هوش محاسباتی در مهندسی برق (سیستم های هوشمند در مهندسی برق)
سال:1402 | دوره:14 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

با وجود مطالعات گسترده درخصوص چالش ها و مسائل مرتبط با بازیابی شبکه های برق، تا کنون نظم و پراکندگی ساختار شبکه برق از منظر نیاز مبرم در اجرای فرآیند بازیابی و به عنوان شاخص معادلی با قابلیت اطمینان شبکه و مدت زمان بازیابی بررسی نشده است. بی توجهی به این امر در طرح توسعه شبکه انتقال باعث شده است راهبران شبکه در اجرای فرآیند بازیابی با چالش های بیشتری مواجه شوند که ممکن است به طولانی شدن اجرای فرآیند بازیابی منجر شود. هدف این مقاله، پاسخ به چگونگی ارزیابی سیستماتیک مطلوبیت ساختار شبکه (یا توسعه آن) برای اجرای فرآیند بازیابی موفق است. در این راستا با معرفی روشی سیستماتیک بر حسب شرایط تغذیه در حین بازیابی، وسعت جغرافیایی شبکه و نیز وجود مسیرهای تقویتی که توسط شاخص کمّی مبتنی بر عدد فراکتال برای توپولوژی شبکه صورت می گیرد، شاخصی را معادل مدت زمان و احتمال موفقیت بازیابی در یک شبکه انتقال ارائه می دهد.

گسترش استفاده از سیستم های مخابراتی و دستگاههای اندازه گیری پیشرفته در شبکه های قدرت، زمینه ساز برقراری حملات سایبری در این شبکه ها است. وقوع حمله تزریق داده بد و تشخیص ندادن به موقع آن، آسیب های جبران ناپذیری را به شبکه تحمیل می کند. در این مقاله، روش جدیدی به منظور تشخیص داده بد (BDD) در تخمین حالت، هنگامی که مهاجم سایبری اندازه گیری های حساس و مهم را اندازه گیری می کند، ارائه می شود. بدین منظور، شاخص جدید حمله با دستکاری کردن هم زمان پارامترهای شبکه و تزریق داده های اشتباه به مقادیر اندازه گیری شده تعریف می شود. در این صورت، ابتدا دستگاههای اندازه گیری با اهمیت و نفوذ بالا که در مکان های حساس نصب شده اند، از دستگاههای اندازه گیری با اهمیت و نفوذ پایین با وجود اثر masking و swaming با استفاده از الگوریتم پتانسیل تعمیم یافته و مطمئن (DRGP) تشخیص و جداسازی می شوند. بعد از این دسته بندی، مجدد˚ فرآیند تخمین حالت با استفاده از اندازه گیری های با نفوذ پایین انجام می شود. اندازه گیری های حاوی داده بد با استفاده از الگوریتم باقیمانده تعمیم یافته (GSR) تشخیص داده می شوند. با دستکاری کردن هم زمان پارامترهای شبکه و مقادیر اندازه گیری ها، روش های معمول BDD قادر به تشخیص حمله نیستند. به منظور بررسی کارایی الگوریتم های تشخیص داده بد بیان شده، پیاده سازی آنها روی شبکه استاندارد 14 و 123 باسه IEEE با استفاده از نرم افزارهای MATLAB و Rstudio انجام شده است. نتایج، شبیه سازی توانایی الگوریتم پیشنهادی را در تشخیص حمله داده بد به خوبی نشان می دهند.

در سال های اخیر روند توسعۀ خودروهای الکتریکی، شتاب بیشتری گرفته است. در این مقاله، یک روش جدید کنترلی برای حفظ پایداری خودروی الکتریکی با دو موتور محرک مستقل در محورهای جلو و عقب در جاده های لغزنده پیشنهاد شده است. در این روش کنترلی، به منظور جلوگیری از لغزش خودرو، یک حد بهینه برای گشتاورهای اعمالی به موتورهای جلو و عقب، متناسب با شرایط جاده تعیین می شود. به علاوه یک سیستم ترمز مبتنی بر کنترل فازی ارائه شده است که عملکرد خودرو را هنگام کاهش سرعت بهبود می بخشد. برای مدل سازی خودرو با دقت بالا، از مدل با سه درجه آزادی بهره برده شده است. مدل سازی چرخ ها نیز بر مبنای فرمول جادویی انجام شده است. به منظور ارزیابی کارایی روش ارائه شده، از شبیه سازی در محیط نرم افزار MATLAB/SIMULINK استفاده شده است. نتایج نشان می دهند روش کنترلی پیشنهادی به خوبی قادر به کنترل پایداری خودروی الکتریکی در جاده های خشک و لغزنده، هنگام حرکت مستقیم، هنگام شتاب گیری یا کاهش شتاب خودرو و همچنین هنگام دور زدن است؛ درنتیجه، از سُرخوردن و قفل شدن چرخ های خودرو جلوگیری می شود.

در معماری شبکه روی تراشه، ساختار سیمی و ارتباطات چندگامی باعث افزایش توان مصرفی و تأخیر می شود. ترکیب رسانۀ سیمی برای انتقال منظم و رسانۀ بی سیم با پهنای باند بالا برای برقراری ارتباطات چندگامی، روشی برای کاهش تأخیر و توان مصرفی است. در شبکه بی سیم روی تراشه، گرههای بی سیم به دلیل پیچیدگی و استفادۀ نسبتاً زیاد از آنها، مستعد بروز خطا هستند. همچنین، به دلیل اشتراک گذاری آنها بین چندین گره، در معرض ازدحام قرار دارند؛ اما وظیفۀ آنها، بالابردن بهره وری است؛ با این حال، وجود گرههای بی سیم در شبکه های بی سیم روی تراشه، هزینه و مساحت را افزایش می دهد؛ بنابراین، یافتن یک ساختار بهینه برای ارتباط بین هسته ها ضروری است. در این مقاله، یک معماری سه بعدی جدید برای شبکۀ بی سیم روی تراشه ارائه شده که دارای دوسطح است. با توجه به محل خطا در سطح دوم، مسیریاب های بی سیم در سطح اول به عناصر پردازشی اختصاص داده می شوند. از ماتریس تقاضا برای بهینه سازی الگوهای مختلف ترافیک استفاده می شود. کارایی معماری سه بعدی تحت الگوهای ترافیکی مختلف مقایسه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند ساختار ارائه شده دارای عملکرد نسبتاً مطلوبی است و قابلیت اطمینان شبکه را افزایش می دهد.

گرمادرمانی موضعی یکی از شایع ترین روش های درمان تومورهای سرطانی در نزدیکی سطح پوست یا منافذ طبیعی بدن است. با توجه به لزوم کنترل دما در هنگام گرمادرمانی موضعی، ابتدا فرایند انتقال حرارت در طول روش درمانی مذکور به صورت تحلیلی توسط یک تابع تبدیل مرتبه کسری با تأخیر زمانی مدل سازی می شود. با توجه به تأثیر منبع خارجی گرما و واکنش های فیزیولوژیکی بیمار بر تغییر دمای بدن او و بنابراین، تمام پارامترهای مدل، کنترل مقاوم دما در طول درمان ضروری است؛ ازاین رو، در این مقاله یک معیار قوام جدید برای دستیابی به عدم تغییر حد فاز با وجود عدم قطعیت همزمان در پارامترهای مختلف مدل فرایند پیشنهاد می شود. پس از آن، یک روش تحلیلی برای طراحی یک کنترل کننده مقاوم تناسبی - انتگرالی - مشتقی مرتبه کسری با هدف تنظیم مطلوب مقادیر حد فاز و فرکانس گذر بهره ارائه می شود؛ به طوری که معیار قوام پیشنهادی نیز در طول درمان تضمین شود. در پایان، به منظور ارزیابی دستاوردهای مقاله، نتایج یک شبیه سازی عددی مبتنی بر مجموعه ای از پارامترهای عملی ارائه خواهند شد.

افزایش روزافزون منابع تولید پراکنده تجدیدپذیر در شبکه های توزیع و نیز افزایش سایز شبکه، طرح های حفاظت مبتنی بر عامل را با یک بار ارتباطی سنگین روبه رو کرده است. بر این اساس، با وجود ماهیت سریع و مطمئن سیستم های چندعاملی، احتمال عملکرد نامناسب را به خصوص در سیستم های حفاظتی متمرکز به دنبال دارند. در این مقاله، روش خودترمیمی هوشمند ارائه شده است؛ روشی که قابلیت جایگزین طرح های مبتنی بر سیستم های چندعاملی معمول را در شرایط خطا دارد. به این ترتیب، وظایف حفاظتی در یک تک سطح کنترل، بدون وابستگی به سطوح مخابراتی بالاتر، به منظور رفع خطا انجام می شوند. عملکرد غیرمتمرکز این ساختار با استفاده از دستگاههای الکترونیکی هوشمند و مخابرات توزیع شده ارائه می شود. به این ترتیب، طرح پیشنهادی با قابلیت ارتباط نقطه به نقطه سرعت بالا با استفاده از پروتکل  IEC-61850 GOOSEبیان می شود. سپس یک الگوریتم مستقل از نفوذ، بدون کمک کنترل کنندۀ مرکزی با استفاده از قابلیت های پیام  GOOSEارائه شده است تا از هرگونه وقفه برق ناشی از عدم کفایت تنظیمات حفاظتی جلوگیری کند. درنهایت، با طرح سناریوهای مختلف و شبیه سازی یک شبکه توزیع عملی با نرم افزار ETAP، صحت عملکرد الگوریتم پیشنهادی اثبات شده است.

سیستم راداری با چند ورودی چند خروجی (MIMO)، نسل جدیدی از سیستم های راداری است که با توجه به مزایای متعددش، در سال های اخیر موضوع تحقیقات فراوانی بوده است. در این بین، موضوع رهگیری هدف در سیستم های راداری MIMO از اهمیت زیادی برخوردار بوده و ارائه یک راهکار کارآمد برای آن، همچنان به صورت یک مسئلۀ حل نشده باقی مانده است. در این مقاله رهگیری هدف در سیستم های راداری MIMO با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) چندگانه تعاملی (IMM) ارائه شده است. در روش پیشنهادی، سیستم راداری MIMO هم موقعیت برای ردیابی هم زمان، اهداف چندگانه را مطالعه کرده است. در این روش، از مدل چندگانه تعاملی مبتنی بر EKF برای درک ردیابی مؤثر هدف استفاده شده است. همچنین، بهینه سازی مدل ردیابی چندهدفه در سیستم های راداری MIMO با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) صورت گرفته است. این الگوریتم، برازش هر پاسخ بررسی شده را براساس میزان منابع انرژی و زمانی مصرف شده تخمین می زند. کارآیی روش پیشنهادی در یک محیط شبیه سازی شده، ارزیابی و عملکرد آن در ردیابی اهداف چندگانه ازنظر معیارهای مختلف بررسی شده است. براساس نتایج حاصل از این آزمایش ها، روش پیشنهادی علاوه بر کاهش میزان خطای ردیابی می تواند در کاهش انرژی مصرفی و کاهش دوره نمونه گیری مؤثر باشد. بدین ترتیب، روش پیشنهادی، کاهش مصرف منابع در سیستم ردیابی اهداف چندگانه را در پی خواهد داشت.

در این مقاله برنامه ریزی سیستم ترکیبی تجدیدپذیر دارای توربین های بادی و منابع انرژی بیوماس به علاوۀ باتری ها و پارکینگ خودروهای الکتریکی ارائه می شود. این طرح مجموع هزینه های احداث و تعمیر و نگهداری به علاوۀ هزینه فرسودگی ذخیره سازها را کمینه سازی می کند. این مسئله نیز مقید به مدل عملکرد منابع، ذخیره سازها و مبدل های الکترونیک قدرت است. در مدل عملکرد عناصر مذکور برای تأمین انرژی پاک، الویت تغذیه انرژی مصرفی بر عهده منابع تجدیدپذیر یاد شده است و سپس ذخیره سازها فاصله بین پروفیل بار و توان تولیدی منابع را پوشش می دهند. علاوه بر این، طرح پیشنهادی دارای عدم قطعیت های بار، توان تجدیدپذیر و انرژی مصرفی ذخیره سازهای سیار است. در این مقاله از برنامه ریزی تصادفی مبنی بر سناریو برای مدل سازی عدم قطعیت ها استفاده می شود. در ادامه، الگوریتم ترکیبی بهینه سازی شیرمورچه و بهینه سازی دسته میگوها یک راه حل بهینه مطمئن دارای پراکندگی پایین در پاسخ دهی نهایی را استخراج می کند. درنهایت، نتایج عددی به دست آمده بیان کنندۀ قابلیت طرح پیشنهادی در استخراج برنامه ریزی اقتصادی برای سیستم ترکیبی پیشنهادی است؛ به طوری که حضور منابع تجدیدپذیر مذکور به استخراج سیستم ترکیبی دوستدار محیط زیست منجر می شود و مدیریت انرژی ذخیره سازهای سیار نیز موجب کاهش 9/1% هزینه برنامه ریزی سیستم ترکیبی نسبت به عدم حضور آنها می شود.

در این مقاله از ویژگی های منحصربه فرد بیومتریک اثر انگشت برای تولید کلیدهای رمزنگاری تصادفی استفاده شده است. جنبه های اصلی حاکم بر امنیت کلید تولیدشده شامل حریم خصوصی اثر انگشت و ویژگی تصادفی و پیچیدگی الگوریتم تولید کلید هستند. در روش پیشنهادی، ابتدا ویژگی های منحصربه فرد اثر انگشت شامل نقاط مینوشیا از تصویر اثر انگشت استخراج می شوند، سپس برای افزایش ویژگی های آماری و پیچیدگی الگوریتم، فاصله اقلیدوسی و زاویه تمام نقاط مینوشیا نسبت به یکدیگر، حساب و ذخیره می شوند. در مرحله بعد، این داده ها بعد از نرمالیزه شدن به اعداد 8-بیتی با عملیات جایگشت، جابجا و در هم دیگر ترکیب می شوند. در ادامه، روش پیشنهادی برای افزایش سطح امنیت و قابلیت تصادفی بودن از عمل های غیر خطی S-boxهای 8-بیتی S0 و S1 به کار برده شده در رمز قالبی CLEFIA استفاده شده است. آنالیزهای آماری صورت گرفته روی کلیدهای تولیدشده، نشان دهندۀ پذیرفتنی بودن ویژگی تصادفی کلیدها است؛ بنابراین، ساختار پیشنهادی برای تولید کلید تصادفی می تواند در رمزنگاری سیگنال های دیجیتال با حجم زیادی از داده مانند تصویر و صدا استفاده شود.

تولیدات پراکنده در کنار مزایای فراوانشان برای شبکه های توزیع، باعث تغییر جهت و افزایش سطح جریان خطا در شبکه توزیع می شوند. این تغییرات باعث از بین رفتن هماهنگی حفاظتی ریکلوزرها و فیوزها در شبکه های توزیع می شود. معمولاً زمان عملکرد ریکلوزرها با دو تنظیم اصلی TDS و IP تعیین می شوند؛ اما دو مشخصه دیگر A و B که در ریکلوزرهای سنتی به صورت استاندارد تعریف می شوند، زمان عملکرد ریکلوزرها را تغییر می دهد که در ریکلوزرهای دیجیتال تغییر پذیرند. در این مقاله، این دو مشخصه به همراه TDS و IP برای ایجاد هماهنگی حفاظتی، بهینه سازی می شوند. برای این منظور، ابتدا مکان و سایز DGها و سپس برای کاهش تأثیرات DGها، محل و امپدانس FCLها با هدف کاهش تلفات، بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تغییرات جریان های خطای فیدرها در زمان اتصال DGها با تابع هدف چندعامله بهینه سازی می شود. سپس با هدف بازیابی هماهنگی حفاظتی و کاهش زمان عمکرد تجهیزات حفاظتی فیوز و ریکلوزر، با استفاده از یک تابع چندعامله، مشخصه های A، B، TDS، IP بهینه سازی می شود. طرح پیشنهادی برای اعتبارسنجی بر شبکه 33 باسه IEEE در حضور DGهای سنکرون و SFCL مقاومتی در نرم افزار دیگسایلنت شبیه سازی شده است.