منابع تغذیه ی سوئیچینگ فلای بک ارائه شده است. همچنین با در نظر گرفتن نتایج آزمایشگاهی و در محدوده ی کاری وسیعی از تغییرات پارامترهای مدل، روش های کنترل غیرخطی مد لغزشی و گام به گام به عقب1 تطبیقی بر اساس معیارهای کارایی مختلفی با هم مقایسه شده اند. معیارهای ارزیابی شامل خطای حالت ماندگار، پاسخ دینامیکی در لحظه ی راه اندازی، مقاومت2 کنترل کننده نسبت به تغییرات بار و منبع ورودی و همچنین سادگی پیاده سازی عملی است. برای استخراج نتایج آزمایشگاهی و پیاده سازی عملی روش های کنترلی از پردازنده ی سیگنال دیجیتال3 DSP-TMS320F2810 ساخت شرکت تگزاس استفاده شده است. نتایج شبیه سازی ارائه شده نیز بر اساس نرم افزار MATLAB/Simulink به دست آمده اند.

در این مقاله یک مبدل DC-DC شبه منبع امپدانسی جدید پیشنهاد شده است که بدون استفاده از هیچ مدار کمکی و نیز هیچ کلید کمکی و تنها توسط دو مسیر تشدیدی شرایط کلیدزنی نرم را برای تمام عناصر کلید شونده فراهم می کند. بر اساس ساختار پیشنهادی، تنها یک کلید در ساختار مدار استفاده گردیده که سبب سادگی بسیار زیاد عملکرد این مبدل نسبت به ساختارهای مشابه شده است. همچنین ساختار غیر ایزوله و عدم استفاده از ترانسفورماتور و حتی سلف های کوپل شده جهت بالا بردن بهره ولتاژ، سبب سادگی و راندمان بالای مبدل پیشنهادی گردیده است. راندمان مبدل در بار کامل 95. 8% می باشد. روش کنترلی مبدل نیز ساده بوده و از مدولاسیون پهنای پالس (PWM) برای فرمان دادن به کلید استفاده شده است. با توجه به بکارگیری فرکانس کلیدزنی بالا، اندازه و حجم کلی مبدل بخصوص عناصر پسیو موجود در ساختار آن کاهش یافته است. مبدل به طور کامل تحلیل و در محیط نرم افزار شبیه سازی شده است. همچنین در محیط آزمایشگاه یک نمونه از مبدل با ولتاژ ورودی 40 ولت، ولتاژ خروجی 360 ولت با فرکانس 100 کیلوهرتز در توان 50 وات ساخته شده است. نتایج تست آزمایشگاهی کاملا نتایج شبیه سازی و تحلیل تئوری را تایید می کند.

امروزه موتورهای القایی خطی در صنایع مختلف و در کاربردهایی که نیاز به حرکت خطی دارند، به عنوان یک وسیله تبدیل انرژی الکتریکی به کار مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. دسته بندی های مختلفی می توان برای موتورهای خطی در نظر گرفت که یکی از آن ها، دسته بندی بر اساس ساختار ثانویه این موتورها است. موتورهای القایی خطی دارای دو نوع ثانویه هستند: صفحه ای و نردبانی. در این مقاله ابتدا به تحلیل و مدل سازی موتور القایی خطی با ثانویه صفحه ای و نردبانی پرداخته شده و روابط مربوط به آن ها بیان شده است. سپس این دو نوع موتور با در نظر گرفتن تاثیر پدیده اثر انتهایی، طراحی شده و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات و با انتخاب بازده، ضریب توان، وزن موتور و نیروی ناشی از اثر انتهایی به عنوان تابع هدف، بهینه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که تابع هدف، بهبود قابل توجهی یافته است. برای تایید نتایج حاصل از طراحی از روش اجزای محدود استفاده شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مشاهده می شود که موتور القایی خطی با ثانویه نردبانی، نیروی بیشتری نسبت به موتور با ثانویه صفحه ای تولید می کند که از آن برای بهبود شرایط راه اندازی و عملکرد بهتر موتور استفاده شده است.

در این مقاله، با استفاده از نگاشت های مختلف آشوبی، موج های حامل متفاوت آشوبی معرفی و بر آن اساس مدولاسیون های مختلف سینوسی آشوبی ارایه شده است. بعد فراکتال سیگنال های حاصل از مدولاسیون های مذکور جهت ارزیابی میزان آشوبی بودن آنها تعیین شده و با استفاده از یک مدل فشرده مداری، آثار مدولاسیون های مذکور بر تداخل الکترومغناطیسی مد مشترک و تفاضلی و ولتاژ یاتاقان (محور) محرکه های القایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدلسازی، به همراه نتایج حاصل از سیستم آزمایشگاهی نشان می دهد، مدولاسیون های عرض پالس سینوسی آشوبی بدون تغییر موثر در میزان ولتاژ در یاتاقان های محرکه های القایی، موجب کاهش موثر تداخل الکترومغناطیسی مد مشترک در آنها می شود.

ماشین های الکتریکی از مهم ترین عناصر موجود در سیستم های انرژی الکتریکی هستند. جهت طراحی و ساخت بهینه ماشین های الکتریکی و یا سیستم های متصل به آن می توان از شبیه ساز های بلادرنگ به صورت سخت افزار در حلقه استفاده نمود. شبیه ساز مورد بحث مقاله حاضر یک دستگاه سخت افزاری است که به صورت بلادرنگ با تجهیزات فیزیکی پیرامونی در تعامل است و جایگزینی برای ماشین الکتریکی در انجام آزمایشها محسوب می شود. در واقع در این نوع از شبیه سازی امکان بررسی تعامل ماشین و سیستم متصل به آن قبل از ساخت نمونه فیزیکی مهیا می گردد. در نتیجه، باعث کاهش زمان ساخت، صرفه جویی در هزینه و رسیدن به طراحی بهینه عناصر یک سیستم می گردد. در این مقاله به معماری یک شبیه ساز بلادرنگ برای ماشین القایی سه فاز پرداخته شده است. از تکنیک های به کار رفته در این مقاله می توان در انواع دیگر ماشین نیز استفاده نمود. در این مقاله معادلات ماشین در قالب dq استخراج و سپس به روش اویلر پسرو گسسته شده است. نوآوری مقاله در بهره گیری از الگوریتم نوین حل معادلات دیفرانسیل بر مبنای روش شرمن-موریسون-وودبری و معماری سخت افزاری خلاقانه و بهینه FPGA می باشد که معادلات گسسته شده ماشین به روش اویلر پسرو را با دقت مضاعف و در گام زمانی بسیار کوچک 110 نانو ثانیه ای حل می کند.

نفوذ روزافزون منابع نوظهور تولید انرژی در سیستم های قدرت در پاسخ به افزایش تقاضای بار و مسائل زیست محیطی ازیک طرف و تغییر ماهیت بار و شبکه های توزیع از سویی دیگر منجر به افزایش عدم قطعیت های سیستم شده است. این مهم به نوبه ی خود ضرورت طراحی روش های کنترلی مبتنی بر داده های اندازه گیری شده را بیش ازپیش آشکار ساخته است. در این مقاله به ارائه روشی جدید به منظور تنظیم پارامترهای سیستم تحریک با استفاده از داده های اندازه گیری شده پرداخته می شود. در گام اول روشی جدید و مبتنی بر مفهوم مرکز ثقل سیستم در مکانیک و با تکیه بر انتشار خطا برای کاهش مرتبه سیستم معرفی شده است. در روش معادل سازی پیشنهادی هر ناحیه سیستم قدرت از طریق تنها یک خط انتقال مجازی به مرکز ثقل سیستم متصل می شود. محاسبه خطوط انتقال مجازی بر صفر بودن برآیند گشتاورها در مرکز ثقل استوار است. در گام دوم الگوریتمی کنترلی ارائه شده است که با استفاده از دینامیک های سیستم و نحوه حرکت داده های اندازه گیری شده در صفحه تغییرات زاویه رتور-تغییرات ولتاژ ترمینال ژنراتور، به تنظیم مجدد ضرایب ثابت پایدارساز سیستم قدرت و تنظیم کننده خودکار ولتاژ می پردازد. روش ارائه شده با تکیه بر معادلات ریاضی اساسی حاکم بر سیستم قدرت به استخراج شاخص هایی برای تنظیم پارامترهای سیستم تحریک می پردازد. عملکرد مطلوب کنترل کننده ارائه شده بر روی سیستم آزمون 68 شینه IEEE و برای چند خطای مختلف، شبیه سازی و مورد تائید قرار گرفته است.

امروزه جهت مشارکت توربین های بادی در کنترل فرکانس شبکه معمولا شیوه های کنترلی دروپ و اینرسی برای توربین های بادی سرعت متغیر مورد استفاده قرار می گیرد. تنظیم بهره های حلقه های کنترلی دروپ و اینرسی بر عملکرد توربین های بادی بسیار تاثیرگذار است ولی به علت متغیر بودن سرعت باد و شرایط شبکه، تنظیم ضرایب کنترلی مذکور که در همه شرایط بهترین پاسخ را تولید نمایند امر محالی به نظر می رسد. در این مقاله یک روش جدید جهت تنظیم تطبیقی بهره حلقه های کنترلی دروپ و اینرسی ژنراتور القایی تغذیه دو سویه ارایه شده است همچنین به علت رهایی از مشکلات و ایرادات مدلسازی توربین بادی و شبکه از روش داده محور که فقط بر اساس ورودی و خروجی سیستم عمل می کند پیشنهاد شده است. جهت کنترل سریعتر و جلوگیری از افت شدید فرکانس استفاده از مشتق دوم خطا جهت تنظیم تطبیقی بهره حلقه های کنترلی دروپ و اینرسی مورد استفاده قرار گرفته شده است. در شیوه کنترلی پیشنهادی ابتدا با استفاده از روش های داده محور خروجی لحظه بعدی تخمین زده می شود و سپس با استفاده از ماتریس هیسین ضرایب حلقه های کنترلی فرکانس بصورت تطبیقی تنظیم می شوند. نتایج شبیه سازی برای یک مزرعه بادی ژنراتور القایی تغذیه دو سویه عملکرد مناسب روش تطبیقی مبتنی بر کنترل داده محور را در افزایش کمترین مقدار فرکانس شبکه و بهبود فرکانس شبکه در حالت دائمی و گذرا به هنگام وقوع خطا نشان می دهد.

انطباق مزرعه بادی فراساحلی متصل به خط انتقال جریان مستقیم بر الزامات شبکه در این مقاله بررسی شده است. کوپلینگDC در این ساختار منجر به عدم انعکاس اغتشاشات سیستم قدرت در مزرعه بادی فراساحلی می گردد. در این راستا، سطح ولتاژ لینک DC برای انعکاس وضعیت شبکه ساحلی مدوله شده است. همچنین، اغتشاشات شبکه ساحلی به کمک اندازه گیری سطح ولتاژ DC و عملکرد مبدل سمت مزرعه بادی در مزرعه بادی فراساحلی منعکس شده است تا از قابلیت پاسخ فرکانسی دینامیکی و فعالیت ضمن خطای توربین های بادی استفاده گردد. ساختار واحدی کنترلی با تمرکز بر ژنراتور القایی تغذیه دوگانه نیز پیشنهاد شده است که در برگیرنده سه رهیافت مبتنی بر سامانه مخابراتی، مدولاسیون فرکانس و مدولاسیون ولتاژ است و امکان مقایسه این روش ها را در ساختاری واحد ممکن می سازد. روشی ترکیبی مدولاسیون ولتاژ و فرکانس نیز پیشنهاد شده است که در آن با تفکیک مناسب مابین دینامیک های سریع مربوط به خطای اتصال کوتاه شبکه و وقایع فرکانسی آن، به ترتیب از روش مدولاسیون ولتاژ و مدولاسیون فرکانس بهره گرفته شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان دهنده توانمندی مشابه هر چهار روش در ارایه پاسخ دینامیکی فرکانسی بوده است. اما با در نظر داشتن فعالیت ضمن خطا، تمامی روش ها (با فرض تاخیر انتقال داده اندک) به جز روش مدولاسیون فرکانس توانمندی رعایت الزامات ضمن خطای شبکه را داشته اند. اینطور نتیجه گیری شده است که مدولاسیون ترکیبی ولتاژ و فرکانس به عنوان برترین رهیافت با تفکیک مناسب مابین دینامیک های سریع و کند، مزایایی نظیر کمترین سطح افزایش ولتاژ DC ضمن خطا، انحراف از نقطه کار پس از رفع خطا و حفظ ساختار کنترلی متداول را دارد.

کلیدهای قدرت نقش مهمی در حفاظت از سایر تجهیزات شبکه همانند ترانسفورماتورها و ژنراتورها ایفا می کنند و به همین دلیل، تعیین وضعیت آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از بخش های بسیار مهم کلید، محفظه قطع آن می باشد که شامل کنتاکت های ثابت و متحرک اصلی و آرک است. عملکرد کلیدهای قدرت تحت جریان های اتصال کوتاه و یا تعداد عملکرد زیاد در جریان های نامی، منجر به خرابی تدریجی بخش های داخلی محفظه قطع بر اثر ساییدگی یا حرارت زیاد ناشی از قوس تشکیل شده در محفظه قطع خواهد شد. ارزیابی این بخش از کلید به دلیل عدم دسترسی مستقیم به آنها دشوار می باشد. تست اندازه گیری مقاومت دینامیکی، یکی از روش های موثر غیرمستقیم ارزیابی وضعیت کنتاکت های کلید قدرت می باشد. در این مقاله پس از انجام اندازه گیری مقاومت دینامیکی برروی یک کلید گازی، با استفاده از تحلیل اجزاء محدود، تاثیر خوردگی های مختلف درکنتاکت ها برروی منحنی مقاومت دینامیکی در نرم افزار کامسول شبیه سازی شده است. در این مقاله، با ارائه روش احتمالاتی فازی هوشمند، احتمال خرابی کنتاکت ها در قالب ریسک ارائه می شود. روش پیشنهادی، براساس نمونه واقعی اندازه گیری شده مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج قابل قبولی از خود نشان داده است.

تاکاگی و سوگنو برای یک سیستم پیوسته، مدل فازی پیشنهاد داده اند که در آن اغتشاشات نیز به عنوان یک تابع متغیر با زمان در بخش تالی قواعد مدل فازی در نظر گرفته شده است. محققین برای از بین بردن تاثیر اغتشاشات در خروجی سیستمی با مدل فازی تاکاگی و سوگنو، یک مساله کمینه سازی مبتنی بر نامساوی های ماتریسی خطی ارائه داده اند که در آن، پارامترهای سیستم به طور مستقیم در قیود مساله حضور دارند. در سیستم های الکترومکانیکی، وجود عدم قطعیت های پارامتری نظیر عدم قطعیت موجود در ماتریس های ممان اینرسی و نادقیقی پارامترهای محرکه ها، به هیچ وجه قابل چشم پوشی نمی باشد. لذا در این مقاله، ابتدا با حل یک مساله بهینه سازی، کران بالای عدم قطعیت های موجود در پارامترهای سیستم تعیین و مدل فازی همراه با اغتشاشات و در حضور عدم قطعیت ها استخراج می گردد. در ادامه، برای حذف اغتشاشات در حضور عدم قطعیت های پارامتری با استفاده از کنترل کننده فازی پایدار مبتنی بر جبران ساز موازی توزیع یافته، یک قضیه کمینه سازی بر اساس مدل فازی جدید به دست آمده پیشنهاد و صحت آن اثبات می گردد. در نهایت برای ارزیابی عملکرد کنترل کننده پیشنهادی، به عنوان مطالعه موردی سیستم پایدارساز دوربین نصب شده بر روی یک قایق مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج شبیه سازی ها عملکرد مطلوب کنترل کننده پیشنهادی در حذف اغتشاشات با در نظر گرفتن عدم قطعیت های پارامتری را به خوبی نمایش می دهد.

یکی از مشکلات مهم در بهره برداری از رله های دیستانس احتمال عملکرد نادرست در زمان نوسان توان است. نوسان توان پدیده ای گذرا در سیستم قدرت است که می تواند باعث ورود امپدانس به زون سوم رله دیستانس شده و موجب عملکرد اشتباه رله دیستانس شود. برای تشخیص مناسب نوسان توان و جلوگیری از عملکرد اشتباه رله های دیستانس، در این مقاله یک روش جدید بدون نیاز به استفاده از تبدیل فوریه با نرم گیری مستقیم از داده های نمونه برداری شده از سیگنال جریان پیشنهاد شده است. بر این اساس یک پنجره سیگنال تشکیل شده و از سیگنال جریان نمونه برداری می کند. در ادامه داده های موجود درون پنجره تشکیل یک ماتریس را خواهند داد که به راحتی می توان مقدار نرم آن ها را محاسبه کرد. از جمله ویژگی های روش پیشنهاد شده می توان به عدم نیاز به روش های پردازش سیگنال، سرعت بالا در تشخیص نوسان توان، تشخیص خطای همزمان با نوسان توان و کاهش محاسبات به منظور سهولت در پیاده سازی عملی اشاره کرد. روش پیشنهادی در شبکه 39 باسه استاندارد و با استفاده از نرم افزار DIgSILENT و Matlab مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین این روش توسط رله دیستانس و تستر ساخته شده در دانشگاه صنعتی امیرکبیر و شرکت دانش بنیان وبکو امیرکبیر پیاده سازی عملی شده است. نتایج تست عملی روش پیشنهادی با روش های معمول مورد استفاده در رله های حفاظتی بویژه رله های ساخت شرکت زیمنس مقایسه عملی شده است. نتایج ارزیابی عملی، بخوبی نشان می دهند که روش پیشنهاد شده نسبت به روش های معمول صنعتی استفاده شده در رله های زیمنس عملکرد بهتری دارد.

در سال های اخیر جداسازی شبکه قدرت بعنوان آخرین ابزار جهت پیشگیری از ناپایداری سیستم مورد توجه قرار گرفته است. هدف از جداسازی کنترل شده، تشکیل جزایر پایدار در شبکه به منظور جلوگیری از خاموشی سراسری و سهولت بازیابی مجدد شبکه می باشد. در این راستا یک الگوریتم تصمیم گیری مناسب مورد نیاز است که در زمان کوتاه با دقت کافی نقاط جداسازی را تعیین نماید. در این مقاله ضمن توسعه الگوریتم خوشه بندی سلسله مراتبی طیفی، استفاده از آن در جداسازی شبکه پیشنهاد شده است. روش ارائه شده با استفاده از مقادیر توان عبوری خطوط و در نظر گرفتن لزوم همنوایی ژنراتورها در هر جزیره، بر مبنای حداقل تغییرات پخش بار نقاط جداسازی را مشخص می نماید. بعلاوه، این روش امکان اعمال محدودیت های جداسازی بر روی برخی خطوط را نیز فراهم می آورد. روش پیشنهادی از نظر محاسباتی بسیار سریع بوده و امکان تعیین تعداد جزایر نیز در آن میسر می باشد. این روش بر روی شبکه های استاندارد انتقال IEEE-39 و IEEE-118 پیاده سازی شده و عمکرد آن با سایر روش های موجود مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی، کارآیی بالای این روش در مقایسه با روش های موجود و قابلیت پیاده سازی بصورت بلادرنگ در شبکه های قدرت را نشان می دهد.

دراین مقاله، یک الگوریتم بهینه سازی با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و جستجوی ابرکروی مبتنی بر نظریه آشوب ارائه می شود که در آن به منظور افزایش کارایی در جستجوی جواب بهینه علاوه بر نظریه آشوب از عملگرهای ژنتیکی نیز استفاده شده است. این امر نه تنها منجر به قطعی بودن نتایج و کاهش انحراف معیار می شود، بلکه ضعف الگوریتم بهینه سازی جستجوی ابرکروی مبتنی بر نظریه آشوب یعنی سرعت همگرایی و عملکرد ضعیف در برخی از توابع محک را برطرف می نماید. نتایج حاصل از آزمایشات بیانگر همگرایی سریعتر و دقت بیشتر الگوریتم پیشنهادی در یافتن جواب بهینه نسبت به الگوریتم جستجوی ابرکروی استاندارد، الگوریتم جستجوی ابرکروی مبتنی بر نظریه آشوب و همچنین الگوریتم های بهینه سازی دیگر نظیر ژنتیک، ازدحام ذرات و جستجوی هارمونی است.

یکی از روش های حل مسئله چند مرحله ای توسعه سیستم های انتقال، شکستن آن به چند مسئله تک مرحله ای است. این شیوه، حل «شبه دینامیکی» مسئله نام دارد. در روش های شبه دینامیکی موجود از بهترین جواب یافت شده برای مسائل تک مرحله ای در حل مسئله چند مرحله ای استفاده شده است و به اهمیت سایر بهینه های محلی یافت شده توجهی نشده است. در این مقاله، با فرمول بندی مجدد مسئله، رابطه ای بین جواب بهینه مسئله چند مرحله ای و مجموعه جواب های بهینه محلی مسائل تک مرحله ای یافت می شود. سپس با استفاده از این رابطه، روشی شبه دینامیکی برای حل مسئله پیشنهاد می شود. استفاده از مجموعه بهینه های محلی فضای جستجو را افزایش داده و احتمال رسیدن به جواب را بیشتر می کند. روش پیشنهادی بر روی سیستم های 24 باسه IEEE، 93 باسه کلمبیا، 57 باسه بولیوی و سیستم 51 باسه جنوب شرق ایران پیاده سازی گردید و نتایج حاصل، کارایی این روش را نشان می دهد.