مهندسی و مدیریت انرژی
سال:1401 | دوره:12 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

مدیریت ریسک تراکم یکی از مهم ترین مباحث مدیریت شبکه های انتقال در سیستم های قدرت تجدید ساختارشده و بازارهای برق دنیا، به ویژه بازارهای مبتنی بر قیمت گذاری ناحیه ای یا محلی است که ابزار اصلی آن قراردادهای قطعی(ثابت) انتقال یا به بیان دیگر قراردادهای مالی انتقال است. در این مقاله، پس از بررسی موضوع قراردادهای مالی تراکم انتقال، نحوۀ پیشنهاددهی بهینۀ انواع مختلف آن ها توسط شرکت کنندگان بازار برق در حراج های ثانویۀ تبادل این قراردادها و در بازۀ زمانی کوتاه مدت (به صورت هفتگی) با هدف مدیریت ریسک تراکم تحلیل خواهد شد. در پایان، روش پیشنهادی در یک شبکۀ نمونه مورد آزمون قرار گرفته است که نتایج عددی کارآمدی آن را نشان می دهد.

در پرتو پیدایش شبکۀ هوشمند، عملکردهای مرتبط با این شبکه در بلوک های سیستم مدیریت انرژی، نیازمند اتخاذ استراتژی های مقاوم اند تا سطح بالاتری از کنترل و خدمات محافظتی را ارائه دهند. طرح های حذف بار زیرفرکانسی (UFLS)، بلوک های بار را هنگامی که افت فرکانس زیر محدودۀ آستانه قرار می گیرد، جدا می کند. در طرح های UFLS تطبیقی در یک بستر مخابراتی پیشرفته، کمیت های اصلی سیستم در هر لحظه و در زمان واقعی اندازه گیری می شوند و متناسب با میزان انحراف فرکانس، مقدار بهینه ای از بار حذف می گردد. در این مقاله، یک چهارچوب ساعتی توسط برنامه ریزی خطی آمیخته عدد صحیح (MILP < /span>) برای طراحی بهینۀ یک سیستم UFLS تطبیقی پیشنهاد شده است. هدف از این کار، ارائۀ یک UFLS تطبیقی منظم تر است که به مقدار کمتری به سعی و خطا وابسته باشد. در اینجا، رلۀ زیرفرکانسی برای هر ساعت از یک شبانه روز و با توجه به شرایط بهره برداری و عدم قطعیت های ناشی از پیشامد، منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) و نوسانات بار در آن ساعت تنظیم می شود. شبیه سازی ها بر روی سیستم تست 39 شینۀ IEEE، در یک افق زمانی 24 ساعته اجرا شده اند.

یکی از روش های مناسب هوشمندسازی یک سیستم، عاملی کردن آن است. با عاملی کردن سیستم حفاظتی و مهیا ساختن ارتباط مناسب عامل ها با یکدیگر و انتقال هرچه سریع تر و مطمئن تر اطلاعات، می توان عملکرد یک سیستم حفاظتی را بهبود بخشید و قابلیت اطمینان سیستم را در مقابل منابع تولید پراکنده حفظ کرد. در این مقاله با استفاده از دستگاه های الکتریکی هوشمند، الگوریتم های کنترلی و زیرساخت مخابراتی، روشی جدید برای هماهنگی سیستم حفاظتی شبکه در حضور منابع تولید پراکنده ارائه شده است. به منظور انعطاف بیشتر و ایجاد عدم وابستگی به واحد پردازش مرکزی، در این نوع پیاده سازی تصمیمات توسط خود عامل ها انجام می گیرد. عامل ها یک ارتباط نقطه به نقطه دارند که به منظور جبران عدم حضور واحد مرکزی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. نقش واحد پردازش مرکزی به کمک مدل سازی اطلاعات و تعریف توابع بر روی عامل ها پیاده سازی می شود. الگوریتم ارائه شده در این مقاله با استفاده از یک بستر مخابراتی ساده و پیاده سازی یک روند محاسباتی به منظور اصلاح تنظیمات رله های حفاظتی هماهنگی ازدست رفته در حضور منابع تولید پراکنده را بازیابی می کند. به این منظور برای هماهنگی بین رله های حفاظتی و نیز تبادل اطلاعات مابین آن ها، یک سیستم چندعاملی اصلاح شده پیش بینی شده است. در این طرح، رله های حفاظتی اطلاعات مربوط به وضعیت عملکرد خود را با دیگر رله های مجاور به منظور حفظ هماهنگی به اشتراک می گذارند. روش پیشنهادی بر روی یک شبکۀ آزمایشی توسط نرم افزار ETAP < /span> شبیه سازی شده، مورد ارزیابی قرار گرفته و درستی آن نشان داده شده است. قابلیت تشخیص تغییرات جریان و ساختار شبکه وجود دارد و با استفاده از جدول اطلاعاتی حالت های حفاظتی جدید تشخیص داده می شود و بر مبنای آن ناحیۀ حفاظتی مشخص می گردد. سپس با استفاده از اطلاعات جریانی به دست آمده، عملکرد رلۀ پشتیبان بهبود می یابد.

در این مقاله طراحی بهینۀ یک ژنراتور سنکرون آهنربای دائم سطحی با رتور خارجی به منظور کاهش هزینۀ ساخت ارائه شده است. نوآوری این پژوهش ارائۀ ابعاد جدید برای آهنربای دائم سطحی است که منجر به سینوسی شدن منحنی چگالی شار مغناطیسی فاصلۀ هوایی و بهبود کیفیت ولتاژ القایی، کاهش گشتاور دندانه ای و نوسانات گشتاور خواهد شد. همچنین به منظور مطالعۀ بیشتر، چهار طرح به صورت ترکیبی از سیم پیچی توزیع شده و سیم پیچی متمرکز و آهنربای سطحی متداول و آهنربای سطحی پیشنهادی برای ژنراتور در نظر گرفته شده است. به همین منظور یک مدل طراحی دقیق برای ژنراتور استخراج شده است. سپس متغیرهای طراحی بر اساس این مدل و با توجه به تابع هدف مورد نظر توسط الگوریتم بهینه سازی ژنتیک بهینه یابی شده اند. در ادامه از تحلیل اجزای محدود برای اعتبارسنجی طراحی های بهینه استفاده می شود. با مقایسۀ نتایج بهینه سازی و شبیه سازی چهار طرح بهینه مشاهده می شود که ژنراتور با سیم پیچی متمرکز و آهنربای سطحی پیشنهادی دارای راندمان بیشتر است درحالی که دارای حجم کلی، هزینۀ ساخت، گشتاور دندانه ای و نوسانات گشتاور کمتری در مقایسه با طرح های دیگر است. بنابراین این طرح گزینه مناسبی برای کاربرد در توربین های بادی بدون جعبه دنده است.

در دهه های اخیر اینورترها نقش مهمی در سیستم های قدرت ایفا کرده اند و بهبود عملکرد آن ها هم از لحاظ ساختاری و هم از لحاظ کنترلی، جزء علایق محققان بوده است. در این مقاله یک اینورتر چندسطحی متقارن و نامتقارن جدید با هدف کاهش تعداد اجزای کلیدزنی به ویژه برای تعداد سطوح خروجی زیاد ارائه شده است. این توپولوژی در مقایسه با توپولوژی های کلاسیک و ساختارهای متقارن ارائه شدۀ اخیر که سعی در کاهش ادوات کلیدزنی دارند، در تعداد سطح مشابه، حاوی تعداد کلید نیمه هادی قدرت کمتری است. برای نشان دادن کارایی ساختار پیشنهادی، یک مقایسۀ جامع بین توپولوژی پیشنهادی و توپولوژی های کلاسیک و ساختارهای ارائه شدۀ اخیر از حیث تعداد سوئیچ، تعداد درایور و تلفات توان ارائه شده است. توپولوژی پیشنهادی برای حالت 21 سطحی متقارن و نیز 37 سطحی نامتقارن با استفاده از 14 سوئیچ در محیط Matlab/Simulink شبیه سازی شده و نمونۀ آزمایشگاهی آن برای تأیید کارکرد اینورتر پیشنهادی ساخته شده است. نتایج حاصل بیانگر صحت محاسبات و شبیه سازی بوده و نتایج آزمایشگاهی، تطابق دقیق با نتایج شبیه سازی را نشان می دهد.

پیشرفت های اخیر در فناوری منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدید ساختار در بازار برق باعث افزایش استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر شده است. استفاده از این منابع انرژی مزایای زیادی از قبیل افزایش قابلیت اطمینان، بهبود کیفیت توان و پیک سایی را به همراه دارد. اما یکی از اصلی ترین معایب این منابع انرژی، تشخیص حالت جزیره ای است. حالت جزیره ای زمانی اتفاق می افتد که شبکۀ اصلی به هر دلیلی قطع شود و آن قسمت از شبکه که شامل منابع تولید پراکنده است، به صورت مستقل از شبکۀ اصلی، بارهای محلی را تأمین کند. رخداد جزیره ناخواسته باعث بروز مسائلی همچون تداخل حفاظتی و آسیب دیدگی تجهیزات مصرف کننده می شود؛ در نتیجه تشخیص بموقع این حالت و قطع منابع تولید پراکنده برای جلوگیری از آسیب دیدگی تجهیزات ضروری است. در این مقاله یک روش ترکیبی جدید برای تشخیص حالت جزیره ای منابع تولید پراکنده آورده شده است، به گونه ای که چنانچه در مرحلۀ اول نرخ تغییرات فرکانس از حد آستانه فراتر رود، در مرحلۀ دوم، روش تغییر توان اکتیو بهبودیافته فعال می شود. سپس اگر با تغییر مؤلفۀ حقیقی جریان خروجی واحد تولید پراکنده، دامنۀ ولتاژ تغییر کرد، رخداد جزیره تشخیص داده می شود. روش پیشنهادی در محیط Matlab/Simulink پیاده سازی و شبیه سازی شده و تحت شرایط مختلف از قبیل کلیدزنی بار، راه اندازی موتور، حالت چند DG، کمبود و بیشبود ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده کارایی روش پیشنهادی را در تشخیص جزیره تحت این شرایط نشان می دهد.

خطوط و ترانسفورماتورهای انتقال از مهم ترین تجهیزات شبکۀ قدرت اند که خروج آن ها می تواند منجر به خروج های پی درپی بعدی شود. در این مقاله تلاش شده است با در نظر گرفتن یک مدل شبیه سازی خروج آبشاری، خطوط یا ترانسفورماتورهایی که بهره برداران با عملیاتی مانند قطع بار و یا کاهش تولید نتوانند از اضافه بار شدن آن ها جلوگیری کنند، شناسایی شوند. همچنین از روش ارزیابی ریسک تجزیه و تحلیل حالات خطا و اثرات آن برای شناسایی خطوط و ترانسفورماتورهای بحرانی شبکه که به عنوان حادثۀ آغازگر خروج های آبشاری شناخته می شود، استفاده می شود. این روش با ارزیابی سه معیارِ شدت اثر خطر، احتمال وقوع خطر و احتمال کشف خطر، عدد اولویت ریسک ترکیبات پیشامدهای ممکن N-K (1< K≤3) در شبکه را که منجر به اضافه بار شدن خطوط یا ترانسفورماتورهای انتقال می شود، محاسبه و طبقه بندی می کند. اطلاعات اولیۀ این روش بر مبنای محاسبۀ سه شاخص بارگذاری وزن دهی شدۀ خطوط، ترانسفورماتورها و همچنین پروفایل ولتاژ شینه ها به دست می آید. روش پیشنهادی در شبکۀ استاندارد 39 شینه IEEE پیاده سازی و نتایج آن در مقایسه با سایر روش ها، صحت، کارایی و دقت آن را نشان می دهد.

در دهۀ گذشته، مواد پیزوالکتریک برای برداشت انرژی مکانیکی اتلاف شده از محیط مورد توجه زیادی قرار گرفته است. پیزوالکتریسیتی اولین بار در کریستال های سرامیکی کشف شد. اما پیزوسرامیک ها سمی و شکننده هستند، بنابراین مواد پیزوالکتریک مبتنی بر پلیمر به دلیل انعطاف پذیری و زیست سازگاری عالی آن ها توسعه یافته اند. در این مقاله نانوسیم های پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) با استفاده از الگوی نانو منافذ اکسید آلومینیوم (AAO) تهیه شده اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای مطالعۀ مورفولوژی نانوسیم ها استفاده شده است. نانو ژنراتورهای مبتنی بر نانوسیم های PVDF برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی ساخته شده اند. برای مشخص کردن عملکرد و کارایی نانو ژنراتورها، دستگاهی در آزمایشگاه تهیه شد که قابلیت ایجاد نیروی ضربه در فرکانس 5 هرتز و نیروی ضربه 20 نیوتن بر مترمربع را داشت. نانو ژنراتورهای توسعه یافته در این مطالعه با موفقیت بازده توان خروجی 1% را نشان می دهند.

در این پژوهش، نقش نانوذرات فلزی طلا و نحوۀ به کارگیری آن ها بر عملکرد سلول خورشیدی رنگدانه ای و افزایش بازده آن بررسی شه است. سلول خورشیدی رنگدانه ای با استفاده از رنگدانۀ طبیعی چای قرمز ساخته شد. همچنین نانوذرات طلا ساخته و با گروه عاملی کربوکسیل عامل دار شدند. سپس این نانوذرات در فوتوآند سلول رنگدانه ای مورد استفاده قرار گرفت. عملکرد سلول در حضور این نانوذرات بررسی شد. نحوۀ استفاده از این نانوذرات در فوتوآند سلول بسیار مهم است و ساختار بهینه به صورت خمیر پلاسمونیکی برای فوتوآند حاوی نانوذرات طلا و TiO2 به دست آمد و غلظت آن ها (نسبت جرمی طلا به TiO2) در فوتوآند بهینه سازی شد. با توجه به نقش نانوذرات طلا برای کمک به بهبود جذب نور خورشید توسط رنگدانه، درصد جرمی طلای مورد استفاده فاکتور مهمی برای بهینه سازی سلول است؛ به نحوی که غلظت نانوذرات طلا مانعی برای جذب سطحی مولکول های رنگ بر سطح TiO2 نشود و برای نانوذرات طلای 2 نانومتری مورد استفاده در این پژوهش این درصد جرمی به صورت Au-TiO2 wt% 143/0 بهینه سازی شد.

یکی از لایه‏‏های اصلی در ساخت سلول‎های خورشیدی لایه نازک سلنید گالیوم ایندیوم مس (CIGS)، لایۀ بافر است. لایۀ بافر باعث افزایش مقدار جذب و کاهش بازترکیب‎های سطحی می‎شود. لذا سلول خورشیدی به میزان بیشتری حامل‏‏های بار تولیدشده را جذب می کند و موجب افزایش بازدهی در آن می‎‎شود. در این پژوهش با استفاده از نرم‎افزار شبیه‎ساز سیلواکو، لایه‎های کادمیوم سولفید (CdS) و کادمیوم سلنید (CdSe) به عنوان لایۀ بافر در ساختار مدل‎سازی شده و تأثیر ترکیب‎های مختلف از این دو لایه بر روی پارامتر‏های JSC, VOC, FF, η بررسی شده است. نتایج اولیه نشان داد که افزایش ضخامت در لایۀ بافر می‎تواند بازدهی سلول را کاهش دهد. ادامۀ شبیه‎سازی‎ها نشان داد در شرایطی که لایۀ کادمیوم سلنید نزدیک به لایۀ جاذب (CIGS) باشد، حالت بهینه برای لایۀ بافر، متشکل از 40 نانومتر از کادمیوم سولفید و 10 نانومتر از کادمیوم سلنید است و می‎تواند بازدهی را به 19/25% افزایش دهد. همچنین نمودار انرژی نشان داد که در حالت بهینه، حرکت الکترون‎ها و حفره‎ها به صورت فرایند آبشاری و بدون سد اتفاق می‏افتد که موجب افزایش قابل توجه بازدهی شده است.